楊建明

湖南電力公司鳳灘水力發(fā)電廠

鳳灘電廠六號(hào)機(jī)電制動(dòng)試驗(yàn)及其分析

楊建明

湖南電力公司鳳灘水力發(fā)電廠

鳳灘水電廠在湖南電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰調(diào)頻作用，機(jī)組啟、停頻繁。其所有機(jī)組之前一直采用機(jī)械制動(dòng)方式停機(jī)。機(jī)械制動(dòng)雖然制動(dòng)迅速、控制簡單方便，但是對(duì)風(fēng)閘的磨損較大，且制動(dòng)過程中產(chǎn)生的粉塵會(huì)進(jìn)入轉(zhuǎn)子磁軛及定子鐵芯的風(fēng)道。直接影響發(fā)電機(jī)的冷卻效果，甚至威脅到發(fā)電機(jī)的絕緣。為減小機(jī)械制動(dòng)帶來的危害，同時(shí)減小機(jī)組停機(jī)過程中的低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)軸瓦的磨損，本次結(jié)合六號(hào)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)改造，特對(duì)其進(jìn)行了電制動(dòng)試驗(yàn)。

水電廠；電氣制動(dòng)

1 引言

鳳灘水電廠六號(hào)機(jī)(SF200-48/11810)額定容量200MW，額定機(jī)端電壓15.75kV，額定定子電流8379A。與變壓器(SSP9-240000kVA/220kV)采用單元接線方式。在出口開關(guān)360與主變低壓側(cè)隔離開關(guān)3603之間安裝有一個(gè)三相短路隔離開關(guān)3607。具體接線方式如下圖：

圖1 六號(hào)機(jī)變一次接線圖

2 電制動(dòng)基本流程

機(jī)組正常停機(jī)至調(diào)速器后，待轉(zhuǎn)速降為60%Ne且電制動(dòng)條件滿足時(shí)，跳3603隔離開關(guān)、合3607短路隔離開關(guān)、合360斷路器，并啟動(dòng)勵(lì)磁進(jìn)入恒轉(zhuǎn)子電流模式，開始電制動(dòng)。待轉(zhuǎn)速下降為5%Ne時(shí)，退出電制動(dòng)，恢復(fù)機(jī)組至熱備用狀態(tài)并同時(shí)投機(jī)械制動(dòng)，直到停機(jī)完成。

當(dāng)出現(xiàn)故障或電制動(dòng)超時(shí)，立即退出電制動(dòng)，走正常停機(jī)流程。電制動(dòng)過程中閉鎖相應(yīng)的發(fā)電機(jī)保護(hù)，退出電制動(dòng)后立即解除發(fā)電機(jī)閉鎖的保護(hù)。

其中“電制動(dòng)條件滿足”包括：“停機(jī)令”&“360分位”&“FMK合位”&“無電氣事故”&“A套線路保護(hù)未動(dòng)作”&“B套線路保護(hù)未動(dòng)作”&“A套勵(lì)磁變保護(hù)未動(dòng)作”&“B套線路保護(hù)未動(dòng)作”&“勵(lì)磁變溫度過高未動(dòng)作”&“A、B套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器無故障”&“1、2、3#功率柜無故障”。

“電制動(dòng)超時(shí)”定義為：監(jiān)控流程中定義超時(shí)為電制動(dòng)至勵(lì)磁后240秒，勵(lì)磁流程中定義超時(shí)為啟動(dòng)調(diào)節(jié)器后210秒。

閉鎖的發(fā)變組保護(hù)有：發(fā)電機(jī)A套縱差保護(hù)、發(fā)電機(jī)A套定子接地(3U0)、發(fā)電機(jī)B套定子接地(3U0)、變壓器B套縱差保護(hù)。

3 具體試驗(yàn)步驟

3.1 轉(zhuǎn)速裝置試驗(yàn)

由上流程圖可以看出，整個(gè)電制動(dòng)的投入、退出都依賴于轉(zhuǎn)速繼電器的接點(diǎn)動(dòng)作情況。為了確保電制動(dòng)的順利完成，需對(duì)轉(zhuǎn)速裝置進(jìn)行試驗(yàn)?？紤]到電制動(dòng)過程中需要合短路隔離開關(guān)，此時(shí)殘壓測頻失效，所以轉(zhuǎn)速裝置必須跟蹤齒盤測速。

