一起260MW水輪發(fā)電機組電制動失敗原因分析及改進措施

王煥 程璽

摘 要：介紹了某水電廠水輪發(fā)電機組電氣制動失敗的原因并提出改進措施。

關(guān)鍵詞：電氣制動；PLC

0 引言

某水電廠共裝有大型水輪發(fā)電機組5臺，擔任該區(qū)域電網(wǎng)中調(diào)峰的任務(wù)。該廠機組制動系統(tǒng)采用混合制動方式。在實際運行中易發(fā)生機組停機電制動失敗的情況，檢查原因為電制動回路PLC程序紊亂，針對以上現(xiàn)象進行分析，提出改進方案。

1 電氣制動概述

發(fā)電機組解列后停機過程中，因轉(zhuǎn)動部件存在轉(zhuǎn)動慣性，轉(zhuǎn)速在短時間內(nèi)不能到零，機組會在低轉(zhuǎn)速區(qū)長時間運行，導(dǎo)致推力軸承油膜破壞出現(xiàn)干摩擦燒毀軸瓦。因此就必須對機組在低轉(zhuǎn)速區(qū)外加制動。目前水輪發(fā)電機組主要有機械制動、電氣制動、混合制動3種方式。混合制動是前兩者配合的方式。機械制動是制動器在壓力源作用下與制動環(huán)摩擦，使轉(zhuǎn)子受摩擦力而停止轉(zhuǎn)動。但機械制動存在著閘瓦易磨損，不利于散熱，降低機組絕緣水平，制動環(huán)會產(chǎn)生變形和龜裂等缺點。電氣制動是一種非接觸式的制動方法，優(yōu)點是制動轉(zhuǎn)矩大，不受外部因素影響，由于制動轉(zhuǎn)矩與機組的轉(zhuǎn)差距成反比，即轉(zhuǎn)速越低，制動力矩越大，低速時減速效果十分明顯。因其清潔無污染，不影響機組的散熱和絕緣水平。

2 某電廠電氣制動系統(tǒng)

2.1 電氣制動原理

某電廠水輪發(fā)電機組電氣制動是用發(fā)電機出口三相短路開關(guān)將發(fā)電機定子短路，通過制動變在轉(zhuǎn)子繞組中通以適當勵磁電流，該電流在定子繞組中產(chǎn)生銅耗制動力矩，使機組減速制動。

2.2 電氣制動的過程

2.2.1 電氣制動的啟動條件

電氣制動流程控制是通過專用可編程控制器（PLC）實現(xiàn)的。電制動PLC的啟動信號由機組監(jiān)控系統(tǒng)提供，投入的條件如下：機組與系統(tǒng)解列，停機令，出口斷路器分、機組無事故、導(dǎo)葉關(guān)閉、轉(zhuǎn)速<70%Ne、機端電壓<15%Ue。

2.2.2 電氣制動系統(tǒng)動作過程

PLC始終監(jiān)視電制動過程，當檢測到電制動投入命令并判斷條件滿足后，依次閉鎖保護裝置、斷開勵磁開關(guān)、合上短路開關(guān)、合上電制動交、直流電源開關(guān)；轉(zhuǎn)速到零后，PLC同時發(fā)信號斷開電制動交、直流電源開關(guān)、短路開關(guān)、合上勵磁開關(guān)、解除保護裝置，使勵磁裝置至開機準備狀態(tài)。

3 某電廠發(fā)電機組電制動失敗原因分析

某電廠一臺260MW水輪發(fā)電機組正常停機操作，在投入電制動相關(guān)電源后，采用監(jiān)控遠方停機流程。但機組滿足電制動投入條件時，電制動卻未動作，電制動失敗。事后通過現(xiàn)場檢查，初步判斷原因為電制動回路PLC程序紊亂或程序未自動投入，而后者很少見。主要原因且經(jīng)常發(fā)生的是PLC程序紊亂。

分析發(fā)生PLC程序紊亂的原因：機組電氣制動控制回路PLC、轉(zhuǎn)速繼電器工作電源取自短路開關(guān)電源A相（見圖1），正常運行時，為防止短路開關(guān)、電制動交、直流開關(guān)誤動作，短路開關(guān)動力電源是斷開的，此時，電制動PLC工作電源處于失電狀態(tài)，程序保存由自身鋰電池供電。在大發(fā)電時期機組持續(xù)運行時間長，PLC程序一直處于鋰電池供電狀態(tài)，容易導(dǎo)致鋰電池電壓不足，無法監(jiān)視電池電量低信號，從而引起PLC程序失電，發(fā)生程序紊亂的情況。

4 改進方案

4.1 方案1

為防止鋰電池電量耗盡，檢修人員定期測量電池電壓，發(fā)現(xiàn)電壓下降，及時更換PLC程序鋰電池，以保證PLC程序不會丟失。該方案具體實施過程中在人力資源和經(jīng)濟成本均有損耗。

4.2 方案2

機組電氣制動控制回路PLC電源常投，但當機組正常運行時，無法滿足防止短路開關(guān)、電制動交、直流開關(guān)誤動作的安全要求，存在一定的安全風險。

4.3 方案3

結(jié)合兩種方案分析，PLC回路要保證不能失電，且保證短路開關(guān)、電制動交、直流開關(guān)等回路防止誤動作的安全要求，就要將PLC回路從原系統(tǒng)中分離出來，給PLC回路及轉(zhuǎn)速繼電器進行單獨持續(xù)供電，而其余回路方式不變，以滿足以上兩方面要求。

在實際改造過程中，給PLC回路選擇供電電源是非常關(guān)鍵的。原來供電電源取自出口短路開關(guān)動力電源（圖1中2DK）后，已經(jīng)證明存在隱患，而考慮從2DK前取電，需要加裝一套控制開關(guān)來控制PLC回路的電源，方便PLC回路的檢修維護。在現(xiàn)場實際中，勵磁開關(guān)柜加裝開關(guān)不具備條件，因此考慮其他電源。機組旁的饋線柜既滿足可操作性和供電可靠性，又有電源開關(guān)可控，因此選擇在機旁饋線柜選取電源最方便可靠。PLC工作電源改造后見圖2。

5 實施效果

通過對比，方案3更為合理，既滿足安全生產(chǎn)的需要，又能到達節(jié)省人力、物力資源成本。不僅消除了電制動控制回路隱患，也大大提高了電氣制動的可靠性與穩(wěn)定性，減輕了運維工作量，同時也有效提高了水電站自動化水平。

參考文獻

[1]黃純?nèi)A.大型同步發(fā)電機運行[M].北京：水利水電出版社，1992.

[2]陳建明.電氣控制與PLC應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

（作者單位：1.華北電力大學；2.國網(wǎng)甘肅省電力公司劉家峽水電廠）