鄔海軍

大源渡水電站總裝機容量為120MW（4×30MW），系衡陽電網骨干電站。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。系統(tǒng)要求啟、停機操作相當頻繁，經過十來年對電氣制動在貫流式機組上應用的探討摸索和不斷改進，目前4臺機組的電氣制動裝置均已投入使用，且運行可靠良好，取得了很好的效果。

1.電氣制動的優(yōu)點及原理

（1）傳統(tǒng)的水輪發(fā)電機組的停機制動一般是在機組轉速降至20%ne（額定轉速）時，投入機械制動（大多采用機械活塞式制動器），發(fā)電機轉子在摩擦阻力矩的作用下減速運行，隨著轉子轉速下降，經過一段時間的摩擦后最終停止運轉。采用這種制動方式的優(yōu)點是制動器直接作用在制動環(huán)上，工作原理簡單，通用性很強。但是由于是采用直接機械摩擦方式制動，必須在機組轉速下降到較低轉速后才能投入制動，否則會使機組制動產生很大的機械振動并容易燒毀制動塊，而機組在經過較長的低轉速運行階段過程中，有可能導致推力軸承和軸承瓦面油膜破壞，造成瓦面磨損或燒壞，在制動過程中，制動塊與制動環(huán)的摩擦會生成粉塵，如果機組內受油器或其他設備有漏油現(xiàn)象時，這些粉塵和油霧混合后會進入發(fā)電機機膛內，粘附在定子和轉子線圈及空氣冷卻器的表面，長時間將會影響機組的散熱與絕緣。

（2）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，在轉速下降到一定轉速時（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，其直軸分量體現(xiàn)為減磁，而交軸分量將產生一與轉速方向相反的電磁制動力矩。發(fā)電機轉子在此電磁制動力矩與其他阻力矩的共同作用下，快速通過低轉速區(qū)，從而縮短了停機時間，避免了機組因低轉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，一般都是設計配套了電氣制動，但在生產實際過程中應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)

大源渡水電站采用奧地利伊林公司生產的電氣制動裝置。該裝置由制動電源勵磁變壓器和定子三相短路開關柜、勵磁系統(tǒng)控制柜等構成。機組勵磁為并激勵方式，該系統(tǒng)由勵磁開關QF1、三相高壓保險、勵磁變T1、三相全控可控硅整流橋、勵磁調節(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)和操作繼電器等組成。原理見圖1，制動電源取自10.5kV母線，制動勵磁電流根據(jù)發(fā)電機額定短路勵磁電流設置為560A，由10.5kV母線經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)調節(jié)，整流輸出穩(wěn)定。通過勵磁調節(jié)裝置邏輯控制，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，其控制程序見圖2。

機組LCU發(fā)出投電氣制動命令的前提是發(fā)電機出口開關分位、導葉全關、機組內部無事故、轉速降低至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＜5%U（e發(fā)電機額定電壓）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RES和直流開關QF2。制動過程中，短路開關RES和直流開關QF2之一合不上，或電氣制動時間過長，即機組轉速由95%ne降至1%ne時間超過60s（電氣制動正常投入時應為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，電氣制動退出，并且PLC發(fā)出逆變滅磁信號。滅磁后，PLC順序分斷直流開關QF2和短路開關RES，恢復投入繼電保護，等待下次停機投電制動命令。

3.調試運行過程出現(xiàn)的問題及原因分析與處理

電氣制動在調試和投運以來出現(xiàn)了以下幾種現(xiàn)象：①發(fā)電機出口斷路器在位置分閘試驗時，當合上電制動電源開關后，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)電機三相短路開關帶壓合閘，出現(xiàn)了短路電流。④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投入電制動后，機組轉速在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現(xiàn)象。

（1）針對故障現(xiàn)象①，將電氣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)電機出口開關分閘（%I001）、導葉全關（%I002）、機組無事故（%I003）、機組轉速≤95%ne（%I004）4個條件同時滿足要求時，PLC就發(fā)出投電氣制動的命令，這種邏輯控制程序存在很大缺陷。因在正常停機狀態(tài)下，以上4個條件都能滿足，但是此時不能投電氣制動。電氣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、并網運行和停機狀態(tài)下均禁止投入，否則將造成嚴重的后果。為杜絕此現(xiàn)象，在投電氣制動（%Q001）梯形圖中加入一個由機組LCU發(fā)出的“停機令”（%I007）的閉鎖點，即只有在機組停機過程中才開放投電氣制動（%Q001）這一程序，其他任何狀態(tài)均閉鎖此回路。

（2）針對故障現(xiàn)象②，經分析認為，機組水機事故如熱風、冷風和軸瓦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，即時投入電氣制動讓機組立刻停止轉動有利于保護軸承和軸瓦。而原設計的程序是當機組有事故時閉鎖投電氣制動，機組事故閉鎖點中包括了電氣事故和水機事故，經修改機組LCU的程序，讓其發(fā)出一個機組電氣事故點，將電氣制動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氣制動。（3）針對故障現(xiàn)象③，經分析，認為主要原因是當機組與系統(tǒng)解列停機轉速降至95%ne時，發(fā)電機出口開關分閘（%I001）、導葉全關（%I002）、機無電氣事故（%I003）、機組轉速≤95%ne（%I004）、停機令（%I007）5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，當滅磁未完成電氣制動投入時會有上述現(xiàn)象，這不利于發(fā)電機的安全運行，為此，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。

（4）針對故障現(xiàn)象④，從原程序中可以看出，電氣制動完成的唯一判據(jù)是機組轉速＜1%ne，只有PLC收到這個信號后才認為制動完成，而出現(xiàn)該現(xiàn)象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速，導致≤1%ne這一開關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子過熱應立即撤掉加在轉子上的勵磁電流，為了安全，當測速裝置出現(xiàn)故障，停機時不應投入電氣制動。為此，在投電氣制動的梯形圖中加入了一個“轉速裝置故障”（%I008）閉鎖點。

（5）針對故障現(xiàn)象⑤，經分析發(fā)現(xiàn)，原程序設計了一個制動計時器，整定值是60s，當發(fā)出電氣制動令后開始計時，如果60s機組轉速未＜1%ne，就認為制動失敗，經過多次實際檢測，機組在每次停機時，由額定轉速降至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，為此根據(jù)實際情況，將原程序的60s延時改為80s延時，徹底解決了這一問題。

經過幾次故障分析并處理后，得到了如圖3修改后的程序，經過十來年的實際運行表明電氣制動運行良好，完全達到了運行要求，每次停機過程都能可靠投入與退出。

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速快速下降并且無機械摩擦，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。