柔性電氣制動(dòng)在勵(lì)磁系統(tǒng)改造中的應(yīng)用探討

1、<p>　　柔性電氣制動(dòng)在勵(lì)磁系統(tǒng)改造中的應(yīng)用探討</p><p>　　[摘 要]電氣制動(dòng)技術(shù)具有停機(jī)時(shí)制動(dòng)力矩大、停機(jī)時(shí)間短、無環(huán)境污染、制動(dòng)投人轉(zhuǎn)速不受任何限制、無振動(dòng)和噪音及維護(hù)檢修方便等優(yōu)點(diǎn)在水電站運(yùn)行中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本文對(duì)柔性電氣制動(dòng)在勵(lì)磁系統(tǒng)改造中的應(yīng)用進(jìn)行分析探討。 </p><p>　　[關(guān)鍵詞]電氣制動(dòng) 柔性電氣制動(dòng) 勵(lì)磁改造 應(yīng)用 </p>

2、;<p>　　中圖分類號(hào)：TE34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2015）22-0204-02 </p><p><b>　　1、電氣制動(dòng)原理 </b></p><p>　　電氣制動(dòng)主要針對(duì)大型水輪機(jī)組。大型水輪機(jī)組由于慣性大，制動(dòng)慢，制動(dòng)過程中機(jī)械磨損嚴(yán)重，會(huì)造成污染，影響機(jī)組的絕緣和散熱。在制動(dòng)過程中加入電氣制動(dòng)，利用電制動(dòng)力矩加快

3、制動(dòng)過程，可以減小機(jī)械部分的磨損，延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命。相比于純機(jī)械制動(dòng)，電氣制動(dòng)具有制動(dòng)力矩大、停機(jī)速度快、清潔無污染等優(yōu)點(diǎn)。 </p><p>　　電氣制動(dòng)停機(jī)技術(shù)是基于同步電機(jī)的電樞反應(yīng)， 以及能耗制動(dòng)的原理。當(dāng)機(jī)組停機(jī)，水輪機(jī)導(dǎo)葉關(guān)閉，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子經(jīng)一定時(shí)間的滅磁后，機(jī)端僅存由發(fā)電機(jī)剩磁決定的殘壓。此時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)子上存在四種轉(zhuǎn)矩，由機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量決定的慣性轉(zhuǎn)矩與原有速度的方向相同，而發(fā)電機(jī)的機(jī)械磨擦阻力矩、發(fā)電機(jī)

4、的空氣磨擦阻力矩、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的水阻力矩方向與原速度方向相反。此時(shí)電氣制動(dòng)裝置自動(dòng)捕捉電氣制動(dòng)允許通過的條件，條件一旦滿足，由短路開關(guān)將發(fā)電機(jī)出口三相短路，然后重新施加勵(lì)磁。根據(jù)同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)原理。此時(shí)將發(fā)生電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)的直軸分量?jī)H體現(xiàn)為加磁場(chǎng)或者去磁，不反應(yīng)有功轉(zhuǎn)矩，而電樞反應(yīng)的交軸分量則體現(xiàn)為有功轉(zhuǎn)矩，其方向與原速度方向相反，從而增大制動(dòng)力矩，達(dá)到快速停機(jī)的目的。 </p><p>　　2.柔性電氣

5、制動(dòng)的特點(diǎn) </p><p>　　在制動(dòng)的過程中，有三個(gè)顯著特點(diǎn)：①定子短路電流幾 乎不變 ；②制動(dòng)力 矩與定子短路電流的平方成正比；③制動(dòng)力矩與機(jī)組的轉(zhuǎn)速成反比，在制動(dòng)過 </p><p>　　程中，因?yàn)槎ㄗ佣搪冯娏骰静蛔儯虼穗S著轉(zhuǎn)速的下降制動(dòng)力矩反而加大的，制動(dòng)力矩的最大值是出現(xiàn)在機(jī)組將停止轉(zhuǎn)動(dòng)前的瞬間。 </p><p>　　根據(jù)以上特點(diǎn)，為了獲得最大的制

