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　　電力自動化設備水輪發(fā)電機組電氣制動技術分析徐青山\樂秀笈，陳俊2，張欣3（1.河海大學電氣工程學院，江蘇南京210098；2.東南大學電氣工程系，江蘇南京210096；3.江蘇省電網調度通信中心，江蘇南京210024）有制動力矩大、停機速度快、清潔無污染，但隨著當前推力軸瓦的較大改善，機械制動也日趨成為可能。就新形勢下水輪發(fā)電機組采用電氣制動技術中存在的一些問題，如加裝電氣制動裝置帶來資金、場地的困難，以及在已安裝電氣制動的機組上實際運行所暴露出的制動電流過大，投入時間間隔過短等缺陷提出了將電氣制動與勵磁系統(tǒng)結合、電氣制動與機械制動混合制動的改良措施。

　　312：A文章編號：1006― EleetroniePublishfebu筆者建議如果目刖機組的機械制動性能良20世紀80年代后期開始，電氣制動技術己經逐步替代機械制動在大中型水電機組中得到廣泛的應用。然而隨著機械制造技術的提高與完善，機組推力軸瓦材料己經得到了極大的改進，機械制動的不足正逐步得到改善；相反，對于己安裝電氣制動裝置的機組在實際中暴露出種種缺陷，要加電氣制動設備而出現(xiàn)的資金、屏柜布置上的困難等，使電氣制動的應用受到影響。因此在新的形勢下如何認識電氣制動的作用，以及對現(xiàn)行的不足采取怎樣的對策，很有必要予以進一步的研究。

　　1對電氣制動的再認識1.1電氣制動的基本原理與理論當水輪發(fā)電機與電力系統(tǒng)解列后，機組進入停機過程。由于機組的轉動部件具有較大的慣性，機組在短時間內不能停止運轉。但機組軸承是不允許機組較長時間處于低速運轉狀態(tài)的，這是因為機組推力軸承軸瓦的油膜形成與機組的轉速有關，機組在低速下旋轉會導致油膜的破壞繼而出現(xiàn)干摩擦，而燒毀軸瓦。

　　電氣制動的工作原理是基于同步電機的電樞反應。當機組與電網解列，發(fā)電機轉子滅磁后，使定子三相短路，同時給發(fā)電機加勵磁電流，使它產生一個方向與機組慣性力矩的方向相反，具有強大制動作用的電磁力矩。勵磁電流由廠用電系統(tǒng)經整流后的外部電源供給。

　　電氣制動投入前需滿足下述條件：發(fā)電機必須從電網解列。

　　磁場必須滅磁，發(fā)電機機端電壓降到殘壓。

　　導葉關閉，機組不再有原動力矩。

　　發(fā)電機無內部電氣故障。1.2電氣制動的優(yōu)越性傳統(tǒng)的機械制動一般采用制動閘和制動環(huán)直接接觸產生摩擦阻力而起制動作用，但制動環(huán)、風閘易因機械疲勞而變形龜裂；且摩擦產生的粉塵混入發(fā)電機的循環(huán)空氣中，隨油霧粘附在定子線圈端部和鐵芯風溝表面，影響發(fā)電機的絕緣和散熱，嚴重影響發(fā)電機的正常運行。

　　電氣制動就是為了克服機械制動的缺點而提出來的。它的最大優(yōu)點是制動轉矩大。根據同步電機理論可知制動力矩Me可表達為11/n，即制動力矩是隨機組轉速下降而大，當轉速為零時達到峰值，這正是區(qū)別于機械制動力矩的最大優(yōu)點。

　　電氣制動除了制動力矩大這個特性之外，也比較潔凈，且檢修維護方便，滿足系統(tǒng)調峰，機組開停機操作頻繁的要求。

　　1.3制動模式的趨向1.3.1單獨配備勵磁設備的同步發(fā)電機制動裝置所示獨立的電氣制動裝置簡單，通用性強，適用于所有水輪發(fā)電機組，特別是對于己運行機組設電氣制動功能更為合適。但是這種模式投資大，需另設屏柜，加了布置上的困難。近年來推力軸瓦的改進和完善，使得電氣制動的這一缺點更加好，風閘靈活且沒有發(fā)卡現(xiàn)象，開停機次數(shù)不多，并且推力軸承已經使用或準備更改成塑料瓦，則不必安裝這樣一套獨立的裝置。

