柳樹坪電站勵磁元件選型計算與設計

祝 迪，丁 朦，李 凱

（湖北清江水電開發有限責任公司，湖北 宜昌443000）

1 柳樹坪電站勵磁系統概述

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

柳樹坪電站為地下廠房，采用無人值班運行模式，電站運行可靠性要求高。近年來勵磁設備運行故障明顯增多且存在產品設計缺陷，需進行勵磁系統更新改造。

2 可控硅選型及并聯支路數計算

（1）勵磁可控硅反峰電壓選擇計算

柳樹坪電站可控硅選型為英國DYNEX的DCR1460 F28型號。

其反向重復峰值電壓VRRM應不小于柳樹坪電站勵磁變壓器二次側最大峰值電壓的2.75倍，則：

現擬選取的晶閘管重復峰值電壓為Urp=2 800 V，滿足電站現場實際要求，并留有裕度。

（2）常溫工況下勵磁可控硅平均通態電流的選擇

式中：

KSA為電流儲備系數，該值取2；

Kji為電路系數，對電站實際三相全控橋，該值取0.367；

Id為額定勵磁電流，該值取650 A；

K2為風速系數，設計風速為5 m/s，該值取1.0；

K4為海拔高度系數，該值取1.1；

K6為溫升系數，該值取0.9；

KS為環境溫度系數，設計環境溫度為30℃，該值取1.0。

根據柳樹坪電站現場，選取的晶閘管元件在60℃時，通態平均電流值為In=1 460 A，則并聯數：

式中：K7為均流系數值，按極端情況該值取0.85，計算nb=0.47，這說明在可控硅選型時，單橋運行即可滿足要求。現設計并聯支路數取值為2，這表明柳樹坪電站晶閘管元件通態平均電流參數的設計裕量是充足的。

3 磁場斷路器選型計算

3.1 斷路器選型

柳樹坪電站選型擬用ABB公司生產的勵磁滅磁開關，其主要參數如表1。

表1 勵磁斷路器參數

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大于發電機組磁場斷路器長期運行工況下工作電壓的最大值，該值應按2倍額定勵磁電壓來設計：

實際選取的ABB廠E1 B型滅磁開關額定工作電壓為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不小于柳樹坪發電機組長期運行工況下，工作時勵磁電流的1.2倍。

實際選取的滅磁開關型號為E1 B/E MS 800 A/1 000 V，該型號滅磁開關額定電流為800 A，滿足設計要求。

4 過電壓保護回路設計計算

4.1 保護回路的設計

當發電機出現故障，如出現因失磁或低勵造成機組失步、機端發生三相短路、錯誤準同期等故障，由于發電機組轉子繞組中產生出負向的磁場電流，會產生轉子過電壓。如果此能量不能得到釋放，則轉子的感應電壓會快速升高，對轉子及其所連接設備有嚴重的安全隱患。

柳樹坪電站勵磁元件選型設計中，通過使用跨接器與滅磁氧化鋅電阻相配合，保障過電壓保護功能的實現。折返二極管是勵磁可控硅觸發的主要元件，簡稱BOD。采用BOD元件的優勢是，可對電站過壓保護的動作值進行精準整定。

當發電機出現瞬時過壓時，可控硅跨接器在勵磁調節器的控制中，具有自復位功能。同時，在勵磁調節器的邏輯程序中，能夠產生一個可調的時間延時跳閘指令。

4.2 保護動作值計算

根據相關標準的要求，勵磁系統的繞組回路保護動作電壓的最高瞬時值，應低于勵磁繞組回路對地測試電壓幅值的70%，還應低于勵磁系統整流橋的最大允許電壓值。勵磁系統的繞組回路保護動作電壓的最低瞬時值，應高于系統中滅磁設備正確動作時所產生的過壓值，還應高于勵磁系統最大整流電壓的峰值。

即：919.1 V＜動作值＜1 276.8 V。

電站實際選取的過電壓動作值為1 000 V。

5 結語

本文通過對柳樹坪電站可控硅及并聯支路、磁場斷路器、過電壓保護回路進行計算，有效輔助了勵磁元件的選型，為選型決策提供了可靠的理論支撐。對同類設備的改造選型提供了參考。