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励磁系统设计计算书

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600MW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 (3)1、二次侧线电流计算 (3)2、二次侧额定线电压计算 (3)3、额定输出容量计算 (4)4、各工况触发角计算 (4)5、短路电流试验的核算 (5)6、空载升压130%试验核算 (5)7、网侧电压分接头确定 (5)二、励磁系统短路电流计算 (6)1、励磁变低压侧短路 (6)2、整流柜出口短路 (6)3、灭磁开关出口短路 (7)4、滑环处短路 (7)三、硅元件及整流桥技术参数计算 (7)1、硅元件额定电压的选择 (7)2、硅元件额定电流的选择 (7)四、硅元件快熔计算 (9)1、快熔额定电压的选择 (9)2、快熔额定电流的选择 (9)3、快熔熔断特性的校核 (9)五、冷却系统技术参数计算 (10)1、硅元件发热量 (10)2、铜母排发热 (10)3、整流柜快速熔断器发热 (11)六、灭磁开关的计算及选择 (11)1、磁场断路器电压的选择 (11)2、磁场断路器电流的选择 (12)3、磁场断路器分断电流及弧电压的选择 (12)4、磁场断路器短时耐受电流的计算及选择 (12)5、正常灭磁原理及动作顺序 (13)6、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 (13)1、线性灭磁电阻阻值的计算 (13)2、线性灭磁电阻选择 (14)3、灭磁能量的计算 (14)八、过电压保护装置的计算及选择 (16)1、过电压保护装置原理接线图 (16)2、氧化锌非线性的性能及过电压保护原理 (16)3、发电机转子绝缘对过压保护装置的要求 (17)4、用户在现场对过压保护装置的检测、试验方法 (18)600MW 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：I 2=1.132⨯⨯fn I 式中：I 2：励磁变压器二次侧线电流I fn ：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：U X I U U d d ∆--=γπα3cos 35.120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：∑∆+⨯+≥⨯U X I U U k r f f max max min 2013cos 35.1πα式中：U 20：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° U fmax ：励磁系统顶值电压I fmax ：励磁系统顶值电流 k 1：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 。

fN f U k U *2max = fN f I k I *3max= Xr=k U SU22⨯k 2为电压强励磁倍数，k 3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 U 20及容量2203I U S =，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 U 20的计算式为：fN fNU k k k U k U **)84.0~81.0()93.0~9.0(*)10cos(35.1**121220==3、额定输出容量计算具体计算公式如下式：S N =223I U 式中：S N ：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0f I ，励磁电压为0f U ，则触发角度计算为：)arccos(0.4*3cos 35.1000020k I X U U L f r f L =++=απα发电机额定负载励磁电流为fN I ，励磁电压为fN U ，则触发角度计算为：)arccos(0.6*3cos 35.110020k I X U U L fN r fN L =++=απα发电机强励磁时励磁电流为max f U ，励磁电压为max f I ，则触发角度计算为：)arccos(0.8*3cos 35.120max max 020k I X U U L f r f L =++=απα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0f I ，短路比为η，则发电机额定短路电流时励磁电流为η/0f fD I I =，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fD I *1.1，可以计算出对应于该励磁电流最大励磁电压fD U ，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：NU U U 12203.6⨯='V按最小触发角为10度计算，其输出电压为：fD dfD r d U U I X U U ∀'=--'=5*1.1**310cos *35.120π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0130*2f f I I =，可计算出对于应于该励磁电流最大励磁电压为130f U ，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：NU U U 12203.6⨯='按最小触发角为10度计算，其输出电压为：130130205**310cos *35.1f df r d U U I X U U ∀'=--'=π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Uk 。

