1、柔性电气制动在励磁系统改造中的应用探讨摘 要电气制动技术具有停机时制动力矩大、停机时间短、无环境污染、制动投人转速不受任何限制、无振动和噪音及维护检修方便等优点在水电站运行中得到了越来越广泛的应用。本文对柔性电气制动在励磁系统改造中的应用进行分析探讨。 关键词电气制动 柔性电气制动 励磁改造 应用 中图分类号：TE34 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）22-0204-02 1、电气制动原理 电气制动主要针对大型水轮机组。大型水轮机组由于惯性大，制动慢，制动过程中机械磨损严重，会造成污染，影响机组的绝缘和散热。在制动过程中加入电气制动，利用电制动力矩加快制动过程，可以减小
2、机械部分的磨损，延长机组的使用寿命。相比于纯机械制动，电气制动具有制动力矩大、停机速度快、清洁无污染等优点。 电气制动停机技术是基于同步电机的电枢反应， 以及能耗制动的原理。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，机组转子上存在四种转矩，由机组转动惯量决定的惯性转矩与原有速度的方向相同，而发电机的机械磨擦阻力矩、发电机的空气磨擦阻力矩、水轮机转轮的水阻力矩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
3、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，从而增大制动力矩，达到快速停机的目的。 2.柔性电气制动的特点 在制动的过程中，有三个显著特点：定子短路电流几 乎不变 ；制动力 矩与定子短路电流的平方成正比；制动力矩与机组的转速成反比，在制动过 程中，因为定子短路电流基本不变，因此随着转速的下降制动力矩反而加大的，制动力矩的最大值是出现在机组将停止转动前的瞬间。 根据以上特点，为了获得最大的制动力矩，应充分利用发电机的定子容量，使定子短路电流约等于额定定子电流，而要获得额定定子电流，根据发电机短路特性，励磁电流应达到发电机空
4、载额定励磁电流值 。电制动投入可在额定 转速的 60%左右。在柔性制动过程中，励磁装置处于恒流调节模式，励磁电流的给定可通过人机界面设定，也可通过 A/D 转换实现数字给定 ，调整十分方便 ，这有利于使制动过程达到最优。 3、某电站电制动方案 某电站灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量 69MW（234.5MW） ，自 2010 年初励磁系统改造后投入运行至今，机组在正常停机过程中均能正确投入电气制动，确保机组安全稳定地停机，取得了较好的效果。 电站电气制动采用柔性电制动方案，即电气制动与励磁系统共用可控硅整流桥，不需要独立的制动整流桥。柔性电制动包含对电气制动流程的控制和对制动状态励磁的控制两
5、部分，电气制动流程还包括了对励磁变开关 ETC 和短路开关 SC 的控制。其中，对电气制动流程的控制可由监控系统完成，也可由励磁调节器来完成。按照水电站原电气制动控制模式，为保持用户原来的运行习惯，这两部分都由励磁调节器来完成。电气制动设备包括发电机出口短路开关 SC、励磁变压器 T0001、励磁变高压侧开关 ETC、灭磁开关 Q0001、励磁可控硅全控整流桥以及相应的控制设备。整个电气制动一次回路原理图如右图所示： 4、电站电制动控制流程 制动电源取自发电机出口断路器高压侧，通过励磁变压器降压和励磁可控硅整流桥整流后，提供机组所需的制动电流。具体流程如下： 正常停机时，机组解列后由机组监控系
6、统发出励磁退出命令，励磁系统执行励磁退出流程，转子回路灭磁，并断开灭磁开关 Q0001。当机组导叶全关，转速下降到额定转速的 90%时，由机组监控系统发出电制动投入命令，励磁执行电制动投入流程（详见电制动投入流程图） ，依次合上发电机出口短路开关 SC、灭磁开关 Q0001，转入电制动状态，由可控硅整流桥给发电机组转子绕组提供恒定的励磁电流，在发电机定子三相绕组内产生制动力矩，使机组制动。当机组转速下降到额定转速的 40%时，监控系统发出电制动退出命令，励磁执行电制动退出流程（详见电制动退出流程图） ，将转子电流减为 0，并断开灭磁开关 Q0001、励磁变高压侧开关 ETC 和发电机出口短路开
7、关 SC。同时，监控系统发出投入机械制动使机组转速降为 0。当电气事故停机不投电制动。 5、电制动在运行过程中出现的问题及原因分析与处理 （1）在调试励磁电气制动投入试验过程中，机组正常停机，当机组转速下降到90%额定转速时，机组监控系统发出电气制动投入命令，励磁系统执行电制动投入流程，但执行电制动流程时间过长，经常出现电制动投入失败现象。经过水电站反复试验发现励磁系统执行电制动投入时间过长是由于励磁变高压侧 ETC 开关合闸时间过长引起，原来的励磁程序在励磁退出时要求分 ETC 开关，当励磁执行电制动流程时要重新合ETC 开关，而 ETC 开关是负荷开关，整个合闸过程有 20 秒的时间，合闸
8、时间过长引起电制动投入失败。水电站要求励磁厂家更改励磁退出程序，在励磁退出流程中取消分 ETC 开关命令，这样在电制动投入流程中就不需要重新合 ETC 开关，减少了 20 秒的电制动投入执行时间，经过反复试验，机组停机过程中当监控系统发电制动投入命令后，励磁系统就可以正确地执行电制动投入流程，没有出现电制动投入失败情况。 （2）在调试过程中出现过投电气制动程序机组完全停下后，电制动短路 SC 开关不能自动退出的故障现象。出现上述现象的主要原因是机组监控系统在退电制动程序与励磁系统执行电制动退出程序的时间配合不好引起，当机组监控系统判断机组1%额定转速时，机组监控系统发切除电制动命令，而这时励磁
9、系统电制动退出流程还没完全走完就直接结束电制动退出程序，由于电制动短路 SC 开关是由电制动退出流程执行过程中由励磁系统发命令分闸，如果机组监控系统过早结束电制动退出程序，励磁系统就没有发命令分电制动短路 SC 开关。如果电制动短路 SC 开关没有分闸，在下次机组开机建压时就会发生发电机三相短路的事故，为了发电机安全，在机组监控系统停机流程里增加了分电制动短路 SC 开关流程，确保投电气制动程序机组完全停下后短路 SC 开关在分闸位置。 6.结束语 电气制动停机技术是基于同步电动机的电枢反应，以及能耗制动的原理。在水轮发电机停机制动过程中加入电气制动，利用电制动力矩加快制动过程，可以减少机械部分的磨损，延长机组使用寿命。相比于纯机械制动，电气制动具有制动力矩大、停机速度快、清洁无污染等优点。参考文献 1 陈遗志.刘国华.仲?F.吕宏水，水电机组电气制动的设计及应用，水电厂自动化，2007，4：167-170，174。 2 许实章，电机学（第三版） ，华中理工大学、浙江大学、华南理工大学联合出版，1992，9：400-401。 3 徐青山.乐秀.陈俊.张欣，水轮发电机组电气制动技术分析，电力自动化设备，2002，8：32-34。 4 翟庆志.电机学M.中国电力出版社，2008.
