電氣制動(dòng)在大源渡水電站的應(yīng)用探討

鄔海軍

（湖南湘江航運(yùn)建設(shè)開發(fā)有限公司大源渡水電廠，湖南 衡東 410007）

電氣制動(dòng)在大源渡水電站的應(yīng)用探討

鄔海軍

（湖南湘江航運(yùn)建設(shè)開發(fā)有限公司大源渡水電廠，湖南 衡東 410007）

闡述了電氣制動(dòng)在貫流式水輪發(fā)電機(jī)組上應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)及其工作原理，并對(duì)其在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題和處理方法做了詳細(xì)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

電氣制動(dòng)；大源渡水電站；應(yīng)用

大源渡水電站位于湖南湘江中游的衡陽(yáng)市境內(nèi)，距離衡山縣城18km，總裝機(jī)容量為120MW（4×30MW）,系衡陽(yáng)電網(wǎng)骨干電站。4臺(tái)發(fā)電機(jī)是全套引進(jìn)奧地利伊林公司的燈泡貫流式機(jī)組。該電站機(jī)組因系統(tǒng)要求開、停機(jī)操作相當(dāng)頻繁，經(jīng)過10來年的對(duì)電氣制動(dòng)在貫流式機(jī)組上應(yīng)用的實(shí)際探討和摸索，經(jīng)過不斷改進(jìn)，目前4臺(tái)機(jī)組的電氣制動(dòng)裝置均已投入使用，且運(yùn)行可靠，取得了很好的效果。

1 電氣制動(dòng)的原理及優(yōu)點(diǎn)

水輪發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)的主要原理是當(dāng)機(jī)組與系統(tǒng)解列并滅磁成功停機(jī)時(shí)，在轉(zhuǎn)速下降到一定轉(zhuǎn)速時(shí)（一般在95%ne）將發(fā)電機(jī)出口三相短路，同時(shí)向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路施加一恒定制動(dòng)勵(lì)磁電流。這時(shí)同步發(fā)電機(jī)發(fā)生電樞反應(yīng)，其直軸分量體現(xiàn)為減磁；而交軸分量將產(chǎn)生一與轉(zhuǎn)速方向相反的電磁制動(dòng)力矩。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子將在此電磁制動(dòng)力矩與其他阻力矩的共同作用下，快速通過低轉(zhuǎn)速區(qū)，從而縮短了停機(jī)時(shí)間，避免了機(jī)組因低轉(zhuǎn)速運(yùn)行可能帶來的危害，延長(zhǎng)了發(fā)電機(jī)電氣壽命和機(jī)械壽命。目前在大中型水輪發(fā)電機(jī)組上普遍采用了電氣制動(dòng)方式，但在貫流式水輪發(fā)電機(jī)組上由于傳統(tǒng)觀念等因素的影響，一般都是設(shè)計(jì)配套了電氣制動(dòng)，但在生產(chǎn)實(shí)際過程中應(yīng)用電氣制動(dòng)方式制動(dòng)的較少。

2 大源渡水電站電氣制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

大源渡水電站采用奧地利伊林公司生產(chǎn)的電氣制動(dòng)裝置。該裝置由制動(dòng)電源勵(lì)磁變壓器和定子三相短路開關(guān)柜、勵(lì)磁系統(tǒng)控制柜等構(gòu)成。機(jī)組勵(lì)磁為并激勵(lì)方式，該系統(tǒng)由勵(lì)磁開關(guān)QF1、三相高壓保險(xiǎn)、勵(lì)磁變T1、三相全控可控硅整流橋、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、測(cè)量用電壓互感器、電流互感器、交直流回路保護(hù)系統(tǒng)、操作繼電器等組成。制動(dòng)電源取自10.5kV母線。其原理如圖1所示：

制動(dòng)勵(lì)磁電流根據(jù)發(fā)電機(jī)額定短路勵(lì)磁電流設(shè)置為560A,由10.5kV母線經(jīng)勵(lì)磁變壓器和三相全控可控硅整流橋供給。整流橋采用電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，整流輸出穩(wěn)定。通過勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置邏輯控制，它主要完成檢測(cè)電氣制動(dòng)投入條件，即機(jī)組LCU是否發(fā)出投電氣制動(dòng)命令，其控制程序如圖2所示。

