電氣制動(dòng)裝置說(shuō)明書(shū)

1、文件名稱： 使用說(shuō)明書(shū)主題： HDZ-01電氣制動(dòng)裝置說(shuō)明書(shū)摘要：更改記錄版本1.01.12.02.1編寫LXDZGJSJ、LXDZGJ編寫時(shí)間2002年3月2003年4月2004年4月2005年10月審定ZXLXDLXDLXD審定時(shí)間2002年3月2003年4月2004年4月2005年10月目 錄第一部分 概述3第二部分 理論基礎(chǔ)4第三部分 HDZ-01電氣制動(dòng)系統(tǒng)介紹6一、系統(tǒng)原理圖6二、電氣制動(dòng)控制柜71、PLC（可編程邏輯控制器）介紹72、二極管三相整流橋介紹8三、定子短路真空開(kāi)關(guān)柜9第四部分 電氣制動(dòng)流程說(shuō)明101、電氣制動(dòng)啟動(dòng)條件102、電制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行元件動(dòng)作順序113、電氣制動(dòng)系

2、統(tǒng)設(shè)置的信號(hào)114、電氣制動(dòng)系統(tǒng)軟件流程框圖12第五部分 HDZ-01電氣制動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)與維護(hù)14一、HDZ-01電氣制動(dòng)操作說(shuō)明14二、HDZ-01電氣制動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)141、出廠調(diào)試142、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試15三、基本維護(hù)15第一部分 概述水輪發(fā)電機(jī)組由于啟動(dòng)、停機(jī)方便迅速，因而在電網(wǎng)系統(tǒng)中常肩負(fù)起調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用的重大責(zé)任。大、中型水輪發(fā)電機(jī)組在停機(jī)過(guò)程中。為了縮短機(jī)組的惰行時(shí)間，防止在轉(zhuǎn)速逐漸下降過(guò)程中推力軸承的油膜減薄、變干、發(fā)生硬碰硬的摩擦而燒壞推力軸瓦的現(xiàn)象，水輪發(fā)電機(jī)組在低轉(zhuǎn)速區(qū)必須進(jìn)行連續(xù)的強(qiáng)制剎車。傳統(tǒng)的機(jī)械活塞制動(dòng)器雖然有操作簡(jiǎn)單方便，制動(dòng)時(shí)間短、工作可靠性高，通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但當(dāng)

3、機(jī)組頻繁啟停時(shí)制動(dòng)閘塊磨損得特別快，每年需要更換一次，質(zhì)量好的至少兩年也要更換一次。尤其是機(jī)組被迫在高轉(zhuǎn)速下投入機(jī)械制動(dòng)時(shí)，由于機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量巨大，制動(dòng)閘塊和制動(dòng)盤間將產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦和扭曲應(yīng)力，造成制動(dòng)盤變形、龜裂甚至折斷損壞。目前國(guó)內(nèi)制動(dòng)閘結(jié)構(gòu)普遍存在的問(wèn)題是，制動(dòng)投入后，閘塊往往不能自行落下，每次停機(jī)均需要運(yùn)行人員冒著粉塵、煙霧、刺鼻的焦臭味，去逐一檢查和敲下緊緊粘連在制動(dòng)上的制動(dòng)閘塊。這樣，不但增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，而且實(shí)際上也被迫降低了機(jī)組開(kāi)停機(jī)的自動(dòng)化水平。水電站的工作場(chǎng)合都安排在壩區(qū)下層，以致每被迫進(jìn)行一次高轉(zhuǎn)速的機(jī)械制動(dòng)，粉塵驟然飛揚(yáng)，一種特殊的帶有強(qiáng)烈刺激性的臭味，在壩底回旋飄溢，很長(zhǎng)

4、時(shí)間都不能消失。機(jī)械制動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的大量粉末塵埃，不僅污染、惡化了本來(lái)就不十分好的運(yùn)行環(huán)境，同時(shí)這些導(dǎo)電和不導(dǎo)電的固態(tài)粉塵還混入了冷卻空氣中，隨油霧粘附在發(fā)電機(jī)的定子線圈端，厚厚地堵塞住鐵芯風(fēng)溝，不利于電機(jī)的散熱，也降低了機(jī)組的絕緣水平，威脅著發(fā)電機(jī)的運(yùn)行安全。更有甚者，由于其固定螺栓的斷裂，還有打壞轉(zhuǎn)子風(fēng)扇以及定子線棒的，造成惡性事故。為了清洗定子線圈和鐵芯的風(fēng)溝，電廠每年還需要使用成噸的有較強(qiáng)毒害作用的四氯化碳。這不僅是一種額外的經(jīng)濟(jì)上的付出，更重要的是給操作人員的健康帶來(lái)無(wú)法補(bǔ)償?shù)膿p害。由于機(jī)械制動(dòng)存在著上述缺點(diǎn)，國(guó)外現(xiàn)已普遍推廣采用電氣制動(dòng)的停機(jī)技術(shù)。電制動(dòng)具有制動(dòng)力矩大、停機(jī)時(shí)間短，