1、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：231U SU I k D *⨯=该短路电流折算至励磁变压器高压侧电流为：kI I D D 11⨯=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：D D d I I *35.1=该直流侧短路电流折算至每臂可控硅电流为：31*)(Dd SCR D I I =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：32*)(Dd ABC D I I =折算至励磁变压器高压侧每相电流为：kI I ABC D Dd 1*)(1=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：2275.2U V RRM ⨯⨯≥ 2275.2U V D RM ⨯⨯≥式中：V DRM ：可重复加于可控硅元件的最大正向峰值电压值 V RRM ：可重复加于可控硅元件的最大反向峰值电压值 U 2：整流桥交流侧额定线电压拟选定可控硅，其V DRM 及V RRM ，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：P U I f I R AV O TAV TAV i =+22式中：P A V ：硅元件平均损耗U O ：硅元件门槛电压 Ri ：硅元件斜率电阻I TA V ：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f 2取为3 硅元件的结温Tj=P A V R jcsA +T A +△ （8-6） 式中：Tj ：硅元件结温R jcsA ：硅元件与散热器热阻T A ：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）：)1(2_1(1.1-=⨯-⨯n N fn I K n I三桥并列时，单桥输出短时（20秒）输出电流必须满足：)1max(2)1(*2-=⨯-n fn I K n I二桥并列时，单桥输出满足额定励磁电流长期运行：)2(2)2(-=⨯-n N fnI K n I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)3(N I 时，i n N n N n AV R I I U P ⨯⨯+⨯=---2)1()1(0)1()85.2(385.240*125)1(--=∆-Rj P T n AV计算退出一桥时单桥输出为)1max(-n I 时，i n n n AVm R I I U P ⨯⨯+⨯=---2)1max()1max(0)1()85.2(385.2强励时温升裕量为：40*)(*125)1()1()1(----=∆---jd n AV n AVm j n AV R P P R P T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。

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50mw电站励磁系统参数的计算

50mw电站励磁系统参数的计算

50MW电站励磁系统参数的计算目录1 发电机组参数 (2)2 励磁变压器技术参数计算 (3)2.1 二次侧额定线电压计算 (3)2.2 二次侧额定线电流计算 (3)2.3 额定容量计算 (4)3 晶闸管整流元件技术参数计算 (4)3.1 晶闸管元件额定电压的选择 (4)3.2 晶闸管元件额定电流的选择 (5)4 快速熔断器参数计算 (6)5 励磁电缆计算 (6)6 灭磁及过压保护计算 (7)6.1 灭磁阀片计算 (7)6.2 过电压保护计算 (8)7 直流断路器计算 (9)8 附录121 发电机组参数A. 额定容量（MVA）58.8B. 额定功率因数（滞后）0.85C. 额定电压（kV）10.5D. 额定频率（Hz）50E. 相数 3F. 空载励磁电压（V）62G. 额定负荷及功率因素下励磁电压（V）164H. 空载励磁电流（A）592I. 额定负荷下励磁电流（A）1065J. 励磁绕组绝缘的最高耐压（直流V）1500K. 励磁绕组75︒C 的电阻（Ω） 0.1307 L.直轴瞬态开路时间常数T 'do(s) 6.76M. 直轴瞬态短路时间常数T 'd(s) 1.82 N. 直轴同步电抗（Xd ） 1.059 O. 直轴瞬态电抗（Xd ’） 0.3082 励磁变压器技术参数计算2.1 二次侧额定线电压计算励磁系统保证在机端正序电压下降到额定值的80％时，能够提供励磁系统顶值电压。

励磁系统顶值电压为发电机额定容量时励磁电压的2.0倍。

A.具体计算公式：min2cos 35.18.0α⨯⨯=fNu fT U K U式中：Ku----电压强励倍数（α=10︒时），取2.0倍（在80%U GN 下）。

fN U -----发电机额定容量时励磁电压。

B. 针对本文设计发电机组：︒⨯⨯⨯=10cos 35.18.01640.22fT U =308V综合考虑，取fN U =360V2.2 二次侧额定线电流计算励磁系统保证当发电机在额定容量58.8MVA 、额定电压和功率因素为0.85的励磁电流的1.1倍时，能够长期连续运行。

2×100_4×300MW发电厂电气部分初步设计 励磁系统

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2×100_4×300MW发电厂电气部分初步设计励磁系统毕业设计说明书（摘要此次设计的主要任务是1×125MW+4×300MW的火电厂电气部分的初步设计。

