電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理課程設(shè)計(jì)范文

電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理課程設(shè)計(jì)v電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理課程設(shè)計(jì)-----同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì)及系統(tǒng)性能分析院系：班級：姓名：學(xué)號：自動(dòng)裝置勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告一：設(shè)計(jì)題目同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì)及系統(tǒng)性能分析二：原始數(shù)據(jù)2號題：發(fā)電機(jī)型號QF—25—2基本數(shù)據(jù)：額定容量（MW）：25轉(zhuǎn)速；3000額定電壓（KV）：功率因數(shù)cos?：額定電流：（A）：2860效率（%）：勵(lì)磁數(shù)據(jù)：空載勵(lì)磁電流（A）：滿載勵(lì)磁電流（A）：372空載勵(lì)磁電壓（V）：滿載勵(lì)磁電壓（V）：180參數(shù)：定子線圈開路時(shí)勵(lì)磁線圈時(shí)間常數(shù)（s）：轉(zhuǎn)子電阻：（75℃）（Ω）：0407（R75c=R15c）電壓降之和U=3三、設(shè)計(jì)內(nèi)容：主回路設(shè)計(jì)包括：勵(lì)磁方式選擇；勵(lì)磁變壓器選擇；起勵(lì)問題及計(jì)算；整流元件參數(shù)確定及選擇；主回路保護(hù)配置；要求繪出勵(lì)磁系統(tǒng)主回路原理圖。性能分析：應(yīng)用控制理論的各種分析方法分析所設(shè)計(jì)的勵(lì)磁控制系統(tǒng)的性能，并給出典型運(yùn)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(jì)算結(jié)果。（一）主回路設(shè)計(jì)1．勵(lì)磁方式：自并勵(lì)方式勵(lì)磁控制系統(tǒng)分為直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)。在這里勵(lì)磁方式我選擇自并勵(lì)勵(lì)磁方式。發(fā)電機(jī)自并勵(lì)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：1）勵(lì)磁系統(tǒng)接線和設(shè)備比較簡單，無轉(zhuǎn)動(dòng)部分，維護(hù)費(fèi)用省，可靠性高。2）不需要同軸勵(lì)磁機(jī)，可縮短主軸長度，這樣可減小基建投資。3）直接用晶閘管控制轉(zhuǎn)子電壓，可獲得很快的勵(lì)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。由于自并勵(lì)勵(lì)磁方式具有上述優(yōu)點(diǎn)，因此勵(lì)磁方式采用自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。2．磁變壓器選擇：由由于同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓教端電壓低得多，因此自并勵(lì)系統(tǒng)中一般都需設(shè)置勵(lì)磁變壓器進(jìn)行降壓。其主要作用：1）使晶閘管工作時(shí)的導(dǎo)通角大小適當(dāng)，控制教、較穩(wěn)定。2）降低整流元件的電壓等級使整流回路、控制回路、勵(lì)磁繞組三者都機(jī)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(yùn)行并減少日常維修工作。（1）變比k：變壓器二次側(cè)電壓Ul的確定：取0°，Kc=2，Ufd(e)=180V，Ifd(e)=372A，U=3，取Xk=由公式：Ul1cosminKcU3KIfd(e)XkU得1.352fd(e)c11233720.0631.35Ul218021.35Ul=∴Ul=已知U1=∴變壓器變比k=6.3100021300.465（2）變壓器的容量計(jì)算Ufd(e)3XkU33720.063Ifd180arccos[0.675Ul1]arccos[0.6751]300=°∵≤α≤∴Il1.15[Ifd(e)]1.15[0.4972372]3=（A）∴整流變壓器的容量為：S3UlIl3300.465303.360.158(MVA)(3)接線方式變壓器的接線方式選擇 Y/ -11接線方式，即一次側(cè)為 Y接，二次側(cè)為 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(lì)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(jī)側(cè)的諧波影響勵(lì)磁系統(tǒng)側(cè)的波形，或避免由勵(lì)磁系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波影響到發(fā)電機(jī)側(cè)，因此變壓器的接線方式其中有一側(cè)必須接成角形。