6、動(dòng)力矩，應(yīng)充分利用發(fā)電機(jī)的定子容量，使定子短路電流約等于額定定子電流，而要獲得額定定子電流，根據(jù)發(fā)電機(jī)短路特性，勵(lì)磁電流應(yīng)達(dá)到發(fā)電機(jī)空載額定勵(lì)磁電流值 。電制動(dòng)投入可在額定 轉(zhuǎn)速的60%左右。在柔性制動(dòng)過程中，勵(lì)磁裝置處于恒流調(diào)節(jié)模式，勵(lì)磁電流的給定可通過人機(jī)界面設(shè)定，也可通過 A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)數(shù)字給定 ，調(diào)整十分方便 ，這有利于使制動(dòng)過程達(dá)到最優(yōu)。 </p><p>　　3、某電站電制動(dòng)方案 </p>

7、<p>　　某電站燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量69MW（2×34.5MW），自2010年初勵(lì)磁系統(tǒng)改造后投入運(yùn)行至今，機(jī)組在正常停機(jī)過程中均能正確投入電氣制動(dòng)，確保機(jī)組安全穩(wěn)定地停機(jī)，取得了較好的效果。 </p><p>　　電站電氣制動(dòng)采用柔性電制動(dòng)方案，即電氣制動(dòng)與勵(lì)磁系統(tǒng)共用可控硅整流橋，不需要獨(dú)立的制動(dòng)整流橋。柔性電制動(dòng)包含對(duì)電氣制動(dòng)流程的控制和對(duì)制動(dòng)狀態(tài)勵(lì)磁的控制兩部分，電

8、氣制動(dòng)流程還包括了對(duì)勵(lì)磁變開關(guān) ETC 和短路開關(guān) SC 的控制。其中，對(duì)電氣制動(dòng)流程的控制可由監(jiān)控系統(tǒng)完成，也可由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器來完成。按照水電站原電氣制動(dòng)控制模式，為保持用戶原來的運(yùn)行習(xí)慣，這兩部分都由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器來完成。 </p><p>　　電氣制動(dòng)設(shè)備包括發(fā)電機(jī)出口短路開關(guān) SC、勵(lì)磁變壓器 T0001、勵(lì)磁變高壓側(cè)開關(guān) ETC、滅磁開關(guān) Q0001、勵(lì)磁可控硅全控整流橋以及相應(yīng)的控制設(shè)備。整個(gè)電氣制動(dòng)一次回

9、路原理圖如右圖所示： </p><p>　　4、電站電制動(dòng)控制流程 </p><p>　　制動(dòng)電源取自發(fā)電機(jī)出口斷路器高壓側(cè)，通過勵(lì)磁變壓器降壓和勵(lì)磁可控硅整流橋整流后，提供機(jī)組所需的制動(dòng)電流。具體流程如下： </p><p>　　正常停機(jī)時(shí)，機(jī)組解列后由機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出勵(lì)磁退出命令，勵(lì)磁系統(tǒng)執(zhí)行勵(lì)磁退出流程，轉(zhuǎn)子回路滅磁，并斷開滅磁開關(guān) Q0001。當(dāng)機(jī)組導(dǎo)葉全關(guān)

10、，轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的 90%時(shí)，由機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出電制動(dòng)投入命令，勵(lì)磁執(zhí)行電制動(dòng)投入流程（詳見電制動(dòng)投入流程圖），依次合上發(fā)電機(jī)出口短路開關(guān) SC、滅磁開關(guān) Q0001，轉(zhuǎn)入電制動(dòng)狀態(tài)，由可控硅整流橋給發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子繞組提供恒定的勵(lì)磁電流，在發(fā)電機(jī)定子三相繞組內(nèi)產(chǎn)生制動(dòng)力矩，使機(jī)組制動(dòng)。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的 40%時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出電制動(dòng)退出命令，勵(lì)磁執(zhí)行電制動(dòng)退出流程（詳見電制動(dòng)退出流程圖），將轉(zhuǎn)子電流減為 0，并斷開滅磁開關(guān) Q

11、0001、勵(lì)磁變高壓側(cè)開關(guān) ETC 和發(fā)電機(jī)出口短路開關(guān) SC。同時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出投入機(jī)械制動(dòng)使機(jī)組轉(zhuǎn)速降為 0。當(dāng)電氣事故停機(jī)不投電制動(dòng)。 </p><p>　　5、電制動(dòng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題及原因分析與處理 </p><p>　?。?）在調(diào)試勵(lì)磁電氣制動(dòng)投入試驗(yàn)過程中，機(jī)組正常停機(jī)，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速下降到<90%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出電氣制動(dòng)投入命令，勵(lì)磁系統(tǒng)執(zhí)行電制動(dòng)投入流程

