电气制动在贯流式水轮发电机组的应用
水轮发电机组电气制动技术分析

水轮发电机组电气制动技术分析摘要:介绍了电气制动的工作原理,它基于同步电机管接头反应。
与机械制动相比,电气制动具有制动扭矩高、制动速度高、清洁无污染等优点。
但是,随着推力轴承外壳的大幅改善,机械制动变得越来越可能。
考虑到新形势下水轮发电机使用电气制动技术时存在的一些问题,如安装电气制动装置造成的资本问题和位置的复杂性、过度制动电流和用电气制制动装置暴露在车辆实际操作中的短启动间隔等误操作,提出了在电气制动力装置实际操作中的对策。
关键词:电气制动;水轮发电机;制动技术1引言从20世纪80年代后期开始,电气制动技术逐渐取代了机械制动,在大中型水电站得到了广泛的应用。
但是,随着机械生产技术的改进和完善,装置推力轴承的材料有了很大的改善,机械制动的缺失正在逐步改善。
另一方面,作为电动制动力装置安装的单元,实际上发现了各种缺陷,电动制动装置的使用由于电动位移设备的增加而对机柜的布置造成困难。
因此,在新形势下,有必要进一步研究如何使用电气制动的功能,以及针对目前的缺点采取的对策。
2原理电源系统与发电机分离后,设备停止工作,但此时设备的旋转部分仍然是具有很大的惯性,不能在短时间内立即停止。
装置轴承上油膜的形成与装置的转速密切相关。
因此,如果装置长时间低速旋转,油膜将被破坏,装置的旋转部分之间发生摩擦,导致零件损坏。
因此,正常情况下,电源系统不允许装置的轴承以惯性低速旋转。
利用同步电机的电枢反应,磁化发电机转子后,三相固定器短路,电流到达转子线圈,以与惯性相反的方向产生制动转矩,引导装置快速停止。
这是电气制动技术的原理。
其中有计算制动转矩的公式:如果发生器集需要停止工作,监控系统将首先发送停止命令,励磁调节器将发出删除此处的命令。
此时,电动制动器立即切换到待机模式。
如果满足以下五个条件,系统将发出电气制动命令:首先关闭系统油开关。
第二,单位接到关闭命令;第三,装置的导向叶片全部关闭。
第四,管制低于额定速度的80%。
水电厂电气制动运行技术的应用

水电厂电气制动运行技术的应用摘要:随着社会的不断发展,对各种能源的需求在不断增加,在这个阶段能源问题变得越来越突出,电力工业正逐步向新的能源方向发展。
由于传统的发电方式具有许多缺点,无法满足开发需求。
电气制动技术是一种非接触式制动方法,有利于改善供电不合理、供电紧缺的问题。
关键词:电气制动;水电厂;技术引言电气制动技术在水力发电站中得到广泛应用,在发电设备中安装了电气制动设备,以防止发电设备损坏和破裂,并确保发电设备的完善。
当动力装置停止运行时,风门的定子和转子受到污染,风门磨损,风门的绝缘逐渐降低,通风位置受阻,最终影响通风效果。
水力发电厂的正常运行有效地将电气制动技术应用于发电厂,对发电厂来说是非常重要的。
1电气制动概述电气制动器的最大优点是:提高了设备的自动化水平,更加可靠,设备磨损较小,维修和保养成本较小,并配有机械制动器。
电气制动器的噪音和振动比较小;电气制动器的制动扭矩与设备的速度成反比。
即随着停止过程的速度降低,制动扭矩增加。
制动输入速度并不是有限的,可以有效地改善制氢机的工况,满足可逆装置工况快速切换的要求。
因此,对于高速和大容量的设备以及经常在峰值负载下启动的设备,使用电气制动来停止设备运行显然具有优势。
2电气制动对设备保护的影响2.1对差动保护产生的影响由于电气制动器设定的短路点在发电机的差动电流区域的保护范围内,因此在激活电气制动器时,差动保护电路会形成一定的差动电流,从而引起差动保护。
对设备有不利影响,解决此问题的方法是设置短路差分电流接触器。
换句话说,当遇到电气制动器时,设备会自动激活相应的接触器。
2.2对发电机定子接地的影响在水力发电厂的电气制动操作条件下,发电机显示短路状态,并且通常使用定子接地进行保护。
然而,由于电气制动的三次谐波的串联谐振的影响,定子接地保护故障和虚假信号现象。
为了更好地解决该问题,需要选择由串联谐振电路的消弧线圈产生的电感参数和分布到发电机单元接地的电容参数之一,以便在停机期间去除电气制动器。
电制动在水轮发电机组停机中的应用

