電力系統(tǒng)自動裝置原理課程設(shè)計

1、<p><b>　　v</b></p><p>　　電力系統(tǒng)自動裝置原理課程設(shè)計</p><p>　　- -----同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)主回路設(shè)計及系統(tǒng)性能分析</p><p><b>　　院系： </b></p><p><b>　　班級：</b></p

2、><p><b>　　姓名：</b></p><p><b>　　學(xué)號：</b></p><p>　　自動裝置勵磁系統(tǒng)設(shè)計報告</p><p><b>　　一：設(shè)計題目</b></p><p>　　同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)主回路設(shè)計及系統(tǒng)性能分析</p&

3、gt;<p><b>　　二：原始數(shù)據(jù)</b></p><p>　　2號題：發(fā)電機型號QF—25—2</p><p>　　基本數(shù)據(jù)：額定容量（MW）：25 轉(zhuǎn)速；3000</p><p>　　額定電壓（KV）：6.3 功率因數(shù)cosø：0.8</p>&

4、lt;p>　　額定電流：（A）：2860 效率（%）：97.74</p><p>　　勵磁數(shù)據(jù)：空載勵磁電流（A）：149.4 滿載勵磁電流（A）：372</p><p>　　空載勵磁電壓（V）：62.5 滿載勵磁電壓（V）：180</p><p>　　參數(shù)：定子線圈開路時勵磁線圈時間常數(shù)（s）：11.

5、599</p><p>　　轉(zhuǎn)子電阻：（75℃）（Ω）：0407（=1.24）</p><p><b>　　電壓降之和ΔU=3</b></p><p><b>　　三、設(shè)計內(nèi)容：</b></p><p>　　主回路設(shè)計包括：勵磁方式選擇；勵磁變壓器選擇；起勵問題及計算；整流元件參數(shù)

6、 </p><p>　　確定及選擇；主回路保護(hù)配置；要求繪出勵磁系統(tǒng)主回路原理圖。</p><p>　　性能分析： 應(yīng)用控制理論的各種分析方法分析所設(shè)計的勵磁控制系統(tǒng)的性能，并給出典型運行方式下的最佳參數(shù)整定值，要求打印主要分析曲線及計算結(jié)果。</p><p><b>　?。ㄒ唬┲骰芈吩O(shè)計</b></p><p&

7、gt;　　1．勵磁方式：自并勵方式</p><p>　　勵磁控制系統(tǒng)分為直流勵磁機勵磁系統(tǒng)、交流勵磁機勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機自并勵系統(tǒng)。在這里勵磁方式我選擇自并勵勵磁方式。</p><p>　　發(fā)電機自并勵系統(tǒng)的主要優(yōu)點是：</p><p>　?。?）勵磁系統(tǒng)接線和設(shè)備比較簡單，無轉(zhuǎn)動部分，維護(hù)費用省，可靠性高。</p><p>　?。?）不需要同

8、軸勵磁機，可縮短主軸長度，這樣可減小基建投資。</p><p>　　（3）直接用晶閘管控制轉(zhuǎn)子電壓，可獲得很快的勵磁電壓響應(yīng)速度，可近似認(rèn)為具有階躍函數(shù)那樣的響應(yīng)速度。</p><p>　　由于自并勵勵磁方式具有上述優(yōu)點，所以勵磁方式采用自并勵勵磁系統(tǒng)。</p><p><b>　　磁變壓器選擇：</b></p><p>

9、;　　由由于同步發(fā)電機的勵磁電壓教端電壓低得多，所以自并勵系統(tǒng)中一般都需設(shè)置勵磁變壓器進(jìn)行降壓。其主要作用：</p><p>　?。?）使晶閘管工作時的導(dǎo)通角大小適當(dāng)，控制教、較穩(wěn)定。</p><p>　　（2）降低整流元件的電壓等級</p><p>　　使整流回路、控制回路、勵磁繞組三者都機端隔離，降低了回路對地的電位和對絕緣的要求，有利于安全運行并減少日常維修工

10、作。</p><p><b>　?。?）變比k：</b></p><p>　　變壓器二次側(cè)電壓的確定：</p><p>　　取0°，=2，=180V，=372A，ΔU=3，取=0.06</p><p><b>　　由公式：得</b></p><p>　　=405.6

11、27 ∴=300.465V</p><p>　　已知=6.3KV ∴變壓器變比k= </p><p>　?。?）變壓器的容量計算</p><p><b>　　=89.49°</b></p><p>　　∵≤α≤ ∴</p><p>　　

12、=303.36（A）</p><p>　　∴整流變壓器的容量為：</p><p><b>　　(3)接線方式</b></p><p>　　變壓器的接線方式選擇Y/Δ-11接線方式，即一次側(cè)為Y接，二次側(cè)為Δ接。一次側(cè)為Y接的三相繞組中，三次諧波電流不能流通，即變壓器勵磁電流中不含有三次諧波而接近正弦波，二次側(cè)為△接，是為了避免發(fā)電機側(cè)的諧波影響

