水輪發(fā)電機(jī)組的電氣制動(dòng)在水電站自動(dòng)化上的應(yīng)用分析

劉巧英

（湖南省資興市楊洞水庫(kù)管理所，湖南 資興423400）

水電站自動(dòng)化是一門(mén)龐大的科學(xué)技術(shù)，不僅關(guān)聯(lián)到計(jì)算機(jī)，還有包括繪圖建造等多個(gè)方面的綜合技術(shù)。而且現(xiàn)如今受到了政府和社會(huì)各界的關(guān)注，得到了政策的支持。水電站需要兼顧技術(shù)與資源共享，因此要引進(jìn)電氣制動(dòng)的技術(shù)就顯得尤為重要。如何在水電站進(jìn)行自動(dòng)化管理是一項(xiàng)巨大的工程，需要每個(gè)人齊心協(xié)力的完成。

1 電氣制動(dòng)在我國(guó)的生存環(huán)境

當(dāng)今的時(shí)代不止科技的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)工程與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)也在不斷完善，尤其是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的機(jī)器自動(dòng)化技術(shù)也不斷地更新和發(fā)展。水電站自動(dòng)化電氣制動(dòng)技術(shù)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信與計(jì)算機(jī)結(jié)合，對(duì)水電站的電氣制動(dòng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，測(cè)量和數(shù)據(jù)更新。其實(shí)從20 世紀(jì)起大部分西方國(guó)家就已經(jīng)對(duì)水電站電氣制動(dòng)的自動(dòng)化進(jìn)行研究，但是由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件達(dá)不到要求，直到近年來(lái)利用電氣制動(dòng)的自動(dòng)化管理模式才開(kāi)始逐漸發(fā)展。為了跟隨世界的潮流發(fā)展，我國(guó)也在自主研發(fā)電氣制動(dòng)，不僅引進(jìn)西方先進(jìn)的理念，而且還買進(jìn)了許多國(guó)外先進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，發(fā)展迅速。然而我國(guó)的電氣制動(dòng)的發(fā)展還是存在著信息數(shù)據(jù)量低，數(shù)據(jù)利用率低，技術(shù)含量不高，應(yīng)用環(huán)境不夠穩(wěn)定等缺點(diǎn)。

2 水輪發(fā)電機(jī)組的電氣制動(dòng)的原理和特點(diǎn)

電氣制動(dòng)是利用電磁感應(yīng)原理工作運(yùn)行的一種制動(dòng)方式。它并不需要通過(guò)人力的操作，而且安全性高，可以承擔(dān)更高強(qiáng)度的工作。應(yīng)用到水輪發(fā)電站中就相當(dāng)于當(dāng)在完全關(guān)閉導(dǎo)葉后，勵(lì)磁開(kāi)關(guān)與出口開(kāi)關(guān)瞬間被斷開(kāi)，轉(zhuǎn)速下降到約30%額定轉(zhuǎn)速以下，定子線圈就會(huì)加入到相反的電流當(dāng)中，這時(shí)發(fā)電機(jī)雖然轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，但實(shí)際變成了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，這時(shí)就可以以快速制動(dòng)。由此可以看出，這與發(fā)電機(jī)短路完全不同，發(fā)電機(jī)短路是三相聯(lián)結(jié)在一起。不僅可以提高工作效率，還能減少人員的工作量從而降低勞動(dòng)力成本，提高自動(dòng)化的水平。因?yàn)檫@樣的制動(dòng)方式，還大大的減少了噪聲污染，對(duì)周圍的生態(tài)環(huán)境進(jìn)行了變相的保護(hù)。但是由于電氣制動(dòng)會(huì)消耗一些電力，需要安裝對(duì)應(yīng)的設(shè)備，因此一旦出現(xiàn)了電路故障，發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)停止運(yùn)行。所以發(fā)展自動(dòng)化技術(shù)的同時(shí)還需要預(yù)備機(jī)械制動(dòng)裝置。水輪自動(dòng)化通過(guò)機(jī)械制動(dòng)，將原動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，當(dāng)水流經(jīng)過(guò)傳導(dǎo)機(jī)時(shí)，將水能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再利用電氣設(shè)備將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

3 利用電氣制動(dòng)實(shí)現(xiàn)水電站自動(dòng)化可行性辦法

3.1 制動(dòng)控制系統(tǒng)的嚴(yán)格把關(guān)