5、（另外還因?yàn)樗且环N非接觸式的制動(dòng)技術(shù)，所以）無(wú)環(huán)境污染、制動(dòng)投入轉(zhuǎn)速不受任何限制以及設(shè)備維護(hù)檢修方便等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，電制動(dòng)作為一種實(shí)用性的技術(shù)，它的局限性在于水輪發(fā)電機(jī)組采用電制動(dòng)停機(jī)技術(shù)時(shí)系統(tǒng)接線比較復(fù)雜；另外當(dāng)機(jī)組內(nèi)部有電氣故障時(shí)，電制動(dòng)不能投入；閘門漏水嚴(yán)重，導(dǎo)葉缺損以至使轉(zhuǎn)子在自由惰行狀態(tài)下，長(zhǎng)時(shí)間一直保持在30%的額定轉(zhuǎn)速以上，降不下來(lái)時(shí)，機(jī)械制動(dòng)方式必須作為停機(jī)的輔助或最后手段而保留。第二部分 理論基礎(chǔ)在機(jī)組解列后，定子三相短路，向轉(zhuǎn)子繞組中輸入一恒定直流電流，則在定子中產(chǎn)生感應(yīng)電流。該電流在定子繞組中產(chǎn)生銅耗制動(dòng)力矩，使機(jī)組減速制動(dòng)到停機(jī)。這里我們要強(qiáng)調(diào)的是定子中的短路電流I 是

6、一恒定值，不隨機(jī)組轉(zhuǎn)速下降而變化。因?yàn)楦鶕?jù)同步電機(jī)理論可知：電氣制動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)轉(zhuǎn)子線圈的勵(lì)磁電流是相對(duì)恒定的，故可以認(rèn)為基波每極磁通量亦是恒定的。 ( 1 )式中：為發(fā)電機(jī)組定子電勢(shì)；尺為定子有效電阻；為發(fā)電機(jī)直軸同步電抗；為機(jī)組轉(zhuǎn)速。由同步電機(jī)理論電氣制動(dòng)力矩可表達(dá)為： ( 2 )式中，為銅損耗功率；為角速度， 為常系數(shù)?？梢?jiàn)電磁轉(zhuǎn)矩最大點(diǎn)在轉(zhuǎn)速滿足 ，而轉(zhuǎn)速在零時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩也為零。定性分析如下：制動(dòng)時(shí)磁通不飽和，考慮制動(dòng)時(shí)間比較長(zhǎng)，遠(yuǎn)大于發(fā)電機(jī)的瞬態(tài)、超瞬態(tài)時(shí)間常數(shù)，穩(wěn)態(tài)時(shí)近似雙繞組變壓器，主要損耗是銅損，而不是激磁電抗的鐵損，與正常短路升流一樣特性。從公式(2)可以得出結(jié)論：由于、為常

7、數(shù)，電制動(dòng)力矩是隨機(jī)組轉(zhuǎn)速下降而增大。由此可見(jiàn)電氣制動(dòng)的特性對(duì)低轉(zhuǎn)速停機(jī)具有獨(dú)特效果。電磁轉(zhuǎn)矩與定子短路電流的平方成正比，與機(jī)組轉(zhuǎn)速成反比的關(guān)系，因此，增大定子短路電流對(duì)縮短停機(jī)時(shí)間是十分有效的。停機(jī)過(guò)程中的關(guān)鍵在于低轉(zhuǎn)速區(qū)中機(jī)組轉(zhuǎn)速下降陡度，只要電氣制動(dòng)電流等于以至大于定子的額定電流，電氣制動(dòng)在低速區(qū)能夠獲得令人滿意的轉(zhuǎn)速下降率，同時(shí)也表明，在正常停機(jī)運(yùn)行的工況下，僅用電氣制動(dòng)也是成功可靠的，這一點(diǎn)在工程實(shí)踐中已得到證明。第三部分 HDZ-01電氣制動(dòng)系統(tǒng)介紹一、系統(tǒng)原理圖HDZ-01電氣制動(dòng)系統(tǒng)主要由如下三部分構(gòu)成：1電制動(dòng)控制柜2電制動(dòng)電源變壓器3定子短路真空開(kāi)關(guān)柜 系統(tǒng)原理圖如下：圖1