13、勵磁系統(tǒng)側(cè)的波形，或避免由勵磁系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波影響到發(fā)電機側(cè)，所以變壓器的接線方式其中有一側(cè)必須接成角形。</p><p>　　系統(tǒng)三種典型運行方式計算（選做）</p><p>　　一般按空載、額定、強勵三種工況進(jìn)行計算，計算的目的是看這些控制角是否在一般所希望的范圍之內(nèi)，并在調(diào)試中將實測的與計算的相比較。</p><p><b>　　空載時： </

14、b></p><p><b>　　=129.37°</b></p><p><b>　　額定運行時： </b></p><p><b>　　=89.49°</b></p><p><b>　　強勵運行時： </b></

15、p><p><b>　　=11.21°</b></p><p>　　由以上計算得表格如下：</p><p>　　由計算結(jié)果可以看出：> > ，且控制角的靈敏度比較大，滿足勵磁系統(tǒng)的要求。</p><p><b>　　4、起勵問題及計算</b></p><p&g

16、t;　　在同步發(fā)電機啟動時，起勵電源可以采用廠用電起勵和蓄電池起勵兩種方法，但一般情況下，采用廠用電起勵。</p><p><b>　　起勵容量： </b></p><p><b>　　起勵電壓： </b></p><p>　　5、整流元件參數(shù)確定及選擇（整流元件參數(shù)的選擇，首先保證半導(dǎo)體勵磁裝置可靠運行，設(shè)計時主要選擇硅

17、元件的額定正向同態(tài)平均電流和額定正反向峰值電壓中的較大者。）</p><p>　　整流電路采用三相橋式半控整流電路.</p><p>　　同步發(fā)電機輸出交流電流中的一小部分，經(jīng)勵磁變壓器降壓和可控整流器整流后，供給勵磁繞組勵磁電流。勵磁電流的大小，決定與晶閘管，而晶閘管的導(dǎo)通角由自動勵磁調(diào)節(jié)器控制，當(dāng)發(fā)電機端電壓高于整定值時，自動勵磁調(diào)器發(fā)出信號脈沖推遲，晶閘管導(dǎo)通角變小，勵磁電流減小，從

18、而使發(fā)電機端電壓降低。當(dāng)發(fā)電機端電壓低于整定值時，自動勵磁調(diào)器發(fā)出信號脈沖提前，晶閘管導(dǎo)通角變大，勵磁電流增大，從而使發(fā)電機端電壓升高。上述兩種過程使發(fā)電機的端電壓于穩(wěn)定值，達(dá)到恒定的目的。</p><p>　?。?）硅元件額定電流計算</p><p>　　額定工況下： </p><p>　　橋臂平均電流： </p>&

19、lt;p>　　額定正向平均電流： </p><p>　　強勵工況下： </p><p>　　橋臂平均電流： </p><p>　　強勵正向平均電流： </p><p><b>　　∴ </b></p><p>　　(2)可控硅額定電壓選擇

20、 </p><p>　　橋臂反向工作電壓瞬時值： </p><p>　　硅元件反向工作電壓瞬時值： 424.26</p><p>　　=2494.67(V)</p><p>　?。妷涸６认禂?shù)，?。惨陨?</p><p>　?。^電壓沖擊系數(shù)，?。?3到1.6</p>&

21、lt;p>　?。娫措妷荷呦禂?shù)，取1.05到1.1</p><p><b>　　∴ </b></p><p>　　電力二極管的參數(shù)選擇與晶閘管的相同。</p><p>　?。ǎ常├m(xù)流二極管的選擇</p><p>　　為了維護(hù)和檢修方便，在整流裝置中，我們選擇同一過載能力的器件。</p><p&

22、gt;　　因為二極管的過電流承受能力遠(yuǎn)比硅元件強，所以實際額定電流系數(shù)可選為５～６</p><p>　　因此在半控橋的續(xù)流二極管，需并聯(lián)三個同型號的電力二極管，并聯(lián)后會引起流過續(xù)流二極管的電流分布不均勻，因此并聯(lián)后需采用均流電抗器均流，使流過續(xù)流二極管中三個電力二極管的電流近似相等。</p><p>　　（二）主回路保護(hù)的配置</p><p>　　在現(xiàn)代同步發(fā)電機的

23、整流器勵磁系統(tǒng)中，運行時由于種種原因，可能使勵磁裝置中的主要部件（晶閘管等）以及發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組回路呈現(xiàn)過電流或過電壓，為此在勵磁系統(tǒng)中應(yīng)附以過電流或過電壓抑制回路。</p><p><b>　?。?）、元件保護(hù)</b></p><p>　　晶閘管和電力二極管開關(guān)器件均有安全工作區(qū)的限制，也就是說都有電流、電壓和瞬時功耗的極限值，盡管在設(shè)計時會合理選擇器件，但不可避

