水輪發(fā)電機(jī)組電氣制動(dòng)系統(tǒng)的分析與應(yīng)用

王宇

豐滿發(fā)電廠 吉林吉林 132108

水力發(fā)電作為一種綠色能源生產(chǎn)方式，十分適合當(dāng)前我國和諧社會(huì)建設(shè)的發(fā)展目標(biāo)，因此是目前世界上比較普遍使用的一種電力生產(chǎn)方式。而水輪發(fā)電機(jī)作為水力發(fā)電的主要設(shè)備，提升水輪發(fā)電機(jī)的工作效能，提升其使用安全性十分必要。和汽輪發(fā)電機(jī)不同，水輪發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)中發(fā)揮著調(diào)節(jié)和應(yīng)急備用的重要作用，開停機(jī)的操作比較多，傳統(tǒng)制動(dòng)方式不能滿足水輪發(fā)電機(jī)組的控制目標(biāo)，對(duì)于大中型水利工程來說，強(qiáng)化電氣制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用至關(guān)重要。

1 機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)缺陷

在啟動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)的關(guān)閉按鈕時(shí)，水輪發(fā)電機(jī)開始進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)，因?yàn)樗啺l(fā)電機(jī)在使用中速度快，轉(zhuǎn)速高，因此慣性原理下，水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子依然有很大的關(guān)心，傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)控制下，這個(gè)轉(zhuǎn)子還需要轉(zhuǎn)動(dòng)一段時(shí)間才能完全停機(jī)，這樣就會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在低速運(yùn)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)較長的時(shí)間，而這種低速運(yùn)動(dòng)往往會(huì)造成水輪發(fā)電機(jī)組推力瓦出現(xiàn)摩擦生熱的情況，損壞甚至直接燒毀推力瓦。

傳統(tǒng)的解決這一問題的方法是采用機(jī)械制動(dòng)，就是借助油壓或者氣壓機(jī)械制動(dòng)器和制動(dòng)環(huán)摩擦，借助摩擦力阻止轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，這種機(jī)械制動(dòng)的方法操作起來比較簡單，能耗也比較小，還能對(duì)推力瓦起到一定的保護(hù)效果。但是這種制動(dòng)系統(tǒng)的缺陷也比較明顯：第一，在機(jī)械制動(dòng)的過程中，風(fēng)閘合計(jì)制動(dòng)環(huán)摩擦產(chǎn)生熱量，造成熱變形和龜裂的情況發(fā)生率增加；第二，制動(dòng)器在這種情況系其制動(dòng)快，磨損會(huì)比較迅速，也會(huì)產(chǎn)生一些粉塵，這些粉塵進(jìn)入到定子鐵心和轉(zhuǎn)子磁軛縫隙，長期積累也對(duì)發(fā)電機(jī)散熱功能產(chǎn)生不利影響，降低系統(tǒng)的絕緣效果；第三，制動(dòng)塊摩擦產(chǎn)生的損失較快，而制動(dòng)塊的更換又比較繁瑣，難度較大；第四，這種情況下風(fēng)閘容易出現(xiàn)卡死的情況，導(dǎo)致不能及時(shí)恢復(fù)到原來的位置，在每次停機(jī)后需要進(jìn)行人工檢查，還需進(jìn)行人工復(fù)位，比較麻煩。

機(jī)械制動(dòng)能夠讓水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降到30%左右，能夠發(fā)揮一定的制動(dòng)效果，但是其存在的缺陷較多，因此，這種制動(dòng)方式逐漸被電氣制動(dòng)系統(tǒng)取代。

2 電氣制動(dòng)系統(tǒng)介紹

電氣制動(dòng)系統(tǒng)在水輪發(fā)電機(jī)中的應(yīng)用，主要是通過在水輪發(fā)電機(jī)發(fā)生導(dǎo)葉關(guān)閉，發(fā)電機(jī)抽選解列和滅磁后，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速下降60%，通過在發(fā)電機(jī)機(jī)端使用短路開關(guān)，在轉(zhuǎn)子側(cè)加入能夠產(chǎn)生0.8到1.3倍額定短路電流的勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)組電磁阻轉(zhuǎn)矩。

