唐泉涌,李言龍,張 崢
(1.黃河水利水電開發(fā)總公司,河南鄭州 450000;2.黑龍江牡丹江抽水蓄能有限公司,黑龍江 牡丹江157000;3.吉林電力有限公司長(zhǎng)春供電公司,吉林 長(zhǎng)春 130021)
高海拔環(huán)境下的勵(lì)磁設(shè)備選型
唐泉涌1,李言龍2,張 崢3
(1.黃河水利水電開發(fā)總公司,河南鄭州 450000;2.黑龍江牡丹江抽水蓄能有限公司,黑龍江 牡丹江157000;3.吉林電力有限公司長(zhǎng)春供電公司,吉林 長(zhǎng)春 130021)
由于西藏旁多水利樞紐工程所處西藏高原地區(qū),海拔4033m,,高海拔對(duì)勵(lì)磁設(shè)備的性能會(huì)產(chǎn)生一定的的影響,因此該電站的勵(lì)磁設(shè)備選擇與正常的電氣設(shè)備選擇有許多不同之處。文中通過分析高海拔對(duì)部分電氣設(shè)備影響,論述了如何選擇旁多電站勵(lì)磁設(shè)備。
高海拔;耐受電壓;勵(lì)磁設(shè)備;旁多水利樞紐工程
西藏旁多水利樞紐工程地處拉薩河中游,壩址位于西藏自治區(qū)林周縣旁多鄉(xiāng),開發(fā)任務(wù)是以灌溉、發(fā)電為主,兼顧防洪及供水,是拉薩河流域的骨干性控制工程,也是拉薩河干流水電梯級(jí)開發(fā)的龍頭水庫。電站為引水式電站,電站站址海拔4033.65m,年極端最高溫度29.2℃,年極端最低溫度-27.4℃,年平均溫度12.2℃,年平均相對(duì)濕度47%。該電站共裝4臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī),單機(jī)容量為40MW,總裝機(jī)160MW。發(fā)電機(jī)出口電壓為10.5kV,發(fā)電機(jī)與變壓器組合為兩機(jī)一變擴(kuò)大單元接線。由于旁多電站海拔高,溫度低,因此,對(duì)于勵(lì)磁設(shè)備的選擇應(yīng)著重考慮溫升及絕緣兩方面影響。
2.1對(duì)設(shè)備的外絕緣影響
隨著海拔升高,大氣壓力或空氣密度降低,空氣的絕緣強(qiáng)度減弱,使電氣外絕緣介質(zhì)強(qiáng)度降低,但對(duì)內(nèi)絕緣影響很小。根據(jù)GB311.1-1997《高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合》[1]要求,對(duì)于使用地點(diǎn)海拔超過1000m以上時(shí),必須對(duì)電氣設(shè)備的短時(shí)工頻耐受電壓和雷電沖擊耐受電壓進(jìn)行相應(yīng)修正,修正系數(shù)公式如下:
其中:H——設(shè)備安裝地點(diǎn)的海拔高度,m。旁多電\站海拔高度按照4100m考慮,取K=1.45。
2.2對(duì)設(shè)備溫升的影響
隨著海拔的升高,空氣密度降低,散熱條件變差,因此應(yīng)對(duì)電氣設(shè)備溫升進(jìn)行修正。根據(jù)DL/ T5222-2005《導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》[2]要求,按每超過100m(以海拔1000m為標(biāo)準(zhǔn))溫升降0.3%。針對(duì)旁多電站海拔4033.65m,考慮一定的余量,設(shè)備選擇以設(shè)備溫升在原基礎(chǔ)上降低10%考慮計(jì)算。
3.1勵(lì)磁變壓器計(jì)算及選擇
對(duì)于平時(shí)常用的干式變壓器來說,國家標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于以上兩個(gè)因素有著明確的校正方法。根據(jù)GB6450《干式變壓器》中第3.2.3條的規(guī)定,對(duì)于在超過1000m海拔處運(yùn)行,并在正常海拔進(jìn)行試驗(yàn)的變壓器,其溫升限值應(yīng)相應(yīng)遞減,超過1000 m海拔部分以每500m為一級(jí),溫升限值按自冷變壓器2.5%、風(fēng)冷變壓器5%減?。活~定短時(shí)工頻耐受電壓值按GB311.1-1997中的規(guī)定進(jìn)行修正。發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電流ILn=780A,發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電壓ULn=280V。
勵(lì)磁變壓器副邊電流:I2=0.816×1.1×ILn=700A。勵(lì)磁變壓器副邊電壓:
式中:K1為強(qiáng)勵(lì)倍數(shù);K2為強(qiáng)勵(lì)時(shí)正序電壓值系數(shù),取0.8;α為強(qiáng)勵(lì)觸發(fā)角,取10°~15°,一般取10°;K3為換相系數(shù),取0.93~0.96,一般取0.95。
實(shí)際選取U2=560V。
當(dāng)機(jī)組在最大工況下連續(xù)運(yùn)行時(shí),勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)能保證長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行時(shí)勵(lì)磁變壓器容量為:S2=。考慮容量應(yīng)隨海拔升高而變化,容量相應(yīng)變化:S3=1.31S2=889.4kVA(按GB1094.11-2007,參考絕緣水平對(duì)用于高海拔處的變壓器的修正方法:海拔超過1000m的部分,以每100增加1%來提高)。
所以,勵(lì)磁變壓器確定為干式環(huán)氧變壓器,容量:950kVA;電壓等級(jí):10.5kV/560V;冷卻方式:自然風(fēng)冷;接線方式:Y/△-11。
3.2額定負(fù)荷工況下勵(lì)磁變壓器原、副邊電流計(jì)算
勵(lì)磁變壓器副邊電流I2=0.816×ILn=636.5A;勵(lì)磁變壓器原邊電流=33.9A。
3.3絕緣水平