首先确定电气主接线方案，选择发电机、主变压器、联络变压器、厂用变压器和启/备变压器。

用所选择的发电机与变压器的参数进行标幺值的计算；并做出可能发生各种短路的等值电路图，分别计算各电源对短路点的计算电抗，列出短路计算结果表；通过对各设备最大持续电流I的计算，分别对断路器、m axg隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、熔断器、全连式分相封闭母线等设备进行选择，并通过短路计算结果中的各短路值对所选的设备进行校验。

了解该电厂励磁系统的原理如设计方法。

关键词：电气主接线；短路计算；设备选择；AbstractThe main assignment of the design is the initial plan of electric with regard to regional fossill—fule plant (1×1250MW+3×300MW). To begin with ,we must ensure the project of electric main line .What more ,we select the capacity of generator ,we select generator、transformer、liasion transformer、transformer which used in the factory and enlighten spare transformer. We can carry out the short circuit calculation .The diagram of equivalent can be make out at the basic of transformer and generator data respectively. At last, we calculate the reactance which the point of short circuit to every power system and lay out the table of short circuit. Interrupter, disconnect switch, busbar, lighting arrestersI calculation. We can check the install we can be selected by way of thegm axchoose via the result of short circuit. Find out the protection principle of 600MW generator and transformer, know the movement situation of the protection.Keywords: electric main line; short-circuit calculation; equipment choice;符号说明常用符号：I --电流 n I --额定电流 B I —基值电流（KA ）B U —基值电压（KV ） n U --额定电压（一次侧）（KV ） 2n U --二次侧额定电压（V ） g U —电网工作电压（KV ） U --电压 X --电抗 R --电阻S --容量 P --负荷 W --能量E —电势 B S --系统基准容量（MV A ） n S --变压器额定容量 专用符号f I -- 励磁电流 ch I --短路电流冲击值（KA ） max .g I --最大持续工作电流 ∞I --稳态三相短路电流 *I ''--0S 短路电流周期分量(标幺值) I ''--0S 短路电流周期分量（有名值） br I --断路器的额定开断路器（KA ） max I --断路器极限通过电流峰值（KA ）dt I --断路器实际开断时间t 秒的短路电流周期分量（KA ）t I --断路器t 秒热稳定电流 S ''--短路容量（MV A ） js X --支路计算电抗（标幺值） fs X --支路转移电抗（标幺值） dz t --短路电流发热等值时间（又称假象时间）（S ）kd t --固有分闸时间（S ） C --热稳定系数W --母线截面系数 J --经济电流密度目录引言 (1)第一章电气主接线设计 (2)1.1主接线的设计原则和要求 (2)1.2电气主接线的设计步骤 (3)1.2.2 主接线的类型与使用范围 (4)1.2.3 设计方案的介绍 (5)1.2.3 主接线方案的评定 (6)1.3发电机和主变压器的选择 (7)1.3.1 发电机的选择 (7)1.3.2 主变压器和联络变压器的选择 (7)第二章厂用电设计 (10)2.1厂用电的设计原则和基本要求 (10)2.2本厂厂用电主接线设计 (10)2.3厂用变压器的选择 (11)第三章短路电流计算 (13)3.1短路电流计算的目的 (13)3.2短路电流计算的一般规定 (13)3.3短路电流的计算步骤 (14)3.4主接线及厂高压短路电流计算 (15)3.4.1 发电机电抗标么值计算 (15)3.4.2 变压器电抗标么值计算 (15)3.4.3 发电厂电气一次部分各短路点短路电流计算 (16)第四章电气设备的选择与校验 (28)4.1电气设备选择的一般原则 (28)4.2断路器的选择与校验 (29)4.2.1 断路器的选择原则 (29)4.2.2 断路器的选择与校验 (30)4.3隔离开关的选择与校验 (33)4.4接地开关的选择与校验 (34)4.4.1 接地开关的选择原则 (34)4.4.2 接地开关的选择与校验 (34)4.5电压互感器的选择与校验 (35)4.5.1 电压互感器的选择原则 (35)4.5.2 电压互感器的选择与校验 (36)4.6电流互感器的选择与校验 (37)4.6.1 电流互感器的选择原则 (37)4.6.2 电流互感器的选择与校验 (38)4.7高压熔断器的选择与校验 (39)4.7.1 高压熔断器的选择原则 (39)4.7.2 高压熔断器的选择 (40)4.8避雷器的选择 (40)4.8.1 避雷器的选择原则 (40)4.8.2 避雷器的选择 (41)4.9母线与架空线的选择与校验 (41)4.9.1 母线与架空线的选择原则 (41)4.9.2 母线的选择与校验 (42)4.9.3 架空线的选择 (42)4.9.4 封闭母线的选择 (43)第五章励磁系统的设计 (45)5.1励磁系统的主要作用 (45)5.2励磁系统的初步设计 (45)5.2.1 发电机励磁方式的选择 (45)5.2.2 自并励励磁系统原理及优缺点 (46)5.2.3 100MW发电机微机型自并励励磁系统的设计 (47)六章发电机的主保护设计 (49)6.1发电机保护配置原则 (49)6.2发电机的纵差动保护 (50)6.3发电机100%定子绕组单相接地保护 (51)6.4发电机定子绕组匝间短路保护 (53)6.5发电机励磁回路接地保护 (54)6.6发电机失磁保护 (55)第七章配电装置的设计 (56)7.1设计原则与要求 (56)7.1.1 配电装置的设计原则 (56)7.1.2 配电装置设计必须满足的要求 (56)7.26～10KV配电装置 (57)7.3220KV配电装置 (57)结论 (58)参考文献 (59)谢辞 (60)引言电力自从应用于生产以来，已成为现代化生产、生活的主要能源，在工农业、交通运输业、国防、科学技术和人民生活等方面都得到了广泛的应用。

