励磁系统选型计算书综述

1、励磁系统选型计算书一. 发电机技术参数额定容量：额定电压：额定频率：励磁方式：自并励额定励磁电压：额定励磁电流：空载励磁电压：空载励磁电流：强励倍数转子电阻短路比瞬变电抗Xd超瞬变电抗Xd发电机定子开路时转子绕组时间常数：二.系统主要元件的设计计算1励磁变压器选择11变压器二次侧电压的选择方式一：变压器二次侧电压的选择原则应考虑在一次电压为80%额定电压时仍能满足强励要求，即： 方式二：按新算法不考虑机端电压下降80%，即：其中： U2为变压器二次电压K为强励倍数 Ufn为额定励磁电压1. 35为三相全控整流电路的整流系数min为强励时的可控硅触发角考虑换弧压降，实际选择变压器二次侧电压按U2

2、向上近似取整注：在没有明确要求的情况下，在计算小机组的励磁变压器容量时强励倍数按1.6倍考虑。12变压器额定容量的选择变压器额定容量可由以下公式确定：S =* U2*Ifn*1.1*0.816其中：S为变压器计算容量 U2为变压器二次电压Ie为变压器二次电流Ifn为额定励磁电流1. 1为保证长期运行的电流系数0.816为三相全控桥交直流侧电流的换算系数实际上，在确定实际使用的变压器容量时，要考虑实际选择的容量是否与计算的变压器容量相比有5-10%的裕度，在满足技术要求的前提下尽量选择低容量的变压器，有时要通过调整换弧压降来确定最终的变压器容量。接线组别：Y/-11，或/ Y-11额定容量： k

3、VA 原边电压： kV副边电压： KV 短路阻抗： % 注：在考虑变压器定货时要明确变压器的形式2 可控硅元件选型21可控硅反向峰值电压计算每臂元件承受的最大反向电压应小于元件重复反向峰值电压，即： 其中：过电压余度系数，一般取2.0-2.5 过电压冲击系数，一般取1.50，现取1.5 电源电压升高系数，一般取1.051.10，现取1.1 桥臂反向工作电压最大值，UARM=1.414*整流变副边电压由此，可算出： UARM=2*1.5*1.1*1.414*整流变副边电压=4.67-5.83*整流变副边电压 （南瑞计算方法：3*整流变副边电压）（科大创新计算方法：3*1.3*整流变副边电压）（洪

4、山计算方法：2.75*整流变副边电压）22 可控硅额定通态平均电流计算ITa=（1.5-2）KfbId=（1.5-2）2.0*KfbIFN其中：（1.5-2）：安全系数，本计算取2Kfb： 控制角为0º时的整流电路电阻负载下的计算系数，三相桥式整流电路取Kfb=0.368Id：为2.0倍强励工况下的励磁绕组电流IFN：发电机额定励磁绕组电流根据计算可选择可控硅：（ ）-（ ）A/（ ）V实际选择：（ ）-（ ）A/（ ）V注：在实际选型时，选择可控硅要在计算值的基础上考虑生产管理的实际情况（便于统一选型和采购），实际选择的可控硅参数往往大于计算值，这一点在实际设计时务必要注意。（科大

5、创新计算方法：单柜额定输出电流/1.3）（洪山计算方法：3*1.1*0.368*额定励磁电流）（南瑞计算方法：单柜额定输出电流/1.25）3 整流桥并联支路计算31整流桥额定电流的确定设计原则：整流桥的额定电流是根据可控硅及其散热组件在一定的条件下，影响可控硅发热安全的电流极限，在选择整流桥时，整流桥的额定电流必须要满足1.1倍励磁电流下长期运行及强励20秒的运行要求，在整流桥的发热计算设计时已充分考虑强励20秒的运行要求，因此：单整流桥额定电流应额定励磁电流×1.1实际设计单柜额定电流为（ ）A31整流桥的并联元件数：整流桥的并联元件数可根据下式计算：其中：为电流裕量系数；为单柜最

6、大连续电流值，此处取1.1倍额定励磁电流。为可控硅元件通态平均电流值。计算时，Ka取2，若np1=（ ）< 1，则每臂选用单只可控硅元件满足要求（在我们现有的设计中都是单柜单臂单元件结构），否则就要考虑重新选择可控硅。33整流桥的并联数：并联整流柜的数量由下式计算： 其中：为可控硅允许过载倍数，取2.0；为发电机三相短路时流过转子回路的暂态自由分量电流值，一般（额定励磁电流），此处取3.5（可根据设计计算需要做调整）， 如果 < 1.0则单整流桥可以满足包括发电机强励在内的所有运行工况。实际按N-1原则考虑，选并联整流桥数为2。注：实际的系统设计中，出于可靠性、机构设计（主要是母排

7、、电缆安装问题）的考虑，有时即使单整流桥能够满足励磁系统的设计要求，往往也要根据实际情况选择双桥或双柜的结构，一般来说，当额定励磁电流小于600A时选择一柜双桥结构，小励磁产品特殊考虑。4 快速熔断器选用计算41 电路形式的确定 在以往的设计中，我们主要选择每臂一个快熔的三相全控整流电路，但在小励磁系统中选用每相一个快熔的三相全控整流电路。42 额定电压的选择快速熔断器的额定电压（IRN）应大于励磁变压器低压侧电压。快熔标称电压：U=（1.21.3）×U243 额定电流的选择快速熔断器的额定电流（有效值）应按下式进行计算：IR （IRN=IR×K= Ifn×0.5