按照《 水轮发电机基本技术条件》 的要求 , 水轮
发 电机应 装设 一套 采用 压缩 空气 操作 的机械 制动 装 置, 以在规 定 时问 内使 机组 转 动 部 分从 2 0 % ~3 0 %
( 当推 力轴 承采 用合 金 瓦时 ) 和1 0 % ~ 2 0 %( 当推 力 轴 承采 用 弹性 塑料 瓦时 ) 的额 定 转 速 能够 连 续 制 动 停机l 1 1 。机 械制 动 的优 点 是 结 构 简 单 , 但 随 着 使 用 次 数 的增 多 , 会 出 现漏油 或 卡阻 现象 , 从 而增 大维 护 工 作量 ; 制 动过 程 中 , 因制动 环表 面 温度 急剧 升高 会 产 生热 变形 , 导 致 制 动 闸 和 制动 环磨 损 加 剧 、 变形 、 龟 裂 。 由于水 轮发 电机 组 担 负 着 调 峰 、 调 频 及 事 故 备 用 的重 大任务 , 启 停频 繁 , 故采 用 电制动 方式 缩 短
蕊轴电枢反应
图1 同步 发 电机 的 电枢 反 应
当机组 与 电 网解 列 、 灭磁 以后 , 待 转速 大约 降至
额 定转 速 的 5 0 %一 6 0 %时 , 将 发 电机 定 子 在机 端 出 口三相 短路 , 通 过一 系列 逻 辑 操 作 , 切换励磁电源 ; 同时 , 励 磁调 节器 转 至 电制 动模 式运 行 , 给 发 电机 转
摘要: 水 轮 发 电机 组 的 容 量 越 大 , 机组 的转动 惯量越 大, 停 机 所 需 要 的 时 间 就 越 长 。 当机 组 长 时 间 在
低 转 速 下 运行 时 , 推 力 瓦 的 油 膜被 破 坏 而 导 致 瓦温 升 高 , 润滑 油容 易变质 , 严 重 时 会 烧 毁 瓦 面 。 为 使 机 组 不要 长 时 间 地 在 低 转 速 下 运 行 , 必 须 对 转 子 施 加 外 力 以 强 迫 机 组 在 要 求 的 时 间 内停 转 。 传 统 的 制 动 方 式 是 采 用压 缩 空 气操 作 的 机 械 装 置 对 转 子 进 行 连 续 制 动 , 但 它 只 能在 较 低 转 速 时投 入 , 故 延 长 了停 机 时 间 , 且 制 动 器 易磨 损 , 制 动 时 产 生 的粉 尘 还 会 污 染 环 境 等 。 电 制 动 在 较 高 转 速 时 即 可 投 入 , 制 动 时 只 有 电磁 功 率, 无机 械 磨 损 , 且 转 矩 与 转 速 成 反 比关 系 , 故 可 缩 短 停 机 时 间 。 不过 , 机 械 制 动 可作 电制 动 失 效 或 机 组 内 部 电 气 事 故 时 的后 备 制 动 。 关键词 : 水 轮 发 电机 ; 机械制动装置 ; 试 验研 究 中 图法 分 类 号 : T K 7 3 0 . 7 文献标 志码 : A
电气制动在大源渡水电站的应用探讨

式水轮发 电机组上 由于传统观念等因素 的影响, 一 投 电气制动命令 , 其控制程序如 图 2 所示。 机组 L U发出投 电气制动命令 的前提是发电 C 应用电气制动方式制动的较少。
机 出口开关分位 、 导叶全关 、 机组内部无事故、 转速
降低至 9 %/ 。当电气制动条件满足, 5 r e 即收到投电 气制动命令,在机端电压 小于 5 倍 的发电机额 %
定 电压 时 , 将顺序闭锁发 电机保护 , 闭合发 电机
定 子三 相短 路开 关 R S 直 流开关 Q 2在 电气 制 动 E、 F,
过程中, 任何一步不满足电气制动条件 , 即当短路开
关 R S 直 流开 关 Q 2之一 合 不 上 , 电 气 制 动 时 E、 F , 或
间过长 , 即机组转速由 9 % 降至 l e 5 e % 时间超过 6 电气制动正常投入时应为 10 左右 )或装置 0( S 2 S , 本身故障时,L P C将向机组 L U发 出电气制动失败 C
第3 3卷 第 2 期
21 0 0年 4月
水 电 站 机
电 技 术
V 1 3N . 0. o 3 2
A r00 p. 1 2
Me h n cl& E e t c e h iu f d o o e tt n c a ia l cr a T c n q eo il Hy rp w r ai S o
收稿 日期 :0 0 0 3 21— 卜 0
2 大源渡水 电站 电气 制动系统 结构
大源渡水电站采用奥地利伊林公司生产 的电气
制 动装置 。该装 置 由制 动 电源励磁 变压 器和 定子 三
作者简介 : 邬海军 (9 5 ) 男 , 程师 , 事 水 电厂运 行维 护管 理 17 一 , 工 从
电气制动原理及其实际应用

