鄔海軍

（湖南湘江航運建設(shè)開發(fā)有限公司大源渡水電廠，湖南 衡東 410007）

電氣制動在大源渡水電站的應(yīng)用探討

鄔海軍

（湖南湘江航運建設(shè)開發(fā)有限公司大源渡水電廠，湖南 衡東 410007）

闡述了電氣制動在貫流式水輪發(fā)電機組上應(yīng)用優(yōu)點及其工作原理，并對其在運行過程中出現(xiàn)的問題和處理方法做了詳細的經(jīng)驗總結(jié)。

電氣制動；大源渡水電站；應(yīng)用

大源渡水電站位于湖南湘江中游的衡陽市境內(nèi)，距離衡山縣城18km，總裝機容量為120MW（4×30MW）,系衡陽電網(wǎng)骨干電站。4臺發(fā)電機是全套引進奧地利伊林公司的燈泡貫流式機組。該電站機組因系統(tǒng)要求開、停機操作相當頻繁，經(jīng)過10來年的對電氣制動在貫流式機組上應(yīng)用的實際探討和摸索，經(jīng)過不斷改進，目前4臺機組的電氣制動裝置均已投入使用，且運行可靠，取得了很好的效果。

1 電氣制動的原理及優(yōu)點

水輪發(fā)電機電氣制動的主要原理是當機組與系統(tǒng)解列并滅磁成功停機時，在轉(zhuǎn)速下降到一定轉(zhuǎn)速時（一般在95%ne）將發(fā)電機出口三相短路，同時向發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路施加一恒定制動勵磁電流。這時同步發(fā)電機發(fā)生電樞反應(yīng)，其直軸分量體現(xiàn)為減磁；而交軸分量將產(chǎn)生一與轉(zhuǎn)速方向相反的電磁制動力矩。發(fā)電機轉(zhuǎn)子將在此電磁制動力矩與其他阻力矩的共同作用下，快速通過低轉(zhuǎn)速區(qū)，從而縮短了停機時間，避免了機組因低轉(zhuǎn)速運行可能帶來的危害，延長了發(fā)電機電氣壽命和機械壽命。目前在大中型水輪發(fā)電機組上普遍采用了電氣制動方式，但在貫流式水輪發(fā)電機組上由于傳統(tǒng)觀念等因素的影響，一般都是設(shè)計配套了電氣制動，但在生產(chǎn)實際過程中應(yīng)用電氣制動方式制動的較少。

2 大源渡水電站電氣制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

大源渡水電站采用奧地利伊林公司生產(chǎn)的電氣制動裝置。該裝置由制動電源勵磁變壓器和定子三相短路開關(guān)柜、勵磁系統(tǒng)控制柜等構(gòu)成。機組勵磁為并激勵方式，該系統(tǒng)由勵磁開關(guān)QF1、三相高壓保險、勵磁變T1、三相全控可控硅整流橋、勵磁調(diào)節(jié)器、測量用電壓互感器、電流互感器、交直流回路保護系統(tǒng)、操作繼電器等組成。制動電源取自10.5kV母線。其原理如圖1所示：

制動勵磁電流根據(jù)發(fā)電機額定短路勵磁電流設(shè)置為560A,由10.5kV母線經(jīng)勵磁變壓器和三相全控可控硅整流橋供給。整流橋采用電流閉環(huán)調(diào)節(jié)，整流輸出穩(wěn)定。通過勵磁調(diào)節(jié)裝置邏輯控制，它主要完成檢測電氣制動投入條件，即機組LCU是否發(fā)出投電氣制動命令，其控制程序如圖2所示。

機組LCU發(fā)出投電氣制動命令的前提是發(fā)電機出口開關(guān)分位、導(dǎo)葉全關(guān)、機組內(nèi)部無事故、轉(zhuǎn)速降低至95%ne。當電氣制動條件滿足，即收到投電氣制動命令，在機端電壓Uf小于5%倍的發(fā)電機額定電壓Ue時，將順序閉鎖發(fā)電機保護，閉合發(fā)電機定子三相短路開關(guān)RES、直流開關(guān)QF2，在電氣制動過程中，任何一步不滿足電氣制動條件，即當短路開關(guān)RES、直流開關(guān)QF2之一合不上，,或電氣制動時間過長，即機組轉(zhuǎn)速由95%ne降至1%ne時間超過60s（電氣制動正常投入時應(yīng)為120s左右），或裝置本身故障時，PLC將向機組LCU發(fā)出電氣制動失敗信號，并且電氣制動退出。當電氣制動退出或完成后，PLC發(fā)出逆變滅磁信號，滅磁后，PLC順序分斷直流開關(guān)QF2、短路開關(guān)RES,恢復(fù)投入繼電保護，等待下次停機投電制動動令。當系統(tǒng)逆變滅磁失敗，PLC將先跳滅磁開關(guān)，然后順序分斷直流開關(guān)QF2、短路開關(guān)RES,恢復(fù)投入繼電保護，等待下次停機投電制動動令。