8、77×K）（适用于单臂单快熔）IR （IRN=IR×K= Ifn×0.816×K）（适用于单相单快熔） 其中：IR为额定励磁时流经每个桥臂的电流有效值，IR=Ifn×0.577 （或0.816）Ifn为系统额定励磁电流K为综合系数，为裕度系数、散热经验系数，风速修正系数，环境温度系数的综合，常取1.31.5。设计中选择1.5。为可控硅元件通态平均电流值。注1：快速熔断器在1.1 IRN 时4小时内不会熔断，在6 IRN时20ms就能熔断。注2：在实际选型时，选择快熔要在计算值的基础上考虑生产管理的实际情况，实际选择的快熔参数往往大于计算值，这一

9、点在实际设计时务必要注意。注3：选取时，保证快熔的I2t数值小于可控硅元件的I2t数值。（南瑞计算方法：（0.720.89）*单柜额定输出电流）（科大创新计算方法：1.35*单柜额定输出电流/1.732）5. 灭磁开关的选择51 额定电压的选择选型原则：灭磁开关的工作电压大于额定励磁电压52 额定电流的选择选型原则：灭磁开关的工作电流大于并接近于额定励磁电流的1.1倍注：实际选择时除了要满足上述规定外，还要考虑灭磁开关产品的电压、电流系列。6. 灭磁保护的选择计算61保护配置通常，励磁系统配置的过压保护有整流桥交流侧过电压保护（浪涌吸收）；整流桥直流侧过电压保护（可控硅换相过电压吸收）；转子反

10、相过电压吸收；非全相及大滑差过电压保护。具体选择什么样的保护视技术协议而定，一般地，小容量机组（小于10MW的水电机组）都不配非全相及大滑差过电压保护和浪涌吸收保护。62灭磁方式灭磁方式有线性灭磁和非线性灭磁两种方式，目前的设计中小容量机组一般选择线性灭磁，大容量机组选择非线性灭磁。63线性灭磁电阻计算在线性灭磁系统中，灭磁电阻值选择越大，灭磁速度越快，同时转子承受的过压倍数越高，灭磁电阻为励磁绕组热态电阻值的35倍。64非线电阻的灭磁保护计算 对于FR1残压的选择，按照IEC规定，其荷电率不得大于0.75。FR1的能量按机组空载最大灭磁能量选择。灭磁容量选择计算：按发电机空载误强励计算转子绕

11、组的最大储能灭磁容量W可由下式计算：这里 发电机空载励磁电流（A）； 直轴瞬变开路时间常数； 转子绕组电阻15°C（W），/；k 机组特性系数，一般水电取0.5；最后，按67%的裕度考虑。例如：W=0.16MJ按67%的裕度考虑取0.24MJ。每个阀片的使用容量为10KJ，实际选择24片阀片。标称能量：0.48MJ，使用能量：0.24MJ1) 尖峰吸收器SPA（直流侧尖峰过电压吸收器）：U=×Uac 不加SPA出现的尖峰值为： Ui=2.5×U尖峰吸收器SPA 残压：U残=×Uac ×1.12×1.5=1045。注：以上计算为估算，仅

12、供投标参考，详细计算可联系灭磁电阻供货商。 7. 励磁变压器CT变比计算一般情况下大容量励磁变压器高压侧装设两组CT甚至三组CT（具体要求见技术协议），高压侧CT供变压器保护和测量用。小容量变压器（小于800KVA）高压侧一般装一组保护CT（详细配置查询技术协议）71 CT电流计算：原边电流 A副边电流 A I1：变压器原边电流 I2：变压器副边电流 U1：变压器原边电压 U2：变压器副边电压 S：变压器副边电压72 CT变比计算：一般原则：选择变比时要考虑设备在额定运行时CT的二次侧电流在3-4A之间。CT的变比为（ ）A/5A注：励磁变原边CT主要用做励磁变保护的采样器件，关于变比的选择除

13、了按上述规定外一般以保护的要求为准。8. 起励装置设计81起励方式：起励方式有两种：直流起励和交流起励直流起励一般用于起励电流较小的场合，否则在起励瞬间对厂用直流系统冲击较大；交流起励一般用于起励电流较大的场合。实际上，除非用户有特别的要求，对于空载电流小于500A的情况选择直流起励；对于空载电流大于500A的情况选择交流起励。82起励电流数值确定：无论是直流起励还是交流起励，根据现场投运经验选取发电机空载励磁电流的10%进行起励装置设计是可行的，所以，在计算起励电流时按照发电机空载励磁电流的10%进行计算。83发电机转子电阻估算发电机转子电阻为发电机额定励磁电压与额定励磁电流的比值。即Rz=

14、UFN/IFN其中：Rz为发电机转子电阻 UFN为发电机额定励磁电压 IFN为发电机额定励磁电流84直流起励一般情况下，起励电源取自厂用直流220V电源。起励电阻按下式计算：RQL=UQL/IQL-Rz 其中：RQL为起励电阻 UQL为起励电源电压额定值（220V） IQL为确定的起励电流 Rz为转子电阻起励电阻功率按下式计算：WRQL1 = UQL2÷RQL其中：WRQL为起励电阻的计算功率 UQL为起励电源电压额定值（220V） RQL为起励电阻实际上，考虑起励时间很短（5秒），起励电阻的实际功率（WRQL）按计算功率的10%进行计算。9. 电缆选用计算额定励磁电压 Ufn额定励磁电流 Ifn电缆选用应满足1.1倍励磁电