自并励发电机他励电源选择
李中玉 钱和平
（浙能兰溪发电厂）
摘要：随着大型机端自并励静止励磁发电机的广泛投运，探讨如何配置自并励励磁发电机的他励电源系统很有现实意义。
本文根据600MW 大型机端自并励静止励磁发电机短路试验和空载试验时励磁电压、励磁电流，来计算、验证他励电源的容量及接线方式。
关键词：他励电源的容量
1 引言
根据规程规定，新投运或大修后的发电机在投运前需做发电机短路特性试验和空载特性试验，而大型机端自并励静止励磁发电机进行空载特性试验时，空载试验电压为1.3倍发电机额定电压，此时励磁电流需4045A （以东电600MW 机组为例），一般试验设备根本无法满足励磁电流要求。
结合兰溪电厂的实际情况，我们进行了计算论证，确定了容量足够、安全可靠、经济合理的他励电源系统以保证特性试验的顺利进行。
2 600MW 大型发电机组他励电源的容量要求
（以东方电机厂的QFSN-600-2-22C 型发电机为参考）
2.1 发电机短路特性试验所需的励磁电流
发电机短路特性试验最大短路电流为发电机的额定电流，根据发电机参数表，当短路试验电流为额定电流时，发电机励磁电流为2980A ，即Ifk=2980A 。
2.2 发电机空载特性试验所需的励磁电流
根据规程要求，发电机空载试验最大试验电压为1.3倍发电机额定电压，查发电机空载特性曲线，当发电机空载试验电压为1.3倍额定电压时，发电机励磁电流为2.25倍发电机空载额定励磁电流。
查发电机参数表得发电机空载额定励磁电流为If0=1798A ，那么发电机空载特性试验所需的励磁电流If=2.25×1798＝4045A 。
发电机空载特性试验所需的励磁电流明显大于发电机短路特性试验所需的励磁电流，故以满足发电机空载特性试验要求作为选择他励电源的条件。
2.3 发电机转子热态电阻。
查发电机参数表得发电机转子绕组15℃时冷态直流电阻R=0.067715Ω。
查发电机运行转子温度曲线，当发电机转子电流在4000A 时，发电机转子各测点温度在65℃左右。
根据公式，计算发电机转子65℃时热态直流电阻：
Ω=++⨯=081285.015
5.234655.234067715.0R
2.4 根据励磁电流和转子电阻，计算发电机空载试验时所需的励磁电压：
Ue=R ×If=4045×0.081285＝329V 。
2.5 计算整流桥交流侧电流I 、电压U
根据三相桥式整流交流电流和直流电流关系公式计算交流电流有效值：
I=0.816×If ＝0.816×4045=3301A
根据三相桥式整流交流电压和整流电压平均值关系公式计算交流电压有效值
[]V U u e 260906
.0966.048725cos 15cos 32948.1)cos(cos 314.3414.1=+=︒+︒⨯=++⨯⨯⨯=γαα （其中α为导通角, 按15︒计算；γ为换相角，按10︒ 计算。
）
2.6 综上所述，所选的他励电源必须满足能提供交流电流3301A 、交流电压260V 。
3 根据目前国内电厂厂用电一般接线情况，计算验证各种他励电源接线方式
3.1 将6kV 低压厂用变压器的0.4kV 低压侧引接到整流桥交流侧供电方式
1）选择容量为2500kVA 、短路阻抗为10％低压厂用变压器
2）高压厂变容量为40MVA ，远大于低压厂用变压器容量，故系统阻抗及高压厂变阻抗可忽略不计。
3）计算变压器阻抗有名值：
Ω=⨯=⨯⨯=0064.05
.24.01.0100%22S u X n n k t u （ Sn:MVA ，Un:kV ） 4）计算变压器上的换相压降 V A If X V V 7.2440450064.03)
(3)(1=⨯⨯=⨯Ω=∆ππ
）（ （ 8]400