水電站電氣制動(dòng)停機(jī)控制是水電站自動(dòng)化的動(dòng)力設(shè)備之一。水電站電氣制動(dòng)技術(shù)的作用就是加快機(jī)組正常生產(chǎn)與停機(jī)過(guò)程、降低機(jī)器能耗、提升設(shè)備的穩(wěn)定性。以機(jī)器特性為基石進(jìn)行設(shè)備調(diào)試和生產(chǎn)，平衡制動(dòng)與自動(dòng)的關(guān)系，以保證水電站機(jī)電設(shè)備的穩(wěn)定性為標(biāo)準(zhǔn)。電氣制動(dòng)通過(guò)在電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生一個(gè)相反的電磁力矩，從而促進(jìn)制動(dòng)力使電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。它擁有多種制動(dòng)辦法，水電站自動(dòng)化管理則使用在水輪發(fā)電機(jī)上。水電站一般沒(méi)有超出負(fù)荷，發(fā)電機(jī)端往往會(huì)采用發(fā)電機(jī)-變壓器單元接線而不設(shè)母線，這樣操作有線路比較方便、短路電流不會(huì)太大的特點(diǎn)。這樣的方式是在變壓器的高壓側(cè)造成短路從而使發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)，或者在發(fā)電機(jī)解列滅磁后，通過(guò)滅磁電阻或直接短接的方式使勵(lì)磁繞組斷連，以負(fù)序低電壓的三相交流電通入定子繞組中。這時(shí)負(fù)序電流在定子側(cè)產(chǎn)生了一個(gè)新的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，它與轉(zhuǎn)子有N0+N 的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。為同步外加電流，新的感應(yīng)電勢(shì)就會(huì)在勵(lì)磁繞組，阻尼繞組，轉(zhuǎn)子本體和磁極鐵心的基礎(chǔ)上產(chǎn)生。對(duì)發(fā)電機(jī)起制動(dòng)作用的就是轉(zhuǎn)子損耗從而形成反方向的力矩。一定要嚴(yán)格進(jìn)行監(jiān)控管理，以便使其在緊急狀況對(duì)機(jī)器進(jìn)行制動(dòng)，讓發(fā)電機(jī)停止運(yùn)行。

3.2 設(shè)計(jì)好水電站自動(dòng)化管理模式

水電自動(dòng)化是一項(xiàng)具有環(huán)境治理和科技發(fā)展等多重社會(huì)效益的大工程，其管理模式也是一項(xiàng)必不可缺的環(huán)節(jié)。在建國(guó)以后，我國(guó)水電工程基本都采用機(jī)械制動(dòng)的方式，由國(guó)家投建設(shè)、國(guó)家進(jìn)行管理維護(hù)。新型的自動(dòng)化管理為無(wú)接觸的制動(dòng)，不用耗能就可以達(dá)到制動(dòng)，以電磁感應(yīng)達(dá)到自動(dòng)化制動(dòng)的目的，制動(dòng)的投切是通過(guò)控制電路中斷和電磁力矩實(shí)現(xiàn)的，容易實(shí)現(xiàn)水電站停機(jī)制動(dòng)的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制。在但是由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不均衡，水電站本身也具有特殊性，在實(shí)際運(yùn)營(yíng)方面還是有一定的缺陷。水電站一般都建在偏遠(yuǎn)山區(qū)，各方面條件都比較落后，其自動(dòng)化水平較低。為了謀求發(fā)展，水電站只能不斷擴(kuò)大自身規(guī)模，這就形成了人員復(fù)雜、勞動(dòng)力成本高的管理模式。水電站管理人員越來(lái)越多，管理成本也就越來(lái)越高，機(jī)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)成本提高但效率卻沒(méi)有顯著提升，這和現(xiàn)代化水電站的管理目標(biāo)相差太遠(yuǎn)。水電站想要自動(dòng)化管理，需要深化改革舊體制，以新的公司形式，形成市場(chǎng)化管理，明確部門(mén)每個(gè)人的責(zé)權(quán)和任務(wù)，共同構(gòu)建水電開(kāi)發(fā)及自動(dòng)化的道路。同時(shí)可以利用市場(chǎng)監(jiān)察和人員劃分為水電站的現(xiàn)代企業(yè)管理模式創(chuàng)造連良好條件，這種方式可以很大程度上提高水電站自動(dòng)化的水平。

