勵(lì)磁系統(tǒng)選型計(jì)算書

1、勵(lì)磁系統(tǒng)選型計(jì)算書一. 發(fā)電機(jī)技術(shù)參數(shù)額定容量：額定電壓：額定頻率：勵(lì)磁方式：自并勵(lì)額定勵(lì)磁電壓：額定勵(lì)磁電流：空載勵(lì)磁電壓：空載勵(lì)磁電流：強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)轉(zhuǎn)子電阻短路比瞬變電抗Xd超瞬變電抗Xd發(fā)電機(jī)定子開路時(shí)轉(zhuǎn)子繞組時(shí)間常數(shù)：二.系統(tǒng)主要元件的設(shè)計(jì)計(jì)算1勵(lì)磁變壓器選擇11變壓器二次側(cè)電壓的選擇方式一：變壓器二次側(cè)電壓的選擇原則應(yīng)考慮在一次電壓為80%額定電壓時(shí)仍能滿足強(qiáng)勵(lì)要求，即： 方式二：按新算法不考慮機(jī)端電壓下降80%，即：其中： U2為變壓器二次電壓K為強(qiáng)勵(lì)倍數(shù) Ufn為額定勵(lì)磁電壓1. 35為三相全控整流電路的整流系數(shù)min為強(qiáng)勵(lì)時(shí)的可控硅觸發(fā)角考慮換弧壓降，實(shí)際選擇變壓器二次側(cè)電壓按U2

2、向上近似取整注：在沒(méi)有明確要求的情況下，在計(jì)算小機(jī)組的勵(lì)磁變壓器容量時(shí)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)按1.6倍考慮。12變壓器額定容量的選擇變壓器額定容量可由以下公式確定：S =* U2*Ifn*1.1*0.816其中：S為變壓器計(jì)算容量 U2為變壓器二次電壓Ie為變壓器二次電流Ifn為額定勵(lì)磁電流1. 1為保證長(zhǎng)期運(yùn)行的電流系數(shù)0.816為三相全控橋交直流側(cè)電流的換算系數(shù)實(shí)際上，在確定實(shí)際使用的變壓器容量時(shí)，要考慮實(shí)際選擇的容量是否與計(jì)算的變壓器容量相比有5-10%的裕度，在滿足技術(shù)要求的前提下盡量選擇低容量的變壓器，有時(shí)要通過(guò)調(diào)整換弧壓降來(lái)確定最終的變壓器容量。接線組別：Y/-11，或/ Y-11額定容量： k

3、VA 原邊電壓： kV副邊電壓： KV 短路阻抗： % 注：在考慮變壓器定貨時(shí)要明確變壓器的形式2 可控硅元件選型21可控硅反向峰值電壓計(jì)算每臂元件承受的最大反向電壓應(yīng)小于元件重復(fù)反向峰值電壓，即： 其中：過(guò)電壓余度系數(shù)，一般取2.0-2.5 過(guò)電壓沖擊系數(shù)，一般取1.50，現(xiàn)取1.5 電源電壓升高系數(shù)，一般取1.051.10，現(xiàn)取1.1 橋臂反向工作電壓最大值，UARM=1.414*整流變副邊電壓由此，可算出： UARM=2*1.5*1.1*1.414*整流變副邊電壓=4.67-5.83*整流變副邊電壓 （南瑞計(jì)算方法：3*整流變副邊電壓）（科大創(chuàng)新計(jì)算方法：3*1.3*整流變副邊電壓）（洪

4、山計(jì)算方法：2.75*整流變副邊電壓）22 可控硅額定通態(tài)平均電流計(jì)算ITa=（1.5-2）KfbId=（1.5-2）2.0*KfbIFN其中：（1.5-2）：安全系數(shù)，本計(jì)算取2Kfb： 控制角為0º時(shí)的整流電路電阻負(fù)載下的計(jì)算系數(shù)，三相橋式整流電路取Kfb=0.368Id：為2.0倍強(qiáng)勵(lì)工況下的勵(lì)磁繞組電流IFN：發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁繞組電流根據(jù)計(jì)算可選擇可控硅：（ ）-（ ）A/（ ）V實(shí)際選擇：（ ）-（ ）A/（ ）V注：在實(shí)際選型時(shí)，選擇可控硅要在計(jì)算值的基礎(chǔ)上考慮生產(chǎn)管理的實(shí)際情況（便于統(tǒng)一選型和采購(gòu)），實(shí)際選擇的可控硅參數(shù)往往大于計(jì)算值，這一點(diǎn)在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)務(wù)必要注意。（科大

