电气制动系统在水轮发电机组中的应用_图文

1、电气制动系统在水轮发电机组中的应用李建善(浙江华电乌溪江水力发电厂,浙江省衢州市324000摘要:文中简要介绍了电气制动的原理、主要参数的设计及相关的软件控制流程图,通过在乌溪江水电厂湖站四号机51 5M W 水轮发电机组的实际应用,取得了良好的效果。关键词:水轮发电机;电气制动;控制流程图收稿日期:2009 09 28。1 概述水轮发电机组由于启动、停机方便迅速,因而在电网系统中常肩负起调峰、调频及事故备用的重大责任。大、中型水轮发电机组在停机过程中,为了缩短机组的惰性时间,防止在转速逐渐下降过程中推力轴承的油膜减薄、变干、发生硬碰硬的摩擦而烧坏推力轴瓦的现象,水轮发电机组在低转速区必须进行

2、连续的强制刹车。尤其是机组被迫在高转速下投入机械制动时,由于机组转动惯量巨大,制动闸块和制动盘间将产生强烈的摩擦和扭曲应力,造成制动盘变形、龟裂甚至折断损坏。乌溪江水力发电厂湖南镇五号机电气制动技术应用已经很成熟,所以在此基础上设计开发出湖南镇四号机电气制动系统。2 湖南镇四号机电气制动方案主接线方式本设计方案为一套完全独立的电气制动系统,系统设备包括:制动电源输入电动开关1台,制动电源输出电动开关1台,电制动变压器1台,定子短路刀闸(配电机操作机构1台,二极管整流装置1套,PLC 和一些外部控制回路。此方案优点在于电气制动系统完全独立,不需更改现有的励磁系统设备;系统原理简单,运行可靠。缺点

3、是由于设计时主回路采用二极管元件,制动电流不可控,因此要求在设计制动变压器时设计几个挡位,以便试验时调整;由于电气制动完成转子中仍有制动电流存在,因此分断制动电源输入输出开关都是带负荷操作,为了保证开关可控分断,开关容量应适当放大,PLC 流程应保证开关动作严格按顺序操作,系统原理图见图1 。图1 电气制动原理图3 发电机参数及二极管三相整流桥介绍发电机参数如下。发电机额定功率:P e =51500kW 。发电机额定电压:U fe =10 5kV 。发电机额定电流:I fe =3055A 。发电机额定功率因数:cos =0 9(滞后。发电机额定转速:N e =250r/m in 。发电机额定励

4、磁电流I LC =1009A 。发电机额定励磁电压:U LC =140V 。发电机额定空载励磁电流:I L0=581A 。发电机额定空载励磁电压:U L0=55V 。发电机定子电阻:R D (750C=0 0048 。发电机转子电阻:R Z (750C=0 08879 。机组转速惯量:(G D 2=2000t m 2。图2是电气制动功率部分一次回路原理图。3 1 主回路图2中KP1KP6构成了三相二极管整流桥式电路,三相交流电源通过QS 刀闸输入。3 2 保护回路整流元件承受过电流及过电压的能力较差,为 49第30卷 第4期2009年11月Vo l.30 No.4N ov.2009了使元件及设

5、备安全运行,必须采取一定的保护措 施。图2 电气制动一次回路原理图1过电流保护:短路保护装置,采用快速熔断器,如图2中的RD1RD6。快速熔断器还配置有快速熔断指示器,当熔体熔断时,可以发出熔断指示并点亮相应的信号灯。2过电压保护:如图2所示,YMA,YMB,YMC 及YMR 主要用于吸收交流侧及直流侧的过电压。(R1,C1(R6,C6构成了元件上的过电压吸收电路。3 3 信号回路交流侧开关和直流侧开关断开时,装置现地指示并同时将信号发至中控室及相关控制系统。当熔断器熔断时,现地指示并同时将!熔断信号发至中控室及相关控制系统。4 自动化主要电器元件选型电气制动装置采用以下主要元器件:PLC 采

