賀晨

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司常德供電分公司 湖南常德 415000）

某水電廠改造后勵(lì)磁變壓器的選型計(jì)算

賀晨

（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司常德供電分公司 湖南常德 415000）

勵(lì)磁變壓器在勵(lì)磁系統(tǒng)改造后的計(jì)算選型存在一定的困難，本文通過對(duì)某水電廠改造后勵(lì)磁變壓器進(jìn)行選型計(jì)算，詳細(xì)闡明了勵(lì)磁變壓器選型計(jì)算的詳細(xì)步驟。

勵(lì)磁變壓器；選型計(jì)算

引言

勵(lì)磁變壓器是給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供電源的裝置，在自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)中占有重要地位，其容量選型對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)正常情況下以及極端情況下的工作有重要影響。本文針對(duì)某水電廠勵(lì)磁改造后的工況下新采用的勵(lì)磁變壓器進(jìn)行計(jì)算，得出勵(lì)磁變壓器各關(guān)鍵參數(shù)的取值范圍，為實(shí)際選型提供可供參考的依據(jù)。

1 勵(lì)磁變壓器計(jì)算

1.1 發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)

在自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)中，勵(lì)磁變壓器勵(lì)磁繞組連接發(fā)電機(jī)機(jī)端與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，變換機(jī)端電壓給勵(lì)磁系統(tǒng)功率柜，通過勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)功率柜晶閘管的控制為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供直流電能，在此過程中勵(lì)磁變壓器勵(lì)磁繞組將母線的高壓變換為功率柜晶閘管可以承受的低壓，將交流側(cè)的電能轉(zhuǎn)化為直流側(cè)的電能。勵(lì)磁變壓器勵(lì)磁繞組是保證勵(lì)磁系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重要器件。某水電廠改造中發(fā)電機(jī)工況發(fā)生了變化，因此需要根據(jù)變化后工況進(jìn)行勵(lì)磁容量的計(jì)算，保證各個(gè)情況下勵(lì)磁變壓器均能滿足運(yùn)行需求。本文考查的發(fā)電機(jī)參數(shù)如表1所示。

表1 發(fā)電機(jī)參數(shù)

1.2 勵(lì)磁變壓器二次電壓的計(jì)算

對(duì)勵(lì)磁變壓器的選型計(jì)算必須依據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并要考慮到勵(lì)磁系統(tǒng)在各種工況下的性能要求。

勵(lì)磁變壓器二次側(cè)額定線電壓計(jì)算公式為：

式中：左側(cè)為勵(lì)磁系統(tǒng)最大輸入直流電壓；右側(cè)為各項(xiàng)負(fù)載電壓之和；k為發(fā)電機(jī)端電壓降至額定電壓的倍數(shù)，可取0.8；U2N為勵(lì)磁變壓器二次側(cè)空載額定線電壓；αmin為可控硅最小觸發(fā)角，假設(shè)計(jì)算中取10°；Ufmax=mUfN為勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)電壓，m=1.6；Ifmax=nIfN為勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)電流，n=1.6；Xr為勵(lì)磁變壓器短路阻抗有名值，一般銘牌參數(shù)提供短路阻抗標(biāo)幺值Uk，一般范圍為4～15%，廠家計(jì)算書中取6%；∑△U為電壓降之和，包括導(dǎo)通兩臂的硅元件正向壓降、匯流導(dǎo)線電阻壓降及轉(zhuǎn)子滑環(huán)與碳刷間的壓降。

通常勵(lì)磁變銘牌并不提供Xr，而是提供變壓器短路阻抗標(biāo)幺值Uk，兩者的折算關(guān)系式為：

根據(jù)額定運(yùn)行時(shí)，額定勵(lì)磁電流與勵(lì)磁變額定電流之間的關(guān)系為：I2N=0.816IfN

當(dāng)機(jī)端電壓降至額定電壓的k倍時(shí)，要求提供n倍額定勵(lì)磁電流時(shí)，勵(lì)磁電壓要能夠達(dá)到額定勵(lì)磁電壓的m倍，因此U2N的范圍計(jì)算公式為：

代入?yún)?shù)為：

因此，所選擇勵(lì)磁變壓器二次側(cè)額定電壓應(yīng)不小于641.2V。

上述公式計(jì)算的勵(lì)磁變壓器二次電壓能滿足發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)狀態(tài)下的運(yùn)行要求，工程實(shí)際中，勵(lì)磁變壓器一般需滿足廠用電為他勵(lì)電源的1.1倍額定定子電流短路試驗(yàn)和1.3倍空載升壓試驗(yàn)的要求。但是此水電廠是采用三圈變中制動(dòng)變壓器進(jìn)行短路試驗(yàn)，勵(lì)磁變壓器進(jìn)行空載試驗(yàn)。因此需要核算自并勵(lì)時(shí)勵(lì)磁變壓器是否能滿足1.3倍空載升壓試驗(yàn)的要求，實(shí)際上0.8U2N時(shí)已經(jīng)滿足了1.6倍額定勵(lì)磁電壓和1.6倍額定勵(lì)磁電流的要求，當(dāng)機(jī)端升至1.3U2N時(shí)，更能滿足要求，因此，勵(lì)磁變壓器二次側(cè)額定電壓為641.2V時(shí)可滿足空載試驗(yàn)要求。

如勵(lì)磁變壓器二次側(cè)額定電壓為700V，當(dāng)額定空載時(shí)，控制角公式為：

此時(shí)k=1，表明發(fā)電機(jī)端是額定電壓；m=1，表明轉(zhuǎn)子端電壓是額定勵(lì)磁電壓；，空載勵(lì)磁電流與額定勵(lì)磁電流的比值；α=77.88°代入公式計(jì)算得。額定負(fù)載時(shí)α=62.65°。

負(fù)載情況下，勵(lì)磁控制角在合理的范圍之內(nèi)，不會(huì)存在晶閘管整流系統(tǒng)勵(lì)磁時(shí)長(zhǎng)期處于被深控的狀態(tài)，而導(dǎo)致波形畸變?cè)龃?，功率因?shù)變差，故障的短路電流變大的問題。

1.3 勵(lì)磁變壓器的容量

考慮變壓器的諧波損耗，取勵(lì)磁變壓器的容量為發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)變壓器容量的1.1倍?？傻脛?lì)磁變壓器勵(lì)磁繞組容量為：

如采用800kVA容量的變壓器是留有一定的用量的，是合適的。因此最終確定勵(lì)磁變壓器參數(shù)額定容量為800kVA，額定一次/二次電壓變比為10500V/700V。

2 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)某水電廠改造后的運(yùn)行工況，對(duì)勵(lì)磁變壓器進(jìn)行了變比及容量方面的參數(shù)計(jì)算，計(jì)算中對(duì)晶閘管的換相壓降進(jìn)行了考慮，并計(jì)及了交流側(cè)及直流側(cè)電流存在的固定關(guān)系。本文勵(lì)磁變壓器參數(shù)計(jì)算方法對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)改造后的設(shè)計(jì)工作有一定的參考價(jià)值。

TV734

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1004-7344（2016）35-0138-01

2016-10-12

賀晨（1988-），女，主要從事新能源項(xiàng)目管理工作。