柔性電氣制動在勵磁系統(tǒng)改造中的應用探討

1、<p>　　柔性電氣制動在勵磁系統(tǒng)改造中的應用探討</p><p>　　[摘 要]電氣制動技術具有停機時制動力矩大、停機時間短、無環(huán)境污染、制動投人轉(zhuǎn)速不受任何限制、無振動和噪音及維護檢修方便等優(yōu)點在水電站運行中得到了越來越廣泛的應用。本文對柔性電氣制動在勵磁系統(tǒng)改造中的應用進行分析探討。 </p><p>　　[關鍵詞]電氣制動 柔性電氣制動 勵磁改造 應用 </p>

2、;<p>　　中圖分類號：TE34 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）22-0204-02 </p><p><b>　　1、電氣制動原理 </b></p><p>　　電氣制動主要針對大型水輪機組。大型水輪機組由于慣性大，制動慢，制動過程中機械磨損嚴重，會造成污染，影響機組的絕緣和散熱。在制動過程中加入電氣制動，利用電制動力矩加快

3、制動過程，可以減小機械部分的磨損，延長機組的使用壽命。相比于純機械制動，電氣制動具有制動力矩大、停機速度快、清潔無污染等優(yōu)點。 </p><p>　　電氣制動停機技術是基于同步電機的電樞反應， 以及能耗制動的原理。當機組停機，水輪機導葉關閉，發(fā)電機轉(zhuǎn)子經(jīng)一定時間的滅磁后，機端僅存由發(fā)電機剩磁決定的殘壓。此時，機組轉(zhuǎn)子上存在四種轉(zhuǎn)矩，由機組轉(zhuǎn)動慣量決定的慣性轉(zhuǎn)矩與原有速度的方向相同，而發(fā)電機的機械磨擦阻力矩、發(fā)電機

4、的空氣磨擦阻力矩、水輪機轉(zhuǎn)輪的水阻力矩方向與原速度方向相反。此時電氣制動裝置自動捕捉電氣制動允許通過的條件，條件一旦滿足，由短路開關將發(fā)電機出口三相短路，然后重新施加勵磁。根據(jù)同步發(fā)電機的電樞反應原理。此時將發(fā)生電樞反應。電樞反應的直軸分量僅體現(xiàn)為加磁場或者去磁，不反應有功轉(zhuǎn)矩，而電樞反應的交軸分量則體現(xiàn)為有功轉(zhuǎn)矩，其方向與原速度方向相反，從而增大制動力矩，達到快速停機的目的。 </p><p>　　2.柔性電氣

5、制動的特點 </p><p>　　在制動的過程中，有三個顯著特點：①定子短路電流幾 乎不變 ；②制動力 矩與定子短路電流的平方成正比；③制動力矩與機組的轉(zhuǎn)速成反比，在制動過 </p><p>　　程中，因為定子短路電流基本不變，因此隨著轉(zhuǎn)速的下降制動力矩反而加大的，制動力矩的最大值是出現(xiàn)在機組將停止轉(zhuǎn)動前的瞬間。 </p><p>　　根據(jù)以上特點，為了獲得最大的制

6、動力矩，應充分利用發(fā)電機的定子容量，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)電機短路特性，勵磁電流應達到發(fā)電機空載額定勵磁電流值 。電制動投入可在額定 轉(zhuǎn)速的60%左右。在柔性制動過程中，勵磁裝置處于恒流調(diào)節(jié)模式，勵磁電流的給定可通過人機界面設定，也可通過 A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn)數(shù)字給定 ，調(diào)整十分方便 ，這有利于使制動過程達到最優(yōu)。 </p><p>　　3、某電站電制動方案 </p>

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

8、氣制動流程還包括了對勵磁變開關 ETC 和短路開關 SC 的控制。其中，對電氣制動流程的控制可由監(jiān)控系統(tǒng)完成，也可由勵磁調(diào)節(jié)器來完成。按照水電站原電氣制動控制模式，為保持用戶原來的運行習慣，這兩部分都由勵磁調(diào)節(jié)器來完成。 </p><p>　　電氣制動設備包括發(fā)電機出口短路開關 SC、勵磁變壓器 T0001、勵磁變高壓側(cè)開關 ETC、滅磁開關 Q0001、勵磁可控硅全控整流橋以及相應的控制設備。整個電氣制動一次回

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

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

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

12、，但執(zhí)行電制動流程時間過長，經(jīng)常出現(xiàn)電制動投入失敗現(xiàn)象。經(jīng)過水電站反復試驗發(fā)現(xiàn)勵磁系統(tǒng)執(zhí)行電制動投入時間過長是由于勵磁變高壓側(cè)ETC開關合閘時間過長引起，原來的勵磁程序在勵磁退出時要求分ETC開關，當勵磁執(zhí)行電制動流程時要重新合ETC開關，而ETC開關是負荷開關，整個合閘過程有20秒的時間，合閘時間過長引起電制動投入失敗。水電站要求勵磁廠家更改勵磁退出程序，在勵磁退出流程中取消分ETC開關命令，這樣在電制動投入流程中就不需要重新合ETC

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

14、%額定轉(zhuǎn)速時，機組監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)切除電制動命令，而這時勵磁系統(tǒng)電制動退出流程還沒完全走完就直接結(jié)束電制動退出程序，由于電制動短路SC開關是由電制動退出流程執(zhí)行過程中由勵磁系統(tǒng)發(fā)命令分閘，如果機組監(jiān)控系統(tǒng)過早結(jié)束電制動退出程序，勵磁系統(tǒng)就沒有發(fā)命令分電制動短路SC開關。如果電制動短路SC開關沒有分閘，在下次機組開機建壓時就會發(fā)生發(fā)電機三相短路的事故，為了發(fā)電機安全，在機組監(jiān)控系統(tǒng)停機流程里增加了分電制動短路SC開關流程，確保投電氣制動程序機組

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

16、gt;<p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 陳遺志.劉國華.仲?F.呂宏水，水電機組電氣制動的設計及應用，水電廠自動化，2007，4：167-170，174。 </p><p>　　[2] 許實章，電機學（第三版），華中理工大學、浙江大學、華南理工大學聯(lián)合出版，1992，9：400-401。 </p><