6、用日本三菱公司FX1S 30M R D 型PLC;定子短路开关采用ABB 公司VD4 12/3150 25KA 抽出式断路器;直流空开采用施耐德公司C65H DC C6A/2P 直流空气开关;交流空开采用施耐德公司C65H AC C6A/2P 交流空气开关。5 电气制动流程5 1 电气制动启动条件电气制动PLC 的启动信号由机组监控系统提供。启动条件需要考虑转速在80%N e ,启动PLC 控制单元(即使PLC 工作电源得电,这样设计主要是防止在PLC 长时间运行情况下电气制动系统误动作,当转速降到60%N e 时,PLC 投入运行状态。电气制动投入的条件如下:有停机令;机组油开关跳开;机组无

7、事故;导水叶全关;机组转速小于60%N e ;机组机端电压小于10%U 0(U 0为空载励磁电压。5 2 电气制动系统执行元件动作顺序电气制动条件满足后执行元件动作顺序:投短路开关;投直流开关;投交流开关。在机组转速降到零后,电气制动退出顺序:分交流开关;分直流开关;分短路开关。电气制动过程在设定的时间内(可设定或由于其他设备原因不能正常完成,则送出电气制动失败信号,如果电气制动失效则在25%N e 时投机械制动。5 3 电气制动系统设置的信号电气制动系统能接受计算机监控系统的机组现地控制单元(LCU 的指令,完成机组制动过程。为此,电气制动系统与机组现地控制单元及其他元件传输下列输入、输出信

8、号(以I/O 接口形式,以满足控制要求,包括电气制动启动信号、机组无事故信号、机组油开关信号、导叶全关信号、机组转速80%N e 、机组转速60%N e 、机组转速10%N e 、机组转速小于5%N e 、机组停机信号、短路开关位置(合、分信号、直流开关位置(合、分信号、交流开关位置(合、分信号、电气制动失败信号、保护闭锁信号、控制方式信号。电气制动系统所有输入信号是以硬接线的方式引到电气制动控制盘接线端子排上,比串口数据通信可靠性高。6 电气制动系统软件流程说明及框图该系统正常运行时不需要人的干预,是一套!傻瓜型的装置,体现在软件编排上,主程序步骤间的运行交接采用多口令化,以防止误动发生。电

9、气制动运行时涉及面比较宽,发电机系统的进出端都在监视、控制之列,无论哪一个环节出了毛病都会导致电气制动的失败。因此软件编排的另一个特点是,多层次地设置状态特征判断,从而提高了软件的智能化程度。运行时,一旦出现异常情况,都能从容对待,保证水轮发电机在日常停机过程中万无一失。电气制动系统的操作基本上都是由程序自动完成,在柜门上安装有4个按钮分别分交流开关、合交流开关、分直流开关、合直流开关。这些按钮用来手动对交、直流开关进行操作。图3为电气制动流程图。502009,30(4水电厂自动化 图3 水轮发电机组电气制动流程图7 结语1制动变压器的设计必须考虑到失控时短期定子电流不容许超过定子热容量上限。

10、2电气制动投入后短路点处在发电机差电流全区保护范围之内,所以在电制动投入时,会在差动保护回路内形成差电流,为了防止差动保护误动作、误发信号,在投电气制动时要给保护装置一个闭锁信号且延时一定时间,该时间可根据现场整定。3电气制动定子短路开关柜安装在水轮机层,由于空气潮湿,为了防止电气元器件受潮,可在电气柜内装设加热器。4一般来说,水电厂有多台发电机组,可考虑在发电机组能错时停机的条件下,2台发电机组共用1台制动变压器可节省费用。该系统在水电厂经过现场测试,系统输出电压为46V (空载励磁电压为55V、制动励磁电流450A 、短路电流2460A(额定定子电流3055A,整个制动过程大约3min,比以前纯机械制动缩短0.5m in,而且运行稳定,制动效果良好,基本能够满足该厂电气制动要求。该项目的成功投入,为该厂其他