試析PLC控制的水輪機電氣制動系統設計

盧春明

摘 要 在電網運行的過程中調峰電站多以水電站或者水輪機為主。水輪機的導水機構關閉之后，如果不能夠采取有效的制動措施，轉子在巨大慣性作用下依然會花費很長的時間才能夠停止運轉，這樣就很容易造成水輪機過勞磨損甚至會出現嚴重燒傷的問題，所以必須要采取恰當的措施來減少水輪機的停機時間。電氣制動停機操作屬于邏輯性極強的自動操作過程，必須要通過大量的感應元件，對整個機器運行的過程進行全程監控。PLC能夠進行邏輯控制，并且保證每一個操作步驟都有著嚴密的邏輯互鎖線，避免出現嚴重的操作事故，所以通過運用水輪機電氣控制制動方案的研究，能夠促進水輪機的正常運轉。

關鍵詞 PLC控制技術;水輪機;系統;設計

1 電氣制動的主要內涵

1.1 電氣制動的主要原理

水輪機在發電的過程中，由于機械的運動形式，所以很容易造成制動器制動模塊受損嚴重，而且在制動過程中，由于會產生大量的粉末倒置轉子磁軛以及定子鐵芯的通風口堵塞，影響制動系統的制動效果，造成定子溫度上升。粉末在隨意飄散的過程中也會造成散熱效果不理想，導致水輪機的正常運行受到影響，而且也會增加檢修人員檢修的風險。

在電氣制動裝置捕捉電氣制動可以通過的條件之后，短路開關就會將發電機出口進行三相短路，然后再次施加勵磁，此時會發生電樞反應。

在機械形式制動的過程中，通過普遍采用電氣制動的停機技術和方式，電制動的制動力比較強大，而且能夠有效縮短停機時間，并不會對周圍的環境產生污染，制動帶來的轉速投入也不會受到局限。運用電制動在水輪發電機組系統中進行應用存在一定的局限性，尤其是在機組出現故障時并不能夠正常的投入運營。

1.2 電氣制動停機的主要流程

在電氣制動停機的過程中，分為兩種方式，第一種方式是通過電氣制動操作邏輯控制，而另一種則是制動力矩的控制，電氣制動操作主要就是控制開關閉合和斷開制動力矩的控制，則是利用電流起到自動啟動的制動作用的電磁矩的目的。

1.3 PLC

PLC是基于繼電器和計算機技術基礎上發展而來的，并且已經逐漸成為微處理器的核心裝置，通過運用自動控制技術，通信技術和計算機技術等可以保證PLC自身的應用效果得到全面增強，而且也能夠實現過程控制的一種新型工業裝置，PLC，具有良好的抗干擾能力，可靠性和安全性，而且其自身的結構精密體積較小，可以在工業控制中被廣泛應用。所以PLC在。水輪機電氣制動系統中應用的主要控制線路就是通過機組轉速，制動電流等模擬信號經過A/D模塊之后，能夠轉化為數字信號，并且直接輸入到PLC，通過實際預算能夠根據相應的數值輸入到D/A模塊，感應器的制動情況反饋給PLC，這樣也能夠形成閉環控制回路[1]。

2 電氣制動系統的主要構成

在電氣系統設置的過程中可以運用電氣制動控制柜，制動電源變壓器以及電子短路真空開關共同組成其中電氣制動系統用于利用了PLC作為主要控制中心，所以能夠實現獨立的三相橋式整流電路具有非常良好的獨立操作空間，而且也能夠增加液晶觸摸顯示屏，方便檢修人員更好的操作和監察。

2.1 基于PLC控制電氣制動系統的主要構成

通過基于PLC控制的水輪機電氣制動系統進行設計，結合三相短路法能夠實現電氣制動。作為一套獨立的電氣制動系統，必須包括制動電源輸入輸出開關各一臺、定子短路刀閘一臺、電氣變電箱以及PLC等外部控制回路。由于該方案能夠保證電氣制動裝備處于完全獨立的運行狀態，所以無須更改現有的勵磁設備，并且在設計時由于主回路采取的是可控硅元件電制動電流也會有電氣制動控制進行制動，能夠保證電流化整為零，在現場實驗的過程中也非常的高效安全，通過調節PLC能夠實現調節制動力矩，保證電制動發揮出最大的功效，盡可能減少停機時間。例如在我國丹江、豐滿、東風等大中型水電站幾十臺機組都采用這種獨立的電氣控制裝置，并且具有非常良好的停機效果。

2.2 基于PLC控制電氣制動系統操作邏輯

在電子短路電流和制動投入轉速之中，通過水輪機組與系統進行檢驗，定子外的電路三相短路，能夠與轉子繞組輸入定量形成恒定電流，所以定子中會出現感應電流，感應電流能夠在定子繞組中生成制動力矩，保證水輪機組快速減速并且停機。在電氣制動流程設計的過程中，首先是輪機組運用PLC能夠進行電氣制動，運行模式中的設計包括有機械制動、電氣制動和電機匯合制動三種不同的形式，可以結合實際的情況選擇不同的制動方案。由于電

氣制動停機操作的關鍵邏輯順序是水輪機與系統解列-根據電氣制動啟動條件來判斷電氣制動短路開關SDK閉合-直流開關ZLK閉合-閉合交流開關柜-斷開-斷開FDK系統復位。

當電氣自動控制的PLC作為水輪機最重要的監控系統時，為了能夠滿足啟動要求，必須在轉速達到80%的時候激活PLC，當轉速下降到60%時則可編程控制邏輯就實現了運行控制的效果，所以只有在停機指令時機組油開關跳開，機組沒有出現電氣故障，則導水液開關關閉，水輪機組轉速小于80%，在通常情況下，PLC都沒有處于運行狀態，只有當水輪機組監控系統發出停機指令之后，PLC才能夠事先啟動，根據預先設計好的運行程序運作。如果PLC收到水輪機組后發出的轉速小于80%指令之后，可以直接判斷水輪機組開關斷開導水液等相關信息，然后立即開啟差動保護，則FDK電源給予繼電器和磁開關跳滅磁的開關脈沖時間一般在兩秒左右，當轉速小于60%時，通過利用PLC判斷殘壓已經小于10%時，則FDK電源的發動機短路刀閘回關閉，所以直流開關也會隨之關閉，在1.5秒之后交流開關也會關閉[2]。

3 結束語

通過上述對水輪機組在實際運行過程中，通過運用電氣制動控制裝置，能夠更好地保證發電機在低轉速區實現快速通過的能力，也能夠最大程度減少推力瓦而引起的磨損問題。通過停機技術在電氣制動裝置中應用能夠減少水輪機停機的時間避免對關鍵組件過度磨損，所以說通過運用PLC的齒輪、電氣制動系統設計與研究具有非常重要的應用價值，不僅能夠保證水輪機控制自動化，也能夠盡最大限度地減少人工工作量，保證整個水輪機運行的效果和穩定性。

參考文獻

[1] 余紹春.基于PLC的中小型水電站監控系統設計分析[J].科技創新導報，2011，（18）：113.

[2] 方大通.淺析電動機電氣制動方法及其應用[J].機電信息，2011， （33）：121.