12、，但執(zhí)行電制動(dòng)流程時(shí)間過長(zhǎng)，經(jīng)常出現(xiàn)電制動(dòng)投入失敗現(xiàn)象。經(jīng)過水電站反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁系統(tǒng)執(zhí)行電制動(dòng)投入時(shí)間過長(zhǎng)是由于勵(lì)磁變高壓側(cè)ETC開關(guān)合閘時(shí)間過長(zhǎng)引起，原來的勵(lì)磁程序在勵(lì)磁退出時(shí)要求分ETC開關(guān)，當(dāng)勵(lì)磁執(zhí)行電制動(dòng)流程時(shí)要重新合ETC開關(guān)，而ETC開關(guān)是負(fù)荷開關(guān)，整個(gè)合閘過程有20秒的時(shí)間，合閘時(shí)間過長(zhǎng)引起電制動(dòng)投入失敗。水電站要求勵(lì)磁廠家更改勵(lì)磁退出程序，在勵(lì)磁退出流程中取消分ETC開關(guān)命令，這樣在電制動(dòng)投入流程中就不需要重新合ETC

13、開關(guān)，減少了20秒的電制動(dòng)投入執(zhí)行時(shí)間，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，機(jī)組停機(jī)過程中當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)電制動(dòng)投入命令后，勵(lì)磁系統(tǒng)就可以正確地執(zhí)行電制動(dòng)投入流程，沒有出現(xiàn)電制動(dòng)投入失敗情況。 </p><p>　　（2）在調(diào)試過程中出現(xiàn)過投電氣制動(dòng)程序機(jī)組完全停下后，電制動(dòng)短路SC開關(guān)不能自動(dòng)退出的故障現(xiàn)象。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的主要原因是機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)在退電制動(dòng)程序與勵(lì)磁系統(tǒng)執(zhí)行電制動(dòng)退出程序的時(shí)間配合不好引起，當(dāng)機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)判斷機(jī)組<1

14、%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)切除電制動(dòng)命令，而這時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)電制動(dòng)退出流程還沒完全走完就直接結(jié)束電制動(dòng)退出程序，由于電制動(dòng)短路SC開關(guān)是由電制動(dòng)退出流程執(zhí)行過程中由勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)命令分閘，如果機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)過早結(jié)束電制動(dòng)退出程序，勵(lì)磁系統(tǒng)就沒有發(fā)命令分電制動(dòng)短路SC開關(guān)。如果電制動(dòng)短路SC開關(guān)沒有分閘，在下次機(jī)組開機(jī)建壓時(shí)就會(huì)發(fā)生發(fā)電機(jī)三相短路的事故，為了發(fā)電機(jī)安全，在機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)停機(jī)流程里增加了分電制動(dòng)短路SC開關(guān)流程，確保投電氣制動(dòng)程序機(jī)組

15、完全停下后短路SC開關(guān)在分閘位置。 </p><p><b>　　6.結(jié)束語 </b></p><p>　　電氣制動(dòng)停機(jī)技術(shù)是基于同步電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)，以及能耗制動(dòng)的原理。在水輪發(fā)電機(jī)停機(jī)制動(dòng)過程中加入電氣制動(dòng)，利用電制動(dòng)力矩加快制動(dòng)過程，可以減少機(jī)械部分的磨損，延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命。相比于純機(jī)械制動(dòng)，電氣制動(dòng)具有制動(dòng)力矩大、停機(jī)速度快、清潔無污染等優(yōu)點(diǎn)。 </p&

16、gt;<p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 陳遺志.劉國華.仲?F.呂宏水，水電機(jī)組電氣制動(dòng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，水電廠自動(dòng)化，2007，4：167-170，174。 </p><p>　　[2] 許實(shí)章，電機(jī)學(xué)（第三版），華中理工大學(xué)、浙江大學(xué)、華南理工大學(xué)聯(lián)合出版，1992，9：400-401。 </p><