5、創(chuàng)新計(jì)算方法：?jiǎn)喂耦~定輸出電流/1.3）（洪山計(jì)算方法：3*1.1*0.368*額定勵(lì)磁電流）（南瑞計(jì)算方法：?jiǎn)喂耦~定輸出電流/1.25）3 整流橋并聯(lián)支路計(jì)算31整流橋額定電流的確定設(shè)計(jì)原則：整流橋的額定電流是根據(jù)可控硅及其散熱組件在一定的條件下，影響可控硅發(fā)熱安全的電流極限，在選擇整流橋時(shí)，整流橋的額定電流必須要滿足1.1倍勵(lì)磁電流下長(zhǎng)期運(yùn)行及強(qiáng)勵(lì)20秒的運(yùn)行要求，在整流橋的發(fā)熱計(jì)算設(shè)計(jì)時(shí)已充分考慮強(qiáng)勵(lì)20秒的運(yùn)行要求，因此：?jiǎn)握鳂蝾~定電流應(yīng)額定勵(lì)磁電流×1.1實(shí)際設(shè)計(jì)單柜額定電流為（ ）A31整流橋的并聯(lián)元件數(shù)：整流橋的并聯(lián)元件數(shù)可根據(jù)下式計(jì)算：其中：為電流裕量系數(shù)；為單柜最

6、大連續(xù)電流值，此處取1.1倍額定勵(lì)磁電流。為可控硅元件通態(tài)平均電流值。計(jì)算時(shí)，Ka取2，若np1=（ ）< 1，則每臂選用單只可控硅元件滿足要求（在我們現(xiàn)有的設(shè)計(jì)中都是單柜單臂單元件結(jié)構(gòu)），否則就要考慮重新選擇可控硅。33整流橋的并聯(lián)數(shù)：并聯(lián)整流柜的數(shù)量由下式計(jì)算： 其中：為可控硅允許過(guò)載倍數(shù)，取2.0；為發(fā)電機(jī)三相短路時(shí)流過(guò)轉(zhuǎn)子回路的暫態(tài)自由分量電流值，一般（額定勵(lì)磁電流），此處取3.5（可根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算需要做調(diào)整）， 如果 < 1.0則單整流橋可以滿足包括發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)在內(nèi)的所有運(yùn)行工況。實(shí)際按N-1原則考慮，選并聯(lián)整流橋數(shù)為2。注：實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，出于可靠性、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（主要是母排

7、、電纜安裝問(wèn)題）的考慮，有時(shí)即使單整流橋能夠滿足勵(lì)磁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，往往也要根據(jù)實(shí)際情況選擇雙橋或雙柜的結(jié)構(gòu)，一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)額定勵(lì)磁電流小于600A時(shí)選擇一柜雙橋結(jié)構(gòu)，小勵(lì)磁產(chǎn)品特殊考慮。4 快速熔斷器選用計(jì)算41 電路形式的確定 在以往的設(shè)計(jì)中，我們主要選擇每臂一個(gè)快熔的三相全控整流電路，但在小勵(lì)磁系統(tǒng)中選用每相一個(gè)快熔的三相全控整流電路。42 額定電壓的選擇快速熔斷器的額定電壓（IRN）應(yīng)大于勵(lì)磁變壓器低壓側(cè)電壓?？烊蹣?biāo)稱電壓：U=（1.21.3）×U243 額定電流的選擇快速熔斷器的額定電流（有效值）應(yīng)按下式進(jìn)行計(jì)算：IR （IRN=IR×K= Ifn×0.5