24、免的會發(fā)生過電流和過電壓，又由于電子開關(guān)器件的過電流、過電壓能力差，為了防止電力電子開關(guān)損壞，必須采取保護(hù)措施（在晶閘管關(guān)斷時會產(chǎn)生關(guān)斷過電壓）。</p><p>　　防止過電流的措施：采用快速熔斷器</p><p>　　防止過電壓的措施：利用阻容保護(hù)</p><p><b>　　（2）、整流橋保護(hù)</b></p><p&g

25、t;　　整流橋保護(hù)主要是指過電壓保護(hù)整流橋的過電壓保護(hù)包括交流側(cè)過電壓保護(hù)和直流側(cè)過電壓保護(hù)。</p><p><b>　　交流側(cè)過電壓保護(hù)</b></p><p>　　交流側(cè)產(chǎn)生過電壓的原因：a：當(dāng)大氣過電壓作用于發(fā)電機主回路而使勵磁變壓器產(chǎn)生過電壓、勵磁系統(tǒng)開關(guān)操作引起的暫態(tài)過電壓；b：在切斷勵磁變壓器一次繞組情況下，可能出現(xiàn)過電壓是由于具有較高電感值的發(fā)電機轉(zhuǎn)子

26、勵磁繞組回路，在切斷勵磁變壓器供電電源后，力求維持流過變壓器的負(fù)載電流不變，由此引起感應(yīng)過電壓，當(dāng)勵磁變壓器在空載時被切斷，其儲存的磁能而將轉(zhuǎn)化為電流，如此磁能足夠大的電容所吸引而將產(chǎn)生過電壓；c：有可控硅整流器空穴存儲效應(yīng)引起的過電壓。</p><p>　　交流側(cè)防止過電壓的措施：對第一種過電壓多在勵磁變壓器低壓側(cè)采用接地電容保護(hù)；對第二種過電壓為防止在運行中切斷勵磁變壓器的高壓繞組引起過電壓，在勵磁繞組回路中

27、接入限制二極管，為了防止空載時切斷勵磁變壓器，在變壓器低壓側(cè)接一組整流器；對第三種過電壓采用在可控硅整流器兩端并聯(lián)RC回路。</p><p><b>　　直流側(cè)過電壓保護(hù)</b></p><p>　　直流側(cè)產(chǎn)生過電壓的原因：在直流側(cè)由于整流器不能流過反向電流，當(dāng)勵磁繞組引起反向電流而被整流器閉鎖時，可引起過電壓；當(dāng)發(fā)電機端或升壓變壓器高壓側(cè)，發(fā)生三相或兩相不對稱短路時

28、，有可能在勵磁繞組側(cè)引起直流過電壓。</p><p>　　直流側(cè)防止過電壓的措施：在發(fā)電機轉(zhuǎn)子側(cè)采用穩(wěn)壓管</p><p>　　(三)同步發(fā)電機的滅磁</p><p>　　近三十年來，隨著主機容量的增加，勵磁功率的加大，發(fā)電機的自動滅磁系統(tǒng)越來越為世界各國關(guān)注。</p><p>　　大型電機的快速滅磁是限制發(fā)電機內(nèi)部故障擴大的唯一方法。當(dāng)發(fā)電

29、機內(nèi)部故障以及發(fā)電機——變壓器組中變壓器短路時，繼電保護(hù)雖然能將發(fā)電機組系統(tǒng)斷開，但如不熄滅發(fā)電機磁場，故障電流將仍然存在。短路電流和發(fā)電機內(nèi)電勢成正比，短路電流愈大，持續(xù)時間愈長，短路能量愈大。巨大的短路能量將會燒毀繞組，甚至使機組鐵芯熔化，導(dǎo)致發(fā)電機長時間不能恢復(fù)運行，所以只有在繼電保護(hù)動作的同時，迅速而徹底地熄滅磁場，才是保護(hù)發(fā)電機的最有效方法。</p><p>　　隨著單機容量的增大，對發(fā)電機的快速滅磁的

30、要求也愈來愈高。對發(fā)電機滅磁系統(tǒng)的主要要求是可靠，而快速地消耗儲存在發(fā)電機中的磁場能量。最簡單的滅磁方式是切斷發(fā)電機的勵磁繞組與電源連接，但勵磁繞組有很大的電感，突然斷開會在其兩端產(chǎn)生很高的過電壓。因此在斷開勵磁電源的同時，還應(yīng)將轉(zhuǎn)子勵磁繞組自動接入到放電電阻或其他裝置，使磁場中儲存的能量迅速減小，要求滅磁時間短，轉(zhuǎn)子過電壓不應(yīng)超過允許值，其值通常取轉(zhuǎn)子額定勵磁電壓的4-5倍。</p><p>　　滅磁的方法：單