胡國頌

【摘要】水電站自動化系統(tǒng)在國內(nèi)已經(jīng)具備20多年的應(yīng)用時間，在這20多年里，隨著計算機(jī)硬件的不斷強(qiáng)大，通信技術(shù)的迅速發(fā)展，軟件功能的持續(xù)更新，水電站的綜合自動化系統(tǒng)也向著更為可靠、功能更為全面的方向邁進(jìn)，水電站自動化系統(tǒng)的開放性和擴(kuò)展性以及智能等性能均有了很大的提高。作為水電站自動化系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成，水輪發(fā)電機(jī)組的電氣制動是推動水電站自動化發(fā)展的重要條件。鑒于此，本文主要分析水輪發(fā)電機(jī)組的電氣制動在水電站自動化上的研究與應(yīng)用問題。

【關(guān)鍵詞】水輪發(fā)電機(jī)組的電氣制動;水電站自動化;研究;應(yīng)用

引言

水輪發(fā)電機(jī)組是水電站自動化系統(tǒng)中的重要組成部分，其功能主要是完成機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)換，水輪發(fā)電機(jī)組的運行質(zhì)量直接關(guān)系到水電站運行的的穩(wěn)定性和安全性，進(jìn)而影響到水電站的運行效率。水輪發(fā)電機(jī)的制動系統(tǒng)是影響水輪發(fā)電機(jī)組運行水平的重要因素，傳統(tǒng)的制動方式為機(jī)械制動，但是其在工作過程中會存在一些弊端。因此，本文對以電氣制動為主要制動方式的水輪發(fā)電機(jī)組在水電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用研究具有重要的實踐價值與意義。

1、水輪發(fā)電機(jī)組的電氣制動概述

1.1 水輪機(jī)發(fā)電機(jī)制動系統(tǒng)的功能

水輪發(fā)電機(jī)組在運行過程中面臨的關(guān)鍵問題是制動停機(jī)問題，即水輪發(fā)電機(jī)組在工作過程中會經(jīng)歷較為頻繁的起動和停機(jī)過程，在起動和停機(jī)時對轉(zhuǎn)動慣量的要求較高，因此在短時間內(nèi)不能自主停下。然而，當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組長時間處于低速遠(yuǎn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時會威脅到水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承的安全性和穩(wěn)定性。因此，水輪發(fā)電機(jī)制動系統(tǒng)就是為了解決水輪發(fā)電機(jī)組的起動和停機(jī)問題。

1.2 機(jī)械制動與電氣制動的特點分析

機(jī)械制動方式是水輪發(fā)電機(jī)制動的一般形式，為了避免機(jī)組減速過程后期時間較長，引起推力瓦的磨損，在機(jī)組轉(zhuǎn)速降低到額定轉(zhuǎn)速的25%到35%時，會自動投入制動器，加閘停機(jī)。對沒有配備高壓油頂起裝置的機(jī)組，當(dāng)經(jīng)歷較長時間的停機(jī)以后，當(dāng)再次啟動機(jī)組前，利用油泵將壓力油打入到制動器當(dāng)中頂起轉(zhuǎn)子，時推力瓦重新建立油膜，從而為推力瓦創(chuàng)造出良好的工作條件。但是，在采用機(jī)械制動方式時具有如下問題：1.產(chǎn)生的金屬粉塵會對水輪發(fā)電機(jī)組造成污染;2.機(jī)械故障卡澀;3.存在較多的安全運行隱患。

與機(jī)械制動方式相比，電氣制定方式具備突出的安全、環(huán)保、便捷和高效等應(yīng)用優(yōu)勢，其制動原理為純電感電樞反應(yīng)，如圖1所示，即定子繞組中的短路電流是一個恒定的值，不會隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速的降低而發(fā)生變化。當(dāng)機(jī)組運行在高速區(qū)時，水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)輪的水阻力矩會起到主要的制動作用，當(dāng)機(jī)組運行在轉(zhuǎn)速相對較低的區(qū)間時，定子繞組短路銅耗形成的電氣制動力矩發(fā)揮主要制動作用。

如表1所示，其為三種不同電氣制動方式間的對比，其中我國水電站應(yīng)用較為普遍的電氣制動方式為定子三相短路制動方式。

2、水輪發(fā)電機(jī)組的電氣制動在水電站自動化中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用案例

某水電站配置8臺300MW的電動發(fā)電機(jī)組，機(jī)組相關(guān)參數(shù)如下：額定功率：300MW，定子額定電壓：18KV，定子額定電流：10.692KA，額定勵磁電壓：330V，額定勵磁電流：1818A，轉(zhuǎn)動慣量：3300tm2，制動勵磁電流：1090A。采用電氣制動方式和機(jī)械制動方式混合的制動系統(tǒng)運行近10年，具有一定的可靠性和穩(wěn)定性。

2.2 電氣制動方式運行控制的基本流程

在接收停機(jī)令以后，此時處于運行負(fù)荷為0的狀態(tài)，發(fā)電機(jī)斷路器以及勵磁開關(guān)依次發(fā)生斷開操作，此后進(jìn)行部分保護(hù)閉鎖，當(dāng)v<50%vn時，投入電氣制動刀，其相關(guān)參數(shù)如下：最大電壓：24KV，額定電壓：18KV，額定電流：12000A，在6%額定電壓下，設(shè)備的關(guān)合容量為8000A，三秒內(nèi)的短時耐受電流為60KA。在電氣制動刀投入以后，投入勵磁開關(guān)，當(dāng)v<5%vn時，投入機(jī)械制動方式，最后完成停機(jī)操作。因此，電氣制動方式的應(yīng)用可以保證水電站自動化系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性，同時還可以滿足環(huán)保的應(yīng)用要求。

2.3 電氣制動方式的應(yīng)用優(yōu)勢

電氣制動與勵磁統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計的實現(xiàn)可以減少設(shè)備，節(jié)省投資，從而保證水電站運行的經(jīng)濟(jì)效益。電氣制動方式可以快速有效的實現(xiàn)自動控制，從而進(jìn)一步推動水電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展。其次，電氣制動方式運行簡單可靠，制動效果良好，無噪音和污染，是一種理想的環(huán)保技術(shù)。

2.4 電氣制動方式應(yīng)用于水電站自動化系統(tǒng)時要注意的問題

首先，選擇合理的，應(yīng)用性強(qiáng)的短路制動刀是應(yīng)用電氣制動方式的基礎(chǔ)。其次，在設(shè)計控制回路的過程中要注意刀閘位置、勵磁信息以及電氣閉鎖等方面的設(shè)計。最后，選擇合理的制動電流。

結(jié)論

綜上所述，通過分析水輪發(fā)電機(jī)組的電氣制動，說明了電氣制動方式的特點和優(yōu)勢，通過實際案例分析水輪發(fā)電機(jī)組的電氣制動在水電站自動化中的應(yīng)用，說明了電氣制動方式的引用在水電站自動化系統(tǒng)中占據(jù)重要的地位。

參考文獻(xiàn)：

[1]張紅. 水輪發(fā)電機(jī)組的電氣制動在水電站自動化上的研究及應(yīng)用[D].廣西大學(xué)，2004.

[2]丘恩華. 計及保護(hù)和安全控制的水輪發(fā)電機(jī)組電氣制動方法及應(yīng)用[D].重慶大學(xué)，2014.