3 調(diào)試運行過程出現(xiàn)的問題及原因分析與處理

（1）大源渡電站電氣制動在調(diào)式和投運以來出現(xiàn)了以下幾種現(xiàn)象：

1）在調(diào)試時，發(fā)電機出口斷路器的試驗位置分閘試驗時，當合上電制動電源開關(guān)后，電氣制動自動投入；

2）在運行中發(fā)現(xiàn)當機組在水機事故時，電氣制動不能自動投入，

3）出現(xiàn)過當機組與系統(tǒng)解列后電氣制動立即投入，使發(fā)電機三相短路開關(guān)帶壓合閘，出現(xiàn)了短路電流；

4）出現(xiàn)過投電氣制動后機組完全停下后，制動不能自動退出，依靠制動超時故障才將電氣制動退出的故障現(xiàn)象；

5）出現(xiàn)過投入電制動后機組轉(zhuǎn)速即將停止但還未停止就報制動失敗并將制動退出運行的故障。

（2）針對第一個故障現(xiàn)象，我們將電制動的程序傳出進行分析發(fā)現(xiàn)，在程序中投發(fā)電機電氣制動的條件是：發(fā)電機出口開關(guān)分閘（%I001）、導(dǎo)葉全關(guān)（%I002）、機組無事故（%I003）、機組轉(zhuǎn)速≤95%ne（%I004），當以上4個條件同時滿足要求時，PLC就開出投電氣制動的命令，這種邏輯控制程序是存在重大的缺陷，正是由于這種缺陷導(dǎo)致發(fā)生了“發(fā)電機出口斷路器的試驗位置分閘試驗時，當合上電制動電源開關(guān)后，電氣制動自動投入”的事故，這是非常嚴重的問題，在正常停機狀態(tài)下，以上4個條件都滿足，但是此時不能投電制動，電制動是在機組停機過程中才能投入，除此之外無論是在空載、并網(wǎng)運行、停機狀態(tài)下均禁止投入，否則將造成嚴重的后果。為杜絕此現(xiàn)象，我們在投電氣制動（%Q001）梯形圖中加入一個由機組LCU開出的“停機令”（%I007）的閉鎖點，也就是說只有在機組停機過程中才開放投電氣制動（%Q001）這一程序，其它任何狀態(tài)均閉鎖此回路。

（3）針對第二個現(xiàn)象，我們經(jīng)過討論認為，機組水機事故如熱風(fēng)、冷風(fēng)、瓦溫過高事故停機時可以投入電氣制動，特別是軸承溫度過高時，即時投入電制動讓機組立刻停止轉(zhuǎn)動有利于保護軸承、軸瓦。而原來設(shè)計的程序是當機組有事故時閉鎖投電制動，機組事故閉鎖點中包括了電氣事故和水機事故，后來經(jīng)過修改機組LCU的程序，讓其開出一個機組電氣事故點，將電制動PLC中的%I003由原來的“機組無事故”定義為機組無電氣事故，從而使得機組出現(xiàn)水機事故停機也能可靠投入電制動。

（4）針對第三個故障現(xiàn)象，我們經(jīng)過查找和分析，認為主要原因是當機組與系統(tǒng)解列停機轉(zhuǎn)速降至95%ne時，發(fā)電機出口開關(guān)分閘（%I001）、導(dǎo)葉全關(guān)（%I002）、機無電氣事故（%I003）、機組轉(zhuǎn)速≤95%ne（%I004）、停機令”（%I007）五個條件均滿足要求，投制動令輸出，但由于勵磁系統(tǒng)自動逆變滅磁的條件是轉(zhuǎn)速≤95%ne，由于這一條件同時滿足勵磁滅磁和投電氣制動，當滅磁未完成電制動投入時有會有上述現(xiàn)象，這不利于發(fā)電機的安全運行，為此，又在投電氣制動梯形圖加入一個“停機滅磁成功”（%I006）閉鎖點，只有在勵磁系統(tǒng)滅磁成功后才能投入電氣制動。

（5）針對第4個故障現(xiàn)象，從原程序中可以看出，電氣制動完成的唯一判據(jù)是機組轉(zhuǎn)速小于1%ne，只有PLC收到這個信號后才認為制動完成，而出現(xiàn)現(xiàn)象4的主要原因就是用于測速的齒盤測速裝置出現(xiàn)故障不能正確測量轉(zhuǎn)速，導(dǎo)致≤1%ne這一開關(guān)量不能及時傳給電制動的PLC。而實際運行中，當機組停下來后為了防止轉(zhuǎn)子過熱應(yīng)立即撤掉加在轉(zhuǎn)子上的勵磁電流，為了安全，當測速裝置出現(xiàn)故障，停機時不應(yīng)投入電氣制動。為此，又在投電制動的梯形圖中加入了一個“轉(zhuǎn)速裝置故障”（%I008）閉鎖點。

（6）針對第五個故障現(xiàn)象，我們通過分析原有程序發(fā)現(xiàn)，原程序設(shè)計了一個制動計時器，整定值是60s，當發(fā)出電制動令后開始計時，如果60s機組轉(zhuǎn)速未小于1%ne，就認為制動失敗，經(jīng)過多次實際檢測，機組在每次停機時，由額定轉(zhuǎn)速降至0的時間不完全相同，最大有近20s的時差，考慮到這個計時只是一個保護作用，為此我們根據(jù)實際將原程序的60s延時改為80s延時，徹底解決了這一問題。

經(jīng)過幾次故障并分析處理后，得到了如圖3修改后的程序，在十來年的實際運行，電氣制動運行良好，完全達到了運行要求。每次停機過程都能可靠投入與退出。

4 結(jié)束語

水輪發(fā)電機電氣制動是一種清潔的制動方式，其優(yōu)越性遠遠超出機械制動。它在機組停機時能使轉(zhuǎn)速快速下降并且無機械磨擦，通過不斷完善電氣制動的控制程序，可以完全保證電氣制動在投入與退出時的可靠性和安全性。

[1]翟慶志.電機學(xué)[M].中國電力出版社，2008.

TM301.2

B

1672-5387（2010）02-0026-03

2010-01-30

鄔海軍（1975-），男，工程師,從事水電廠運行維護管理工作。