電氣制動系統故障分析與改進

彭昌清

（國網湖北省電力公司黃龍灘水力發電廠，湖北 十堰 442000）

電氣制動系統故障分析與改進

彭昌清

（國網湖北省電力公司黃龍灘水力發電廠，湖北 十堰 442000）

本文通過對一起水輪發電機組電氣制動系統接地短路開關燒壞缺陷的分析，根據實際情況進行現場處理，提出就地改進的方案。

水輪發電機組電氣制動；故障；改進方案

黃龍灘電廠于2005年建成投入運行兩臺170MW水輪發電機組，該機組的制動系統采用的是常規機械制動和電氣制動相結合的混合制動方式，2012年7月25日在機組電氣制動裝置投入過程中出現電制動接地短路開關FDK燒壞的事件，現就此次事件發生的問題進行分析，提出改進的方案。

一、水輪發電機組電氣制動系統概述

當水輪發電機與電力系統解列后，機組進入停機過程。由于機組的轉動部件具有較大的慣性，機組在短時間內不能停止運轉。但機組軸承是不允許機組較長時間處于低速運轉狀態的，這是因為機組推力軸承軸瓦的油膜形成與機組的轉速有關，機組在低速下旋轉會導致油膜的破壞繼而出現干摩擦，而燒毀軸瓦。

傳統的機械制動一般采用制動閘和制動環直接接觸產生摩擦阻力而起制動作用，但制動環、風閘易因機械疲勞而變形龜裂；且摩擦產生的粉塵混入發電機的循環空氣中，隨油霧粘附在定子線圈端部和鐵芯風溝表面，影響發電機的絕緣和散熱，嚴重影響發電機的正常運行。

電氣制動就是為了克服機械制動的缺點而提出來的。它的最大優點是制動轉矩大。制動力矩是隨機組轉速下降而增大，當轉速為零時達到峰值，這正是區別于機械制動力矩的最大優點。電氣制動除了制動力矩大這個特性之外，也比較潔凈，且檢修維護方便， 滿足系統調峰， 機組開停機操作頻繁的要求。

電氣制動的工作原理是基于同步電機的電樞反應。當機組與電網解列，發電機轉子滅磁后，使定子三相短路，同時給發電機加勵磁電流，使它產生一個方向與機組慣性力矩的方向相反，具有強大制動作用的電磁力矩。勵磁電流由廠用電系統經整流后的外部電源供給。

二、電氣制動接地短路開關FDK工作異常分析

1 電氣制動接地短路開關FDK機構工作異常發生在開機時。現象：水輪發電機組自動開機時，機組聲音異常，調速器抽動頻繁，勵磁系統正常但是發電機組電壓無法建立，經檢查為電氣制動接地短路開關FDK傳動機構的傳動軸的主軸與傳動臂脫焊斷裂， 電氣制動接地短路開關FDK實際未斷開，而監控系統上位機卻顯示為分閘位置， 電氣制動接地短路開關FDK分、合閘位置信息僅靠其傳動臂帶動輔助轉換開關提供，不夠科學和不可靠。

2 電氣制動接地短路開關FDK機構工作異常發生在停機時。現象：水輪發電機組自動停機時，所有外部條件均滿足水輪發電機組電氣制動停機， 水輪發電機組電氣制動投入，在其投入90秒后發生電氣制動接地短路開關FDK燒壞事件，經檢查監控系統上位機電氣制動接地短路開關FDK顯示為合閘位置，電氣制動時，接地短路開關FDK A、B相傳動機構分別與傳動軸的主軸脫焊斷裂，A、B相動、靜觸頭之間有11.5cm的間隙，僅有C相處于合閘位置。

三、電氣制動接地短路開關FDK燒壞原因分析

2012年5月11日在機組開機過程中出現因電氣制動接地短路開關FDK傳動機構的傳動軸的主軸與傳動臂脫焊斷裂，電氣制動接地短路開關FDK實際未斷開，而監控系統上位機卻顯示為分閘位置，導致水輪發電機組開機時，機組聲音異常，調速器抽動頻繁，勵磁系統正常但是發電機組電壓無法建立，經過處理后，運行正常。

