电气制动系统在水电机组上应用的改进

电力18讯：    摘  要：介绍了电气制动系统的工作原理和实现方式，为保证电气制动系统的可靠性，从控制器控制软件以及控制回路上采取了多种措施，实现了可靠的电气制动，满足了无人值班运行及系统调峰的要求。
     关键词：电气制动  应用  可靠性 　
　　
    乌溪江水电厂扩建的1台100 MW的水轮发电机组按无人值班（少人值守）的原则设计，是目前华东电网单机容量最大的常规水电机组，承担着电网的调峰调频任务，机组启停十分频繁，平均每天开机十余次。电气制动系统由哈尔滨电力自动化技术研究所生产，与机组同步于1996年11月投入运行。在实际运行中通过不断完善控制特性 ，在提高可靠性上采取了不少措施，使电气制动系统完全能适应无人值班运行要求。

1 电气制动的工作原理和实现方式
1.1 发电机主要参数
    额定功率：100 MW           额定电压：13．8 kV  
     额定电流：4782 A           额定功率因数：0．875  
     额定转速：187．5r／min     额定励磁电流：1216 A
    额定励磁电压：268 V        短路比：1．15 　　
    转子电阻：0．00274Ω
1.2 电气制动的工作原理
　　为了克服水轮发电机在停机过程中使用传统的机械制动所引起的制动块的磨损而造成的严重污染，影响电机的绝缘和散热，增加运行维护工作量。在发电机停机过程中，在转子回路中接入直流电流，进行电气制动是较理想的停机方法。
　　电气制动的工作原理是基于同步发电机能耗制动的原理。当机组停机，水轮机导叶关闭，发电机转子经一定时间的灭磁后，机端仅存由发电机剩磁决定的残压。此时 ，机组转子上存在4种转矩，由机组转动惯量决定的惯性转矩与原有速度的方向相同,而发电机的机械摩擦阻力矩、发电机的空气摩擦阻力矩、水轮机转轮的水阻力矩的方向与原速度方向相反。此时电气制动装置自动捕捉电气制动允许通过的条件，条件一旦满足，由短路开关将发电机出口三相短路，然后重新施加励磁。根据同步发电机的电枢反应原理，此时将发生电枢反应，电枢反应的直轴分量仅体现为加磁场或者去磁，不反应有功转矩，而电枢反应的交轴分量则体现为有功转矩，其方向与原速度方向相反，量值为：
                           
式中   Tet―电气制动转矩；
       IF―发电机电气制动短路电流；
       Xd―发电机同步电抗；
       R―发电机定子绕组电阻（每相值）；  
       S―转速比。
　　上述电气制动转矩就能达到机组克服惯性转矩而停机的目的。扩建的100 MW的水电机组停机制动系统就是采用发电机出口直接三相短路的方式。
1.3 电气制动的实现方式
　　停机制动系统采用三相桥式不可控整流接线，电气制动电源由厂用电380 V经制动变压器ZDB供给，具体接线方式见图1。
                             
                             
　　当用于控制的可编程控制器（三菱的F1－60MR）捕捉到投入电气制动的条件：机组与系统解列，停机指令发出，机组无电气事故，机端电压低于10%额定电压，导叶全关且机组转速到60%额定转速后，电制动短路开关FDK合闸。合闸到位后延时合直流开关ZLK，两者都到位后，延时合交流开关JLK。为了改善低转速下推力轴瓦的运行工况，在10%额定转速时，投入机械制动。待机组转速至零后，按照从JLK、ZLK到FDK合闸的顺序，将机组回复到下一次的开机准备状态。
2 电气制动对机组保护的影响
    (1)对差动保护的影响
　　电气制动短路点的设置，正处在发电机差电流全区保护范围之内，所以在电制动投入时，在差动保护回路内形成差电流，导致差动保护误动作、误发信号。消除办法是设置短接差电流的接触器，即在电气制动投入的条件