桐柏公司閘門制動裝置的問題分析和改造

劉軒宇，戴建軍

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江臺州317200）

桐柏公司閘門制動裝置的問題分析和改造

劉軒宇，戴建軍

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江臺州317200）

變頻器在對電動機(jī)進(jìn)行快速控制時需要外接制動電阻，制動電阻是用于將電動機(jī)的再生能量以熱能方式消耗的載體。本文簡要闡述了更改落門速度后，合理選擇制動電阻來解決制動電阻過熱問題的分析與改造過程。

變頻器；制動電阻；改造

0 引言

桐柏電廠位于浙江省天臺縣棲霞鄉(xiāng)百丈村，總裝機(jī)容量4×300 MW。電廠主體建筑包括地面建筑物和地下建筑物二大部分。地面建筑物主要有上水庫、下水庫、500 kV開關(guān)站、中控樓、絕緣透平油庫室等。上、下水庫水平距離約1 000 m，高度落差約300 m。

桐柏電廠上庫閘門具有檢修閘門與事故閘門的作用。因此上庫閘門的穩(wěn)定運(yùn)行對電廠的正常運(yùn)作和安全生產(chǎn)具有重要意義。

1 上庫進(jìn)出水口閘門控制系統(tǒng)基本情況和存在問題

1.1.庫閘門控制系統(tǒng)基本情況

上庫進(jìn)出水口閘門啟閉機(jī)的動力由變頻電機(jī)提供。啟閉機(jī)采用ABB的變頻調(diào)速系統(tǒng)ACS800，其基本參數(shù)是：電機(jī)功率110 kW、轉(zhuǎn)速736～1 472 r/min、額定電流215 A、額定轉(zhuǎn)矩1 401 N·m，啟閉機(jī)持住力/啟門力3 200/1 600 kN、揚(yáng)程43 m、啟門速度2.2 m/min，傳動比212.6。制動電阻2.7Ω、80 kW。

1.2.在問題

2013.閘門控制系統(tǒng)改造時，廠家根據(jù)表1 ACS800制動電阻選型手冊，選取制動電阻2.7Ω，80 kW。

選取的制動電阻滿足當(dāng)時變頻器的設(shè)置（表2），閘門從全開至全關(guān)時間為22 min，閘門下落速度約為2.2 m/s。

表1.CS800制動電阻選型手冊

表2.頻器參數(shù)(22 m in)轉(zhuǎn)速單位：r/min

但是當(dāng)按照新的落門要求（閘門從全開至全關(guān)時間為17 min，閘門下落速度約為2.85 m/s），更改變頻器參數(shù)為表3后。進(jìn)行閘門下落試驗(yàn)，同時用紅外測溫儀測量制動電阻箱溫度。閘門下落10 min時，電阻箱溫度升至130℃，為了避免電阻箱損壞，終止本次落門試驗(yàn)。

表3.頻器參數(shù)(17 m in)轉(zhuǎn)速單位：r/min

存在問題：按照新的要求加快閘門下降速度時，因制動電阻阻值與功率不合適，會加劇制動電阻的發(fā)熱，因此需重新選取更換制動電阻。

2 制動電阻類型的選擇

通常在工程上選用較多的是波紋電阻和鋁合金電阻兩種：波紋電阻采用表面立式波紋，有利于散熱和減低寄生電感量，并選用高阻燃無機(jī)涂層，有效保護(hù)電阻絲不被老化，延長使用壽命。鋁合金電阻易緊密安裝、易附加散熱器，外型美觀，高散熱性的鋁合金外盒全包封結(jié)構(gòu)，體積小、功率大，安裝方便穩(wěn)固，廣泛應(yīng)用于高度惡劣工業(yè)環(huán)境。

因本廠閘門控制設(shè)備均放在室內(nèi)，通風(fēng)條件較差，所以選擇鋁合金電阻。

3 制動電阻阻值和功率計算

制動電阻是用于將電動機(jī)的再生能量以熱能方式消耗的載體，它包括電阻阻值和功率容量兩個重要的的參數(shù)。

目前關(guān)于制動電阻的計算方法有很多種，從工程角度，要精確的計算制動電阻的阻值和功率在實(shí)際應(yīng)用過程中不很實(shí)際，主要是由于部分參數(shù)無法精確測量。目前通常的方法是估算，且由于每個廠家采取的計算方法各有不同，因此計算結(jié)果不大一致。本文所介紹的計算方法僅供參考，具體的情況要根據(jù)現(xiàn)場的使用情況來進(jìn)行分析計算。