　　1.3.3電氣制動與機械制動相配合電氣制動只適合于機組的正常停機或非機械及電氣事故的機組事故停機。因此，機組的機械制動仍然是不可缺少的。機組在低轉速時可采用投入機械制動的混合制動方式，因為在低速（10%額定轉速）時投入機械制動其磨損程度也是最小的，不會造成對發(fā)電機繞組的污染。當然，考慮到電氣制動可能失效時機械制動必須能可靠地進行制動停機，一般宜在30%~40%額定轉速時投入機械制動。

　　2現(xiàn)行電氣制動的完善對策2.1優(yōu)化選擇電氣制動參數(shù)停機中制動電流是一個極其重要的參數(shù)，由電氣制動力矩公時投入。

　　對于在系統(tǒng)中處于調峰調頻地位的機組，由于開停機操作比較頻繁，尚需解決好機組電氣制動投入時間間隔的問題。既要保證正�？焖匍_停機，又要確保機組在停機過程中不受到大的磨損。必要時可與系統(tǒng)中的調度部門磋商確定最小間隔時間。在間隔時間內，制動被閉鎖。具體實現(xiàn)辦法是：在啟動制動的回路中加裝一個時間繼電器，每啟動一次后需歷經事先確定好的時間間隔后方才自動回歸，解除電氣制動。

　　2.2處理好電氣制動與電氣保護的關系2.2.1設置電氣制動系統(tǒng)的固有保護電氣制動系統(tǒng)應設置自身的保護裝置。在電氣制動投入運行中，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，應在整流變壓器高壓側設置過電流保護，在定子三相短路開關側設置過電流保護，以保證電氣制動在故障時能安全退出。

　　2.2.2保證電氣制動與其他保護的協(xié)調棒接頭熔化的現(xiàn)象kflf發(fā)Me故避a厭制動電電滕褓ingHouse.電氣制動投入后，發(fā)電機定子電流頻率隨轉速的下降而下降。對于中性點經消弧線圈接地的發(fā)電機組，在電氣制動停機轉速降至1/3額定轉速時，發(fā)電機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，直接導致零序過電壓型定子接地保護誤動。解決的辦法是將制動短路開關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，國內己有許多機組采用電氣制動方法停機。

　　電氣制動的短路點一般也在縱差動保護區(qū)內。

　　所以在制動過程中形成的差流會導致差動保護動作。解決的方法是在電氣制動投入條件滿足后，啟動接觸器將電流互感器回路短接或在電氣制動時閉鎖差動保護。國外亦有采用在三相短路開關QFdk上裝三相TA，接入差動保護電流回路中，這樣在電氣制動時因電流平衡，保護不會誤動，因此不需要將差動保護退出。

　　電氣制動也影響到發(fā)電機的負序電流保護。原因是一般負序電流繼電器都是按常規(guī)50Hz情況進行設計的，沒有低頻補償措施。在電氣制動過程的低頻區(qū)，對于繼電器中含有電磁元件的電流轉換裝置，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，啟動執(zhí)行元件引起誤動。關于這一方面的深入研究，中有較詳盡的論述。

　　3結語電氣制動由于在低轉速下良好的制動特性，且對電機不造成任何污染，是公認的環(huán)保型制動方式。

　　電氣制動能有效地縮短停機時間，有效改善推力軸瓦的運行工況。機械制動在機組推力軸瓦有良好的改善之后，雖可以在較低轉速下制動，在一定程度上減輕了制動摩擦所造成的機械損傷和粉塵危害，然而問題并沒有得到根本的解決，只是危害程度降低而己，同時不可避免的帶來停機時間長的缺陷。所以現(xiàn)今，快速清潔的電氣制動方式還應作為首選考慮。特別是對于電氣制動與勵磁系統(tǒng)結合的模式，具有良好的經濟性，可有效地減少現(xiàn)場設備及其占地面積。機械制動除可作為制動后備考慮外，在低轉速時可配合電氣制動使用，以期更有效地制動。