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　　電力自動(dòng)化設(shè)備水輪發(fā)電機(jī)組電氣制動(dòng)技術(shù)分析徐青山\樂秀笈，陳俊2，張欣3（1.河海大學(xué)電氣工程學(xué)院，江蘇南京210098；2.東南大學(xué)電氣工程系，江蘇南京210096；3.江蘇省電網(wǎng)調(diào)度通信中心，江蘇南京210024）有制動(dòng)力矩大、停機(jī)速度快、清潔無污染，但隨著當(dāng)前推力軸瓦的較大改善，機(jī)械制動(dòng)也日趨成為可能。就新形勢下水輪發(fā)電機(jī)組采用電氣制動(dòng)技術(shù)中存在的一些問題，如加裝電氣制動(dòng)裝置帶來資金、場地的困難，以及在已安裝電氣制動(dòng)的機(jī)組上實(shí)際運(yùn)行所暴露出的制動(dòng)電流過大，投入時(shí)間間隔過短等缺陷提出了將電氣制動(dòng)與勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)合、電氣制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)混合制動(dòng)的改良措施。

　　312：A文章編號(hào)：1006― EleetroniePublishfebu筆者建議如果目刖機(jī)組的機(jī)械制動(dòng)性能良20世紀(jì)80年代后期開始，電氣制動(dòng)技術(shù)己經(jīng)逐步替代機(jī)械制動(dòng)在大中型水電機(jī)組中得到廣泛的應(yīng)用。然而隨著機(jī)械制造技術(shù)的提高與完善，機(jī)組推力軸瓦材料己經(jīng)得到了極大的改進(jìn)，機(jī)械制動(dòng)的不足正逐步得到改善；相反，對(duì)于己安裝電氣制動(dòng)裝置的機(jī)組在實(shí)際中暴露出種種缺陷，要加電氣制動(dòng)設(shè)備而出現(xiàn)的資金、屏柜布置上的困難等，使電氣制動(dòng)的應(yīng)用受到影響。因此在新的形勢下如何認(rèn)識(shí)電氣制動(dòng)的作用，以及對(duì)現(xiàn)行的不足采取怎樣的對(duì)策，很有必要予以進(jìn)一步的研究。

　　1對(duì)電氣制動(dòng)的再認(rèn)識(shí)1.1電氣制動(dòng)的基本原理與理論當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)與電力系統(tǒng)解列后，機(jī)組進(jìn)入停機(jī)過程。由于機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)部件具有較大的慣性，機(jī)組在短時(shí)間內(nèi)不能停止運(yùn)轉(zhuǎn)。但機(jī)組軸承是不允許機(jī)組較長時(shí)間處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的，這是因?yàn)闄C(jī)組推力軸承軸瓦的油膜形成與機(jī)組的轉(zhuǎn)速有關(guān)，機(jī)組在低速下旋轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致油膜的破壞繼而出現(xiàn)干摩擦，而燒毀軸瓦。

　　電氣制動(dòng)的工作原理是基于同步電機(jī)的電樞反應(yīng)。當(dāng)機(jī)組與電網(wǎng)解列，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁后，使定子三相短路，同時(shí)給發(fā)電機(jī)加勵(lì)磁電流，使它產(chǎn)生一個(gè)方向與機(jī)組慣性力矩的方向相反，具有強(qiáng)大制動(dòng)作用的電磁力矩。勵(lì)磁電流由廠用電系統(tǒng)經(jīng)整流后的外部電源供給。

　　電氣制動(dòng)投入前需滿足下述條件：發(fā)電機(jī)必須從電網(wǎng)解列。

　　磁場必須滅磁，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓降到殘壓。

　　導(dǎo)葉關(guān)閉，機(jī)組不再有原動(dòng)力矩。

　　發(fā)電機(jī)無內(nèi)部電氣故障。1.2電氣制動(dòng)的優(yōu)越性傳統(tǒng)的機(jī)械制動(dòng)一般采用制動(dòng)閘和制動(dòng)環(huán)直接接觸產(chǎn)生摩擦阻力而起制動(dòng)作用，但制動(dòng)環(huán)、風(fēng)閘易因機(jī)械疲勞而變形龜裂；且摩擦產(chǎn)生的粉塵混入發(fā)電機(jī)的循環(huán)空氣中，隨油霧粘附在定子線圈端部和鐵芯風(fēng)溝表面，影響發(fā)電機(jī)的絕緣和散熱，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。

