励磁系统参数计算

########大学毕业论文设计
50MW电站励磁系统
参数计算
指导老师：胡先洪
王波、张敬
1
2
3
3.1 晶闸管元件额定电压的选择 (5)
3.2 晶闸管元件额定电流的选择 (5)
4 快速熔断器参数计算 (6)
5 励磁电缆计算 (7)
6 灭磁及过压保护计算 (7)
6.1 灭磁阀片计算 (7)
6.2 过电压保护计算 (9)
G.额定负荷及功率因素下励磁电压（V） 164
H.空载励磁电流（A） 592
I.额定负荷下励磁电流（A） 1065
J.励磁绕组绝缘的最高耐压（直流V） 1500
K. 励磁绕组75?C 的电阻（?） 0.1307
L. 直轴瞬态开路时间常数T?do(s) 6.76
M. 直轴瞬态短路时间常数T?d(s) 1.82
N. 直轴同步电抗（Xd ） 1.059
2 2.1 B. 针对本文设计发电机组：
︒⨯⨯⨯=
10cos 35.18.01640.22fT U =308V 综合考虑，取fN U =360V
2.2二次侧额定线电流计算
励磁系统保证当发电机在额定容量58.8MVA、额定电压和功率因素为0.85的励磁电流的1.1倍时，能够长期连续运行。

A.具体计算公式：
式中：
2.3
3晶闸管整流元件技术参数计算
3.1晶闸管元件额定电压的选择
在1.1倍负荷运行温度下，晶闸管整流器所能承受的反向峰值电压不小于2.75倍励磁变压器二次侧最大峰值电压。

A.晶闸管反向重复峰值电压具体计算公式：
3.2
A.针对本文设计发电机组：
单桥运行满足额定容量励磁电流的1.1倍时，单桥输出为：
双桥并联运行满足发电机额定容量励磁电流 2.0倍强励能力时，单桥输出
为：
按单桥最大输出1172A计算，单个桥臂流过的电流平均值：取电流裕度系数Ki =2.0 晶闸管元件的正向平均电流值：
I
T(AV)=Ki ? I
T(av)
=2.0?431=862 (A)
取：I
T(AV)
=1400A。

，反向
4快速熔断器参数计算
根据晶闸管选型，计算单柜输出1172A电流时，单个桥臂流过的电流有效值：选取快速熔断器额定电流800A。

5励磁电缆计算
A.励磁变到整流柜阳极电缆计算
根据晶闸管选型计算，长期运行电流最大为1172A，按照1mm2通过2.5A电流计算电缆截面：
6
6.1
A.针对本文设计的发电机组：
1转子绕组的最大储能：
式中：W fmax—转子绕组的最大储能，J；
W
—转子绕组的空载储能，J；
f0
L f0 — 转子绕组在空载时不饱和电感，H ；
I f0 — 空载励磁电流，I f0 =592A ；
'0d T — 直轴瞬态开路时间常数，'0d T =6.76s ；
R f — 转子绕组直流电阻(75℃温度时)，=f R 0.1307Ω。

K 1m ax f W 为最大转子储能。

实际取0.8MJ 。

3 灭磁残压计算：
灭磁过程中，励磁绕组反向电压不高于励磁绕组出厂对地耐受试验电压幅值的50%,不低于励磁绕组出厂对地耐受试验电压幅值的30%。

164×10 ×1.414=2320(V)
50%×2320 = 1160(V)
30%×2320 = 696(V)
故灭磁残压实际选取：V RV =900V
6.2
10%
A.针对本文设计的发电机组：
最大整流电压的峰值：360×1.414=509(V)
自动灭磁装置正常动作时产生的过电压值：900V
功率整流桥的最大允许电压：2600V
励磁绕组出厂对地耐压试验电压幅值的70%：
70%×2320 =1624(V)
综合考虑，取过压保护动作值为1200V。

