三峽左岸電廠電氣制動簡介

1、.：.；三峽左岸電站電氣制動簡介胡先洪 萬和勇三峽水力發(fā)電廠 湖北宜昌 443133摘要：本文講述了發(fā)電機(jī)電氣制動的任務(wù)原理和特點(diǎn)，引見了三峽左岸電站電氣制動的組成及其設(shè)備，并對其流程控制和運(yùn)轉(zhuǎn)情況進(jìn)展了分析。關(guān)鍵詞：三峽左岸電站 電氣制動 短路開關(guān) 時序圖 1 概述自上個世紀(jì)60年代以來，國內(nèi)已有多個水電站的發(fā)電機(jī)采用電氣制動，但實(shí)踐運(yùn)轉(zhuǎn)中的運(yùn)用效果不太理想，有很多都發(fā)生的發(fā)生短路開關(guān)觸頭燒損，有的因操作回路不合理而誤動或拒動。因此，目前國內(nèi)水電機(jī)組還是普遍采用傳統(tǒng)的機(jī)械制動方式，即使用風(fēng)閘與制動環(huán)直接接觸產(chǎn)生的摩擦力讓機(jī)組停下來。然而對于大機(jī)組來說，機(jī)組轉(zhuǎn)動慣量大，制動風(fēng)閘與制動環(huán)之間的摩

2、擦猛烈，時間一長，風(fēng)閘容易出現(xiàn)頂不起來或落不下來的缺點(diǎn)；而且摩擦產(chǎn)生的污染，嚴(yán)重影響機(jī)組的絕緣和散熱，不利于機(jī)組的平安穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。三峽發(fā)電機(jī)組其推力軸承載荷到達(dá)3990t，平均壓力4.1Mpa。如此重載條件下發(fā)電機(jī)在低轉(zhuǎn)速區(qū)很容易因油膜破壞而導(dǎo)致推力軸承被燒毀。因此必需在機(jī)組停機(jī)時盡能夠地采用可靠地制動來縮短機(jī)組的停機(jī)時間。三峽發(fā)電機(jī)正常停機(jī)時采用電氣制動加機(jī)械制動的混合制動方式，即兩套制動方式配合運(yùn)用；當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降到50%額定轉(zhuǎn)速時，電氣制動系統(tǒng)投入運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到額定轉(zhuǎn)速的10%時，機(jī)械制動系統(tǒng)投入運(yùn)轉(zhuǎn)；制動時間限制在300s以內(nèi)。2 電氣制動的特點(diǎn)與根本原理電氣制動的任務(wù)原理是基于同

3、步電機(jī)的電樞反響。當(dāng)機(jī)組與電網(wǎng)解列，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁以后，將定子三相短路，同時給發(fā)電機(jī)加勵磁電流，使它產(chǎn)生一個方向與機(jī)組慣性力矩的方向相反，具有強(qiáng)大制動作用的電磁轉(zhuǎn)矩。這里的勵磁電流普通由廠用電系統(tǒng)經(jīng)整流后接入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。根據(jù)電機(jī)學(xué)實(shí)際可知，制動力矩ME可表達(dá)為：電氣制動力矩出現(xiàn)最大值時的轉(zhuǎn)速nmax為最大電氣制動力矩為：式中Ib為制動勵磁電流；n為機(jī)組轉(zhuǎn)速；r定子繞組的有效電阻；xd為直軸同步電抗。式中闡明，電氣制動力矩隨轉(zhuǎn)速下降而增大。根據(jù)以上實(shí)際根據(jù)，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速很高時，即使投入電氣制動，其制動轉(zhuǎn)矩也是非常小的，而且在較高的轉(zhuǎn)速下發(fā)電機(jī)軸承比較容易構(gòu)成油楔，所以對軸承有影響的普通在低轉(zhuǎn)速區(qū)