相對(duì)于機(jī)械制動(dòng)來說，電氣制動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用能夠更好的縮短停機(jī)時(shí)間，制動(dòng)力矩更大，且不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，設(shè)備更易維護(hù)和維修，電氣制動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用中也有一些不足，主要集中在電氣制動(dòng)系統(tǒng)接線相對(duì)更為復(fù)雜，電氣制動(dòng)系統(tǒng)在水輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障問題時(shí)，會(huì)導(dǎo)致無法制動(dòng)的情況出現(xiàn)?，F(xiàn)階段，電氣制動(dòng)系統(tǒng)在我國一些大型的水利發(fā)電工程中都獲得了有效的應(yīng)用，對(duì)于提升發(fā)電機(jī)的工作性能，提升系統(tǒng)安全性都發(fā)揮了重要作用。

3 電氣制動(dòng)系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)

3.1 電力制動(dòng)系統(tǒng)工作原理

機(jī)組電制動(dòng)是利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生電磁力的原理實(shí)現(xiàn)的。在機(jī)組轉(zhuǎn)速位額定轉(zhuǎn)速50%-60%時(shí)，投入電制動(dòng)，這時(shí)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變壓器斷開，由制動(dòng)變接入開關(guān)閉和，制動(dòng)變壓器取自直流電，在進(jìn)行整流器整流成交流電流，然后再勵(lì)磁通入發(fā)電機(jī)，再將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子三相出線進(jìn)行短路，這時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個(gè)與原來旋轉(zhuǎn)方向相反的反向力矩，讓機(jī)組加速停機(jī)，在機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到20%-30%左右的時(shí)候，再投入機(jī)械制動(dòng)，最后讓機(jī)組完全停下。

3.2 電氣制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在水輪發(fā)電機(jī)的電氣制動(dòng)系統(tǒng)中，制動(dòng)裝置中的相關(guān)組成包括有電源開關(guān)、勵(lì)磁變壓器、直流開關(guān)、交流開關(guān)、斷開接觸器、可編程控制器、三零儀、不間斷電源以及全波整流橋等。在這個(gè)電氣制動(dòng)系統(tǒng)中，可編程控制器是其主要的核心部分。電氣制動(dòng)裝置中設(shè)置了三種不同的工作方式，包括電氣制動(dòng)、機(jī)械制動(dòng)以及機(jī)電混合制動(dòng)。在水輪發(fā)電機(jī)組常規(guī)的工作模式中，發(fā)電機(jī)組處于運(yùn)營狀態(tài)時(shí)，先進(jìn)行電氣制動(dòng)操作，假使存在導(dǎo)水葉漏水的問題或者是其他情況導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)長過大，會(huì)采用機(jī)電混合制動(dòng)的模式進(jìn)行制動(dòng)，加上電氣制動(dòng)系統(tǒng)在應(yīng)用中，如水輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)電氣故障無法操作，則啟動(dòng)機(jī)械制動(dòng)的功能，達(dá)到連續(xù)制動(dòng)的目標(biāo)。

對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)的電氣制動(dòng)裝置進(jìn)行操作，啟動(dòng)制動(dòng)開關(guān)，需要水車控制盤來進(jìn)行具體的操作，在發(fā)出命令前，必須要確保發(fā)電機(jī)組已經(jīng)開始停機(jī)，機(jī)組的出口油開關(guān)已經(jīng)處于斷開狀態(tài)，確保發(fā)電機(jī)組沒有出現(xiàn)電氣故障，這種情況下就可以使用電氣制動(dòng)裝置，執(zhí)行相應(yīng)的制動(dòng)操作。

4 結(jié)語

在水輪發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用中使用電氣制動(dòng)的方法，要注意對(duì)于發(fā)電機(jī)失磁問題進(jìn)行分析，有必要的話要及時(shí)對(duì)于勵(lì)磁功率柜進(jìn)行更換，而勵(lì)磁功率柜的購置不能立即到位，需要做好相應(yīng)的勵(lì)磁功率柜的保護(hù)措施，要做好導(dǎo)線的絕緣保護(hù)工作，避免高壓電流進(jìn)入，要及時(shí)對(duì)于脈沖變壓器進(jìn)行更換，提升起耐壓等級(jí)，要定期對(duì)柜內(nèi)的灰塵雜質(zhì)等進(jìn)行有效清理，這樣才能確保勵(lì)磁功率柜的有效應(yīng)用。要正確使用電氣控制系統(tǒng)，確保相關(guān)的條件都符合要求的情況下，才能啟動(dòng)電氣制動(dòng)的啟動(dòng)按鈕，避免制動(dòng)失效的情況出現(xiàn)。