同步发电机励磁控制系统主回路设计及系统性能分析自动装置课设

同步发电机励磁控制系统主回路设计及系统性能分析自动装置课设

同步发电机励磁控制系统主回路设计及系统性能分析自动装置课设-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN设计报告一．设计题目同步发电机励磁控制系统主回路设计及系统性能分析二．原始数据：发电机型号：QFS-125-2基本数据：额定容量：（MW）125 转速：3000 额定电压：（KV）功率因数：效率：（%）额定电流：（A）6150励磁数据：空载励磁电流（A）：630 满载励磁电流（A）：1635空载励磁电压（V）：91 满载励磁电压（V）：265参数：定子线圈开路时励磁线圈时间常数（s）转子电阻(75℃)(Ω)：(R75℃ =15℃ )电压降之和:ΔU=3KC =2三.设计内容:主回路设计:1.励磁方式选择---自并励励磁方式2.励磁变压器选择1)变压器的变比 K=U1N/U2N变压器原边电压 U1N=UGN=变压器副边电压-------U2N按强励工况选择XK=UK%UN2/100SN=ΩULQ=2ULM=2×265=530(V)ULQ=αMIN－3/∏×XKULQ/R75℃－ΔUU2=U2N= U2/=(强励时机端电压是额定电压的80%-85%)符号说明ULQ 强励工况下的励磁线圈两端电压ULM 额定满载励磁电压U2 二次侧实际机端电压αMIN 强励时可控控制角,一般为5-10度,初算时可设为0度XK 换流电抗,对于变压器供电方式,取它等于变压器漏抗ΔU 电压降之和2)额定电流下容量的选择---(全控桥)I2N=(2/3)ILM=(2/3) ×1635=1335AS=3U2NI2N=1544A符号说明I2N 交流侧额定电流ILM 满载额定励磁电流S 变压器容量3)变压器接线方式的选择一次侧角接,二次侧星接3.起励问题及计算起励方式:采用厂用电起励方式起励容量 SQ=1/40ULMILM=1/40×265×1635= 起励电压 UQ=1/4ULM=1/4×265=符号说明: ILM额定满载励磁电流4.整流元件参数的确定及选择---全控桥1)(按强励工况选择)硅元件额定电流整流桥直流侧电流 I=KCILM=2×1635=3270A桥臂平均电流 IAV=1/3I=1/3×3270=1090A强励正向平均电流 I2AV=KI×IAV=×1090=2725A(安全系数KI=2)可控硅额定电压选择桥臂反向工作电压瞬时值 UQF=2U2N=944V硅元件反向工作电压瞬时值UGF=KUKCGKBUQF=3×××944=3886V参数说明KU 电压裕度系数,取2以上KCG 过电压冲击系数,取电源电压升高系数,取 3)冷却方式风冷5.主回路保护配置1)整流元件的过电流保护: 快速熔断器2) 过电压保护:抑制关断过电压交流侧副边的过电压保护采用压敏电阻,阻容吸收电路(压敏电阻:当电阻两端所加的电压达到阈值时呈低电阻特性,可散热)3) 转子过电压保护:采用切换采样式一点接地保护6. 