600MW汽轮发电机组自并励励磁系统设计计算书 18/18600MW汽轮发电机组自并励励磁系统设计计算书二00八年十二月目 录一、励磁变压器选择计算 31、二次侧线电流计算 32、二次侧额定线电压计算 33、额定输出容量计算 44、各工况触发角计算 45、短路电流试验的核算 56、空载升压130%试验核算 57、网侧电压分接头确定 5二、励磁系统短路电流计算 61、励磁变低压侧短路 62、整流柜出口短路 63、灭磁开关出口短路 74、滑环处短路 7三、硅元件及整流桥技术参数计算 71、硅元件额定电压的选择 72、硅元件额定电流的选择 7四、硅元件快熔计算 91、快熔额定电压的选择 92、快熔额定电流的选择 93、快熔熔断特性的校核 9五、冷却系统技术参数计算 101、硅元件发热量 102、 铜母排发热 103、整流柜快速熔断器发热 11六、灭磁开关的计算及选择 111、磁场断路器电压的选择 112、磁场断路器电流的选择 123、磁场断路器分断电流及弧电压的选择 124、磁场断路器短时耐受电流的计算及选择 125、正常灭磁原理及动作顺序 136、滑环处短路故障时灭磁原理及动作顺序 13七、灭磁电阻的计算及选择 131、线性灭磁电阻阻值的计算 132、线性灭磁电阻选择 143、灭磁能量的计算 14八、过电压保护装置的计算及选择 161、过电压保护装置原理接线图 162、氧化锌非线性的性能及过电压保护原理 163、发电机转子绝缘对过压保护装置的要求 174、用户在现场对过压保护装置的检测、试验方法 18600MW汽轮发电机组自并励励磁系统技术参数设计计算书一、励磁变压器选择计算 励磁变压器为励磁系统提供电源，专门应用励磁整流系统的变压器，其输入容量包括输出容量、附加损耗容量和谐波损耗容量，励磁变压器设计时根据输出容量考虑到整流系统的谐波损耗及变压器附加损耗（详见励磁变压器资料）。
本计算书仅对励磁变压器的输出特征参数进行设计，包括二次侧额定输出电压、二次侧额定输出电流、额定输出容量和短路阻抗核算，关于变压器谐波发热、温升及散热等参数参考变压器厂家具体技术资料1、二次侧线电流计算具体计算公式如下式：I2=1.1式中：I2：励磁变压器二次侧线电流Ifn：发电机在最大容量、额定电压和额定功率因数时的励磁电流2、二次侧额定线电压计算考虑换相压降、可控硅导通压降及电缆或母排压降，可控硅整流桥输出电压计算公式为：按照技术规范要求：当发电机端电压降至80%时或额定电压时，励磁系统保证输出强励电压，则具体校核计算公式如式：式中：U20：励磁变压器二次侧空载额定线电压 αmin：励磁系统强励时可控硅控制角，计算中取为10° Ufmax：励磁系统顶值电压Ifmax：励磁系统顶值电流k1：取为0.8或1 △U：电压降之和，包括导通两臂的硅元件正向压降，汇流导线电阻压降及转子滑环与炭刷间的压降，计算中取8V Xr=k2为电压强励磁倍数，k3为电流强励倍数由换相阻抗与电压和容量相关，一般是经初步估算得出 U20及容量，按上式进行校验：当上式右边小于左边，说明满足励磁系统强励技术要求。
初步估算 U20的计算式为：3、额定输出容量计算具体计算公式如下式：SN= 式中：SN：励磁变压器额定输出容量设计取整数即可4、各工况触发角计算 发电机额定空载励磁电流为，励磁电压为，则触发角度计算为： 发电机额定负载励磁电流为，励磁电压为，则触发角度计算为： 发电机强励磁时励磁电流为，励磁电压为，则触发角度计算为： 如果强励时机端电压降至80%额定电压时，则触发角度为10度 5、短路电流试验的核算 发电机空载额定励磁电流为，短路比为，则发电机额定短路电流时励磁电流为，短路电流试验一般要求做至110%额定电流，则短路电流试验最大励磁电流为，可以计算出对应于该励磁电流最大励磁电压，当励磁变压器网侧电压采用厂用6.3KV电压时，副边最大电压为：V按最小触发角为10度计算，其输出电压为： 如果上式左边大于右边，说明网侧电压接至6.3KV厂用电后，励磁输出满足发电机短路升流试验；如果上式左边小于右边，则励磁变压器高压侧需要预设计分接头，发电机短路试验验时，必须改变分接头，以保证励磁变压器输出电压即可满足短路试验要求。
6、空载升压130%试验核算 根据发电机典型参数分析，发电机空载130%额定电压时，发电机励磁电流最大值可达空载额定励磁电流的两倍，可计算出对于应于该励磁电流最大励磁电压为，当励磁变压器网侧电压采用厂用6.3KV电压时，副边最大电压为：按最小触发角为10度计算，其输出电压为：如果上式左边大于右边，说明网侧电压接至6.3KV厂用电后，励磁输出满足发电机空载升压至130%额定电压的试验要求；如果上式左边小于右边，则励磁变压器高压侧需要预设计分接头，发电机空载升压至130%额定电压的试验时，必须改变分接头，以保证励磁变压器输出电压即可满足短路试验要求7、网侧电压分接头确定 根据以上计算，为可靠起见，励磁变压器网侧分接头，同时满足发电机短路试验和空载升压至130%试验的要求二、励磁系统短路电流计算在计算下列短路电流时，假定励磁电缆、可控硅内阻及铜排长度电阻均为零，励磁变压器网侧电源容量为无穷大励磁变压器初选参数如下：容量为S，变比为U1/U2，阻抗为Uk1、励磁变低压侧短路 考虑短路发生低压侧出口，短路电流最大，为： 该短路电流折算至励磁变压器高压侧电流为：2、整流柜出口短路 考虑整流柜直流出口处短路，假定可控硅内阻及铜排长度电流均为零，其输出电流与可控硅触发角相关，当触发角为最低时（假定为0度），短路电流最大，其波形为六相脉动电流，平均值为：该直流侧短路电流折算至每臂可控硅电流为：虽然每整流臂由4个可控硅并联，但考虑最严重工况，假定该电流由一个快速熔断器分断，则快速熔断器的最大分断电流不小于该电流。
