電氣制動技術在水電廠的應用

摘 要：文章介紹了電氣制動的工作原理，分析電氣制動的一般性結論和對機組保護的影響，闡述某電廠#5機組電氣制動的設計和計算以及電氣制動試驗數據。

關鍵詞：水電廠；水輪發電機；電氣制動；自動化

前言

水輪發電設施中安裝上電制動停機設施，根本宗旨就是為了防止發電機制動設施中出現環龜裂、制動設施出現損害、確保設施完善，還有因為停機時風閘閘板出現磨損損耗以及轉子、定子線圈受污，導致絕緣性質變差還有通風位置阻塞，能夠延遲維修養護的時間以及清理打掃的工作內容。某電廠五號機組單臺的機器100MW，和廠房的掌控室相隔兩千米，使用電腦監督掌控體系進行掌控，能夠促進電氣制動設施的發展，少人進行或者無人進行值班。對于五號機組停機制動在實際工作中的使用情況以及相應的實驗，獲得了有力的經驗。

1 電氣制動的概述

我們在以往中使用的由水輪機驅動的發電機設施大多是使用機械減速停止，具有的優點是：運轉穩定，操作便利，適用范圍廣，如果是用氣壓或者油壓進行掌控的使用資源少，在減速停止時會對推力軸承的油膜起到保護的用途。它不僅是制動設施還能夠頂轉子，所以有兩重身份。為了能夠制伏機械制動中存在的不足，在某電廠中五號機組進行實驗，裝置電氣制動設施，不過現在依舊留存著機械制動的設施，開展混合減速停止的活動。

2 電氣制動的工作原理

在水輪發電設備和體系之間切斷聯系，相互獨立之后，導水設備關閉，發動設備中降低勵磁回路中的電流，設備中的水輪產生阻力、轉子風產生阻力還有軸承進行摩擦產生阻力一起作用下，運轉速度慢慢的減慢，在轉動速度降低到原轉動速度的百分之四十到百分之六十之間，關閉發電設施定子繞組出線位置的減速短路開關，然后為轉子繞組添加恒定勵磁電流，按照交流發電設施中電樞反應磁場的理論，其直軸分量只有加磁以及去磁這兩種表現形式，沒有有功轉矩的模式。并且電樞中交軸只有一種表現形式就是有功轉矩，且和原來的轉動方位相異。電氣方式減速停止轉動的模式能夠使機組因為慣性扭矩來抵達停止轉動的需要。在使用電氣模式減速停止轉動時，因為轉子繞組中添加的是恒勵，所以伴隨著轉動速度的下降，發電設施的感應情況和直軸電抗都在慢慢的下降，這種情況下，發電設施的定子減速電流不變，但是速度會慢慢降低。

3 電氣制動的一般性結論和對機組保護的影響

3.1 采用定子三相直接短路，轉子勵磁方式較為適用。制動投入轉速可在額定轉速40%～60%Ne內選取。對于定子制動電流IF一般可取發電機定子額定電流Ie的1.0～1.2倍。對于導葉漏水量較大的常規水輪發電機機組，要求縮短低轉速區的運行時間，采用增大定子制動電流的制動方式效果較好。

3.2 針對離心泵的轉動裝置漏水量不多，軸承功能良好的普通使用的由水輪機驅動的發電設施，電氣方式的減速停止轉動的投入數據大多是50%Ne還有限定的電流Ie比較適合。

3.3 使用電氣以及機械共同對設備進行制動是很理想的一種制動模式，為了促進軸承的潤滑功能，轉動速度能夠降到轉速可降至15%-20%Ne，然后再投入機械方式制動。

3.4 給差動保護產生的作用：對于五號機組來講，在電氣模式制動的情況下會在回路電流中產生差電流，致使差動保護工作出現失誤，所以，在策劃過程中，要想到對差動保護產生的作用，以便能夠關閉保護行為出口。

3.5對發電機定子接地保護的影響：電氣制動工況中，發電機呈短路狀態，其機端線電壓Uf=0，但由于發電機結構決定的三次諧波電勢E3的A、B、cj相方式一致。通常發電機是采用零序過電壓定子接地保護。由于電氣制動過程中三次諧波串聯諧振的影響，將導致定子接地保護誤動作，誤發信號。解決上述問題的辦法是將串聯諧振回路中消弧線圈的電感或發電機對地分布電容兩個參數消除一個。某電廠#5機的電制動采用消除發電機對地電容的方式。即電氣制動停機時發電機短路接地，此方法簡單、可靠、易行。