4、，因此，在機(jī)組停機(jī)過程中，并不是一開場就投入電氣制動，而是在轉(zhuǎn)速下降到一定范圍內(nèi)才投入電氣制動，普通為轉(zhuǎn)速的50%至60%時投入。電氣制動具有制動力矩大、無磨損、無污染、維護(hù)任務(wù)量小等優(yōu)點(diǎn)，但電氣制動需求制動勵磁電源和短路開關(guān)等設(shè)備，在這些設(shè)備出現(xiàn)缺點(diǎn)或發(fā)電機(jī)內(nèi)部電氣事故不允許投電氣制動，這時仍需投入機(jī)械制動，所以機(jī)械制動仍需保管。 以下圖是發(fā)電機(jī)電氣制動特性曲線圖。 圖一 發(fā)電機(jī)電氣制動特性曲線圖由圖可以看出，當(dāng)機(jī)組開場停機(jī)時，由于轉(zhuǎn)速高，空氣阻力大，即使不加任何制動，轉(zhuǎn)速下降還是比較快，隨著轉(zhuǎn)速下降，空氣阻力減少，速度下降曲線趨于平緩，假設(shè)不加電氣制動，轉(zhuǎn)速將下降很慢，如圖中的虛線1。投入

5、電氣制動后，發(fā)電機(jī)將迅速下降，轉(zhuǎn)速越底，制動越明顯。3 三峽左岸電站發(fā)電機(jī)電氣制動原理及設(shè)備組成 三峽左岸電站共裝設(shè)14臺額定功率為700MW的水輪發(fā)電機(jī)組。發(fā)電機(jī)單機(jī)額定容量為778MVA、最大容量為840 MVA；其中6臺由VGS公司提供，8臺由ABB公司提供。電氣制動系統(tǒng)采用采用定子繞組三相直接對稱短路方式，采用單獨(dú)配備制動勵磁設(shè)備的發(fā)電機(jī)制動安裝。制動電源采用AC400V廠用電，經(jīng)制動電源開關(guān)S105、制動變、制動整流柜、制動開關(guān)S106到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)，與勵磁整流柜直流輸出側(cè)并接在一同，如圖二所示。S101 三峽的短路開關(guān)并不象國內(nèi)其他電廠那樣采用隔分開關(guān)做發(fā)電機(jī)定子三相短路開關(guān)，而是

6、采用由ABB公司HEC3型SF6發(fā)電機(jī)斷路器。隔分開關(guān)雖然構(gòu)造簡單，價錢低，便于布置，但因合閘時電流較大、動作停機(jī)頻繁或動作速度低等緣由而容易產(chǎn)生觸頭燒損，在國內(nèi)個別水電站中曾經(jīng)發(fā)生過觸頭燒損的事故。因此，對于三峽電廠而言，為了保證單機(jī)容量700 MW的特大型機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)平安，三峽左岸電站選用HEC3型SF6發(fā)電機(jī)斷路器作為發(fā)電機(jī)電氣制動開關(guān)是適宜的。 制動電源開關(guān)S105采用SIEMENS公司3WN6開關(guān)，當(dāng)開關(guān)的操作把手置遠(yuǎn)方位置時，由勵磁調(diào)理器控制。制動整流器采用SIEMENS公司6QA5013-1A可控硅整流器，國內(nèi)其他廠家電廠采用二極管作變流設(shè)備，這種方式雖然簡單，但沒有方法對制動勵磁電

7、流進(jìn)展調(diào)理控制。制動變?yōu)轫樚禺a(chǎn)干式環(huán)氧澆筑變壓器，制動開關(guān)S106為SIEMENS公司3AH3真空斷路器。三峽左岸發(fā)電機(jī)電氣額定制動電流定子電流為26KA；制動安裝任務(wù)時間不小于10min；制動時勵磁電壓：192V(VGS) 226V(ABB)；電氣制動時勵磁電流：2124A(VGS) 2209A (ABB) 下面對各主要設(shè)備作一些簡單引見：3.1 短路開關(guān)發(fā)電機(jī)制動開關(guān)安裝主要由HEC3型SF6發(fā)電機(jī)斷路器和三相短接線兩部分組成。HEC3型SF6發(fā)電機(jī)斷路器為程度布置的三相整體構(gòu)造，三個帶金屬封鎖外殼的單相滅弧室斷路器和液壓彈簧操作機(jī)構(gòu)、控制柜等設(shè)置在一個共用的金屬構(gòu)造底盤支架上，斷路器采用

