CN105471344A - 一种起励回路设计新方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大型同步发电机起励回路的设计新方法，此方法能够保证不同厂家不同参数的自并励机组起励时励磁电流上升速率的一致性，从而确保起励成功率。其特征在于在常规起励回路的直流侧设计一个限流电阻来调整起励—转子回路时间常数，确保同步发电机起励成功。本发明的设计新方法为首先基于励磁调节器精准检测同步电压，根据起励回路提供的电流在5秒时达到i(∞)的20％电流强度这一原则，来确定起励—转子回路时间常数τ，再通过计算确定限流电阻的阻值，进而计算出起励变压器的二次电压和容量，完成起励回路主要元器件的设计。

Description

一种起励回路设计新方法

技术领域

本发明涉及一种起励回路设计新方法，属于自并励励磁方式的大型同步发电机技术领域。

背景技术

自并励励磁系统是目前最具代表性的励磁方式，其励磁电源取自发电机机端，因此当发电机本身的残压不足以供给发电机维持自励的初始励磁时，必须通过单独设计的起励回路，给发电机提供初始励磁电流，使发电机建立一定的初始电压。

电力行业标准DL/T583《大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件》中对于起励电源要求为“静止整流励磁系统的起励电源的容量配置，应不大于发电机空载励磁电流的10％”；DL/T843《大型汽轮发电机励磁系统技术条件》中对于起励电源要求为“励磁系统的起励电源容量一般应满足发电机电压大于10％额定电压的要求”。

现阶段的励磁系统起励回路在设计时仅依据转子绕组的阻值来进行计算，使其满足上述标准的要求。对于大型机组采取的起励回路，设计思路为：首先通过所需起励电流与转子电阻确定直流侧的电压，进而计算出起励变压器二次侧的电压，同时通过交直流换算的电流关系，最终确定起励变压器的容量。

但是，实际上由于转子绕组的电感作用，其电流并不能突变，以指数形式逐渐上升；各个发电机厂家生产的发电机，其转子时间常数存在不同程度的差异，导致电流上升速率存在较大差异。通过上述传统设计计算方法所配置的起励回路，均为时间无穷的理想起励电流值，并不能确保工程现场固定时间内起励成功。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种起励回路设计新方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种起励回路设计新方法，包括：起励变压器T、起励回路限流电阻R_d，包括步骤如下：

步骤一：将起励回路交流回路折算至直流回路，U_d为经二极管整流器整流之后的电压，R_t为起励变压器T折算至直流侧的电阻，L_t为起励变压器T折算至直流侧的电感，其中

U_d＝1.35U₂(1)

步骤二：流经直流回路的电流i(t)，根据直流回路电路可得，

$i\left(t\right)=\frac{U_d}{R_{\mathrm{\Σ}}}(1-e^{-\frac{t}{\mathrm{\τ}}})---\left(2\right)$

步骤三：其中起励-转子回路时间常数τ，根据直流回路电路可得，

$\mathrm{\τ}=\frac{L_{\mathrm{\Σ}}}{R_{\mathrm{\Σ}}}=\frac{L_t+L_f}{R_t+R_f+R_d}---\left(3\right)$

步骤四：根据起励变压器T的容量小，其折算到直流侧的电阻R_t和电感L_t远小于转子绕组的电阻R_f和电感L_f，公式3可简化为公式4，

$\mathrm{\τ}=\frac{L_{\mathrm{\Σ}}}{R_{\mathrm{\Σ}}}=\frac{L_f}{R_f+R_d}---\left(4\right)$

步骤五：基于励磁调节器精准检测同步电压，根据起励回路提供的电流在5秒时达到i(∞)的20％电流强度这一原则，来确定起励-转子回路时间常数τ，则R_d、R_Σ可得：

$R_d=\frac{L_f}{\mathrm{\τ}}-R_f---\left(5\right)$

R_∑＝R_f+R_d(6)

步骤六：根据电力行业标准中规定的起励所需的励磁电流，设定起励所需时间t₁，即i(t₁)已知，则根据公式2可求出U_d：

$U_d=\frac{i\left(t_1\right)\×(R_f+R_d)}{(1-e^{-\frac{t_1}{\mathrm{\τ}}})}---\left(7\right)$

步骤七：U_d确定后，可根据公式8计算出起励变压器的容量S_n，

$S_n=\sqrt{3}{U}_2{I}_2=\sqrt{3}\×\frac{U_d}{1.35}\×0.816i\left(t_1\right)---\left(8\right)$

式中0.816为交直流的转换系数；

至此计算出起励变压器T的副边电压U₂，容量S_n，起励限流电阻R_d，完成起励回路的设计。

有益效果：本发明提供的一种起励回路设计新方法，根据发电机参数，在起励回路的直流侧设计一限流电阻，从而达到将起励-转子回路时间常数调整在能确保同步发电机起励成功的区间内的目的，以确保起励成功。此方法能够将不同参数的自并励发电机组起励时励磁电流上升速率设计成确保发电机起励成功的统一值。

