50MW水電站勵磁設計計算書

1、大學畢業(yè)論文設計大學畢業(yè)論文設計50MW 電站勵磁系統(tǒng)電站勵磁系統(tǒng)參數(shù)計算參數(shù)計算電氣工程及自動化2002 級 目目 錄錄1發(fā)電機組參數(shù).22勵磁變壓器技術參數(shù)計算.22.1二次側額定線電壓計算 .22.2二次側額定線電流計算 .32.3額定容量計算.33晶閘管整流元件技術參數(shù)計算 .43.1晶閘管元件額定電壓的選擇.43.2晶閘管元件額定電流的選擇.44快速熔斷器參數(shù)計算.55勵磁電纜計算.66滅磁及過壓保護計算.66.1滅磁閥片計算.66.2過電壓保護計算.87直流斷路器計算.98 附錄 121發(fā)電機組參數(shù)發(fā)電機組參數(shù)A.額定容量（MVA） 58.8B.額定功率因數(shù)（滯后） 0.85C.額

2、定電壓（kV） 10.5D.額定頻率（Hz） 50E.相數(shù) 3F.空載勵磁電壓（V） 62G.額定負荷及功率因素下勵磁電壓（V） 164H.空載勵磁電流（A） 592I.額定負荷下勵磁電流（A） 1065J.勵磁繞組絕緣的最高耐壓（直流 V） 1500K.勵磁繞組 75C 的電阻（） 0.1307L.直軸瞬態(tài)開路時間常數(shù) Tdo(s) 6.76M.直軸瞬態(tài)短路時間常數(shù) Td(s) 1.82N.直軸同步電抗（Xd） 1.059O.直軸瞬態(tài)電抗（Xd） 0.3082勵磁變壓器技術參數(shù)計算勵磁變壓器技術參數(shù)計算2.1二次側額定線電壓計算二次側額定線電壓計算勵磁系統(tǒng)保證在機端正序電壓下降到 額定值的

3、80時，能夠提供勵磁系統(tǒng)頂值電壓。勵磁系統(tǒng)頂值電壓為發(fā)電機額定容量時勵磁電壓的2.0 倍。A.具體計算公式： min2cos35. 18 . 0fNufTUKU式中：Ku-電壓強勵倍數(shù)（=10時） ，取 2.0 倍（在 80%UGN下） 。-發(fā)電機額定容量時勵磁電壓。fNUB.針對本文設計發(fā)電機組：=308V10cos35. 18 . 01640 . 22fTU綜合考慮，取=360VfNU2.2二次側額定線電流計算二次側額定線電流計算勵磁系統(tǒng)保證當發(fā)電機在額定容量 58.8MVA、額定電壓和功率因素為0.85 的勵磁電流的 1.1 倍時，能夠長期連續(xù)運行。A.具體計算公式： 322fNfTIK

4、I式中：-裕度系數(shù) 1.1。K-發(fā)電機額定容量、額定電壓和功率因素時勵磁電流。fNIB.針對本文設計發(fā)電機組：AIfT9563210651 . 122.3額定容量計算額定容量計算KVAIUSfTfTfT59610956360310333222取標準容量：630KVA勵磁變壓器設計參數(shù)表：額定容量630KVA一次額定電壓10.5KV二次額定電壓360V接線組別YD11型式三相環(huán)氧澆注干式整流勵磁變壓器3晶閘管整流元件技術參數(shù)計算晶閘管整流元件技術參數(shù)計算3.1晶閘管元件額定電壓的選擇晶閘管元件額定電壓的選擇在 1.1 倍負荷運行溫度下，晶閘管整流器所能承受的反向峰值電壓不小于2.75 倍勵磁變壓

5、器二次側最大峰值電壓。A.晶閘管反向重復峰值電壓具體計算公式：fNRRMUKU2式中： -電壓裕度系數(shù)，取 2.75；K -勵磁變壓器二次側線電壓。fNUB.針對本文設計發(fā)電機組：VUKUfNURRM1400360275. 22取：VURRM26003.2晶閘管元件額定電流的選擇晶閘管元件額定電流的選擇晶閘管整流裝置采用三相全控橋式結構，滿足發(fā)電機各種工況下（包括強勵）對勵磁系統(tǒng)的要求。晶閘管整流橋并聯(lián)支路數(shù)按(n1)原則考慮冗余，即一橋故障時能滿足包括強勵在內(nèi)的所有功能，二橋故障時能滿足除強勵外所有運行方式的要求。A.針對本文設計發(fā)電機組：單橋運行滿足額定容量勵磁電流的 1.1 倍時，單橋輸