灭磁问题为了消除励磁回路里残留的磁场能量,励磁回路装设两个灭磁开关MK1,MK2.正常运行时MK1合,MK2开灭磁工作时MK1开,MK2合,利用所串电阻消耗能量性能分析报告应用控制理论的各种分析方法分析所设计的励磁控制系统的性能,并给出典型运行方式下的最佳参数整定值,要求打印主要分析曲线及计算结果,分析空载情况.自并励励磁控制系统的性能分析(根轨迹分析方法)设图中励磁控制系统的参数如下:TA=0S , TD0=, TR=, TZ=1/300S, KQ=KR=KZ=1由图可求得系统的开环传递函数为其中 K=895KAKZKG=895KA开环极点为 P1=, P2=-25, P3=-300 它们是根轨迹的起始点分母展开的多项式为: S3++7539S+900MATLAB程序如下>>num=[0 0 0 895]>>den=[1 7539 900]>>rlocus(num ,den)根轨迹的图如下系统的稳定性能分析由1+G0(Jω)=0可得ω2+900+K+Jω(-ω2+7539)=0 即ω2—7539=0ω2+900+K=0此时: ω= K= 即KA=K/895=结论:当 0<KA<时此系统保持稳定.此数据说明同步发电机励磁控制系统主回路采用自并励励磁方式KA的取值较广，稳定性较高.。

励磁系统设计

励磁系统设计

转子侧：电源侧各一组
LB：Y/Δ-11高压侧CT 150/5A 两组6只
低压侧CT 1500/5A三只
初励装置：ZX2—19.5箱式电阻一只
电缆选择： 设一柜（双桥带全部负荷）
970×1.1×0.816=870A当均流系数为0.85时最大电流
当970×1.1/2×Ιmax=0.85Ιmax=621A
励磁系统设计
额定负载励磁电压：395V额定励磁负载电流：970A
空载励磁电压:130V空载励磁电流：460A
1初励≤10%空载额定460×10%=46A
2强励：Uf降至80%仍有2∪LN与2ΙLN
ZLBΙ2=0.816×1.1×970=870A
副边∪2=2×395/1.35×0.8×0.95×COS10º=785A
Ιmax交流侧=627×0.816 =512A(单桥)∴取240截面电缆 512A/240=2.134A
制动变压器：空载UL=130A空载ΙL=460A∴Ι2=1.1×460×0.816=413A
∪2=1.1×130/1.35×cosα×0.95=111取α=0整流模块MJYS-2L-500A
发电机短路开关：∪=10500VΙ=2016×1.1=2217A
Š2= Ι2×∪2=1.732×800×870=1205.5KVA
∪N=A
可控硅整流桥计算： 采用KP600A/3000V四桥并列运行
整流桥输出能力；Ιd=Ι×N×K2×4×K=600×4×0.85×3×0.9=5508
强励储备系数：Ki=5508/2×970=2.84
发电机短路比为1.224Ιfk=460/1.224=376A
Ι2=376×1.1×0.816=338A∪2=376×1.1×130/460×1/1.35=87V