2012年7月25日在機組自動停機時，所有外部條件均滿足， 水輪發電機組電氣制動投入，在其投入90秒后發生電氣制動接地短路開關FDK燒壞事件，經檢查監控系統上位機顯示電氣制動接地短路開關FDK為合閘位置，電氣制動時，接地短路開關FDK A、B相傳動機構分別與傳動軸的主軸脫焊斷裂， 電氣制動接地短路開關FDK合閘時，僅有C相處于合閘位置；A、B相動靜觸頭之間有11.5cm的間隙，此間隙在水輪發電機組電氣制動投入時存在放電擊穿弧光接地短路，從事后的故障錄波圖可以看出A、B均有1.2萬安培的強大弧光電流。經分析：

1 電氣制動接地短路開關FDK分、合閘位置信息僅靠傳動主軸與傳動臂帶動輔助轉換開關提供， 不夠科學和不可靠，是導致本次電氣制動裝置投入過程中出現電制動接地短路開關FDK燒壞事件的直接原因。

2 電制動投入時A、B相動靜觸頭之間的間隙存在放電擊穿強大的弧光電流接地短路，是本次事件的主要原因。

3 設備管理及維護存在死角，2012年5月11日在機組開機過程中出現因電氣制動接地短路開關FDK傳動機構的傳動軸的主軸與傳動臂脫焊斷裂，僅簡單處理，沒引起足夠重視，深入剖析事件本質原因。

4 設備技術監督存在漏洞。

四、解決方案

針對此次事件發生的問題進行分析，提出如下改進方案。

1 對電氣一次部分的改進

全面加強電氣制動接地短路開關傳動機構的連接部位螺栓固定改為用定位銷緊固與焊接，將電氣制動接地短路開關FDK傳動機構的傳動主軸與傳動臂、分別將ABC三相與電氣制動接地短路開關FDK傳動主軸之間的連接部位進行緊固焊接，防止再次脫焊斷裂。

2 對電氣二次部分的改進電廠電制動短路開關FDK

采用電動三相刀閘。由于是調頻、調峰電廠，所以機組開停機較為頻繁，短路刀閘動作次數較多，易產生裝置疲勞，長周期運行會使其分合位置接點產生不可靠因素。

由于電制動啟動后，先合FDK，然后將FDK位置信號送至電制動PLC中，然后再投入ZLK、JLK開關。但是FDK分合位置接點是由與其電動機構聯動來實現的，若FDK三相之間傳動機構連接軸套兩端因脫焊或者因扭矩力過大造成扭斷后，電機操動機構與刀閘傳動桿脫離，就會出現FDK實際分合閘位置與上送到監控或電制動PLC位置不對應，容易引起事故。在保證三相刀閘傳動桿能正確可靠的傳動，使FDK正確分合的前提下，在FDK三相動觸頭處加裝行程開關，并將此三相行程開關接點分別相串聯后，再接入電制動裝置PLC中和上位機計算機監控系統。這樣可保證FDK在未分閘到位或者未合閘到位前，電制動裝置就不會有制動電流產生。

水輪發電機組電制動短路開關FDK輔助接點改進實施：

（1）選用雙位置歐姆龍行程位置轉換開關6只，分別反映水輪發電機組電制動短路開關FDK三相實際分、合閘位置；

（2）分別在水輪發電機組電制動短路開關FDK三相動觸頭軸套附近用焊接金屬支架，軸支架上用滌綸棒防電磁干擾，此棒隨FDK開關實際位置變化而變化帶動FDK分合閘位置行程開關，反應FDK開關實際位置，如圖1所示。

目前水輪發電機組電制動短路開關FDK輔助接點等改進實施后，再沒有出現上述缺陷。水輪發電機組電氣制動系統的運行情況將直接影響發電廠的安全運行，要在工作中不斷分析出現的缺陷及故障，深入分析原因實施改進，確保水輪發電機組的安全穩定運行，提高電網供電的可靠性。

[1] GN23-20型隔離開關安裝使用說明書[Z].

[2] JPT-4/P23型可編程電氣制動裝置使用說明書[Z].

TM73

A

10.13612/j.cnki.cntp.2014.19.054