附图说明

图1为本发明的电气原理图；

图2为本发明中交流起励回路折算至直流回路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，自并励式同步发电机起励回路的电气原理图，该回路与发电机转子并联，只有在励磁系统起励阶段投入。其中F₁为保护熔断器，K₁为交流侧接触器节点，T为起励变压器，V为二极管整流桥，R_d为起励回路限流电阻，K₂为直流侧接触器，L_f和R_f分别为转子绕组的电感和电阻。其中需要进行计算确定的为起励变压器T的副边电压U₂，容量S_n，起励限流电阻R_d。

为计算方便，将交流回路折算至直流回路，如图2所示。其中U_d为经二极管整流桥V整流之后的电压，R_t为起励变压器T折算至直流侧的电阻，L_t为起励变压器T折算至直流侧的电感。其中

U_d＝1.35U₂(1)

流经回路的电流i(t)：

$i\left(t\right)=\frac{U_d}{R_{\mathrm{\Σ}}}(1-e^{-\frac{t}{\mathrm{\τ}}})---\left(2\right)$

起励-转子回路时间常数τ为：

$\mathrm{\τ}=\frac{L_{\mathrm{\Σ}}}{R_{\mathrm{\Σ}}}=\frac{L_t+L_f}{R_t+R_f+R_d}---\left(3\right)$

鉴于起励变压器的容量较小，其折算到直流侧的电阻R_t和电感L_t远小于转子绕组的电阻R_f和电感L_f，为便与计算，可简化为：

$\mathrm{\τ}=\frac{L_{\mathrm{\Σ}}}{R_{\mathrm{\Σ}}}=\frac{L_f}{R_f+R_d}---\left(4\right)$

基于励磁调节器精准检测同步电压，根据起励回路提供的电流在5秒时达到i(∞)的20％电流强度原则，来确定起励-转子回路时间常数τ，则根据式4确定R_d、R_Σ：

$R_d=\frac{L_f}{\mathrm{\τ}}-R_f---\left(5\right)$

R_Σ＝R_f+R_d(6)

根据电力行业标准中规定的起励所需的励磁电流，设定起励所需时间t₁，即i(t₁)已知，则根据公式2可求出U_d：

$U_d=\frac{i\left(t_1\right)\×(R_f+R_d)}{(1-e^{-\frac{t_1}{\mathrm{\τ}}})}---\left(7\right)$

U_d确定后，可根据公式1计算出起励变压器的副边电压U₂，进而计算出起励变压器容量S_n：

$S_n=\sqrt{3}{U}_2{I}_2=\sqrt{3}\×\frac{U_d}{1.35}\×0.816i\left(t_1\right)---\left(8\right)$

式中0.816为交直流的转换系数。

由此即确定了起励回路中需要进行计算确定的三个参数：起励变压器T的副边电压U₂，容量S_n，起励限流电阻R_d，完成起励回路的设计。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (1)

1.一种起励回路设计新方法，包括：起励变压器T、起励回路限流电阻R_d，其特征在于：包括步骤如下：

步骤一：将起励回路交流回路折算至直流回路，U_d为经二极管整流器整流之后的电压，R_t为起励变压器T折算至直流侧的电阻，L_t为起励变压器T折算至直流侧的电感，其中

U_d＝1.35U₂(1)

步骤二：流经直流回路的电流i(t)，根据直流回路电路可得，

$i\left(t\right)=\frac{U_d}{R_{\mathrm{\Σ}}}(1-e^{-\frac{t}{\mathrm{\τ}}})---\left(2\right)$

步骤三：其中起励—转子回路时间常数τ，根据直流回路电路可得，

$\mathrm{\τ}=\frac{L_{\mathrm{\Σ}}}{R_{\mathrm{\Σ}}}=\frac{L_t+L_f}{R_t+R_f+R_d}---\left(3\right)$

步骤四：根据起励变压器T的容量小，其折算到直流侧的电阻R_t和电感L_t远小于转子绕组的电阻R_f和电感L_f，公式3可简化为公式4，

$\mathrm{\τ}=\frac{L_{\mathrm{\Σ}}}{R_{\mathrm{\Σ}}}=\frac{L_f}{R_f+R_d}---\left(4\right)$

步骤五：基于励磁调节器精准检测同步电压，根据起励回路提供的电流在5秒时达到i(∞)的20％电流强度这一原则，来确定起励—转子回路时间常数τ，则R_d、R_Σ可得：

$R_d=\frac{L_f}{\mathrm{\τ}}-R_f---\left(5\right)$

R_Σ＝R_f+R_d(6)

步骤六：根据电力行业标准中规定的起励所需的励磁电流，设定起励所需时间t₁，即i(t₁)已知，则根据公式2可求出U_d：

$U_d=\frac{i\left(t_1\right)\×(R_f+R_d)}{(1-e^{-\frac{t_1}{\mathrm{\τ}}})}---\left(7\right)$

步骤七：U_d确定后，可根据公式8计算出起励变压器的容量S_n，

$S_n=\sqrt{3}{U}_2{I}_2=\sqrt{3}\×\frac{U_d}{1.35}\×0.816i\left(t_1\right)---\left(8\right)$

式中0.816为交直流的转换系数；

至此计算出起励变压器T的副边电压U₂，容量S_n，起励限流电阻R_d，完成起励回路的设计。