该直流侧短路电流折算至交流侧每相电流为：折算至励磁变压器高压侧每相电流为：3、灭磁开关出口短路 灭磁开关出口处短路，在假定铜母排长度电阻为零的条件下，最大短路电流与整流柜直流出口处最大短路电流相同该电流为灭磁开关选择提供依据，即灭磁开关短时分断电流不小于该电流4、滑环处短路 发电机转子滑环处短路时，在假定电缆（铜母排）长度电阻和滑环接触电阻为零的条件下，最大短路电流与整流柜出口最大短路电流相同三、硅元件及整流桥技术参数计算1、硅元件额定电压的选择 具体计算公式如下式：式中：VDRM：可重复加于可控硅元件的最大正向峰值电压值 VRRM：可重复加于可控硅元件的最大反向峰值电压值 U2：整流桥交流侧额定线电压拟选定可控硅，其VDRM 及VRRM ，满足硅元件正向及反向过电压要求2、硅元件额定电流的选择基本公式如下：硅元件平均损耗：式中：PAV：硅元件平均损耗 UO：硅元件门槛电压 Ri：硅元件斜率电阻 ITAV：流过硅元件的电流平均值 f：波形系数，三相全控桥整流计算中f2取为3硅元件的结温Tj=PAVRjcsA+TA+△ （8-6）式中：Tj：硅元件结温 RjcsA：硅元件与散热器热阻 TA：环境温度，计算时定为40℃ △：安全裕度根据技术条件要求：三桥并列时，单桥输出必须满足1.1倍额定励磁电流长期连续运行（K2为均流系数）：三桥并列时，单桥输出短时（20秒）输出电流必须满足：二桥并列时，单桥输出满足额定励磁电流长期运行： 查选定可控硅的参数，其额定正向平均电流为VT，Tj=125℃，Ri，U0。
在环境温度为40℃，风速为3.5m/s时，选用相配套的散热器和硅元件的总热阻为Rj℃/W），短时动态热阻为Rjd（℃/W）计算退出一桥时单桥输出为时，计算退出一桥时单桥输出为时，强励时温升裕量为： 如果温升裕量大于10，表明整流系统满足（n-1）原则的技术要求，即当一个整流分支故障退出运行后，（n-1）个桥（柜）并列运行，完全满足发电机包括强励在内的一切工况的需求，并保留一定的安全裕度计算退出二桥时单桥输出为 如果温升裕量大于10，表明整流系统满足（n-2）原则的技术要求，即当二个整流分支故障退出运行后，（n-2）个桥（柜）并列运行，完全满足发电机额定工况运行的需求，并保留一定的安全裕度四、硅元件快熔计算1、快熔额定电压的选择 具体计算公式如下式： 式中：VN：快熔额定工作电压值 U2：整流桥交流侧额定线电压 拟选定的快速熔断器，其VN 满足额定电压要求2、快熔额定电流的选择具体公式如下式：式中：IN：快熔额定工作电流值 Ismax：硅元件最大工作电流根据整流系统的设计，流过硅元件最大工作电流为：拟选定的快速熔断器，其IN 满足额定电流要求。
3、快熔熔断特性的校核快速熔断器要求在运行中出现大电流时，要于可控硅元件损坏之前熔断，以保护硅元件，即要求其I2t特性要小于硅元件I2t特性，根据硅元件的选择，可以知道硅元件的I2t特性为27000000A2s拟选定的快速熔断器，其燃弧I2t特性为1250000A2s，其断弧I2t特性为6000000A2s，其和比硅元件的I2t特性小得多，满足保护硅元件的要求快速熔断器的熔断特性要求最大熔断电流大于回路中最大电流，根据整流系统设计，最大电流即为整流桥直流侧金属性短路电流，计算如下式：式中：IDmax：最大短路电流U2：励磁变压器副边额定线电压S：励磁变压器额定容量UK：励磁变压器短路比拟选定的快速熔断器，最大熔断电流大于最大电流，满足安全熔断最大电流的要求 对于最大电流，根据快熔及硅元件I2t特性值计算可知，快熔燃弧时间约为0.43毫秒，断弧时间约为2.066毫秒，硅元件损坏时间约为9.298毫秒，由此，当出现最大电流时，快速熔断器在2.066毫秒即熔断，从而保护硅元件不损坏五、冷却系统技术参数计算1、硅元件发热量计算硅元件发热量以发热量最大的硅元件发热量为依据，乘以硅元件个数，借以估算整流系统硅元件发热总量，作为冷却系统设计容量的基础，才可以保证冷却系统的安全裕度，可以知道，当2桥退出运行时，最大电流的元件在较大电流整流分支中，以均流系数为0.9计算，硅元件发热量最大为，则该柜硅元件最大发热量总和为：即每柜（桥）冷却系统设计时（风机的流量），硅元件发热按进行估算。
励磁系统冷却系统（空调功率）设计时，整流系统全部硅元件发。