采用ZnO非线性灭磁电阻兼作过压保护，由过压保护跨接器控制，当转子绕组过电压超过过压保护跨接器整定值时，过压保护跨接器动作，触发过压保护回路晶闸管，投入灭
7
由于交流灭磁时利用阳极电压负半波辅助建压，U为负值，考虑最严重情况U=0时，灭磁开关建压要求为900V。

2最大灭磁电流计算：
式中：
I f0 — 空载励磁电流，592A ；
d X — 直轴同步电抗，=d X 1.059；
'd X — 直轴瞬变电抗，='d X 0.308。

因此，最大灭磁电流：A I fm 34791308.0059.12592=⎥⎦
⎤⎢⎣⎡-⨯⨯=
8
总体说明
针对本50MW 水轮发电机技术要求，对发电机励磁系统的设计采用静止式可控硅全控桥自并激励磁方式。

励磁系统共五块屏：
1台微机励磁控制器，采用双通道多DSP分级控制技术。

3台热管散热可控硅整流柜，采用第二代环行热管技术。

1台灭磁开关及转子过电压保护装置，采用法国CEX71-1600A 2.1专用灭磁开关，高能ZnO非线性电阻灭磁，高能PTC与ZnO非线性电阻作为过压保护。

1台环氧干式变压器（带铝合金外壳，风冷，温度控制）。

其中
一、热管散热可控硅整流装置主要配制：
采用进口可控硅DCR1006SF2626，990A/2600V。

整流桥设计裕度充分，整流桥3柜并联，单桥故障时仍能满足包括强励在内的所有功能。

每只可控硅都设置有过流过压保护。

触发回路采用高频脉冲列触发技术，采用了电压嵌位和强触发技术，避免可控硅的误触发，提高了抗干扰能力。

脉冲变压器采用环氧浇注，耐压可达到DC15000V。

脉放电源采用独立的双重电源供电。

采用第二代环型热管散热器，具备以下优势：
响应速度快：由于热管壳体内部为真空状态（一般为1×10-3Pa）,工作介质的相变温度远低于常压下的沸点温度（启动温度低），内部流体的流动阻力小。

因此，热管的传热系数一般为金属银的40～1000倍。

等温性能好：热管的等温性能是其它材料所无法比拟的。

一般一根长十米的热管，其两端温差为2～3℃。

体积小、重量轻：与传统的铝型材散热器相比较，在热阻相同的条件下，尺寸
和重量要小1/3～1/2左右。

运行安全可靠：热管的工作介质在封闭的腔体内进行工作，封口采用国际先进
的焊接技术，其工作寿命一般为20年，它所采用的制造材料不会对环境产生
任何的污染，是一种环保产品。

第二代环型热管实现了气、液分流，从而解决了普通热管结构工作时，气、液
混流引起的相互干扰问题，将热管的传热效率提高了2～3倍。

具备散热器温度实时监测，温度报警时自动启动备用风机实现强迫风冷。

采用进口低噪音风机作为备用冷却风机。

采用多种均流措施，如均流互感器，筛选元件参数均流等。

二、励磁装置及转子过电压保护
主要硬件配置：
灭磁开关：法国CEX71-1600A 2.1双极跳开，直流500V。

灭磁电阻：高能氧化锌ZnO电阻，灭磁能容0.8MJ, 残压800V。

过电压保护组件：PTC＆ZnO过电压吸收器按压敏电压1200V设计，设计过电压
动作计数器及复位按钮。

设置直流辅助起励回路，满足黑启动运行模式
灭磁柜工作原理说明：
正常运行时，FMK主、弧触头闭合，电流通过FMK流过。

正常灭磁为逆变灭磁，灭磁开关不动作。

事故跳FMK灭磁时，FMK常闭触头先闭合，FMK弧触头建压，在磁场电流的作用下，迅速在其两端建立起断口电压Uk，当Uk超过高能ZnO的压敏电压（U
）时，即能
10mA
有效阻断磁场电流并实现快速移能灭磁。

灭磁及过电压保护原理图
指导老师简历
胡先洪，三峡电厂测控分部主任王波，能达公司励磁部部长
张敬，能达公司励磁部主任设计师。