水輪發(fā)電機(jī)組的電氣制動(dòng)在水電站自動(dòng)化上的研究及應(yīng)用

胡國(guó)頌

【摘要】水電站自動(dòng)化系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)具備20多年的應(yīng)用時(shí)間，在這20多年里，隨著計(jì)算機(jī)硬件的不斷強(qiáng)大，通信技術(shù)的迅速發(fā)展，軟件功能的持續(xù)更新，水電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)也向著更為可靠、功能更為全面的方向邁進(jìn)，水電站自動(dòng)化系統(tǒng)的開放性和擴(kuò)展性以及智能等性能均有了很大的提高。作為水電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成，水輪發(fā)電機(jī)組的電氣制動(dòng)是推動(dòng)水電站自動(dòng)化發(fā)展的重要條件。鑒于此，本文主要分析水輪發(fā)電機(jī)組的電氣制動(dòng)在水電站自動(dòng)化上的研究與應(yīng)用問題。

【關(guān)鍵詞】水輪發(fā)電機(jī)組的電氣制動(dòng);水電站自動(dòng)化;研究;應(yīng)用

引言

水輪發(fā)電機(jī)組是水電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的重要組成部分，其功能主要是完成機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)換，水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行質(zhì)量直接關(guān)系到水電站運(yùn)行的的穩(wěn)定性和安全性，進(jìn)而影響到水電站的運(yùn)行效率。水輪發(fā)電機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)是影響水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行水平的重要因素，傳統(tǒng)的制動(dòng)方式為機(jī)械制動(dòng)，但是其在工作過程中會(huì)存在一些弊端。因此，本文對(duì)以電氣制動(dòng)為主要制動(dòng)方式的水輪發(fā)電機(jī)組在水電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究具有重要的實(shí)踐價(jià)值與意義。

1、水輪發(fā)電機(jī)組的電氣制動(dòng)概述

1.1 水輪機(jī)發(fā)電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的功能

水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中面臨的關(guān)鍵問題是制動(dòng)停機(jī)問題，即水輪發(fā)電機(jī)組在工作過程中會(huì)經(jīng)歷較為頻繁的起動(dòng)和停機(jī)過程，在起動(dòng)和停機(jī)時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的要求較高，因此在短時(shí)間內(nèi)不能自主停下。然而，當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間處于低速遠(yuǎn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)會(huì)威脅到水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承的安全性和穩(wěn)定性。因此，水輪發(fā)電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)就是為了解決水輪發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)和停機(jī)問題。

1.2 機(jī)械制動(dòng)與電氣制動(dòng)的特點(diǎn)分析

機(jī)械制動(dòng)方式是水輪發(fā)電機(jī)制動(dòng)的一般形式，為了避免機(jī)組減速過程后期時(shí)間較長(zhǎng)，引起推力瓦的磨損，在機(jī)組轉(zhuǎn)速降低到額定轉(zhuǎn)速的25%到35%時(shí)，會(huì)自動(dòng)投入制動(dòng)器，加閘停機(jī)。對(duì)沒有配備高壓油頂起裝置的機(jī)組，當(dāng)經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間的停機(jī)以后，當(dāng)再次啟動(dòng)機(jī)組前，利用油泵將壓力油打入到制動(dòng)器當(dāng)中頂起轉(zhuǎn)子，時(shí)推力瓦重新建立油膜，從而為推力瓦創(chuàng)造出良好的工作條件。但是，在采用機(jī)械制動(dòng)方式時(shí)具有如下問題：1.產(chǎn)生的金屬粉塵會(huì)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組造成污染;2.機(jī)械故障卡澀;3.存在較多的安全運(yùn)行隱患。

與機(jī)械制動(dòng)方式相比，電氣制定方式具備突出的安全、環(huán)保、便捷和高效等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，其制動(dòng)原理為純電感電樞反應(yīng)，如圖1所示，即定子繞組中的短路電流是一個(gè)恒定的值，不會(huì)隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速的降低而發(fā)生變化。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行在高速區(qū)時(shí)，水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)輪的水阻力矩會(huì)起到主要的制動(dòng)作用，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行在轉(zhuǎn)速相對(duì)較低的區(qū)間時(shí)，定子繞組短路銅耗形成的電氣制動(dòng)力矩發(fā)揮主要制動(dòng)作用。

如表1所示，其為三種不同電氣制動(dòng)方式間的對(duì)比，其中我國(guó)水電站應(yīng)用較為普遍的電氣制動(dòng)方式為定子三相短路制動(dòng)方式。

2、水輪發(fā)電機(jī)組的電氣制動(dòng)在水電站自動(dòng)化中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用案例

某水電站配置8臺(tái)300MW的電動(dòng)發(fā)電機(jī)組，機(jī)組相關(guān)參數(shù)如下：額定功率：300MW，定子額定電壓：18KV，定子額定電流：10.692KA，額定勵(lì)磁電壓：330V，額定勵(lì)磁電流：1818A，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：3300tm2，制動(dòng)勵(lì)磁電流：1090A。采用電氣制動(dòng)方式和機(jī)械制動(dòng)方式混合的制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行近10年，具有一定的可靠性和穩(wěn)定性。

2.2 電氣制動(dòng)方式運(yùn)行控制的基本流程

在接收停機(jī)令以后，此時(shí)處于運(yùn)行負(fù)荷為0的狀態(tài)，發(fā)電機(jī)斷路器以及勵(lì)磁開關(guān)依次發(fā)生斷開操作，此后進(jìn)行部分保護(hù)閉鎖，當(dāng)v<50%vn時(shí)，投入電氣制動(dòng)刀，其相關(guān)參數(shù)如下：最大電壓：24KV，額定電壓：18KV，額定電流：12000A，在6%額定電壓下，設(shè)備的關(guān)合容量為8000A，三秒內(nèi)的短時(shí)耐受電流為60KA。在電氣制動(dòng)刀投入以后，投入勵(lì)磁開關(guān)，當(dāng)v<5%vn時(shí)，投入機(jī)械制動(dòng)方式，最后完成停機(jī)操作。因此，電氣制動(dòng)方式的應(yīng)用可以保證水電站自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，同時(shí)還可以滿足環(huán)保的應(yīng)用要求。

2.3 電氣制動(dòng)方式的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

電氣制動(dòng)與勵(lì)磁統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)可以減少設(shè)備，節(jié)省投資，從而保證水電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。電氣制動(dòng)方式可以快速有效的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，從而進(jìn)一步推動(dòng)水電站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展。其次，電氣制動(dòng)方式運(yùn)行簡(jiǎn)單可靠，制動(dòng)效果良好，無噪音和污染，是一種理想的環(huán)保技術(shù)。

2.4 電氣制動(dòng)方式應(yīng)用于水電站自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)要注意的問題

首先，選擇合理的，應(yīng)用性強(qiáng)的短路制動(dòng)刀是應(yīng)用電氣制動(dòng)方式的基礎(chǔ)。其次，在設(shè)計(jì)控制回路的過程中要注意刀閘位置、勵(lì)磁信息以及電氣閉鎖等方面的設(shè)計(jì)。最后，選擇合理的制動(dòng)電流。

結(jié)論

綜上所述，通過分析水輪發(fā)電機(jī)組的電氣制動(dòng)，說明了電氣制動(dòng)方式的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，通過實(shí)際案例分析水輪發(fā)電機(jī)組的電氣制動(dòng)在水電站自動(dòng)化中的應(yīng)用，說明了電氣制動(dòng)方式的引用在水電站自動(dòng)化系統(tǒng)中占據(jù)重要的地位。

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