　　電氣制動(dòng)就是為了克服機(jī)械制動(dòng)的缺點(diǎn)而提出來的。它的最大優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。根據(jù)同步電機(jī)理論可知制動(dòng)力矩Me可表達(dá)為11/n，即制動(dòng)力矩是隨機(jī)組轉(zhuǎn)速下降而大，當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時(shí)達(dá)到峰值，這正是區(qū)別于機(jī)械制動(dòng)力矩的最大優(yōu)點(diǎn)。

　　電氣制動(dòng)除了制動(dòng)力矩大這個(gè)特性之外，也比較潔凈，且檢修維護(hù)方便，滿足系統(tǒng)調(diào)峰，機(jī)組開停機(jī)操作頻繁的要求。

　　1.3制動(dòng)模式的趨向1.3.1單獨(dú)配備勵(lì)磁設(shè)備的同步發(fā)電機(jī)制動(dòng)裝置所示獨(dú)立的電氣制動(dòng)裝置簡單，通用性強(qiáng)，適用于所有水輪發(fā)電機(jī)組，特別是對(duì)于己運(yùn)行機(jī)組設(shè)電氣制動(dòng)功能更為合適。但是這種模式投資大，需另設(shè)屏柜，加了布置上的困難。近年來推力軸瓦的改進(jìn)和完善，使得電氣制動(dòng)的這一缺點(diǎn)更加好，風(fēng)閘靈活且沒有發(fā)卡現(xiàn)象，開停機(jī)次數(shù)不多，并且推力軸承已經(jīng)使用或準(zhǔn)備更改成塑料瓦，則不必安裝這樣一套獨(dú)立的裝置。

　　1.3.3電氣制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)相配合電氣制動(dòng)只適合于機(jī)組的正常停機(jī)或非機(jī)械及電氣事故的機(jī)組事故停機(jī)。因此，機(jī)組的機(jī)械制動(dòng)仍然是不可缺少的。機(jī)組在低轉(zhuǎn)速時(shí)可采用投入機(jī)械制動(dòng)的混合制動(dòng)方式，因?yàn)樵诘退伲?0%額定轉(zhuǎn)速）時(shí)投入機(jī)械制動(dòng)其磨損程度也是最小的，不會(huì)造成對(duì)發(fā)電機(jī)繞組的污染。當(dāng)然，考慮到電氣制動(dòng)可能失效時(shí)機(jī)械制動(dòng)必須能可靠地進(jìn)行制動(dòng)停機(jī)，一般宜在30%~40%額定轉(zhuǎn)速時(shí)投入機(jī)械制動(dòng)。

　　2現(xiàn)行電氣制動(dòng)的完善對(duì)策2.1優(yōu)化選擇電氣制動(dòng)參數(shù)停機(jī)中制動(dòng)電流是一個(gè)極其重要的參數(shù)，由電氣制動(dòng)力矩公時(shí)投入。

　　對(duì)于在系統(tǒng)中處于調(diào)峰調(diào)頻地位的機(jī)組，由于開停機(jī)操作比較頻繁，尚需解決好機(jī)組電氣制動(dòng)投入時(shí)間間隔的問題。既要保證正常快速開停機(jī)，又要確保機(jī)組在停機(jī)過程中不受到大的磨損。必要時(shí)可與系統(tǒng)中的調(diào)度部門磋商確定最小間隔時(shí)間。在間隔時(shí)間內(nèi)，制動(dòng)被閉鎖。具體實(shí)現(xiàn)辦法是：在啟動(dòng)制動(dòng)的回路中加裝一個(gè)時(shí)間繼電器，每啟動(dòng)一次后需歷經(jīng)事先確定好的時(shí)間間隔后方才自動(dòng)回歸，解除電氣制動(dòng)。

