励磁系统选型计算书
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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Xdˊ
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
1．1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：
minn2cos35.18.0KfUU
方式二：按新算法不考虑机端电压下降80%，即： 2
minn2cos35.1KfUU
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
αmin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。
1．2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 =eIU23
=3* 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 3 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： kVA
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
2．1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：
ARMecguRRMUKKKU
其中：uK过电压余度系数，一般取2.0-2.5
cgK过电压冲击系数，一般取1.50，现取1.5
eK电源电压升高系数，一般取1.05~1.10，现取1.1
ARMU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*2*整流变副边电压）
（科大创新计算方法：3*1.3*2*整流变副边电压）
（洪山计算方法：2.75*2*整流变副边电压）
2．2 可控硅额定通态平均电流计算
ITa=（1.5-2）KfbId=（1.5-2）2.0*KfbIFN 4 其中：（1.5-2）：安全系数，本计算取2
Kfb： 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=0.368
Id：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
3．1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（ ）A 5 3．1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：
Tmaxfa1pIIK43.0n
其中：aK为电流裕量系数；
maxfI为单柜最大连续电流值，此处取1.1倍额定励磁电流。
TI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。
3．3整流桥的并联数：
并联整流柜的数量由下式计算：
TbfK2pIK2.1In
其中：bK为可控硅允许过载倍数，取2.0；
fKI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IfnIfK)4~3(（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)(4.1)(2.1)(5.32bbpKKn < 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、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。 6 4 快速熔断器选用计算
4．1 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。
4．2 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=（1.2～1.3）×U2
4．3 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×0.577×K）≤TI（适用于单臂单快熔）
IR ≤（IRN=IR×K= Ifn×0.816×K）≤TI（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1.3~1.5。设计中选择1.5。
TI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：（0.72～0.89）*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） 7 5. 灭磁开关的选择
5．1 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
5．2 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
6．1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。
6．2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。
6．3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3～5倍。
f)5~3(rmcRR
6．4非线电阻的灭磁保护计算 8 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组的最大储能灭磁容量W可由下式计算：
MJkfRdTofIW16.0025.05
这里 0fI 发电机空载励磁电流（A）；
0dT 直轴瞬变开路时间常数；
fR 转子绕组电阻15C（），fnU/fnI；
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：0.24MJ
1) 尖峰吸收器SPA（直流侧尖峰过电压吸收器）：
UΔ=2×Uac
不加SPA出现的尖峰值为： Ui=2.5×UΔ
尖峰吸收器SPA 残压：
U残=2×Uac ×1.12×1.5=1045。
注：以上计算为估算，仅供投标参考，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