8、77×K）（適用于單臂單快熔）IR （IRN=IR×K= Ifn×0.816×K）（適用于單相單快熔） 其中：IR為額定勵(lì)磁時(shí)流經(jīng)每個(gè)橋臂的電流有效值，IR=Ifn×0.577 （或0.816）Ifn為系統(tǒng)額定勵(lì)磁電流K為綜合系數(shù)，為裕度系數(shù)、散熱經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，風(fēng)速修正系數(shù)，環(huán)境溫度系數(shù)的綜合，常取1.31.5。設(shè)計(jì)中選擇1.5。為可控硅元件通態(tài)平均電流值。注1：快速熔斷器在1.1 IRN 時(shí)4小時(shí)內(nèi)不會(huì)熔斷，在6 IRN時(shí)20ms就能熔斷。注2：在實(shí)際選型時(shí)，選擇快熔要在計(jì)算值的基礎(chǔ)上考慮生產(chǎn)管理的實(shí)際情況，實(shí)際選擇的快熔參數(shù)往往大于計(jì)算值，這一

9、點(diǎn)在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)務(wù)必要注意。注3：選取時(shí)，保證快熔的I2t數(shù)值小于可控硅元件的I2t數(shù)值。（南瑞計(jì)算方法：（0.720.89）*單柜額定輸出電流）（科大創(chuàng)新計(jì)算方法：1.35*單柜額定輸出電流/1.732）5. 滅磁開關(guān)的選擇51 額定電壓的選擇選型原則：滅磁開關(guān)的工作電壓大于額定勵(lì)磁電壓52 額定電流的選擇選型原則：滅磁開關(guān)的工作電流大于并接近于額定勵(lì)磁電流的1.1倍注：實(shí)際選擇時(shí)除了要滿足上述規(guī)定外，還要考慮滅磁開關(guān)產(chǎn)品的電壓、電流系列。6. 滅磁保護(hù)的選擇計(jì)算61保護(hù)配置通常，勵(lì)磁系統(tǒng)配置的過(guò)壓保護(hù)有整流橋交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)（浪涌吸收）；整流橋直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)（可控硅換相過(guò)電壓吸收）；轉(zhuǎn)子反

10、相過(guò)電壓吸收；非全相及大滑差過(guò)電壓保護(hù)。具體選擇什么樣的保護(hù)視技術(shù)協(xié)議而定，一般地，小容量機(jī)組（小于10MW的水電機(jī)組）都不配非全相及大滑差過(guò)電壓保護(hù)和浪涌吸收保護(hù)。62滅磁方式滅磁方式有線性滅磁和非線性滅磁兩種方式，目前的設(shè)計(jì)中小容量機(jī)組一般選擇線性滅磁，大容量機(jī)組選擇非線性滅磁。63線性滅磁電阻計(jì)算在線性滅磁系統(tǒng)中，滅磁電阻值選擇越大，滅磁速度越快，同時(shí)轉(zhuǎn)子承受的過(guò)壓倍數(shù)越高，滅磁電阻為勵(lì)磁繞組熱態(tài)電阻值的35倍。64非線電阻的滅磁保護(hù)計(jì)算 對(duì)于FR1殘壓的選擇，按照IEC規(guī)定，其荷電率不得大于0.75。FR1的能量按機(jī)組空載最大滅磁能量選擇。滅磁容量選擇計(jì)算：按發(fā)電機(jī)空載誤強(qiáng)勵(lì)計(jì)算轉(zhuǎn)子繞

11、組的最大儲(chǔ)能滅磁容量W可由下式計(jì)算：這里 發(fā)電機(jī)空載勵(lì)磁電流（A）； 直軸瞬變開路時(shí)間常數(shù)； 轉(zhuǎn)子繞組電阻15°C（W），/；k 機(jī)組特性系數(shù)，一般水電取0.5；最后，按67%的裕度考慮。例如：W=0.16MJ按67%的裕度考慮取0.24MJ。每個(gè)閥片的使用容量為10KJ，實(shí)際選擇24片閥片。標(biāo)稱能量：0.48MJ，使用能量：0.24MJ1) 尖峰吸收器SPA（直流側(cè)尖峰過(guò)電壓吸收器）：U=×Uac 不加SPA出現(xiàn)的尖峰值為： Ui=2.5×U尖峰吸收器SPA 殘壓：U殘=×Uac ×1.12×1.5=1045。注：以上計(jì)算為估算，僅

