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電有限責任公司，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電有限責任公司，浙江臺州317200）

變頻器在對電動機進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百丈村，總裝機容量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。因此上庫閘門的穩定運行對電廠的正常運作和安全生產具有重要意義。

1 上庫進出水口閘門控制系統基本情況和存在問題

1.1.庫閘門控制系統基本情況

上庫進出水口閘門啟閉機的動力由變頻電機提供。啟閉機采用ABB的變頻調速系統ACS800，其基本參數是：電機功率110 kW、轉速736～1 472 r/min、額定電流215 A、額定轉矩1 401 N·m，啟閉機持住力/啟門力3 200/1 600 kN、揚程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.閘門控制系統改造時，廠家根據表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時變頻器的設置（表2），閘門從全開至全關時間為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(22 m in)轉速單位：r/min

但是當按照新的落門要求（閘門從全開至全關時間為17 min，閘門下落速度約為2.85 m/s），更改變頻器參數為表3后。進行閘門下落試驗，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。

表3.頻器參數(17 m in)轉速單位：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，并選用高阻燃無機涂層，有效保護電阻絲不被老化，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構，體積小、功率大，安裝方便穩固，廣泛應用于高度惡劣工業環境。

因本廠閘門控制設備均放在室內，通風條件較差，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。

目前關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際應用過程中不很實際，主要是由于部分參數無法精確測量。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，具體的情況要根據現場的使用情況來進行分析計算。

3.1.用期望的制動轉矩來計算制動電阻

式中：

Rbc—制動電阻計算值，單位Ω

Ud—直流回路電壓，單位V

Tb—制動轉矩，單位N·m

T n—電機額定轉矩，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，當制動電流最大時，制動電阻最小，選擇的制動電阻應大于該值。

由于制動力矩無法測得，所以該方法無法計算。

3.2.用期望的制動轉矩來計算制動電阻

Q=P×K c

式中：

Q—電阻功率，單位kW

P—電機功率，單位kW

K c—制動頻率

假設電機的再生電能完全被電阻吸收，如下式：

P×K=U×I

P×K=U2/R

轉換公式得到：

制動電阻功率稍微放大，取80 kW。

3.3.程經驗估算法計算制動電阻

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

因此，制動轉矩取值范圍：

TB=(1～2)×TMN

式中：

TB—拖動系統需要的制動轉矩，N·m

TMN—電機的額定轉矩，N·m

實踐表明：當通過制動電阻的放電電流等于電機額定電流時，制動轉矩約為電機額定轉矩的2倍。當通過制動電阻的放電電流等于電動機額定電流一半時，制動轉矩等于電動機額定轉矩。如下式：

式中：

IMN—電動機額定電流，單位A

把U=672 V，IMN=215 A代入公式，得到3.12 Ω＜R＜6.25Ω，我們取4Ω。

制動電阻運行功率：

為了保證安全運行，制動電阻功率稍微放大，取120 k W。

3.4.數計算方法選取

變頻器廠家為產品推廣和生產便利，把制動電阻分為幾檔，會導致電阻阻值和功率不滿足實際需求，需按實際情況調整。對各個算法進行比較，工程經驗估算法簡潔實用，并已經通過實際工程檢驗，滿足閘門下降過程中的制動要求。同時本閘門系統的慣性大、制動連續且時間長，制動電阻需相應選小，功率應放大。所以按照工程經驗估算法來選取制動電阻和電阻功率，即：4Ω、120 kW。

4 結束語

更換制動電阻后，閘門試驗正常，電阻溫度穩定在適當范圍。變頻器制動電阻的選擇關系到制動的效果，因此在實際的運用中需要結合現場的具體情況進行適當改動，合理的選擇制動電阻可以在提高變頻器穩定性的同時提高經濟性。

[1]ACS800產品樣本[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[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備檢修維護工作。