3．系統(tǒng)三種典型運(yùn)行方式計(jì)算（選做）一般按空載、額定、強(qiáng)勵(lì)三種工況進(jìn)行計(jì)算，計(jì)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(shí)測的與計(jì)算的相比較?？蛰d時(shí)： Ufd Ufd(0) 62.5V,Ifd Ifd(0) 149.4AUfd3XkU62.53Ifd149.40.063(0)arccos[0.675Ul1]arccos[1]0.675300=°Ud(0)3Ifd(0)XkU62.53149.40.06374.06(V)Ufd(0)額定運(yùn)行時(shí)：UfdUfd(e)180V,IfdIfd(e)372AUfd3IfdXkU18033720.063(e)arccos[0.675Ul1]arccos[0.6753001]=°Ud(e)3Ifd(e)XkU18033720.063204.31(V)Ufd(e)強(qiáng)勵(lì)運(yùn)行時(shí)：UfdKcUfd(e)360V,IfdKcIfd(e)744AUfd3IfdXkU37440.063360(q)arccos[0.675Ul1]arccos[0.6753001]=°Ud(q)KcUfd(e)3U36037440.063405.63(V)KcIfd(e)Xk由以上計(jì)算得表格如下：Ufd()VIfd()A()Ud()V空載（0）°額定（e）180372°強(qiáng)勵(lì)（q）360744°由計(jì)算結(jié)果能夠看出：(0)>(e)>(q)，且控制角的靈敏度比較大，滿足勵(lì)磁系統(tǒng)的要求。4、起勵(lì)問題及計(jì)算在同步發(fā)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，起勵(lì)電源能夠采用廠用電起勵(lì)和蓄電池起勵(lì)兩種方法，但一般情況下，采用廠用電起勵(lì)。起勵(lì)容量：起勵(lì)電壓：

Sq1Se1Ufd(e)Ifd(eVA)404040Uqi1137293(V)Ufd(e)445、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(lì)磁裝置可靠運(yùn)行，設(shè)計(jì)時(shí)主要選擇硅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。）整流電路采用三相橋式半控整流電路.同步發(fā)電機(jī)輸出交流電流中的一小部分，經(jīng)勵(lì)磁變壓器降壓和可控整流器整流后，供給勵(lì)磁繞組勵(lì)磁電流。勵(lì)磁電流的大小，決定與晶閘管，而晶閘管的導(dǎo)通角由自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制，當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓高于整定值時(shí)，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)器發(fā)出信號脈沖推遲，晶閘管導(dǎo)通角變小，勵(lì)磁電流減小，從而使發(fā)電機(jī)端電壓降低。當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓低于整定值時(shí)，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)器發(fā)出信號脈沖提前，晶閘管導(dǎo)通角變大，勵(lì)磁電流增大，從而使發(fā)電機(jī)端電壓升高。上述兩種過程使發(fā)電機(jī)的端電壓于穩(wěn)定值，達(dá)到恒定的目的。（1）硅元件額定電流計(jì)算額定工況下： Id(e) Ifd(e) 372A橋臂平均電流：額定正向平均電流：

IA(AV)1Ifd(e)1372124()33AIT(AV)KiIA(AV)3124372(A)強(qiáng)勵(lì)工況下：Ifd(q)KcIfd(e)2372744(A)橋臂平均電流：I,1Ifd(q)1744248()A(AV)33A強(qiáng)勵(lì)正向平均電流：,,,3248744(A)IT(AV)KiIA(AV),744(A)∴IT額定IT(AV)(2)可控硅額定電壓選擇UPRM(正向）URRM(反向）橋臂反向工作電壓瞬時(shí)值：硅元件反向工作電壓瞬時(shí)值：

