三峽左岸電廠電氣制動(dòng)簡介

1、.：.；三峽左岸電站電氣制動(dòng)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(dòng)的任務(wù)原理和特點(diǎn)，引見了三峽左岸電站電氣制動(dòng)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(dòng) 短路開關(guān) 時(shí)序圖 1 概述自上個(gè)世紀(jì)60年代以來，國內(nèi)已有多個(gè)水電站的發(fā)電機(jī)采用電氣制動(dòng)，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(dòng)或拒動(dòng)。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(dòng)方式，即使用風(fēng)閘與制動(dòng)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(dòng)慣量大，制動(dòng)風(fēng)閘與制動(dòng)環(huán)之間的摩

2、擦猛烈，時(shí)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(shí)盡能夠地采用可靠地制動(dòng)來縮短機(jī)組的停機(jī)時(shí)間。三峽發(fā)電機(jī)正常停機(jī)時(shí)采用電氣制動(dòng)加機(jī)械制動(dòng)的混合制動(dòng)方式，即兩套制動(dòng)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(shí)，電氣制動(dòng)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(shí)，機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)投入運(yùn)轉(zhuǎn)；制動(dòng)時(shí)間限制在300s以內(nèi)。2 電氣制動(dòng)的特點(diǎn)與根本原理電氣制動(dòng)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(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)作用的電磁轉(zhuǎn)矩。這里的勵(lì)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(dòng)力矩ME可表達(dá)為：電氣制動(dòng)力矩出現(xiàn)最大值時(shí)的轉(zhuǎn)速nmax為最大電氣制動(dòng)力矩為：式中Ib為制動(dòng)勵(lì)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(dòng)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(shí)，即使投入電氣制動(dòng)，其制動(dòng)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(dòng)，而是在轉(zhuǎn)速下降到一定范圍內(nèi)才投入電氣制動(dòng)，普通為轉(zhuǎn)速的50%至60%時(shí)投入。電氣制動(dòng)具有制動(dòng)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(dòng)需求制動(dòng)勵(lì)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(dòng)，這時(shí)仍需投入機(jī)械制動(dòng)，所以機(jī)械制動(dòng)仍需保管。 以下圖是發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)特性曲線圖。 圖一 發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)特性曲線圖由圖可以看出，當(dāng)機(jī)組開場停機(jī)時(shí)，由于轉(zhuǎn)速高，空氣阻力大，即使不加任何制動(dòng)，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(dòng)，轉(zhuǎn)速將下降很慢，如圖中的虛線1。投入

5、電氣制動(dòng)后，發(fā)電機(jī)將迅速下降，轉(zhuǎn)速越底，制動(dòng)越明顯。3 三峽左岸電站發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)原理及設(shè)備組成 三峽左岸電站共裝設(shè)14臺(tái)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(tái)由VGS公司提供，8臺(tái)由ABB公司提供。電氣制動(dòng)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(dòng)勵(lì)磁設(shè)備的發(fā)電機(jī)制動(dòng)安裝。制動(dòng)電源采用AC400V廠用電，經(jīng)制動(dòng)電源開關(guān)S105、制動(dòng)變、制動(dòng)整流柜、制動(dòng)開關(guān)S106到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)，與勵(lì)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(jià)錢低，便于布置，但因合閘時(shí)電流較大、動(dòng)作停機(jī)頻繁或動(dòng)作速度低等緣由而容易產(chǎn)生觸頭燒損，在國內(nèi)個(gè)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(dòng)開關(guān)是適宜的。 制動(dòng)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(shí)，由勵(lì)磁調(diào)理器控制。制動(dòng)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(dòng)勵(lì)磁電

7、流進(jìn)展調(diào)理控制。制動(dòng)變?yōu)轫樚禺a(chǎn)干式環(huán)氧澆筑變壓器，制動(dòng)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(dòng)電流定子電流為26KA；制動(dòng)安裝任務(wù)時(shí)間不小于10min；制動(dòng)時(shí)勵(lì)磁電壓：192V(VGS) 226V(ABB)；電氣制動(dòng)時(shí)勵(lì)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(dòng)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(gè)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(gè)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(dòng)、液壓彈簧機(jī)構(gòu)操作的方式。在每臺(tái)套制動(dòng)開關(guān)安裝的動(dòng)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(tái)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(tái)置于單相金屬封鎖外殼內(nèi)；在每臺(tái)套制動(dòng)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(gè)單相接地開關(guān)，接地開關(guān)三相機(jī)械聯(lián)動(dòng)，三相共用一個(gè)電動(dòng)機(jī)構(gòu)。發(fā)電機(jī)制動(dòng)開關(guān)安裝的三相短接線采用封鎖母線，裝于制動(dòng)開關(guān)安裝的靜觸頭側(cè)。三峽左岸電站每臺(tái)發(fā)電機(jī)配置一套發(fā)電機(jī)制動(dòng)開關(guān)安裝，制動(dòng)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(dòng)開關(guān)安裝動(dòng)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(tái)發(fā)電機(jī)制動(dòng)開關(guān)安裝均配置1臺(tái)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(dòng)開關(guān)安裝的遠(yuǎn)方和現(xiàn)地操作，接納和執(zhí)行計(jì)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(lì)磁和調(diào)速系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)鎖。32電氣制動(dòng)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(jí)F級(jí)，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(bào)警溫度140140跳閘溫度150150制動(dòng)變壓器的溫度控制完全由制動(dòng)變本體的溫控器實(shí)現(xiàn)，溫控器并不將報(bào)警及動(dòng)作跳閘信號(hào)送至勵(lì)磁系統(tǒng)，因此，當(dāng)制動(dòng)

