柳树坪电站励磁元件选型计算与设计

祝 迪，丁 朦，李 凯

（湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌443000）

1 柳树坪电站励磁系统概述

柳树坪电站系水布垭电厂保安自备电站，装机1台，单机容量20 MW。柳树坪电站励磁系统自2008年投运以来，至今运行已10年，采用南瑞励磁SAVR200系统，励磁系统为双桥双控氧化锌灭磁，额定励磁电压129 V，额定励磁电流650 A，控制电源AC 220 V、DC 220 V。

柳树坪电站为地下厂房，采用无人值班运行模式，电站运行可靠性要求高。近年来励磁设备运行故障明显增多且存在产品设计缺陷，需进行励磁系统更新改造。

2 可控硅选型及并联支路数计算

（1）励磁可控硅反峰电压选择计算

柳树坪电站可控硅选型为英国DYNEX的DCR1460 F28型号。

其反向重复峰值电压VRRM应不小于柳树坪电站励磁变压器二次侧最大峰值电压的2.75倍，则：

现拟选取的晶闸管重复峰值电压为Urp=2 800 V，满足电站现场实际要求，并留有裕度。

（2）常温工况下励磁可控硅平均通态电流的选择

式中：

KSA为电流储备系数，该值取2；

Kji为电路系数，对电站实际三相全控桥，该值取0.367；

Id为额定励磁电流，该值取650 A；

K2为风速系数，设计风速为5 m/s，该值取1.0；

K4为海拔高度系数，该值取1.1；

K6为温升系数，该值取0.9；

KS为环境温度系数，设计环境温度为30℃，该值取1.0。

根据柳树坪电站现场，选取的晶闸管元件在60℃时，通态平均电流值为In=1 460 A，则并联数：

式中：K7为均流系数值，按极端情况该值取0.85，计算nb=0.47，这说明在可控硅选型时，单桥运行即可满足要求。现设计并联支路数取值为2，这表明柳树坪电站晶闸管元件通态平均电流参数的设计裕量是充足的。

3 磁场断路器选型计算

3.1 断路器选型

柳树坪电站选型拟用ABB公司生产的励磁灭磁开关，其主要参数如表1。

表1 励磁断路器参数

3.2 额定电压的核算

磁场断路器选型中，其工作的额定电压应大于发电机组磁场断路器长期运行工况下工作电压的最大值，该值应按2倍额定励磁电压来设计：

实际选取的ABB厂E1 B型灭磁开关额定工作电压为1 000 V，满足使用要求。

3.3 额定电流的核算

磁场断路器选型中，其工作的额定电流应不小于柳树坪发电机组长期运行工况下，工作时励磁电流的1.2倍。

实际选取的灭磁开关型号为E1 B/E MS 800 A/1 000 V，该型号灭磁开关额定电流为800 A，满足设计要求。

4 过电压保护回路设计计算

4.1 保护回路的设计

当发电机出现故障，如出现因失磁或低励造成机组失步、机端发生三相短路、错误准同期等故障，由于发电机组转子绕组中产生出负向的磁场电流，会产生转子过电压。如果此能量不能得到释放，则转子的感应电压会快速升高，对转子及其所连接设备有严重的安全隐患。

柳树坪电站励磁元件选型设计中，通过使用跨接器与灭磁氧化锌电阻相配合，保障过电压保护功能的实现。折返二极管是励磁可控硅触发的主要元件，简称BOD。采用BOD元件的优势是，可对电站过压保护的动作值进行精准整定。

当发电机出现瞬时过压时，可控硅跨接器在励磁调节器的控制中，具有自复位功能。同时，在励磁调节器的逻辑程序中，能够产生一个可调的时间延时跳闸指令。

4.2 保护动作值计算

根据相关标准的要求，励磁系统的绕组回路保护动作电压的最高瞬时值，应低于励磁绕组回路对地测试电压幅值的70%，还应低于励磁系统整流桥的最大允许电压值。励磁系统的绕组回路保护动作电压的最低瞬时值，应高于系统中灭磁设备正确动作时所产生的过压值，还应高于励磁系统最大整流电压的峰值。

即：919.1 V＜动作值＜1 276.8 V。

电站实际选取的过电压动作值为1 000 V。

5 结语

本文通过对柳树坪电站可控硅及并联支路、磁场断路器、过电压保护回路进行计算，有效辅助了励磁元件的选型，为选型决策提供了可靠的理论支撑。对同类设备的改造选型提供了参考。