6、出為： A117210651 . 1雙橋并聯(lián)運行滿足發(fā)電機額定容量勵磁電流 2.0 倍強勵能力時，單橋輸出為：A10652/10650 . 2按單橋最大輸出 1172A 計算，單個橋臂流過的電流平均值：取電流裕度系數(shù) Ki =2.0 晶閘管元件的正向平均電流值： IT(AV)=Ki IT(av)=2.0431=862 (A)取：IT(AV)=1400A。實際單柜輸出能力：采用 2 柜并聯(lián)時，額定工況下每柜實際負荷電流：裕度系數(shù)：根據(jù)以上計算，選取 ABB 公司生產(chǎn)的晶閘管 5STP16F2600，通態(tài)平均電流1400A，反向重復峰值電壓 2600V。晶閘管設計參數(shù)表：型號5STP16F2600

7、反向重復峰值電壓2600V通態(tài)平均電流1400A制造廠家ABB 公司4快速熔斷器參數(shù)計算快速熔斷器參數(shù)計算根據(jù)晶閘管選型，計算單柜輸出 1172A 電流時，單個橋臂流過的電流有效值：)(43157. 1/1172577. 0AITAV)(1905577. 0/2/140057. 1AI)(5332/1065Ai6 . 3533/1905選取快速熔斷器額定電流 800A。5勵磁電纜計算勵磁電纜計算A.勵磁變到整流柜陽極電纜計算根據(jù)晶閘管選型計算，長期運行電流最大為 1172A， 按照 1mm2通過 2.5A 電流計算電纜截面： 23835 . 2/1172816. 0mmSa勵磁變到整流柜陽極電

8、纜截面積應大于勵磁變到整流柜陽極電纜截面積應大于 383 mm2。B.勵磁變到整流柜陽極電纜計算機組額定勵磁電流為 1065A，按照 1mm2通過 2.5A 電流計算電纜截面： 24695 . 2/10651 . 1mmS轉子到滅磁開關的連接電纜截面積應大于轉子到滅磁開關的連接電纜截面積應大于 469mm2。6滅磁及過壓保護計算滅磁及過壓保護計算6.1滅磁閥片計算滅磁閥片計算滅磁電阻采用 ZnO 非線性電阻。在最嚴重滅磁工況下，需要非線性電阻承受的耗能容量不超過其工作能容量的 80%，在 20%的非線性電阻組件退出運行時，仍能滿足滅磁設備的要求。非線性電阻能在盡可能短的時間內(nèi)釋放磁場能量，滅磁

9、過程中，勵磁繞組反向電壓不高于勵磁繞組出廠對地耐受試驗電壓幅值的 50%。A.針對本文設計的發(fā)電機組：1轉子繞組的最大儲能：2002000max215 . 3215 . 3 5 . 3ffdffffIRTILWW式中：Wfmax 轉子繞組的最大儲能，J；Wf0 轉子繞組的空載儲能，J；)(6761172577. 0AiLf0 轉子繞組在空載時不飽和電感，H；If0 空載勵磁電流，If0 =592A； 直軸瞬態(tài)開路時間常數(shù)，=6.76s；0dT0dTRf 轉子繞組直流電阻(75溫度時)，0.1307。fR因此，MJWf54. 05921307. 076. 6215 . 32max2ZnO 非線性

10、電阻計算：采用 ZnO 非線性電阻滅磁時，所需的滅磁電阻的能容量：MJWKKWfN49. 054. 073. 025. 1max21式中：K1為容量儲備系數(shù)，在 20%的非線性電阻組件退出運行時，仍能滿足滅磁設備的要求，K1=1/0.8=1.25；K2為耗能分配系數(shù)，因轉子儲能量不完全消耗于滅磁電阻中，還有轉子電阻、磁場斷路器、阻尼繞阻及發(fā)電機的整鍛鐵心中均有耗能，水發(fā)機組取經(jīng)驗值 0.73；汽發(fā)機組取經(jīng)驗值 0.5。為最大轉子儲能。maxfW實際取實際取 0.8MJ。3滅磁殘壓計算：滅磁過程中，勵磁繞組反向電壓不高于勵磁繞組出廠對地耐受試驗電壓幅值的 50%,不低于勵磁繞組出廠對地耐受試驗電

11、壓幅值的 30%。 。16410 1.414=2320(V)50%2320 = 1160(V)30%2320 = 696(V)故滅磁殘壓實際選?。篤RV =900V滅磁閥片設計參數(shù)表：電阻材料ZnO滅磁殘壓900V滅磁能量0.8MJ6.2過電壓保護計算過電壓保護計算過電壓保護動作電壓最低瞬時值高于最大整流電壓的峰值，并高于自動滅磁裝置正常動作時產(chǎn)生的過電壓值， 動作電壓最高瞬時值低于功率整流橋的最大允許電壓，且最大不超過勵磁繞組出廠對地耐壓試驗電壓幅值的 70%，過電壓保護動作值的變化范圍不超過10%。A.針對本文設計的發(fā)電機組：最大整流電壓的峰值：3601.414=509(V)自動滅磁裝置正