8、三相機(jī)械聯(lián)動、液壓彈簧機(jī)構(gòu)操作的方式。在每臺套制動開關(guān)安裝的動觸頭發(fā)電機(jī)主回路離相封鎖母線側(cè)裝設(shè)3組9臺電壓互感器，電壓互感器為環(huán)氧樹脂澆注單相構(gòu)造，每相3臺置于單相金屬封鎖外殼內(nèi)；在每臺套制動開關(guān)安裝的另一端靜觸頭側(cè)金屬封鎖外殼內(nèi)裝設(shè)3個單相接地開關(guān)，接地開關(guān)三相機(jī)械聯(lián)動，三相共用一個電動機(jī)構(gòu)。發(fā)電機(jī)制動開關(guān)安裝的三相短接線采用封鎖母線，裝于制動開關(guān)安裝的靜觸頭側(cè)。三峽左岸電站每臺發(fā)電機(jī)配置一套發(fā)電機(jī)制動開關(guān)安裝，制動開關(guān)安裝布置安裝于各機(jī)組段75.3m高程上游副廠房內(nèi)，制動開關(guān)安裝動觸頭側(cè)端子與發(fā)電機(jī)主回路離相封鎖母線垂直段T接頭程度銜接。每臺發(fā)電機(jī)制動開關(guān)安裝均配置1臺控制柜，柜中包括所

9、需的全部機(jī)械和電氣控制部件，實(shí)現(xiàn)對制動開關(guān)安裝的遠(yuǎn)方和現(xiàn)地操作，接納和執(zhí)行計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出的分、合閘指令并與500kV高壓側(cè)單元斷路器、勵磁和調(diào)速系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)鎖。32電氣制動變壓器采用順德特種變壓器廠還羊角主干是變壓器，絕緣等級F級，由于VGS機(jī)組和ABB機(jī)組容量不同，所以有些詳細(xì)參數(shù)也有一定差別：VGS機(jī)組ABB機(jī)組電壓變比400V/3/192V400V/3/226V容量625KVA791KVA接線組別Yd11Yd11任務(wù)頻率50Hz50Hz報警溫度140140跳閘溫度150150制動變壓器的溫度控制完全由制動變本體的溫控器實(shí)現(xiàn)，溫控器并不將報警及動作跳閘信號送至勵磁系統(tǒng)，因此，當(dāng)制動

10、變溫度超高報警，或者過溫跳閘，勵磁系統(tǒng)都不會有報警或者別的動作指令發(fā)出。制動電源進(jìn)線開關(guān)S105：安裝在400V機(jī)組動力盤段母線上。33電氣制動整流柜柜內(nèi)安裝有一個完好的可控硅三相全控整流橋作為電氣制動的變流設(shè)備，采用siemens公司6QA501可控硅整流組件，可控硅元件反向峰值電壓2500V元件額定正向平均電流2100 A。裝有熔斷器共六組12個：分別為六個整流支臂的輸入保險，單個熔斷器的容量是710A。柜門上有兩塊表計，一塊為輸出電流表，是制動整流柜的實(shí)踐輸出電流值，量程為4000A：另一塊監(jiān)視本整流柜六個支臂輸出電流的平衡程度，當(dāng)其中一個指示燈熄滅時，表示功率柜有單臂掉相的情況，此時，

11、勵磁系統(tǒng)將自動將此功率柜退出運(yùn)轉(zhuǎn)，并發(fā)出一個報警信息，由于調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，在單元控制室內(nèi)運(yùn)用手機(jī)時，會影響此電流平衡安裝的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，所以如今曾經(jīng)將此安裝的靈敏度調(diào)低。在柜體頂部的左側(cè)有兩個紅色的指示燈：當(dāng)直流滅磁開關(guān)S101合閘時，指示燈點(diǎn)亮，但指示燈點(diǎn)亮并不代表勵磁系統(tǒng)投入或退出運(yùn)轉(zhuǎn)。柜體上部裝有冷卻風(fēng)機(jī)，在勵磁系統(tǒng)投入運(yùn)轉(zhuǎn)之后，一組風(fēng)機(jī)將會自動啟動，兩組冷卻風(fēng)機(jī)每次輪換投入運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)功率柜檢測道風(fēng)量低時，會自動啟動另一組風(fēng)機(jī)，假設(shè)啟動另一組風(fēng)機(jī)之后，冷卻風(fēng)量仍低，那么勵磁系統(tǒng)會將此功率柜退出運(yùn)轉(zhuǎn)。4 三峽電氣制動控制流程三峽左岸電站電氣制動控制自動化程度比較高，正常停機(jī)情況下，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出