3.1.用期望的制動轉(zhuǎn)矩來計算制動電阻

式中：

Rbc—制動電阻計算值，單位Ω

Ud—直流回路電壓，單位V

Tb—制動轉(zhuǎn)矩，單位N·m

T n—電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，單位N·m

N1—制動時的初速度，單位r/min

制動電流受制動模塊（斬波器）的影響，當(dāng)制動電流最大時，制動電阻最小，選擇的制動電阻應(yīng)大于該值。

由于制動力矩?zé)o法測得，所以該方法無法計算。

3.2.用期望的制動轉(zhuǎn)矩來計算制動電阻

Q=P×K c

式中：

Q—電阻功率，單位kW

P—電機(jī)功率，單位kW

K c—制動頻率

假設(shè)電機(jī)的再生電能完全被電阻吸收，如下式：

P×K=U×I

P×K=U2/R

轉(zhuǎn)換公式得到：

制動電阻功率稍微放大，取80 kW。

3.3.程經(jīng)驗(yàn)估算法計算制動電阻

實(shí)踐證明，在大多數(shù)情況下，制動轉(zhuǎn)矩的大小和電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩相等（TB=TMN），對于慣性較大又需要快速制動的負(fù)載，所需的制動轉(zhuǎn)矩也不會超過2TMN。

因此，制動轉(zhuǎn)矩取值范圍：

TB=(1～2)×TMN

式中：

TB—拖動系統(tǒng)需要的制動轉(zhuǎn)矩，N·m

TMN—電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，N·m

實(shí)踐表明：當(dāng)通過制動電阻的放電電流等于電機(jī)額定電流時，制動轉(zhuǎn)矩約為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的2倍。當(dāng)通過制動電阻的放電電流等于電動機(jī)額定電流一半時，制動轉(zhuǎn)矩等于電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩。如下式：

式中：

IMN—電動機(jī)額定電流，單位A

把U=672 V，IMN=215 A代入公式，得到3.12 Ω＜R＜6.25Ω，我們?nèi)?Ω。

制動電阻運(yùn)行功率：

為了保證安全運(yùn)行，制動電阻功率稍微放大，取120 k W。

3.4.數(shù)計算方法選取

變頻器廠家為產(chǎn)品推廣和生產(chǎn)便利，把制動電阻分為幾檔，會導(dǎo)致電阻阻值和功率不滿足實(shí)際需求，需按實(shí)際情況調(diào)整。對各個算法進(jìn)行比較，工程經(jīng)驗(yàn)估算法簡潔實(shí)用，并已經(jīng)通過實(shí)際工程檢驗(yàn)，滿足閘門下降過程中的制動要求。同時本閘門系統(tǒng)的慣性大、制動連續(xù)且時間長，制動電阻需相應(yīng)選小，功率應(yīng)放大。所以按照工程經(jīng)驗(yàn)估算法來選取制動電阻和電阻功率，即：4Ω、120 kW。

4 結(jié)束語

更換制動電阻后，閘門試驗(yàn)正常，電阻溫度穩(wěn)定在適當(dāng)范圍。變頻器制動電阻的選擇關(guān)系到制動的效果，因此在實(shí)際的運(yùn)用中需要結(jié)合現(xiàn)場的具體情況進(jìn)行適當(dāng)改動，合理的選擇制動電阻可以在提高變頻器穩(wěn)定性的同時提高經(jīng)濟(jì)性。

[1]ACS800產(chǎn)品樣本[Z].

[2]Innovative Power Canada,IPC Braking Unit[Z]，2003.

[3]張燕賓.變頻器制動電阻的選擇誤區(qū)[J].電氣時代，2008（4）：110-113.

TV738

B

1672-5387（2017）09-0019-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.09.008

2017-06-19

劉軒宇（1985-），男，工程師，從事水電廠自動化與通信設(shè)備檢修維護(hù)工作。