2016.10.11.0008五强溪水电厂 励磁系统改造重要参数选择及设计选型.pdf

五强溪水电厂 励磁系统改造重要参数选择及设计选型 刘 斌1谢文宇2 苏 鑫2（湖南五凌电力有限公司，长沙 ） 【摘 要】 ： 简单回顾了五强溪电厂励磁系统改造过程，详细介绍了改造前期设计选型阶段励磁设备型号参数选择的依据，并重点对五强溪电厂选型设计的良好实践进行总结，对大型水轮发电机组励磁系统改造选型设计具有重要参考意义 【关键词】 ： 励磁系统 参数 选型 设计 实践 The choice of important parameter and design about the excitation system reforming in the Wuqiangxi Hydropower Plant LIU Bin1, XIE Yenyu2, SU Xin2(Wuling Power Corporation Ltd,Hu Nan Changsha 410004, China) Abstract:The paper summarized the transformation of excitation system in the Wuqiangxi Hydropower Plant and introduced the basis of the choice about excitation equipment in the design phase. Meanwhile ,The excellent experiment be emphasized . There was an important reference value on reforming of excitation system for Large Hydrogenerating Set. Key word: excitation system; parameter; choice; design; practice 0 引言 五强溪电厂总装机容量120万千瓦，安装5台24万千瓦的混流式水轮发电机组，是湖南省最大的一座水电站。

1994年12月首台机组并网发电，1996年12月五台机组全部投产设计多年平均发电量53.7亿千瓦时是华中电网骨干调峰调频电厂五强溪电厂励磁系统为伊林Thyne5型产品，结构紧促，性能可靠，设计超前，量体裁衣设备运行近二十年，为了缓解因设备老化，设备故障率偏高问题对安全生产带来的压力，并满足电网发展对励磁系统调节性能及功能要求，随即决定开展励磁系统进行改造，改造过程本着技术先进，性能可靠，功能完备，优先国产化原则，对设备厂家及元件参数进行选择 励磁系统相关参数 项目 内容 项目 内容 发电机容量 266.67 MVA 发电机出口电压 15.75kv 额定励磁电压 437V 额定励磁电流 1906A 空载励磁电压 222V 空载励磁电流 1140A 额定功率因数 0.9(滞后) 励磁变容量 2670 KVA 励磁变二次侧电压 850V 励磁变漏抗 6.0 % 励磁方式 自并励 冷却方式 空气－水冷却 发电机功率 240MW 纵轴暂态开路时间常数Tdo' 7.5s（参考值）1 励磁系统改造重要参数确定 五强溪电厂励磁系统改造保留原励磁变压器及制动变压器， 因此励磁阳极电压这一关键指标已经确定。

考虑到五强溪电厂机组已完成扩容工作，应保证励磁系统在 260MW 能够长期稳定运行 1.1 整流柜参数计算 1.1.1 单柜输出电流选择 按照要求整流柜配置3套，满足N-1原则，考虑到最差工况，仍能满足包括强励和1.1 倍额定励磁电流在内的所有运行工况因此选择单柜单桥运行，单个整流桥额定输出电流IN=2096A（1.1倍额定电流） 考虑一定的裕度，最终选择为2500A 1.1.2 硅元件额定电压的选择 223, UVVDRMRRM××≥式中：VDRM：可重复加于可控硅元件的最大正向峰值电压值 VRRM：可重复加于可控硅元件的最大反向峰值电压值 VVVDRMRRM3605~33058502)3~75.2(, =××≥实际选取为：3600V 1.1.3 硅元件额定电流的选择 基本公式为：3KIdITAV≥式中：I TAV：硅元件的通态平均电流； Id： 整流柜单柜输出电流 K3： 计算系数，取1.25 AIIdTAV200025.1250025.1==≥, 校核可控硅元件的发热温升，为保证一定的安全，实际选取为：AITAV2000≥（选定可控硅平均通态电流为3170A）选择可控硅为：ABB生产，型号为：5STP28L4200。

1.1.4 快熔的选择计算 快熔标称电压：U=K4×U2 快熔的标称额定电流：I≥K5×Id 式中：U2为交流侧线电压 K4为计算系数，取K4=1.2～1.3 Id为整流桥输出直流 K5为计算系数，取K5=0.72～0.89 计算有：U=(1.2～1.3)×850×1.41 4=1442.28V～1562.47V I≥(0.72～0.89)×2096=1509A～1865A 快熔取1500V/1800A 根据快速熔断器特性，只有当快速熔断器的2I t值小于可控硅元件的2I t值，才能在发生短路故障时保护与快熔串联的可控硅元件 根据ABB提供的5STP28L4200可控硅的参数，当10tp ms=时，26213.52 10I tAs=×，而当8.3tp ms=时，26213.0 10I tAs=×，所以必须要求快速熔断器的13.0 10I 2306.7A，满足要求 1.3.5主触头短时电流额定 主触头 10 秒短时电流为 15kA，完全可以承受发电机三相机端短路工况，满足要求 1.3.6 分断电流额定 UR26M-82S 开关在额定电压下分断电流为 75KA，满足上述三相短路计算要求。