12、供投標(biāo)參考，詳細(xì)計(jì)算可聯(lián)系滅磁電阻供貨商。 7. 勵(lì)磁變壓器CT變比計(jì)算一般情況下大容量勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)裝設(shè)兩組CT甚至三組CT（具體要求見技術(shù)協(xié)議），高壓側(cè)CT供變壓器保護(hù)和測(cè)量用。小容量變壓器（小于800KVA）高壓側(cè)一般裝一組保護(hù)CT（詳細(xì)配置查詢技術(shù)協(xié)議）71 CT電流計(jì)算：原邊電流 A副邊電流 A I1：變壓器原邊電流 I2：變壓器副邊電流 U1：變壓器原邊電壓 U2：變壓器副邊電壓 S：變壓器副邊電壓72 CT變比計(jì)算：一般原則：選擇變比時(shí)要考慮設(shè)備在額定運(yùn)行時(shí)CT的二次側(cè)電流在3-4A之間。CT的變比為（ ）A/5A注：勵(lì)磁變?cè)匔T主要用做勵(lì)磁變保護(hù)的采樣器件，關(guān)于變比的選擇除

13、了按上述規(guī)定外一般以保護(hù)的要求為準(zhǔn)。8. 起勵(lì)裝置設(shè)計(jì)81起勵(lì)方式：起勵(lì)方式有兩種：直流起勵(lì)和交流起勵(lì)直流起勵(lì)一般用于起勵(lì)電流較小的場(chǎng)合，否則在起勵(lì)瞬間對(duì)廠用直流系統(tǒng)沖擊較大；交流起勵(lì)一般用于起勵(lì)電流較大的場(chǎng)合。實(shí)際上，除非用戶有特別的要求，對(duì)于空載電流小于500A的情況選擇直流起勵(lì)；對(duì)于空載電流大于500A的情況選擇交流起勵(lì)。82起勵(lì)電流數(shù)值確定：無(wú)論是直流起勵(lì)還是交流起勵(lì)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)經(jīng)驗(yàn)選取發(fā)電機(jī)空載勵(lì)磁電流的10%進(jìn)行起勵(lì)裝置設(shè)計(jì)是可行的，所以，在計(jì)算起勵(lì)電流時(shí)按照發(fā)電機(jī)空載勵(lì)磁電流的10%進(jìn)行計(jì)算。83發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻估算發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻為發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電壓與額定勵(lì)磁電流的比值。即Rz=

14、UFN/IFN其中：Rz為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻 UFN為發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電壓 IFN為發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電流84直流起勵(lì)一般情況下，起勵(lì)電源取自廠用直流220V電源。起勵(lì)電阻按下式計(jì)算：RQL=UQL/IQL-Rz 其中：RQL為起勵(lì)電阻 UQL為起勵(lì)電源電壓額定值（220V） IQL為確定的起勵(lì)電流 Rz為轉(zhuǎn)子電阻起勵(lì)電阻功率按下式計(jì)算：WRQL1 = UQL2÷RQL其中：WRQL為起勵(lì)電阻的計(jì)算功率 UQL為起勵(lì)電源電壓額定值（220V） RQL為起勵(lì)電阻實(shí)際上，考慮起勵(lì)時(shí)間很短（5秒），起勵(lì)電阻的實(shí)際功率（WRQL）按計(jì)算功率的10%進(jìn)行計(jì)算。9. 電纜選用計(jì)算額定勵(lì)磁電壓 Ufn額定勵(lì)磁電流 Ifn電纜選用應(yīng)滿足1.1倍勵(lì)磁電