Ｉ 鱼里堡量垫堕 ｓｈｅｂｅ ｉＧｕａｎｌｉ ｙｕ Ｇａｉｚａ。 中小型水轮发电机组励磁系统简化计算 农少安 ’ （江门电力设计院有限公司，广东江门５２９０００） 摘要：结合某中型水电站机组增容技术改造的实例，重点探讨了励磁系统计算的要点，为避免进行过多的励磁计算，简化励磁系 统计算方法，给出了简洁扼要又相对完整的计算途径，可为其他同类型项目提供一些技术借鉴和经验。 关键词：励磁系统；可控硅；快速熔断器；强励强减；励磁调节器 ０ 引言 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。在计算、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６．５ Ｍｗ水轮发电机组增容至７．１５ Ｍｗ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６．５ Ｍｗ，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 ６．５ Ｍｗ增容至７．１５ Ｍｗ（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７．１５ ＭＷ；额定电压６－３ ｋＶ；额定 励磁电压１１８ Ｖ；额定励磁电流４４１ Ａ。 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： 一２２６ Ｖ 式中， 为变压器二次侧线电压； 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；‰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２４０ Ｖ。 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： ｓ＝、／了Ｕｆｌｏ＝、／了Ｘ ×１．１×０．８１６１￣ ＝ ×２４０×１．１×０．８１６Ｘ４４１≈１６５ ｋＶＡ 式中，Ｓ为变压器容量；，ｅ为变压器二次侧线电流； 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２００ ｋＶＡ；原边 电压６．３ ｋＶ；副边电压２４０ Ｖ；短路阻抗４％；接线组）￣ＩＪＹ／Ａ一１ １。 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： ＲＲＭ＞ Ｋ。 ＡＲＭ 式中， 为过电压裕度系数，一般取２．０； 为过电压冲击系数， 一般取１．５～１．６；Ｋ 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： ＲＭ＞２．０Ｘ １．６×１．１×、／２×２４０≈１ １９４ Ｖ （２）可控硅额定通态平均电流： 厶＝（１．５～２） ／ＣＯＳ （１．５￣２）Ｋｍｘ２ ＣＯＳ 式中，（１．５～２）为安全系数，本计算取２：Ｋ 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；，ｄ为 ２．０倍强励工况下的额定励磁电流； 为发电机额定励磁电流。 算出： ２×０．３６８×２Ｘ４４１／ｃｏｓ １５。簪６７２ Ａ 根据计算可选择可控硅元件参数为８００ Ａ／１ ８００ Ｖ。 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￣３４０ Ｖ。可选用５００ Ｖ快速熔断器。 （２）快速熔断器的额定电流按下式计算： ，Ｒ≤（，ＲＮ＝ ＸＫ＝ ×Ｏ．５７７ＸＫ）≤，ｄ 式中，，Ｒ为额定励磁时流经每个可控硅元件的电流有效值， Ｉｚ＝Ｉｆ．Ｘ 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； 为可控硅元件通态平均电 流值。 ，ＲＮ＝ ×０．５７７×Ｋ＝４４１×０．５７７×１．５￣３８２ Ａ 可选熔断器参数为５００ ｖ／５ｏｏ Ａ。 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 （１１８ Ｖ），灭磁开关额定电流需大于转子回路额定励磁电流 （４４１ Ａ）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８００ Ａ；最大分断电流２ ０００ Ａ。 （２）一般水轮机灭磁电阻为转子电阻的５倍，即风Ｉ≈５×０．２２６＝ １．１３ Ｑ，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 １．７ Ｑ。 ２．５起励系统设计 ’ 采用直流起励，起励电流为ｔ２．５％空载额定励磁电流。根 据电磁计算书空载额定励磁电流为２２１ Ａ，故： ，０Ｉ＿＝２２１ Ｘ ０．１２５ ２７．６２５ Ａ 限流电阻：２２０／２７．６２５￣７．９６３ ８ Ｑ。其中转子直流电阻为 ０．２３３ ８ Ｑ，所以起励限流电阻为 ｏＩ ＿７．７３ Ｑ，经接触器接入转 子回路。 Ｓｈｅｂｅｉ Ｇｕａｎｌ ｉｙｕ Ｇａｉｚａ。 鱼里望 垫望Ｉ 起励限流电阻容量：最大电压为２２０ Ｘ（１＋２０％）＝２６４ Ｖ时， 意设置正、负调差方向，调差系数０～１５％任意调节，级差１％； 起励回路电流为２６４／７．