機(jī)組LCU發(fā)出投電氣制動(dòng)命令的前提是發(fā)電機(jī)出口開關(guān)分位、導(dǎo)葉全關(guān)、機(jī)組內(nèi)部無事故、轉(zhuǎn)速降低至95%ne。當(dāng)電氣制動(dòng)條件滿足，即收到投電氣制動(dòng)命令，在機(jī)端電壓Uf小于5%倍的發(fā)電機(jī)額定電壓Ue時(shí)，將順序閉鎖發(fā)電機(jī)保護(hù)，閉合發(fā)電機(jī)定子三相短路開關(guān)RES、直流開關(guān)QF2，在電氣制動(dòng)過程中，任何一步不滿足電氣制動(dòng)條件，即當(dāng)短路開關(guān)RES、直流開關(guān)QF2之一合不上，,或電氣制動(dòng)時(shí)間過長(zhǎng)，即機(jī)組轉(zhuǎn)速由95%ne降至1%ne時(shí)間超過60s（電氣制動(dòng)正常投入時(shí)應(yīng)為120s左右），或裝置本身故障時(shí)，PLC將向機(jī)組LCU發(fā)出電氣制動(dòng)失敗信號(hào)，并且電氣制動(dòng)退出。當(dāng)電氣制動(dòng)退出或完成后，PLC發(fā)出逆變滅磁信號(hào)，滅磁后，PLC順序分?jǐn)嘀绷鏖_關(guān)QF2、短路開關(guān)RES,恢復(fù)投入繼電保護(hù)，等待下次停機(jī)投電制動(dòng)動(dòng)令。當(dāng)系統(tǒng)逆變滅磁失敗，PLC將先跳滅磁開關(guān)，然后順序分?jǐn)嘀绷鏖_關(guān)QF2、短路開關(guān)RES,恢復(fù)投入繼電保護(hù)，等待下次停機(jī)投電制動(dòng)動(dòng)令。

3 調(diào)試運(yùn)行過程出現(xiàn)的問題及原因分析與處理

（1）大源渡電站電氣制動(dòng)在調(diào)式和投運(yùn)以來出現(xiàn)了以下幾種現(xiàn)象：

1）在調(diào)試時(shí)，發(fā)電機(jī)出口斷路器的試驗(yàn)位置分閘試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)合上電制動(dòng)電源開關(guān)后，電氣制動(dòng)自動(dòng)投入；

2）在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)當(dāng)機(jī)組在水機(jī)事故時(shí)，電氣制動(dòng)不能自動(dòng)投入，

3）出現(xiàn)過當(dāng)機(jī)組與系統(tǒng)解列后電氣制動(dòng)立即投入，使發(fā)電機(jī)三相短路開關(guān)帶壓合閘，出現(xiàn)了短路電流；

4）出現(xiàn)過投電氣制動(dòng)后機(jī)組完全停下后，制動(dòng)不能自動(dòng)退出，依靠制動(dòng)超時(shí)故障才將電氣制動(dòng)退出的故障現(xiàn)象；

5）出現(xiàn)過投入電制動(dòng)后機(jī)組轉(zhuǎn)速即將停止但還未停止就報(bào)制動(dòng)失敗并將制動(dòng)退出運(yùn)行的故障。

（2）針對(duì)第一個(gè)故障現(xiàn)象，我們將電制動(dòng)的程序傳出進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在程序中投發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)的條件是：發(fā)電機(jī)出口開關(guān)分閘（%I001）、導(dǎo)葉全關(guān)（%I002）、機(jī)組無事故（%I003）、機(jī)組轉(zhuǎn)速≤95%ne（%I004），當(dāng)以上4個(gè)條件同時(shí)滿足要求時(shí)，PLC就開出投電氣制動(dòng)的命令，這種邏輯控制程序是存在重大的缺陷，正是由于這種缺陷導(dǎo)致發(fā)生了“發(fā)電機(jī)出口斷路器的試驗(yàn)位置分閘試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)合上電制動(dòng)電源開關(guān)后，電氣制動(dòng)自動(dòng)投入”的事故，這是非常嚴(yán)重的問題，在正常停機(jī)狀態(tài)下，以上4個(gè)條件都滿足，但是此時(shí)不能投電制動(dòng)，電制動(dòng)是在機(jī)組停機(jī)過程中才能投入，除此之外無論是在空載、并網(wǎng)運(yùn)行、停機(jī)狀態(tài)下均禁止投入，否則將造成嚴(yán)重的后果。為杜絕此現(xiàn)象，我們?cè)谕峨姎庵苿?dòng)（%Q001）梯形圖中加入一個(gè)由機(jī)組LCU開出的“停機(jī)令”（%I007）的閉鎖點(diǎn)，也就是說只有在機(jī)組停機(jī)過程中才開放投電氣制動(dòng)（%Q001）這一程序，其它任何狀態(tài)均閉鎖此回路。