　　2.2處理好電氣制動(dòng)與電氣保護(hù)的關(guān)系2.2.1設(shè)置電氣制動(dòng)系統(tǒng)的固有保護(hù)電氣制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置自身的保護(hù)裝置。在電氣制動(dòng)投入運(yùn)行中，可能因整流變壓器或整流器短路，也可能因整流單元失控而造成事故。因此，應(yīng)在整流變壓器高壓側(cè)設(shè)置過電流保護(hù)，在定子三相短路開關(guān)側(cè)設(shè)置過電流保護(hù)，以保證電氣制動(dòng)在故障時(shí)能安全退出。

　　2.2.2保證電氣制動(dòng)與其他保護(hù)的協(xié)調(diào)棒接頭熔化的現(xiàn)象kflf發(fā)Me故避a厭制動(dòng)電電滕褓ingHouse.電氣制動(dòng)投入后，發(fā)電機(jī)定子電流頻率隨轉(zhuǎn)速的下降而下降。對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的發(fā)電機(jī)組，在電氣制動(dòng)停機(jī)轉(zhuǎn)速降至1/3額定轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)電機(jī)定子繞組中三次諧波電勢引起的基波電壓諧振，消弧線圈二次電壓值升高，直接導(dǎo)致零序過電壓型定子接地保護(hù)誤動(dòng)。解決的辦法是將制動(dòng)短路開關(guān)QFdk短路接地（），以消除基波電壓諧振回路中的容抗變量，從而防止基波電壓諧振的發(fā)生。此法簡單可行，安全可靠，國內(nèi)己有許多機(jī)組采用電氣制動(dòng)方法停機(jī)。

　　電氣制動(dòng)的短路點(diǎn)一般也在縱差動(dòng)保護(hù)區(qū)內(nèi)。

　　所以在制動(dòng)過程中形成的差流會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。解決的方法是在電氣制動(dòng)投入條件滿足后，啟動(dòng)接觸器將電流互感器回路短接或在電氣制動(dòng)時(shí)閉鎖差動(dòng)保護(hù)。國外亦有采用在三相短路開關(guān)QFdk上裝三相TA，接入差動(dòng)保護(hù)電流回路中，這樣在電氣制動(dòng)時(shí)因電流平衡，保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)，因此不需要將差動(dòng)保護(hù)退出。

　　電氣制動(dòng)也影響到發(fā)電機(jī)的負(fù)序電流保護(hù)。原因是一般負(fù)序電流繼電器都是按常規(guī)50Hz情況進(jìn)行設(shè)計(jì)的，沒有低頻補(bǔ)償措施。在電氣制動(dòng)過程的低頻區(qū)，對(duì)于繼電器中含有電磁元件的電流轉(zhuǎn)換裝置，由于鐵芯飽和的影響以及LC元件參數(shù)的變化，破壞了參數(shù)平衡，將使不平衡輸出大，在某一頻率下，可能大于整定值，啟動(dòng)執(zhí)行元件引起誤動(dòng)。關(guān)于這一方面的深入研究，中有較詳盡的論述。

　　3結(jié)語電氣制動(dòng)由于在低轉(zhuǎn)速下良好的制動(dòng)特性，且對(duì)電機(jī)不造成任何污染，是公認(rèn)的環(huán)保型制動(dòng)方式。

　　電氣制動(dòng)能有效地縮短停機(jī)時(shí)間，有效改善推力軸瓦的運(yùn)行工況。機(jī)械制動(dòng)在機(jī)組推力軸瓦有良好的改善之后，雖可以在較低轉(zhuǎn)速下制動(dòng)，在一定程度上減輕了制動(dòng)摩擦所造成的機(jī)械損傷和粉塵危害，然而問題并沒有得到根本的解決，只是危害程度降低而己，同時(shí)不可避免的帶來停機(jī)時(shí)間長的缺陷。所以現(xiàn)今，快速清潔的電氣制動(dòng)方式還應(yīng)作為首選考慮。特別是對(duì)于電氣制動(dòng)與勵(lì)磁系統(tǒng)結(jié)合的模式，具有良好的經(jīng)濟(jì)性，可有效地減少現(xiàn)場設(shè)備及其占地面積。機(jī)械制動(dòng)除可作為制動(dòng)后備考慮外，在低轉(zhuǎn)速時(shí)可配合電氣制動(dòng)使用，以期更有效地制動(dòng)。