９６３ ８≈３３．１５ Ａ，功率为 ３３．１５ Ｘ （３）自励方式下的起励控制；（４）完成发电机在空载、负载等工 ７．７３ ８．４９５ ｋＷ，考虑到起励为短时（１ ｓ），故选择起励电阻容 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 量为１／２（４．２ ｋ、ｖ）即可。可选起励限流电阻型号ＲＸ－７．５ Ｑ／５ ｋＷ。 运行（选用）；（６）发电机恒无功运行（选用）。 ２．６强励强减计算 ３．１．２限制和保护功能 ２．６．１ 强励时最大励磁电压计算 （１）ＰＴ断线保护；（２）过励限制与保护；（３）欠励限制及保 ＝Ｉ．３５Ｘ（０．８ｕ０×ＣＯＳ １５。 护；（４）空载过电压保护；（５）可控硅故障检测；（６）整流柜停风 ＝１－３５Ｘ２４０Ｘ０．９６６×０．８≈２５０．４ Ｖ 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 强励倍数：Ｋｖ＝２５０．４／１１８－－２．１２。 及保护定值以及每一种保护的投退均可在现场进行整定。 ２．６．２强减时最小励磁电压计算 ３．２主要技术参数要求 ｆ， １．３５ＵＬｃｏｓ １５０。＝１．３５Ｘ２４０Ｘ（－０．８６６）≈一２８０ Ｖ （１）调压范围：５％～１３０％。（２）调压精度＜Ｏ．５％。（３）移相 强减时，通过逆变灭磁，快速将磁场能量释放。 范围：０～１５０ｏ，上下限值可程序设置。（４）调差：软件无功调 ２．７电缆选用计算 差、正负大小任选级差为±１％。（５）频率特性：频率每变化１％， 电缆选用应满足１．１倍励磁电流下长期运行的要求，同时 发电机端电压变化不大于额定值的±０．２５％。 要满足现场安装方便和经济性要求。电缆的电流密度为 ４结语 ２．５ Ａ／ｒａｍ２。 ’ 借助新技术和新材料，结合电站大修进行机组增容技术 转子侧电缆导线截面积： 改造，可以在一定程度上挖掘电站的潜力，提高发电效益，符 Ｓｚ＝（，ｋＸ １．１）／２，５＝（４４１ Ｘ １，１）／２．５≈１９４ ｍｍ 合绿色节能的精神。本文结合某中型水电站机组增容技术改 工程中可选用一根ＹＪＶ一２４０电缆。 造的实例，介绍了水电站增容改造中发电机组励磁系统选型 励磁变压器低压侧电缆截面积： 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 Ｓｊ＝（ Ｘ １．１ Ｘ０．８１６）／２．５＝（４４１×１．１×０．８１６）／２．５≈１５８ ｍｍ 一些有益的参考。 工程中可选用一根ＹＪＶ－１８５电缆。电缆额定电压为Ｑ６４１ ｋＶ。 ３励磁调节器 ［参考文献］ ３．１主要功能要求 ［１］中小型同步电机励磁系统基本技术要求：ＧＢ １０５８５－－１９８９ 选择采用微机励磁调节器，技术成熟，性能优越，通常都 ［Ｓ］． 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 ［２］水轮发电机基本技术条件：ＧＢ／Ｔ ７８９４－－２００９［Ｓ］． 察和提出配合要求的一些具体功能和指标参数如下： ［３］小型水力发电站设计规范：ＧＢ ５００７１－－２０１４［ｓ］． ３．１．１调节及控制功能 ’ 收稿日期：２０１７—０３一Ｏ１ （１）自动运行方式即发电机恒机端电压ＰＩＤ调节，手动运 作者简介：农少安（１９６２一），男，广西百色人，电气工程师，研 行方式即发电机恒励磁电流ＰＩＤ调节；（２）无功调差调节，可任 究方向：发配电设计。 （上接第５ｌ页） 变压器的运行状况进行监控，而且能够根据变压器运行的一 面临着更大的压力，作为电力系统中的关键部件，变压器故障 些特征，对变压器的一些潜在故障进行提前预测，从而实现变 的类型也更加多样，且频次更多，所以通过对变压器的故障类 压器故障早发现、早检修，最大化地降低变压器的故障停机 型及原因进行探讨，分析其运行过程中的检修与维护策略非 率。变压器在线监控系统的原理如图１所示。 常有意义。本文还探讨了在线监测的原理及意义，对未来实现 Ｉ变压器的实时监控有一定的借鉴意义。 图１变压器在线监控系统原理图 从图中可以看出，传感器安装在变压器的关键测试部位， ［参考文献】 完成相关数据的采集，再通过数模转换将数据传送给数字采 ［１］张丽丽．试论电力变压器运行过程中的检修与维护［Ｊ］．中国 集设备，并进一步传输给计算机，实现变压器相关运行参数的 高新技术企业，２０１６（２６）：１２４—１２５． ［２］李鹏．变压器运行过程的异常现象检修与维护策略［Ｊ］．硅 采集。计算机上不仅搭载了实时监测系统，还装有故障诊断系 谷，２０１２（１９）：１２２． 统以及综合评价系统。通过实时监测实现变压器运行过程参 ［３］许力．电力变压器状态检修与在线监测的实际运用与探索 数的监测，一旦发生故障，系统就会报警，以便及时进行抢修； ［Ｄ］．南京：东南大学 ２０１５． 故障诊断系统可以帮助技术人员实现故障的快速定位；综合 评价系统可以实现变压器相关元器件的工作状态评估，预测 元器件工作寿命，以便及时进行更换。 ４结语 收稿日期：２０１７—０３—１３ 作者简介：马叔阳（１９８８一），男，青海湟源人，助理工程师，从 随着我国经济的高速发展，电力需求不断增大，电力供应 事变电站一次设备检修工作。 机电信息２０１７年第９期总第５０７期５３