12、停機(jī)令時，勵磁系統(tǒng)首先進(jìn)展逆變滅磁，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速降到50%的時候，監(jiān)控系統(tǒng)首先合上短路開關(guān)，勵磁系統(tǒng)在判別制定投入的條件都滿足后，首先投上制動開關(guān)S106，斷開滅磁閥片投入開關(guān)S107，合上制動電源開關(guān)S105，同時，在調(diào)理器柜內(nèi)同步切換開關(guān)將勵磁同步變壓器切至制動同步變壓器，觸發(fā)脈沖安裝的同步信號源從勵磁變壓器側(cè)切換至制動變壓器側(cè)；勵磁系統(tǒng)將從AVR調(diào)理方式切換至ECR調(diào)理方式，調(diào)理器向制動整流柜加脈沖，使其向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加勵磁，啟動制動回路任務(wù)。電氣制動投入命令“Electrical braking ON只能從遠(yuǎn)方發(fā)出，在“現(xiàn)地控制方式下沒有投入電氣制動的權(quán)限。電氣制動投入運(yùn)轉(zhuǎn)時，勵磁系統(tǒng)任務(wù)

13、在ECR方式，因此，假設(shè)要調(diào)理定子電流，即只能經(jīng)過調(diào)整勵磁電流設(shè)定值來改動。實(shí)踐上，勵磁電流是按照在電氣制動時，使制動電流接近額定的定子電流來設(shè)定的。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出電氣制動退出“Electrical braking OFF命令之后，觸發(fā)脈沖安裝將封鎖觸發(fā)脈沖，制動整流橋?qū)⒈魂P(guān)斷；觸發(fā)脈沖安裝將切換回主整流橋；同步信號源也將切換至勵磁變壓器側(cè)；勵磁系統(tǒng)將切換回AVR調(diào)理方式；電氣制動過程中有最大時限限制，這個時限是為了維護(hù)轉(zhuǎn)子及制動變壓器。當(dāng)電氣制動超時，勵磁系統(tǒng)內(nèi)部將發(fā)出電氣制動退出的指令，退出電氣制動，同時，會在操作面板上顯示報警缺點(diǎn)及報警信息。電氣制動退出開關(guān)得分和順序與電氣制動投入的根本

14、相反，除了S106和S105以外，即電氣制動投入時S106先合S105后合，電氣制動退出時S106先分S105后分。以下圖是三峽左岸電站發(fā)電機(jī)電氣制動時序圖圖三 電氣制動投入時序圖 0.1second/divElectrical brake ON command from remote Electrical brake ON internalPulse releaseS105S106Short circuit beakerS101Mode electrical brakingExcitation ON internalExcitation is ON 圖四 電氣制動退出時序圖 0.1secon

15、d/divElectrical brake OFF command from remote Electrical brake OFF internalNegative ceiling votage Excitation is OFFExcitation OFF internalMode electrical brakingS106S105De-excitation timeS1015投產(chǎn)后運(yùn)轉(zhuǎn)情況引見三峽左岸電站目前已有8臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，不論是實(shí)驗(yàn)或者是正常的停機(jī)操作，電氣制動每次均能準(zhǔn)確地投入和退出。實(shí)測各臺機(jī)與設(shè)計有一點(diǎn)小差別：電氣制動時定子電流16000A至17000A，勵磁電流2100A左右，投入電氣制動后制動效果明顯，從50%到停機(jī)時間為160秒左右，從錄波圖可以看出其低速范圍內(nèi)制動作用非常好。三峽工程舉世矚目，為了保證單機(jī)容量700MW的特大型機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)平安，三峽左岸電站選用HEC3型SF6發(fā)電機(jī)斷路器作為發(fā)電機(jī)電氣制動的短路開關(guān)，在整個電氣制動回路中siemens也采用了一些獨(dú)特的技術(shù)。投產(chǎn)以后運(yùn)轉(zhuǎn)情況還比較理想。參考文獻(xiàn)：日山本潤二、林重雄等 現(xiàn)代水力發(fā)電機(jī)制動安裝 三菱電機(jī)技報 vol.49 No.9 1975徐青山等 水輪發(fā)電機(jī)組電氣制動技術(shù)分析 電力自動化設(shè)備 2002.8第8期趙鑫 三峽左岸電站發(fā)電機(jī)電氣制動開關(guān)安裝的設(shè)計 中國三峽建立 200