3.3 培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人員

電氣制動(dòng)的操作需要專業(yè)的人員，所以職工的專業(yè)水平需要很高。一是可以進(jìn)行崗前培訓(xùn)、跟班實(shí)習(xí)，讓職工盡快熟習(xí)工作環(huán)境以及技術(shù)操作。專業(yè)的操作不僅要學(xué)習(xí)操作技術(shù)要點(diǎn)，還要學(xué)習(xí)電氣設(shè)備的構(gòu)造，原理以及操作規(guī)范等方面。通過(guò)培訓(xùn)嚴(yán)格把控操作人員的專業(yè)素養(yǎng)，同時(shí)還要不定期的考察培訓(xùn)，要經(jīng)過(guò)統(tǒng)一考試和數(shù)次學(xué)習(xí)實(shí)習(xí)，評(píng)價(jià)合格后方可上崗。二是可以定期開(kāi)展全員技術(shù)糾察培訓(xùn)，不斷更新職工對(duì)設(shè)備技能的掌握和熟練度。由于計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷更新，設(shè)備以及技術(shù)也會(huì)不斷研發(fā)，員工需要結(jié)合水電站的實(shí)際情況加深對(duì)新技術(shù)的學(xué)習(xí)和掌握。在水電自動(dòng)化工程中，由于技術(shù)含量較高，必須要求技術(shù)人員以踏實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對(duì)待工作，善于學(xué)習(xí)，做到精益求精。企業(yè)應(yīng)帶頭創(chuàng)造良好的工作氛圍，形成踏實(shí)肯干的企業(yè)文化，通過(guò)不斷地學(xué)習(xí)，腳踏實(shí)地，對(duì)機(jī)器的自動(dòng)化管理才能更加安全。通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)檢查、監(jiān)督，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題，從而促進(jìn)水電站自動(dòng)化的不斷發(fā)展與進(jìn)步。

3.4 國(guó)家政策及時(shí)扶持

我國(guó)現(xiàn)在正在開(kāi)發(fā)的水電項(xiàng)目有數(shù)百個(gè)之多，未來(lái)10 年內(nèi)都將是水電開(kāi)發(fā)的高潮。國(guó)家發(fā)布了《關(guān)于鼓勵(lì)社會(huì)資本投資水電站的指導(dǎo)意見(jiàn)》：不僅要規(guī)范完善水電運(yùn)行環(huán)境，也在同時(shí)確立了以企業(yè)投資為主體地位的市場(chǎng)機(jī)制。同時(shí)為貫徹落實(shí)《國(guó)務(wù)院關(guān)于創(chuàng)新重點(diǎn)領(lǐng)域投融資機(jī)制鼓勵(lì)社會(huì)投資的指導(dǎo)意見(jiàn)》，鼓勵(lì)水電自動(dòng)化及電氣制動(dòng)技術(shù)引進(jìn)社會(huì)投資，完善水電環(huán)境的同時(shí)促進(jìn)水電自動(dòng)化的發(fā)展。由于水電站是結(jié)合經(jīng)濟(jì)性和公益性的基礎(chǔ)設(shè)施，要在做好保護(hù)生態(tài)環(huán)境和確保安全的前提下，國(guó)家進(jìn)一步鼓勵(lì)和支持市場(chǎng)資本投資常規(guī)水電站的建設(shè)，拓寬社會(huì)資本投資渠道，減輕了政府的壓力，建立政府與社會(huì)資本利益共享和風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)機(jī)制，促進(jìn)水電的健康發(fā)展。發(fā)揮市場(chǎng)在資源配置中的作用。以中小河流為例，通過(guò)市場(chǎng)方式自由選擇投資者；統(tǒng)籌流域梯級(jí)實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)捆綁與資源綜合有效利用。

4 結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)水電站電氣制動(dòng)的自動(dòng)化需要?dú)v經(jīng)一個(gè)規(guī)范和科學(xué)化發(fā)展的階段。不僅對(duì)體制、技術(shù)、和模式的不斷改進(jìn)與成長(zhǎng)，也給水電自動(dòng)化管理帶來(lái)良好的發(fā)展機(jī)遇。時(shí)代的發(fā)展對(duì)水電產(chǎn)業(yè)的管理提出了更高的要求，而利用電氣制動(dòng)對(duì)水電進(jìn)行自動(dòng)化管理顯得尤為重要。水電行業(yè)要與時(shí)俱進(jìn)地不斷升級(jí)轉(zhuǎn)型才能提高工作效率，促進(jìn)水電產(chǎn)業(yè)的良好發(fā)展勢(shì)頭，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的目標(biāo)。