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

1　概　述

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　高海拔對(duì)部分電氣設(shè)備影響的分析

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　旁多電站勵(lì)磁設(shè)備選擇

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。

4　結(jié)　語

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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