柳樹坪電站勵(lì)磁元件選型計(jì)算與設(shè)計(jì)

祝 迪，丁 朦，李 凱

（湖北清江水電開發(fā)有限責(zé)任公司，湖北 宜昌443000）

1 柳樹坪電站勵(lì)磁系統(tǒng)概述

柳樹坪電站系水布埡電廠保安自備電站，裝機(jī)1臺(tái)，單機(jī)容量20 MW。柳樹坪電站勵(lì)磁系統(tǒng)自2008年投運(yùn)以來，至今運(yùn)行已10年，采用南瑞勵(lì)磁SAVR200系統(tǒng)，勵(lì)磁系統(tǒng)為雙橋雙控氧化鋅滅磁，額定勵(lì)磁電壓129 V，額定勵(lì)磁電流650 A，控制電源AC 220 V、DC 220 V。

柳樹坪電站為地下廠房，采用無人值班運(yùn)行模式，電站運(yùn)行可靠性要求高。近年來勵(lì)磁設(shè)備運(yùn)行故障明顯增多且存在產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷，需進(jìn)行勵(lì)磁系統(tǒng)更新改造。

2 可控硅選型及并聯(lián)支路數(shù)計(jì)算

（1）勵(lì)磁可控硅反峰電壓選擇計(jì)算

柳樹坪電站可控硅選型為英國DYNEX的DCR1460 F28型號(hào)。

其反向重復(fù)峰值電壓VRRM應(yīng)不小于柳樹坪電站勵(lì)磁變壓器二次側(cè)最大峰值電壓的2.75倍，則：

現(xiàn)擬選取的晶閘管重復(fù)峰值電壓為Urp=2 800 V，滿足電站現(xiàn)場實(shí)際要求，并留有裕度。

（2）常溫工況下勵(lì)磁可控硅平均通態(tài)電流的選擇

式中：

KSA為電流儲(chǔ)備系數(shù)，該值取2；

Kji為電路系數(shù)，對(duì)電站實(shí)際三相全控橋，該值取0.367；

Id為額定勵(lì)磁電流，該值取650 A；

K2為風(fēng)速系數(shù)，設(shè)計(jì)風(fēng)速為5 m/s，該值取1.0；

K4為海拔高度系數(shù)，該值取1.1；

K6為溫升系數(shù)，該值取0.9；

KS為環(huán)境溫度系數(shù)，設(shè)計(jì)環(huán)境溫度為30℃，該值取1.0。

根據(jù)柳樹坪電站現(xiàn)場，選取的晶閘管元件在60℃時(shí)，通態(tài)平均電流值為In=1 460 A，則并聯(lián)數(shù)：

式中：K7為均流系數(shù)值，按極端情況該值取0.85，計(jì)算nb=0.47，這說明在可控硅選型時(shí)，單橋運(yùn)行即可滿足要求?，F(xiàn)設(shè)計(jì)并聯(lián)支路數(shù)取值為2，這表明柳樹坪電站晶閘管元件通態(tài)平均電流參數(shù)的設(shè)計(jì)裕量是充足的。

3 磁場斷路器選型計(jì)算

3.1 斷路器選型

柳樹坪電站選型擬用ABB公司生產(chǎn)的勵(lì)磁滅磁開關(guān)，其主要參數(shù)如表1。

表1 勵(lì)磁斷路器參數(shù)

3.2 額定電壓的核算

磁場斷路器選型中，其工作的額定電壓應(yīng)大于發(fā)電機(jī)組磁場斷路器長期運(yùn)行工況下工作電壓的最大值，該值應(yīng)按2倍額定勵(lì)磁電壓來設(shè)計(jì)：

實(shí)際選取的ABB廠E1 B型滅磁開關(guān)額定工作電壓為1 000 V，滿足使用要求。

3.3 額定電流的核算

磁場斷路器選型中，其工作的額定電流應(yīng)不小于柳樹坪發(fā)電機(jī)組長期運(yùn)行工況下，工作時(shí)勵(lì)磁電流的1.2倍。

實(shí)際選取的滅磁開關(guān)型號(hào)為E1 B/E MS 800 A/1 000 V，該型號(hào)滅磁開關(guān)額定電流為800 A，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 過電壓保護(hù)回路設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 保護(hù)回路的設(shè)計(jì)

當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障，如出現(xiàn)因失磁或低勵(lì)造成機(jī)組失步、機(jī)端發(fā)生三相短路、錯(cuò)誤準(zhǔn)同期等故障，由于發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生出負(fù)向的磁場電流，會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子過電壓。如果此能量不能得到釋放，則轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電壓會(huì)快速升高，對(duì)轉(zhuǎn)子及其所連接設(shè)備有嚴(yán)重的安全隱患。

柳樹坪電站勵(lì)磁元件選型設(shè)計(jì)中，通過使用跨接器與滅磁氧化鋅電阻相配合，保障過電壓保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)。折返二極管是勵(lì)磁可控硅觸發(fā)的主要元件，簡稱BOD。采用BOD元件的優(yōu)勢是，可對(duì)電站過壓保護(hù)的動(dòng)作值進(jìn)行精準(zhǔn)整定。

當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)瞬時(shí)過壓時(shí)，可控硅跨接器在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制中，具有自復(fù)位功能。同時(shí)，在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的邏輯程序中，能夠產(chǎn)生一個(gè)可調(diào)的時(shí)間延時(shí)跳閘指令。

4.2 保護(hù)動(dòng)作值計(jì)算

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，勵(lì)磁系統(tǒng)的繞組回路保護(hù)動(dòng)作電壓的最高瞬時(shí)值，應(yīng)低于勵(lì)磁繞組回路對(duì)地測試電壓幅值的70%，還應(yīng)低于勵(lì)磁系統(tǒng)整流橋的最大允許電壓值。勵(lì)磁系統(tǒng)的繞組回路保護(hù)動(dòng)作電壓的最低瞬時(shí)值，應(yīng)高于系統(tǒng)中滅磁設(shè)備正確動(dòng)作時(shí)所產(chǎn)生的過壓值，還應(yīng)高于勵(lì)磁系統(tǒng)最大整流電壓的峰值。

即：919.1 V＜動(dòng)作值＜1 276.8 V。

電站實(shí)際選取的過電壓動(dòng)作值為1 000 V。

5 結(jié)語

本文通過對(duì)柳樹坪電站可控硅及并聯(lián)支路、磁場斷路器、過電壓保護(hù)回路進(jìn)行計(jì)算，有效輔助了勵(lì)磁元件的選型，為選型決策提供了可靠的理論支撐。對(duì)同類設(shè)備的改造選型提供了參考。