35.140450064.0315[cos cos 15]35.13[cos cos 11=⨯⨯⨯⨯-+-=⨯⨯-+-=--ππααγUac If X 反算换相角度小于原先设定值10 。
5）考虑引线电阻压降5%
V V v 08.26%515cos 40035.12
=⨯⨯⨯=∆ ）（ 6）考虑母线电压下降5%
V V v 08.26%515cos 40035.13
=⨯⨯⨯=∆ ）（ 7)可输出直流电压
V Ud 8.44408.2608.267.2415cos 40035.1=---⨯⨯= ，大于329V 满足要求。
8）变压器额定电流
A I e 36084
.0732.12500=⨯= ，大于3301A 满足要求 9) 综合以上，此种接线方式满足发电机试验要求。
3.2 将6kV 母线电压直接引接到励磁变高压侧供电方式
1）励磁变参数：S=6800kVA ，变比为22kV/0.86kV ，短路阻抗为8％。
2）计算当励磁变高压侧接6kV 电压时，励磁变低压侧电压值为：U=6×0.86/22=234V ，小于260V ，考虑各个环节的压降，加到整流桥上的电压会更小，故这种接线方式明显不适用。
3.3 将6kV 电压经过容量为2000kVA ，电压变比为6kV/10kV ，短路阻抗为6％的升压变压器（他励变）升压后，再接至励磁变高压侧的供电方式
1）此时励磁变低压侧电压为10×0.86/22=391V
2）系统阻抗忽略不计，计算高压厂变阻抗有名值
Ω=⨯=⨯⨯=00061.040391.016.0100%221u X n
n k t u 3）他励变阻抗有名值
Ω=⨯=⨯⨯=00459.02391.006.0100%222S u X n
n
k t u 4) 励磁变阻抗有名值 Ω=⨯=⨯⨯=0018.08
.6391.008.0100%223S u X n n k t u 5）计算总的换相压降 V A If X V V 1.274045)0018.000459.000061.0(3)
(3)(1=⨯++⨯=⨯Ω=∆ππ）（
6）考虑引线电阻压降5%
V V v 5.25%515cos 39135.12
=⨯⨯⨯=∆ ）（ 7）考虑母线电压下降5%
V V v 5.25%515cos 39135.13
=⨯⨯⨯=∆
）（ 输出直流电压
V Ud 8.4315.255.251.2715cos 39135.1=---⨯⨯= ，大于329V 满足要求。
8）校核励磁变额定电流满足要求： 励磁变低压侧额定电流A U S
I 456586
.0732.168003=⨯=⨯=，大于3301A ，满足要求 。
9）校核他励变过负荷能力：
a ．他励变10kV 侧额定电流
A U S
I 11510
732.120003=⨯=⨯= b ．将整流桥交流侧3301A 电流折算到他励变10kV 的电流值：
A I 12810
391.03301=⨯= c ．他励变短时过负荷能力校核：他励变过负荷倍数1.1115128==
n 。
一般干式变压器为了防止过负荷造成变压器发热，均采取强迫风冷措施，当温度达到90摄氏度时启动冷却风扇。
查强迫风冷
干式变过负荷能力曲线，在1.1倍额定电流时能长时间运行，而规程要求发电机空载试验电压升到1.3倍额定值停留的时间为5分钟，故满足要求。
4结束语：
浙能兰溪电厂4×600MW发电机的他励电源采用将6kV厂用电源经过容量为2000kVA、电压变比为6kV/10kV、短路阻抗为6％的升压变压器升压至10kV，再接至励磁变高压侧的供电方式。
该种方式已经在多次的发电机启动试验过程得到运用，证明是安全、可靠、合理的。
参考文献：
[1]东方电机厂的《QFSN-600-2-22C型汽轮发电机技术数据汇总表》
[2]李基成的《现代同步发电机励磁系统设计及应用》。