8、二、電氣制動(dòng)控制柜 電氣制動(dòng)控制柜主要由PLC控制部分、二極管三相整流橋等部件組成。1、PLC（可編程邏輯控制器）介紹PLC是面向用戶的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有許多明顯的特點(diǎn)。1、 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)電廠的生產(chǎn)過(guò)程對(duì)控制設(shè)備的可靠性提出了很高的要求，任何一個(gè)小問(wèn)題都會(huì)造成發(fā)電機(jī)無(wú)法運(yùn)行。電廠的電氣干擾也是特別的嚴(yán)重。針對(duì)這些情況，PLC采取了一系列的措施，包括屏蔽、濾波、隔離等等使PLC能在惡劣的環(huán)境下可靠的工作，平均故障間隔時(shí)間（MTBF）高，故障恢復(fù)時(shí)間短。2、 豐富的I/O接口模塊PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)有相應(yīng)的I/O模塊和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備直接相連，為了提高操作性能和直觀性，它還有多種人機(jī)接

9、口模塊。3、 編程簡(jiǎn)單PLC的梯形圖編程語(yǔ)言類似于繼電器控制線路的梯形圖，它繼承了傳統(tǒng)控制線路的清晰直觀，又考慮到工程技術(shù)人員的讀圖習(xí)慣，易于接受，因此受到普遍歡迎。在最初的體形圖變成語(yǔ)言中，主要由人們熟悉的常開(kāi)觸點(diǎn)、常閉觸點(diǎn)和線圈、定時(shí)、計(jì)數(shù)等符號(hào)組成，對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此很容易被一般工程技術(shù)人員甚至技術(shù)工人理解和掌握。4、 安裝方便、維修方便PLC不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC的I/O端口相連接，系統(tǒng)便可投入運(yùn)行。PLC的 各種模塊上均設(shè)有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解PLC的運(yùn)行情況和查找故障。為適應(yīng)各種工

10、業(yè)控制需要除了單元式的小型PLC外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。由于PLC采用了模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過(guò)更換模塊的方法是系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。5、 配套齊全、功能完善 PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以適用各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。PLC除了邏輯功能外，現(xiàn)代PLC幾乎都有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可以用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái)，由于PLC只能化單元模塊的大量涌現(xiàn)，使PLC的應(yīng)用滲透到了位置控制溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制，加上PLC通訊能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使PLC組成各種控制系統(tǒng)變的非常容易。6、 體積小、重量輕、能耗低目前的超小型

11、PLC，其底部尺寸小于100mm*100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于PLC體積小很容易裝如機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。7、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試周期短PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，與傳統(tǒng)的繼電器控制方式相比，大大的減少了控制設(shè)備的外接線；PLC系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)任務(wù)僅僅是依據(jù)對(duì)象的要求配置適當(dāng)?shù)哪K，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建造周期大大縮短了。HZD-01型電氣制動(dòng)裝置采用日本三菱公司FX1S-30MR-D型PLC，該P(yáng)LC主要性能參數(shù)如下：l I/O接口30點(diǎn)，16點(diǎn)輸入，14點(diǎn)輸出。l CPU、電源、輸入輸出合為一體。l 機(jī)身小巧、高速運(yùn)算?；局噶?.55us-0.7us/指令，應(yīng)

12、用指令3.7us-數(shù)百us/指令。l 2000步的EEPROM存儲(chǔ)器。l 輔助繼電器512點(diǎn)、定時(shí)器64點(diǎn)、計(jì)數(shù)器32點(diǎn)、數(shù)據(jù)寄存器256點(diǎn)。l RUN/STOP開(kāi)關(guān)，易于操作。l 直流24V供電，功率僅8W。2、二極管三相整流橋介紹下圖2是電氣制動(dòng)功率部分一次回路原理圖 圖21、主回路圖中KP1KP6構(gòu)成了三相二極管整流橋式電路，三相交流電源通過(guò)QS刀閘輸入。 2、 保護(hù)回路整流元件承受過(guò)電流及過(guò)電壓的能力較差，為了使元件及設(shè)備的安全運(yùn)行，必須采取一定的保護(hù)措施。l 過(guò)電流保護(hù)： 短路保護(hù)裝置，采用快速熔斷器，如圖2中的RD1RD6?？焖偃蹟嗥鬟€配置有快速熔斷指示器，當(dāng)熔體熔斷時(shí)，可以發(fā)出熔