（3）針對(duì)第二個(gè)現(xiàn)象，我們經(jīng)過討論認(rèn)為，機(jī)組水機(jī)事故如熱風(fēng)、冷風(fēng)、瓦溫過高事故停機(jī)時(shí)可以投入電氣制動(dòng)，特別是軸承溫度過高時(shí)，即時(shí)投入電制動(dòng)讓機(jī)組立刻停止轉(zhuǎn)動(dòng)有利于保護(hù)軸承、軸瓦。而原來設(shè)計(jì)的程序是當(dāng)機(jī)組有事故時(shí)閉鎖投電制動(dòng)，機(jī)組事故閉鎖點(diǎn)中包括了電氣事故和水機(jī)事故，后來經(jīng)過修改機(jī)組LCU的程序，讓其開出一個(gè)機(jī)組電氣事故點(diǎn)，將電制動(dòng)PLC中的%I003由原來的“機(jī)組無事故”定義為機(jī)組無電氣事故，從而使得機(jī)組出現(xiàn)水機(jī)事故停機(jī)也能可靠投入電制動(dòng)。

（4）針對(duì)第三個(gè)故障現(xiàn)象，我們經(jīng)過查找和分析，認(rèn)為主要原因是當(dāng)機(jī)組與系統(tǒng)解列停機(jī)轉(zhuǎn)速降至95%ne時(shí)，發(fā)電機(jī)出口開關(guān)分閘（%I001）、導(dǎo)葉全關(guān)（%I002）、機(jī)無電氣事故（%I003）、機(jī)組轉(zhuǎn)速≤95%ne（%I004）、停機(jī)令”（%I007）五個(gè)條件均滿足要求，投制動(dòng)令輸出，但由于勵(lì)磁系統(tǒng)自動(dòng)逆變滅磁的條件是轉(zhuǎn)速≤95%ne，由于這一條件同時(shí)滿足勵(lì)磁滅磁和投電氣制動(dòng)，當(dāng)滅磁未完成電制動(dòng)投入時(shí)有會(huì)有上述現(xiàn)象，這不利于發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行，為此，又在投電氣制動(dòng)梯形圖加入一個(gè)“停機(jī)滅磁成功”（%I006）閉鎖點(diǎn)，只有在勵(lì)磁系統(tǒng)滅磁成功后才能投入電氣制動(dòng)。

（5）針對(duì)第4個(gè)故障現(xiàn)象，從原程序中可以看出，電氣制動(dòng)完成的唯一判據(jù)是機(jī)組轉(zhuǎn)速小于1%ne，只有PLC收到這個(gè)信號(hào)后才認(rèn)為制動(dòng)完成，而出現(xiàn)現(xiàn)象4的主要原因就是用于測(cè)速的齒盤測(cè)速裝置出現(xiàn)故障不能正確測(cè)量轉(zhuǎn)速，導(dǎo)致≤1%ne這一開關(guān)量不能及時(shí)傳給電制動(dòng)的PLC。而實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)機(jī)組停下來后為了防止轉(zhuǎn)子過熱應(yīng)立即撤掉加在轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁電流，為了安全，當(dāng)測(cè)速裝置出現(xiàn)故障，停機(jī)時(shí)不應(yīng)投入電氣制動(dòng)。為此，又在投電制動(dòng)的梯形圖中加入了一個(gè)“轉(zhuǎn)速裝置故障”（%I008）閉鎖點(diǎn)。

（6）針對(duì)第五個(gè)故障現(xiàn)象，我們通過分析原有程序發(fā)現(xiàn)，原程序設(shè)計(jì)了一個(gè)制動(dòng)計(jì)時(shí)器，整定值是60s，當(dāng)發(fā)出電制動(dòng)令后開始計(jì)時(shí)，如果60s機(jī)組轉(zhuǎn)速未小于1%ne，就認(rèn)為制動(dòng)失敗，經(jīng)過多次實(shí)際檢測(cè)，機(jī)組在每次停機(jī)時(shí)，由額定轉(zhuǎn)速降至0的時(shí)間不完全相同，最大有近20s的時(shí)差，考慮到這個(gè)計(jì)時(shí)只是一個(gè)保護(hù)作用，為此我們根據(jù)實(shí)際將原程序的60s延時(shí)改為80s延時(shí)，徹底解決了這一問題。

經(jīng)過幾次故障并分析處理后，得到了如圖3修改后的程序，在十來年的實(shí)際運(yùn)行，電氣制動(dòng)運(yùn)行良好，完全達(dá)到了運(yùn)行要求。每次停機(jī)過程都能可靠投入與退出。

4 結(jié)束語(yǔ)

水輪發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)是一種清潔的制動(dòng)方式，其優(yōu)越性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出機(jī)械制動(dòng)。它在機(jī)組停機(jī)時(shí)能使轉(zhuǎn)速快速下降并且無機(jī)械磨擦，通過不斷完善電氣制動(dòng)的控制程序，可以完全保證電氣制動(dòng)在投入與退出時(shí)的可靠性和安全性。

[1]翟慶志.電機(jī)學(xué)[M].中國(guó)電力出版社，2008.

TM301.2

B

1672-5387（2010）02-0026-03

2010-01-30

鄔海軍（1975-），男，工程師,從事水電廠運(yùn)行維護(hù)管理工作。