UARM2Ul2300424.26(V)URRMKuKcgKbUARM41.41.05=(V)ku－電壓裕度系數(shù)，取２以上kcg－過電壓沖擊系數(shù)，?。?.3到kb－電源電壓升高系數(shù)，取到∴U額定 URRM（反向） 2494.67(V)電力二極管的參數(shù)選擇與晶閘管的相同。（３）續(xù)流二極管的選擇為了維護(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。XdXd'Ifd(e)因?yàn)槎O管的過電流承受能力遠(yuǎn)比硅元件強(qiáng)，因此實(shí)際額定電流系數(shù)可選為５～６I (5~6)Ifd(e) 1860~2232(A)因此在半控橋的續(xù)流二極管，需并聯(lián)三個(gè)同型號的電力二極管，并聯(lián)后會(huì)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(gè)電力二極管的電流近似相等。（二）主回路保護(hù)的配置1、在現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)的整流器勵(lì)磁系統(tǒng)中，運(yùn)行時(shí)由于種種原因，可能使勵(lì)磁裝置中的主要部件（晶閘管等）以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組回路呈現(xiàn)過電流或過電壓，為此在勵(lì)磁系統(tǒng)中應(yīng)附以過電流或過電壓抑制回路。1）、元件保護(hù)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(shí)功耗的極限值，盡管在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)合理選擇器件，但不可避免的會(huì)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(shí)會(huì)產(chǎn)生關(guān)斷過電壓）。防止過電流的措施：采用快速熔斷器防止過電壓的措施：利用阻容保護(hù)（2）、整流橋保護(hù)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)。① 交流側(cè)過電壓保護(hù)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(jī)主回路而使勵(lì)磁變壓器產(chǎn)生過電壓、勵(lì)磁系統(tǒng)開關(guān)操作引起的暫態(tài)過電壓；b：在切斷勵(lì)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(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組回路，在切斷勵(lì)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(lì)磁變壓器在空載時(shí)被切斷，其儲(chǔ)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(chǔ)效應(yīng)引起的過電壓。交流側(cè)防止過電壓的措施：對第一種過電壓多在勵(lì)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(yùn)行中切斷勵(lì)磁變壓器的高壓繞組引起過電壓，在勵(lì)磁繞組回路中接入限制二極管，為了防止空載時(shí)切斷勵(lì)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。② 直流側(cè)過電壓保護(hù)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(lì)磁繞組引起反向電流而被整流器閉鎖時(shí)，可引起過電壓；當(dāng)發(fā)電機(jī)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(shí)，有可能在勵(lì)磁繞組側(cè)引起直流過電壓。直流側(cè)防止過電壓的措施：在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)采用穩(wěn)壓管(三)同步發(fā)電機(jī)的滅磁近三十年來，隨著主機(jī)容量的增加，勵(lì)磁功率的加大，發(fā)電機(jī)的自動(dòng)滅磁系統(tǒng)越來越為世界各國關(guān)注。大型電機(jī)的快速滅磁是限制發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障擴(kuò)大的唯一方法。當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障以及發(fā)電機(jī)——變壓器組中變壓器短路時(shí)，繼電保護(hù)雖然能將發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)斷開，但如不熄滅發(fā)電機(jī)磁場，故障電流將依然存在。短路電流和發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢成正比，短路電流愈大，持續(xù)時(shí)間愈長，短路能量愈大。巨大的短路能量將會(huì)燒毀繞組，甚至使機(jī)組鐵芯熔化，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)長時(shí)間不能恢復(fù)運(yùn)行，因此只有在繼電保護(hù)動(dòng)作的同時(shí)，迅速而徹底地熄滅磁場，才是保護(hù)發(fā)電機(jī)的最有效方法。隨著單機(jī)容量的增大，對發(fā)電機(jī)的快速滅磁的要求也愈來愈高。對發(fā)電機(jī)滅磁系統(tǒng)的主