13、斷指示并點(diǎn)亮相應(yīng)的信號(hào)燈。l 過(guò)電壓保護(hù)：圖2所示，YMAYMC及YMR主要用于吸收交流側(cè)及直流側(cè)的過(guò)電壓。R1C1R6C6構(gòu)成了元件上的過(guò)電壓吸收電路。3、 信號(hào)回路l 交流側(cè)開(kāi)關(guān)和直流側(cè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，裝置現(xiàn)地指示并同時(shí)將信號(hào)發(fā)至中控室及相關(guān)控制系統(tǒng)。l b 當(dāng)熔斷器熔斷時(shí)，現(xiàn)地指示并同時(shí)將“熔斷”信號(hào)。三、定子短路真空開(kāi)關(guān)柜定子短路真空開(kāi)關(guān)柜主要作用：在電氣制動(dòng)時(shí)將發(fā)電機(jī)出口短路，形成短路電流，具體說(shuō)明請(qǐng)參照具體開(kāi)關(guān)柜使用說(shuō)明書(shū)。第四部分 電氣制動(dòng)流程說(shuō)明HDZ01型水輪機(jī)可編程控電氣制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置了“電氣制動(dòng)”、“機(jī)械制動(dòng)”和“機(jī)/電混合制動(dòng)”三種工作方式，可供電廠順應(yīng)情況靈活選擇。系統(tǒng)中也

14、設(shè)置了“手動(dòng)”操作，但是僅允許在機(jī)組靜止時(shí)使用，以便檢查HDZ01系統(tǒng)和其周邊設(shè)備是否正常。對(duì)解列后還在轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)組實(shí)施電制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，則不允許值班人員進(jìn)行“手動(dòng)”參與。HDZ01系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)不需要人的干預(yù)，是一套“傻瓜”型的裝置，體現(xiàn)在軟件編排上，主程序步驟間的運(yùn)行交接采用多口令化，以防止誤動(dòng)作發(fā)生。電制動(dòng)運(yùn)行時(shí)涉及面比較寬，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)出端都在監(jiān)視、控制之列，無(wú)論哪一個(gè)環(huán)節(jié)出了毛病都會(huì)導(dǎo)致電制動(dòng)的失敗。因此軟件編排的另一個(gè)特點(diǎn)是，多層次地設(shè)置狀態(tài)特征判斷，從而提高了軟件的智能化程度。運(yùn)行時(shí)，一旦出現(xiàn)異常情況，都能從容對(duì)待，保證水輪發(fā)電機(jī)在日常停機(jī)過(guò)程中萬(wàn)無(wú)一失。HDZ01電制動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)采

15、用“混合制動(dòng)”的工作方式，理由是：1、在轉(zhuǎn)速極低的情況下，機(jī)剎方面對(duì)電機(jī)本身帶來(lái)的損害已經(jīng)微不足道，而這一措施對(duì)于縮短停機(jī)時(shí)間，特別是對(duì)于改善推力軸承在低轉(zhuǎn)速下的運(yùn)行工況則起到了良效果。2、由于有機(jī)剎在最后把關(guān)，因而也增強(qiáng)了對(duì)采用電氣制動(dòng)措施的安全感。3、能經(jīng)常試驗(yàn)一下機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)是否仍然完好?；旌现苿?dòng)方式中，機(jī)械制動(dòng)的投入條件，一般選定在額定轉(zhuǎn)速的10%以下為好。1、電氣制動(dòng)啟動(dòng)條件電制動(dòng)PLC的啟動(dòng)信號(hào)由機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)提供。啟動(dòng)條件需要考慮在轉(zhuǎn)速條件在80%Ne，啟動(dòng)PLC控制單元(激活)，當(dāng)轉(zhuǎn)速降到60% Ne時(shí)，PLC投入運(yùn)行狀態(tài)。啟動(dòng)條件如下：a 機(jī)組油開(kāi)關(guān)跳開(kāi)。b 有停機(jī)令。c機(jī)組無(wú)