1.4 转子直流侧过电压保护整定 为了防止发电机运行和操作过程中产生危及励磁绕组的过电压， 应装设励磁绕组过电压保护装置过电压保护装置一般可以由非线性电阻、晶闸管跨接器组成 DL/T843和 DL /T650要求：发电机转子过电压保护装置应简单可靠，动作电压值应高于强励后灭磁过电压值，应低于转子绕组出厂工频耐压试验幅值的 70％ DL/T583和 DL /T730要求：任何情况下转子绕组两端的过电压不超过转子绕组出厂耐压试验电压幅值的 70％ 过电压参数设计： 考虑发电机机端电压升高，并结合可控硅换相过电压不超过 1.8 倍，在发电机转子上的过电压值约为 1.1×1.8×850× 2 ＝2379V 根据换相过电压的计算结果可知，换相过电压峰值约为 Ur max=1800V为了避免可控硅换相过程中过电压保护电阻一直长时间不断的导通，影响过电压保护电阻的使用寿命，则跨接器动作阀值应大于换相过电压峰值 Ur max 另外， 根据标准要求， 过电压动作阀值应低于转子绕组出厂耐压试验电压幅值的 70％，即10×438×0.7× 2 ＝4335V 综合以上考虑，过电压保护动作阀值最终设置为 2500V。

能容量：0.5MJ 采用 ZnO 非线性电阻过压保护，由过压保护跨接器控制，当转子绕组过电压超过过压保护跨接器整定值时，过压保护跨接器动作，触发过压保护回路晶闸管，投入过非线性过压保护电阻，将转子绕组过电压限制在非线性电阻残压值 2 重要元件及参数选型设计良好经验 2.1 重视励磁改造前调研工作 励磁系统作为发电设备中重要一环， 其改造成功与否对电厂安全生产工作将产生极大影响因此五强溪电厂充分重视改造前调研工作，前期分别对南瑞继保(RCS-9400)、南瑞电控（NES5100） 、上海 ABB(Unitrol-600 0)、广科院(EXC-9000 及 Unitrol-5000)等国内知名励磁厂家及产品进行厂内调研，并对省内柘西、凤滩及系统内部多家水电厂励磁产品应用情况进行了解，掌握了大量的励磁设备改造信息资料，提升了对励磁系统改造成功的信心 2.2 在招标文件中尽量明确励磁重要器件参数及类型 励磁系统招标会涉及很多技术问题，首先需要咨询励磁厂商并与之交流，了解不同励磁系统的特色和差异其次进行分析比较，如果有能力还要自己计算核实最后在励磁标书的技术条款中明确下来五强溪励磁系统改造技术文件明确对一些重要技术参数，如重要技术参数保证，整流桥配置参数，灭磁开关性能，灭磁电阻型式及电阻容量,交流尖峰过压保护动作设定值等。

从最终结果来看，参与投标的有国电南瑞电控、南瑞继保、上海 ABB、广科所、武汉洪山电工（西门子励磁组装） 、武汉能事达（ABB 励磁组装）等多家单位，励磁结构及主要特点均有不同，尽可能多的明确技术参数，有利于将众多励磁设备拉到同一平台进行对比，减少招投标的困惑 2.3 用推荐品牌方式表达意向 可控硅元件推荐选用瑞士 ABB 公司原装进口产品或英国 Dynex 公司原装进口产品 灭磁开关推荐选用 SECHERON、Lenoir、 Gerapid 等原装进口产品；励磁屏柜选用施耐德、梅勒或ABB 品牌产品；显示器触摸屏选用 ABB、西门子或 B&R 产品；并且排名第一的品牌反映了电厂励磁技术人员意向 虽然招标结果不是完全采用第一品牌，如国电南瑞在励磁屏柜就选择了武汉梅勒屏柜，显示器触摸屏选择了台湾研华触摸屏，通过后来合同谈判中沟通，也得到了电厂的理解 2.4 积极推进新技术应用 1 号机励磁系统改造过程中，联合励磁设备厂家及相关测温设备厂家，积极推进目前已经成熟的光纤测温技术在励磁设备改造中应用，极大缓解了电厂励磁设备维护压力 3 结论 五强溪电厂励磁系统已完成首台机改造工作，投运两年多来，运行稳定，性能可靠，经历了数次电网异常工况，表现优异。

选型设计过程的良好实践，对大型水轮发电机组励磁系统改造选型设计具有重要参考意义 参考文献 [1]李基成 现代同步发电机励磁系统设计及应用 [2] DLT 583-2006大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件 [3] GB/T 7409.3-2007大中型同步发电机励磁系统技术要求 [4] GB/T 14048-2000 低压开关设备及控制设备总则 [5]IEEE C37.18 Standard Enclosed Field Discharge Circuit Breakers for Rotating Electric Machinery 作者简介 刘 斌（ 1982-5），大学本科，工程师，从事水电厂自动化管理工作，现工作单位五凌电力有限公司五强溪电厂联系： 13317455980 谢文宇（ 1990-9），大学本科，助理工程师，从事水电厂自动化工作，现工作单位五凌电力有限公司五强溪电厂联系： 18508405118 苏 鑫（ 1989-9），大学本科，助理工程师，从事水电厂自动化工作，现工作单位五凌电力有限公司五强溪电厂联系： 18075608182 通信地址：湖南省五强溪水力发电厂 邮政编码： 419642 E-mail： liu_lb@、 49056436@.com 联系： 13317455980 。