六號(hào)機(jī)采用的轉(zhuǎn)速裝置為哈爾濱瑞格大機(jī)電生產(chǎn)的SPCT1/3-6型。該轉(zhuǎn)速裝置配置有四路通道，其中1、2通道為兩路齒盤，3、4通道為兩路殘壓?，F(xiàn)場配置了一路齒盤和一路殘壓通道。試驗(yàn)過程中，為確保轉(zhuǎn)速跟蹤齒盤，特并接另一路齒盤通道，并設(shè)置兩路齒盤通道優(yōu)先(即1、2通道優(yōu)先)。并設(shè)置齒盤通道系數(shù)為0.5。

3.2 勵(lì)磁裝置短路升流試驗(yàn)

通過該試驗(yàn)可以得到電制動(dòng)狀態(tài)下恒定的轉(zhuǎn)子電流對(duì)應(yīng)的頂子電流數(shù)據(jù)?？辙D(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，拉開3603隔離開關(guān)、合上3607短路隔離開關(guān)、合上360短路器。通過零起升壓，逐步使定子電流升至額定，記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)于下表。

由于360斷路器合閘，此時(shí)調(diào)速器將切至開度調(diào)節(jié)。短路升流過程中的電制動(dòng)力矩將使得機(jī)組轉(zhuǎn)速下降。為確保記錄額定轉(zhuǎn)速下的短路升流數(shù)據(jù)，須將調(diào)速器切為電手動(dòng)狀態(tài)，由運(yùn)行人員手動(dòng)操作保持機(jī)組額定轉(zhuǎn)速。

3.3 電制動(dòng)試驗(yàn)

3.3.1 正常停機(jī)測量轉(zhuǎn)速下降的各階段時(shí)間

停機(jī)令到調(diào)速器開始計(jì)時(shí)，記錄機(jī)組各個(gè)階段轉(zhuǎn)速的時(shí)間。

3.3.2 25%額定定子電流投電制動(dòng)試驗(yàn)

根據(jù)短路升流試驗(yàn)測得的轉(zhuǎn)子電流數(shù)據(jù)，對(duì)照25%定子電流設(shè)置恒轉(zhuǎn)子電流的數(shù)值，進(jìn)行電制動(dòng)試驗(yàn)。記錄各個(gè)電氣參數(shù)及轉(zhuǎn)速下降各階段時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下表2)。試驗(yàn)過程中，機(jī)組轉(zhuǎn)速降為18%時(shí)，勵(lì)磁電制動(dòng)超時(shí)退出，隨即監(jiān)控退出電制動(dòng)流程。隨轉(zhuǎn)速下降，進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)，直至停機(jī)完成。

3.3.3 50%額定定子電流投電制動(dòng)試驗(yàn)

根據(jù)短路升流試驗(yàn)測得的轉(zhuǎn)子電流數(shù)據(jù)，對(duì)照50%定子電流設(shè)置恒轉(zhuǎn)子電流的數(shù)值，進(jìn)行電制動(dòng)試驗(yàn)。記錄各個(gè)電氣參數(shù)及轉(zhuǎn)速下降各階段時(shí)間(試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下表2)。試驗(yàn)過程中，機(jī)組轉(zhuǎn)速降為14%時(shí)，勵(lì)磁電制動(dòng)超時(shí)退出，隨即監(jiān)控退出電制動(dòng)流程。隨轉(zhuǎn)速下降，進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)，直至停機(jī)完成。

3.3.4 75%額定定子電流投電制動(dòng)試驗(yàn)

根據(jù)短路升流試驗(yàn)測得的轉(zhuǎn)子電流數(shù)據(jù)，對(duì)照75%定子電流設(shè)置恒轉(zhuǎn)子電流的數(shù)值，進(jìn)行電制動(dòng)試驗(yàn)。記錄各個(gè)電氣參數(shù)及轉(zhuǎn)速下降各階段時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下表2)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下表2。試驗(yàn)過程中，機(jī)組轉(zhuǎn)速降為11%時(shí)，勵(lì)磁電制動(dòng)超時(shí)退出，隨即監(jiān)控退出電制動(dòng)流程。隨轉(zhuǎn)速下降，進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)，直至停機(jī)完成。