根據(jù)國標(biāo),海拔超過1000m的,每增加100 m,工頻耐壓要增加1%,但海拔超過3000m的沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。所以實(shí)際海拔4100m,如果沿用3000m以下的標(biāo)準(zhǔn)時(shí),工頻耐壓為45.85kV,考慮到海拔超出標(biāo)準(zhǔn),提高到50kV。
3.4可控硅整流元件的選擇
整流元件額定電流IT′=In/(1.2~1.35)=833.3~740.4A;
整流元件額定電壓 Un′=(2.75~3.0)×U2=2178~2376V。
式中:In為單柜額定輸出電流,In=1000A;U2為可控硅整流柜陽極額定電壓,U2=560V。
由于空氣稀薄造成的整流元件散熱效果差,需要考慮降低功率柜輸出容量,整流輸出電流的降低系數(shù)為:
K1=1-85.7×10-6×(H-1000)=0.734
依GB311.1-1997,海拔每升高100m,絕緣強(qiáng)度約降低1%,在海拔不高于1000m的地點(diǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí),其試驗(yàn)電壓應(yīng)按該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的額定耐受電壓乘以海拔矯正因數(shù)K2:
所以修正后的整流元件額定電流、電壓為:
IT=IT′/K1=1009~1135.3A;
Un=Un′·K2=3158.1~3445.2V。
3.5快熔選擇
快熔標(biāo)稱電壓Urn=KruU2K2
式中:Kru為選擇系數(shù),取1.2~1.3。計(jì)算得Urn=974.4~ 1055.6V。
式中:Kri為選擇系數(shù),取1.25~1.54;Id為可控硅整流柜額定輸出電流,取1000A。計(jì)算得Irn>983.2~1211.2A。
3.6滅磁容量的計(jì)算
式中:L為轉(zhuǎn)子電感;K為飽和系數(shù),取值0.2~0.3(火電機(jī)組),0.3~0.4(水電機(jī)組);ULO為空載勵(lì)磁電壓,取99.6V;ILO為空載勵(lì)磁電流,取407.1A;INN為空載誤強(qiáng)勵(lì)勵(lì)磁電流,取780A;Ido′為定子開始路時(shí),轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù),取5.14;n為水輪發(fā)電機(jī)組數(shù),取4。
由于水電機(jī)組磁場(chǎng)容量無規(guī)律性,須根據(jù)機(jī)組參數(shù)計(jì)算,所以實(shí)際取值:滅磁容量為1.44MJ。
3.7滅磁整定值計(jì)算
1)滅磁方式:非線性電阻滅磁。
2)滅磁原理接線圖(圖1)。
圖1 滅磁原理接線圖
3)滅磁整定值計(jì)算。
轉(zhuǎn)子絕緣水平的確定,即轉(zhuǎn)子對(duì)地工頻耐壓試驗(yàn)電壓值:UJ=Max(10ULn,1500V)=2800V。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求,滅磁控制電壓應(yīng)在轉(zhuǎn)子耐壓的30%~50%之間,過電壓保護(hù)控制電壓應(yīng)在轉(zhuǎn)子耐壓的50%~70%之間,因此整定值取值:取滅磁控制電壓為900V(小于800V時(shí)取800V);取過電壓保護(hù)控制電壓為1600V(小于1200V時(shí)取1200V)。
3.8非線性滅磁整定
能容量配置:1.44MJ;滅磁控制電壓:900V;反向二極管配置:型號(hào)為ZP1000A/4000V, 數(shù)量2;閥片參數(shù):300V,60A,20kJ/片;閥片配置:3串2并12組,共72片;實(shí)際配置容量1.44MJ。
3.9滅磁開關(guān)選擇
滅磁開關(guān)型號(hào)選擇E3H-M/S2000,分?jǐn)嚯娏髂芰?5kA。
3.10轉(zhuǎn)子過壓及保護(hù)部分
1)轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)原理圖(圖2)。
圖2 轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)原理圖
2)轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)整定:正向過壓動(dòng)作整定值1600V;反向過壓動(dòng)作整定值900V。
旁多水利樞紐工程所處的特殊地理環(huán)境,而且電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到藏中電網(wǎng)和青藏直流運(yùn)行安全,對(duì)電氣設(shè)備選擇提出新的要求。在該工程的勵(lì)磁設(shè)備選擇過程中,查閱了大量的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),所選設(shè)備參數(shù)在理論上保證在高海拔下安全運(yùn)行。
目前,旁多水利樞紐工程4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組已經(jīng)全部建成發(fā)電,勵(lì)磁設(shè)備已經(jīng)經(jīng)過了1年多的運(yùn)行考驗(yàn),勵(lì)磁裝置在各種運(yùn)行工況下安全可靠,滿足要求。
[1]GB311.1-1997,高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1997.
[2]DL/T5222-2005,導(dǎo)體和電器選擇設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].北京:中國電力出版社,2005.
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2015-07-20