16、事故。d 導(dǎo)水葉全關(guān)。e 機(jī)組轉(zhuǎn)速小于80%Ne。f 機(jī)組機(jī)端電壓小于10V。2、電制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行元件動(dòng)作順序電制動(dòng)條件滿足后執(zhí)行元件動(dòng)作順序：投短路開(kāi)關(guān)投直流開(kāi)關(guān)投交流開(kāi)關(guān)在機(jī)組轉(zhuǎn)速降到零后，電制動(dòng)退出順序：分交流開(kāi)關(guān)分直流開(kāi)關(guān)分短路開(kāi)關(guān)。電制動(dòng)過(guò)程在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)（可設(shè)定） 或由于其他設(shè)備原因不能正常完成，則送出電制動(dòng)失敗信號(hào)。3、電氣制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置的信號(hào)電制動(dòng)系統(tǒng)能接受計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的機(jī)組現(xiàn)地控制單元(LCU)的指令，完成機(jī)組制動(dòng)過(guò)程。為此，電制動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)組現(xiàn)地控制單元及其它元件交換下列輸入、輸出信號(hào)（以I/O接口形式），以滿足控制要求：電制動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)。機(jī)組無(wú)事故信號(hào)。機(jī)組油開(kāi)關(guān)信號(hào)。導(dǎo)葉全關(guān)

17、信號(hào)。機(jī)組轉(zhuǎn)速80%Ne。機(jī)組轉(zhuǎn)速60%Ne。機(jī)組轉(zhuǎn)速10%Ne。機(jī)組轉(zhuǎn)速5%Ne。機(jī)組停機(jī)信號(hào)。短路開(kāi)關(guān)位置（合、分）信號(hào)。直流開(kāi)關(guān)位置（合、分）信號(hào)。交流開(kāi)關(guān)位置（合、分）信號(hào)。電制動(dòng)失敗信號(hào)。保護(hù)閉鎖信號(hào)?？刂品绞叫盘?hào)。電制動(dòng)系統(tǒng)所有輸入信號(hào)是以空接點(diǎn)的方式引到電制動(dòng)控制盤接線端子排上。 4、電氣制動(dòng)系統(tǒng)軟件流程框圖 第五部分 HDZ-01電氣制動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)與維護(hù)一、 HDZ-01電氣制動(dòng)操作說(shuō)明HDZ01系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)不需要人的干預(yù)，是一套“傻瓜”型的裝置，體現(xiàn)在軟件編排上，主程序步驟間的運(yùn)行交接采用多口令化，以防止誤動(dòng)作發(fā)生。電制動(dòng)運(yùn)行時(shí)涉及面比較寬，發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的進(jìn)出端都在監(jiān)視、控制之

18、列，無(wú)論哪一個(gè)環(huán)節(jié)出了毛病都會(huì)導(dǎo)致電制動(dòng)的失敗。因此軟件編排的另一個(gè)特點(diǎn)是，多層次地設(shè)置狀態(tài)特征判斷，從而提高了軟件的智能化程度。運(yùn)行時(shí)，一旦出現(xiàn)異常情況，都能從容對(duì)待，保證水輪發(fā)電機(jī)在日常停機(jī)過(guò)程中萬(wàn)無(wú)一失。HDZ-01電氣制動(dòng)系統(tǒng)的操作基本上都是由程序自動(dòng)完成，在柜門上安裝有四個(gè)按鈕分別分交流開(kāi)關(guān)、合交流開(kāi)關(guān)、分直流開(kāi)關(guān)、合支流開(kāi)關(guān)。這些按鈕用來(lái)手動(dòng)對(duì)交、直流開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作。二、 HDZ-01電氣制動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)1、出廠調(diào)試首先根據(jù)圖紙，檢查小配線、端子配線、功率配線是否正確，功率器件安裝的電氣、機(jī)械性能(導(dǎo)體電容量、絕緣、溫度、防腐、機(jī)械強(qiáng)度等)是否合理合格，同時(shí)審核圖紙的合理性。如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，向相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)。保證出廠設(shè)備、圖紙的完整性和一致性，并嚴(yán)格填寫出廠報(bào)告。在上述檢查結(jié)束后，才能進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)。1、柜體耐壓試驗(yàn)根據(jù)耐壓實(shí)驗(yàn)操作方法并根據(jù)各系統(tǒng)參數(shù)對(duì)柜體進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。2、開(kāi)入開(kāi)出信號(hào)檢查分