12、常動作時產(chǎn)生的過電壓值：900V功率整流橋的最大允許電壓：2600V勵磁繞組出廠對地耐壓試驗電壓幅值的 70%：70%2320 =1624(V)綜合考慮，取過壓保護動作值為綜合考慮，取過壓保護動作值為 1200V。采用 ZnO 非線性滅磁電阻兼作過壓保護，由過壓保護跨接器控制，當轉子繞組過電壓超過過壓保護跨接器整定值時，過壓保護跨接器動作，觸發(fā)過壓保護回路晶閘管，投入滅磁電阻，將轉子繞組過電壓限制在滅磁殘壓值。7直流斷路器計算直流斷路器計算1建壓能力計算：采用交流滅磁方式，跳滅磁開關的同時封鎖脈沖，滅磁開關建壓能力滿足：UKURV+U 式中： UK 滅磁開關建壓；URV 滅磁電阻殘壓；U 滅磁

13、時整流柜輸出最大整流電壓。滅磁電阻殘壓：900V由于交流滅磁時利用陽極電壓負半波輔助建壓，U 為負值，考慮最嚴重情況 U=0 時，滅磁開關建壓要求為 900V。2最大滅磁電流計算：120ddffmXXII式中：If0 空載勵磁電流，592A； 直軸同步電抗， 1.059；dXdX 直軸瞬變電抗， 0.308。dXdX因此，最大滅磁電流： AIfm34791308. 0059. 12592直流磁場斷路器設計參數(shù)表：型號CEX 71 1600 2.1額定電流1600A額定電壓600V最大分斷電壓1500V最大分斷電流6600A制造廠家法國 LENOIR ELEC 公司8附錄附錄總體說明總體說明針對

14、本 50MW 水輪發(fā)電機技術要求，對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的設計采用靜止式可控硅全控橋自并激勵磁方式。勵磁系統(tǒng)共五塊屏：1 臺微機勵磁控制器，采用雙通道多 DSP 分級控制技術。3 臺熱管散熱可控硅整流柜，采用第二代環(huán)行熱管技術。1 臺滅磁開關及轉子過電壓保護裝置，采用法國 CEX71-1600A 2.1 專用滅磁開關，高能 ZnO 非線性電阻滅磁，高能 PTC 與 ZnO 非線性電阻作為過壓保護。1 臺環(huán)氧干式變壓器（帶鋁合金外殼，風冷，溫度控制） 。其中一、熱管散熱可控硅整流裝置主要配制：采用進口可控硅 DCR1006SF2626，990A/2600V。整流橋設計裕度充分，整流橋 3 柜并聯(lián)，單橋

15、故障時仍能滿足包括強勵在內(nèi)的所有功能。每只可控硅都設置有過流過壓保護。觸發(fā)回路采用高頻脈沖列觸發(fā)技術，采用了電壓嵌位和強觸發(fā)技術，避免可控硅的誤觸發(fā)，提高了抗干擾能力。脈沖變壓器采用環(huán)氧澆注，耐壓可達到 DC15000V。脈放電源采用獨立的雙重電源供電。采用第二代環(huán)型熱管散熱器，具備以下優(yōu)勢：響應速度快：由于熱管殼體內(nèi)部為真空狀態(tài)（一般為 110-3Pa）,工作介質的相變溫度遠低于常壓下的沸點溫度（啟動溫度低） ，內(nèi)部流體的流動阻力小。因此，熱管的傳熱系數(shù)一般為金屬銀的 401000 倍。等溫性能好：熱管的等溫性能是其它材料所無法比擬的。一般一根長十米的熱管，其兩端溫差為 23。體積小、重量輕

16、：與傳統(tǒng)的鋁型材散熱器相比較，在熱阻相同的條件下，尺寸和重量要小 1/31/2 左右。運行安全可靠：熱管的工作介質在封閉的腔體內(nèi)進行工作，封口采用國際先進的焊接技術，其工作壽命一般為 20 年，它所采用的制造材料不會對環(huán)境產(chǎn)生任何的污染，是一種環(huán)保產(chǎn)品。第二代環(huán)型熱管實現(xiàn)了氣、液分流，從而解決了普通熱管結構工作時，氣、液混流引起的相互干擾問題，將熱管的傳熱效率提高了 23 倍。具備散熱器溫度實時監(jiān)測，溫度報警時自動啟動備用風機實現(xiàn)強迫風冷。采用進口低噪音風機作為備用冷卻風機。采用多種均流措施，如均流互感器，篩選元件參數(shù)均流等。二、勵磁裝置及轉子過電壓保護主要硬件配置：滅磁開關：法國 CEX71-1600A 2.1 雙極跳開，直流 500V。滅磁電阻：高能氧化鋅 ZnO 電阻，滅磁能容 0.8MJ, 殘壓 800V。過電壓保護組件：PTCZnO 過電壓吸收器按壓敏電壓 1200V 設計，設計過電壓動作計數(shù)器及復位按鈕。設置直流輔助起勵回路，滿足黑啟動運行模式 滅磁柜