3.3.5 100%額定定子電流投電制動(dòng)試驗(yàn)

根據(jù)短路升流試驗(yàn)測得的轉(zhuǎn)子電流數(shù)據(jù)，對(duì)照100%定子電流設(shè)置恒轉(zhuǎn)子電流的數(shù)值，進(jìn)行電制動(dòng)試驗(yàn)。記錄各個(gè)電氣參數(shù)及轉(zhuǎn)速下降各階段時(shí)間試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下表2)。試驗(yàn)過程中，轉(zhuǎn)速降為5%時(shí)勵(lì)磁逆變滅磁，電制動(dòng)正常退出。監(jiān)控正常退電制動(dòng)并投機(jī)械制動(dòng)，直至停機(jī)完成。

4 試驗(yàn)分析

4.1 電制動(dòng)過程中定子電流保持不變：Id=E/Xd，其中E=4.44NfΦ，Xd=2∏fl。隨著轉(zhuǎn)速的降低，發(fā)電機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢和回路電抗同步在減小，所以定子電流保持不變。

4.2 對(duì)比定子電流為8400A投電制動(dòng)與未投電制動(dòng)的數(shù)據(jù)可知：至5%Ne時(shí)節(jié)約時(shí)間為459-216=243s；

4.3 隨著轉(zhuǎn)速的下降，下降相同的轉(zhuǎn)速所需的制動(dòng)時(shí)間隨之增加。

制動(dòng)力矩公式：

由于定子電流基本恒定。出現(xiàn)最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速為：

r相對(duì)Xd而言較小，所以最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速很小，即隨著轉(zhuǎn)速的降低制動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)增大。但是由于轉(zhuǎn)速降低后，發(fā)電機(jī)的風(fēng)磨阻力矩和軸承摩擦阻力矩會(huì)減小，導(dǎo)致總的制動(dòng)力矩在減小，從而使得轉(zhuǎn)速下降速度減慢。

以75%Ie為例：

60%至50%Ne，耗時(shí)15s；50%至40%Ne，耗時(shí)23s；30%至20%Ne，耗時(shí)50s；

4.4 定子短路電流的增大，將大大提升電制動(dòng)的效果。由公式可知，制動(dòng)力矩正比于定子電流的平方。比較不同定子電流下，從30%至20%Ne的制動(dòng)時(shí)間：

2100A，耗時(shí)75s；4500A，耗時(shí)61s；6200A，耗時(shí)50s；8000A，耗時(shí)43s；

4.5 在6200A定子電流進(jìn)行電制動(dòng)的過程中，出現(xiàn)發(fā)電機(jī)保護(hù)“定子接地3U0”動(dòng)作，為防止其出口影響電制動(dòng)，試驗(yàn)中應(yīng)將其閉鎖。

4.6 短路升流試驗(yàn)中，為準(zhǔn)確測得額定轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子電流與定子電流數(shù)據(jù)，需要將調(diào)速器切為“電手動(dòng)”狀態(tài)或設(shè)置為“跟蹤網(wǎng)頻”方式。

4.7 為確保電制動(dòng)的安全可靠進(jìn)行，對(duì)轉(zhuǎn)速裝置必須配置有冗余的齒盤測速通道。

5 結(jié)論

通過此次試驗(yàn)表明，監(jiān)控系統(tǒng)電制動(dòng)相關(guān)流程正確，各回路及相關(guān)設(shè)備動(dòng)作可靠。電制動(dòng)效果明顯，在以定子電流為8400A進(jìn)行電制動(dòng)時(shí)，對(duì)比未投電制動(dòng)的情況下，節(jié)約停機(jī)時(shí)間243秒，大大減少了機(jī)組低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。電制動(dòng)過程中，定子繞組及鐵芯溫度沒有明顯升高。此次試驗(yàn)為其他機(jī)組電制動(dòng)的投入積累了經(jīng)驗(yàn)，其控制流程、試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及試驗(yàn)中遇到的問題和解決方法都為其他機(jī)組提供了很好的借鑒。

[1] 陳賢明，陳遺志，呂宏水，王偉，朱曉東.水輪發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)仿真.水電廠自動(dòng)化.2009年第30卷第02期

[2] 陳列，朱逸蘇，電制動(dòng)技術(shù)在50MW水輪發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用，《水電站機(jī)電技術(shù)》.2009年03期