4 某電廠#5機組電氣制動的設計和計算

五號機組是一種單機容量在一百毫瓦的設施，其中安裝了以往的機械形式制動設備，因為電站在運行體系中還有調峰的工作，開關設備次數比較多，所以使用電氣形式的制動設施作為平時的停機設備是很合適的，并且這臺機組是使用電腦進行掌控的，沒有值班人員，值守的人員也很少，因此一定要提升機組制動的智能化水準。

4.1 對于容量規模比較大型或者中性的機組，定子制動使用的電流是設定電流的一倍到一點二倍之間，太小的電流會使制動的時間延長，太大的電流制動時間又會太快，對發電設備會產生不良的影響。策劃中特地把發電設施的定子制動使用的電流掌控在0.8-1.2Ie之間，同時經過調節制動變壓設施抽頭來完成可調。通過實驗的方式最后明確定子制動使用的電流流量范圍。

4.2 對大中容量的機組，采用電氣、機械混合制動是一種較理想的制動方式。一般在電氣制動投入成功后，當轉速降至20%～25%Ne時，再投入機械制動，如果推力軸承潤滑性較好，轉速可降至15%～20%Ne，再投入機械制動。由于某電廠#5機組原具有機械制動系統，故采用混合制動方式。

5 某電廠#5機電氣制動試驗數據

5.1 發電機空轉至額定轉速的情況下停機，采用氣制動停機。

5.2 制動變壓器抽頭放在第2檔，二次電壓為uab=Ubc=uac：70v，發電機短路電流IF=3850A。此次試驗在10%Ne時投入氣制動，采用混合制動。

5.3 制動變壓器抽頭放在第3檔，二次電壓為80V，記錄轉子電壓=86V，轉子電流=595A，發電機定子電流=4500A，本次采用純電氣制動。

5.4 通過監控上位機歷史數據庫記錄，對#5機改造前后停機時間比較：（制動變壓器抽頭放在第2檔，二次電壓為Uab=Ubc=Uac=72V，制動電流約4100A）改造前由于采用氣制動方式，25%Ne時氣制動加閘，停機解列至零轉速時間是6分27秒，而改造后采用混合制動方式，60%Ne電氣制動，10%Ne再氣制動加閘，停機解列至零轉速時間是4分40秒。在幾乎差不多的水頭下停機制動，改造后的時間比改造前少了1分47秒。可見改造后的制動效果還是明顯的。

6 結束語

這次的改革以及有關的實驗都是很成功的，電氣形式的制動設備運動穩固可信，能夠很好的使發電設備從高速改變到低速度，對推力軸承的磨損降低，同時還能在很大程度上促進智能化水準，同時還能夠降低平時的檢查維修養護的工作。

6.1 伴隨著定子制動使用的電流量加多，電氣形式的制動力矩就會有很強的效果出現。針對漏水情況少，軸承潤滑功能好的普通的由水輪驅動帶動發電的設施，發電設備中定子制動多使用的電流最好在0.8Ie-1.0Ie之間，這差不多就能夠符合停機所使用的時間以及制動所使用的時間。

6.2 如果是漏水情況多，軸承潤滑功能很好的普通由水輪驅動帶動發電的設備，可以調整制動變壓設備中的抽頭，加大發電設備中定子制動所使用的電流量，能夠減少低轉動速度的地方轉動的時間抑或使用電氣制動和機械制動聯合的形式，當低轉動速度在10%Ne-15%Ne中時，很適合再次使用機械制動。

6.3 保障措施：由于#5機是遠離中控室，并且是無人值班，關門運行機組，采用計算機監控控制。我們在機組PLC開機條件程序中加入短路刀閘輔助接點閉瑣，監控上位機開機流程中加入閉瑣庫，并且交直流開關輔助接點送入監控系統，以保證在開機時，短路刀閘在分閘位置。同時我們在短路刀閘室內加裝工業電視探頭，以便運行人員在中控室及時巡檢。

參考文獻

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