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发电机组励磁系统选型计算

2018/7/10 2:56:50 人评论 次浏览 分类:PLC  仪表地址:/product/2073.html

励磁装置是水轮发电机组的重要组成部分,其设计计算和选型的正确与否对发电系统的高效运行乃至生产安全都会产生重大影响。在励磁系统计算、励磁选型时需考虑的因素较多,这些因素与发电机运行参数直接相关,还与励磁系统的形式直接相关。本文针对一台6.5MW水轮发电机组增容至7.15MW时励磁系统的改造计算实例,探讨了中小型水轮发电机组励磁系统选型的简化计算过程,给出了简洁扼要又相对完整的计算方法。

1、发电机参数
该机组原容量6.5MW,机组经三十多年运行,效率明显下降,水资源浪费严重,影响电站的发电效益。因此,电厂对机组进行了彻底的大修和技术改造,并将装机容量由原设计的6.5MW增容至7.15MW(即增容10%)。改造后发电机和励磁系统相关参数如下:额定容量7.15MW;额定电压6.3kV;额定励磁电压118V;额定励磁电流441A。

2、励磁设备参数计算
设备配置原则:满足发电机额定超负荷及1.1倍励磁电流下长时间运行的要求。设备选型需有足够的裕度。
2.1励磁变压器计算
2.1.1变压器二次电压的选择选择
原则应考虑在一次电压为80%额定电压时仍能满足2.0倍强励要求,即:

式中,U2为变压器二次侧线电压;Ufc为2.0倍强励时的额定励磁电压;1.35为三相全控整流系数;αmin为强励时的晶闸管触发角。考虑到换弧压降,因此实际选择变压器二次侧电压为240V。

2.1.2变压器额定容量的选择

变压器容量应满足额定励磁电流下长期运行的要求,即:

式中,S为变压器容量;Ie为变压器二次侧线电流;Ifn为发电机额定励磁电流值。
考虑足够的运行裕度,实际选择变压器额定容量为200kVA。一般可采用如下参数的干式变压器:额定容量200kVA;原边电压6.3kV;副边电压240V;短路阻抗4%;接线组别Y/△-11。

2.2可控硅元件计算

①反向峰值电压
每臂元件承受的最大反向电压应小于元件反向重复峰值电压,即:, 式中Ku为过电压裕度系数,一般取2.0;Kcg为过电压冲击系数,一般取1.5-1.6;Ke为电源电压升高系数,一般取1.0-1.1;UARM为桥臂反向工作电压最大值。算出:
②可控硅额定通态平均电流:

式中,(1.5-2)为安全系数,本计算取2;Kfb为控制角为0°时整流电路电阻负载下计算系数,三相桥式整流电路为0.368;Id为2.0倍强励工况下的额定励磁电流;Ifn为发电机额定励磁电流。算出:

根据计算可选择可控硅元件参数为800A/1800V。

2.3快速熔断器选用
计算每一个可控硅串联一只快速熔断器。
①快速熔断器的额定电压应大于励磁变压器低压侧最高峰值电压:240×1.414≈340V。可选用500V快速熔断器。
②快速熔断器的额定电流按下式计算:

式中,IR为额定励磁时流经每个可控硅元件的电流有效值,IR=Ifn×0.577;K为综合系数,为裕度、散热、风速修正、环境温度等系数的综合,常取1.3-1.5;Id为可控硅元件通态平均电流值。
IRN=Ifn×0.577×K=441×0.577×1.5≈382A
可选熔断器参数为500V/500A。

2.4灭磁开关及灭磁电阻的选择
①灭磁开关额定电压需大于转子回路额定励磁电压(118V),灭磁开关额定电流需大于转子回路额定励磁电流(441A)的1.1倍。可得灭磁开关主要参数:额定工作电压600V;额定工作电流800A;最大分断电流2000A。
②一般水轮机灭磁电阻为转子电阻的5倍,即RM≈5×0.226=1.13Ω,且遵循在保证灭磁时转子不过压的前提下尽量缩短灭磁时间的原则。考虑到本机组转子系统电压裕度较大,参照同型号机组增容后灭磁电阻值的实例,本工程中取RM=1.7Ω。

2.5起励系统设计
采用直流起励,起励电流为12.5%空载额定励磁电流。根据电磁计算书空载额定励磁电流为221A,故:IQL=221×0.125=27.625A
限流电阻:220/27.625≈7.9638Ω。其中转子直流电阻为0.2338Ω,所以起励限流电阻为RQL=7.73Ω,经接触器接入转子回路。
起励限流电阻容量:最大电压为220×(1+20%)=264V时,起励回路电流为264÷7.9638≈33.15A,功率为PQL=33.152×7.73≈8.495kW,考虑到起励为短时(1s),故选择起励电阻容量为1/2(4.2kW)即可。可选起励限流电阻型号RX-7.5Ω/5kW。

2.6强励强减计算
2.6.1强励时最大励磁电压计算

强励倍数:KF=250.4÷118=2.12。
2.6.2强减时最小励磁电压计算
Ufd-min=1.35×UL×cos150°=1.35×240×(-0.866)≈-280V
强减时,通过逆变灭磁,快速将磁场能量释放。

2.7电缆选用计算
电缆选用应满足1.1倍励磁电流下长期运行的要求,同时要满足现场安装方便和经济性要求。电缆的电流密度为2.5A/mm2
转子侧电缆导线截面积:SZ=(Ile×1.1)/2.5=(441×1.1)/2.5≈194mm2
工程中可选用一根YJV-240电缆。
励磁变压器低压侧电缆截面积:SJ=(Ile×1.1×0.816)/2.5=(441×1.1×0.816)/2.5≈158mm2
工程中可选用一根YJV-185电缆。电缆额定电压为0.6-1kV。

3、励磁调节器
3.1主要功能要求
选择采用微机励磁调节器,技术成熟,性能优越,通常都能很好地与上述参数匹配,满足励磁系统的要求。需要特别考察和提出配合要求的一些具体功能和指标参数如下:
3.1.1调节及控制功能
①自动运行方式即发电机恒机端电压PID调节,手动运行方式即发电机恒励磁电流PID调节;
②无功调差调节,可任意设置正、负调差方向,调差系数0-15%任意调节,级差1%;
③自励方式下的起励控制;
④完成发电机在空载、负载等工况下的机组稳定运行及无功平滑调节;
⑤发电机恒功率因数运行(选用);
⑥发电机恒无功运行(选用)。

3.1.2限制和保护功能
①PT断线保护;
②过励限制与保护;
③欠励限制及保护;
④空载过电压保护;
⑤可控硅故障检测;
⑥整流柜停风或部分整流柜退出运行时进行励磁电流限制;
⑦所有的限制及保护定值以及每一种保护的投退均可在现场进行整定。

3.2主要技术参数要求
①调压范围:5%-130%。
②调压精度<0.5%。
③移相范围:0-150°,上下限值可程序设置。
④调差:软件无功调差、正负大小任选级差为±1%。
⑤频率特性:频率每变化1%,发电机端电压变化不大于额定值的±0.25%。

借助新技术和新材料,结合电站大修进行机组増容技术改造,可以在一定程度上挖掘电站的潜力,提高发电效益,符合绿色节能的精神。本文结合某中型水电站机组増容技术改造的实例,介绍了水电站増容改造中发电机组励磁系统选型的计算过程,为中小型水轮发电机组的运维、技术改造提供了一些有益的参考。
作者:农少安,研究方向:发配电设计。

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