10、變溫度超高報(bào)警，或者過溫跳閘，勵(lì)磁系統(tǒng)都不會(huì)有報(bào)警或者別的動(dòng)作指令發(fā)出。制動(dòng)電源進(jìn)線開關(guān)S105：安裝在400V機(jī)組動(dòng)力盤段母線上。33電氣制動(dòng)整流柜柜內(nèi)安裝有一個(gè)完好的可控硅三相全控整流橋作為電氣制動(dòng)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(gè)：分別為六個(gè)整流支臂的輸入保險(xiǎn)，單個(gè)熔斷器的容量是710A。柜門上有兩塊表計(jì)，一塊為輸出電流表，是制動(dòng)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(gè)支臂輸出電流的平衡程度，當(dāng)其中一個(gè)指示燈熄滅時(shí)，表示功率柜有單臂掉相的情況，此時(shí)，

11、勵(lì)磁系統(tǒng)將自動(dòng)將此功率柜退出運(yùn)轉(zhuǎn)，并發(fā)出一個(gè)報(bào)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(shí)，會(huì)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(gè)紅色的指示燈：當(dāng)直流滅磁開關(guān)S101合閘時(shí)，指示燈點(diǎn)亮，但指示燈點(diǎn)亮并不代表勵(lì)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(lì)磁系統(tǒng)投入運(yùn)轉(zhuǎn)之后，一組風(fēng)機(jī)將會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，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(shí)，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)另一組風(fēng)機(jī)，假設(shè)啟動(dòng)另一組風(fēng)機(jī)之后，冷卻風(fēng)量仍低，那么勵(lì)磁系統(tǒng)會(huì)將此功率柜退出運(yùn)轉(zhuǎn)。4 三峽電氣制動(dòng)控制流程三峽左岸電站電氣制動(dòng)控制自動(dòng)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(shí)，勵(lì)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(shí)候，監(jiān)控系統(tǒng)首先合上短路開關(guān)，勵(lì)磁系統(tǒng)在判別制定投入的條件都滿足后，首先投上制動(dòng)開關(guān)S106，斷開滅磁閥片投入開關(guān)S107，合上制動(dòng)電源開關(guān)S105，同時(shí)，在調(diào)理器柜內(nèi)同步切換開關(guān)將勵(lì)磁同步變壓器切至制動(dòng)同步變壓器，觸發(fā)脈沖安裝的同步信號(hào)源從勵(lì)磁變壓器側(cè)切換至制動(dòng)變壓器側(cè)；勵(lì)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(dòng)整流柜加脈沖，使其向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加勵(lì)磁，啟動(dòng)制動(dòng)回路任務(wù)。電氣制動(dòng)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(dòng)的權(quán)限。電氣制動(dòng)投入運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，勵(lì)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(lì)磁電流設(shè)定值來改動(dòng)。實(shí)踐上，勵(lì)磁電流是按照在電氣制動(dòng)時(shí)，使制動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(hào)源也將切換至勵(lì)磁變壓器側(cè)；勵(lì)磁系統(tǒng)將切換回AVR調(diào)理方式；電氣制動(dòng)過程中有最大時(shí)限限制，這個(gè)時(shí)限是為了維護(hù)轉(zhuǎn)子及制動(dòng)變壓器。當(dāng)電氣制動(dòng)超時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部將發(fā)出電氣制動(dòng)退出的指令，退出電氣制動(dòng)，同時(shí)，會(huì)在操作面板上顯示報(bào)警缺點(diǎn)及報(bào)警信息。電氣制動(dòng)退出開關(guān)得分和順序與電氣制動(dòng)投入的根本

14、相反，除了S106和S105以外，即電氣制動(dòng)投入時(shí)S106先合S105后合，電氣制動(dòng)退出時(shí)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(dòng)時(shí)序圖圖三 電氣制動(dòng)投入時(shí)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(dòng)退出時(shí)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(tái)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(dòng)每次均能準(zhǔn)確地投入和退出。實(shí)測各臺(tái)機(jī)與設(shè)計(jì)有一點(diǎn)小差別：電氣制動(dòng)時(shí)定子電流16000A至17000A，勵(lì)磁電流2100A左右，投入電氣制動(dòng)后制動(dòng)效果明顯，從50%到停機(jī)時(shí)間為160秒左右，從錄波圖可以看出其低速范圍內(nèi)制動(dòng)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(dòng)的短路開關(guān)，在整個(gè)電氣制動(dòng)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(dòng)安裝 三菱電機(jī)技報(bào) vol.49 No.9 1975徐青山等 水輪發(fā)電機(jī)組電氣制動(dòng)技術(shù)分析 電力自動(dòng)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(dòng)開關(guān)安裝的設(shè)計(jì) 中國三峽建立 200