V<5%Vn
机械制动 投入
停机结束
广蓄电气制动刀的参数
型号:SB250 最大电压:24kV 额定电压:18kV 额定电流:12000A 关合容量:8000A(在6%额定电压下)
短时耐受电流:60kA (3秒)
广蓄电气制动的评价
运行近10年
可靠 稳定
制动过程中机组温升小于5℃ 多发问题:
结论
简单,可靠,良好制动效果,满足现代 大型水电厂制动要求
无噪音、污染,是一种理想的环保技术 易自动控制,适合现代控制
电气制动与励磁统一规划设计,减少设 备,节省投资
谢谢
基本工作原理
纯电感电枢反应
E0 Ead
Ff
Eδ
Fad' Fδ I Fad
电流与转速的关系式
Id E xd2 R2
忽略定子直流电组 R 后
KE •n
KE C
Kd • n2 R2 Kd
定子绕组中的短路电流是一恒定值 不随机组转速的降低而变化
各种制动力矩与转速的关系
损耗产生的原因
水轮机转轮水阻 损耗 发电机风摩擦损 耗 轴承摩擦损耗
定子三相短路 制动
高压侧短路制动
逆变制动
接线示意 图 优点
缺点
应用情况
~
转动能量消耗 在短路的发电 机定子里,实 现方便
世界范围内目 前应用最广泛
~
变压器可提供附加 制动损耗,制动效 果甚佳
高压短路开关操作 寿命要求高
国内:无;国外: 应用较少,主要在 前苏联地区
~
能量可以回馈到 电网
容量受电力电子 器件功率所限, 不能太大 我国的潘家口抽 水蓄能电站等
位置接点 间接传动机构 快速刀闸缓冲块等
机组制动系统中电气制动技术的应用分析

在电气制动开关的投入和退出方面, 必须与灭磁 开关的投入和退 出有严格的逻辑关 系, 否则将会导致 定子三相瞬间断路或带 负荷 拉隔 离开关 等严重 事故
的发生。
3 3 短 路 制 动 开 关 的 选 择 .
电气制动一般可在机组额 定转速 的 6 %以下 投 0 入, 由微机监控 系统 向励磁 系统发 出 电气 制动命令 , 由励磁系统调节柜 的专 用可编程 控制器 ( L )完成 PC 具体的 电气制动流程控制 。在 电气制动过程 中, 励磁 系统处于恒电流 手动方 式运行 , 控制励磁系统 向转子 绕组输 出恒定 的励 磁 电流 。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, / 实 现调整方 便、 程最优 的 目的。 过
7 辞 各砷制动力丢 与水轮发电机组转速的关 糸 . f
会进一步增加, 其最大值一般是出现在机组将停止转 动前的瞬间。 根据电气制动的以上特 点, 了获得最大 的制动 为 力矩, 应充分利用发 电机定子 的容量 , 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 电机的短路特性 , 励磁电流应达到发 电机空载额
定励磁 电流。
2 7 电 气制 动 的投 退 要 求 .
罗昌文 , 绍军 , 羊 周小 泉 : 组制 动 系统 中电 气制动技 术 的应 用分析 机 表2 电 气制动方式的比较
3 2 电 气制 动 控 制 回路 的设 计 .
・3 5・
电气制动控制 回路的设 计是否科学合理, 将会对 电气制动过程是否可靠产生严重影响, 因此必须考虑 到要有足够的约束条件和闭锁措施。 对于 电气制动的投入约束条件 : 机组的停机命令 给 出后断路器在跳 闸位置 , 机组 无 电气故 障, 机端 电 压小 于 或等 于 1 9 U , 组转 速 小 于 或等 于 5 % 06 n 机 0 Ne导 叶在全 关位置 , 。 灭磁 开关 在 断开位 置等 条件 。 另外还可 以在相关条 件满足的情况下, 对发 电机组是 否解列 、 机组停机命 令等条件 进行单 独判断来进一步
分析电制动在水轮发电机组停机中的应用

分析电制动在水轮发电机组停机中的应用作者:李培义姜建勋来源:《中国新通信》2013年第19期【摘要】水轮发电机的电气制动停机是理想的制动方式,但是随着它的投入也导致一些新问题。
本文作者阐述了水轮发电机电气制动系统的工作原理及实现途径,给出了电制动的各种改造方案,并结合电站励磁系统,并对各方案具体原理、实现及特点进行深入探讨。
【关键词】水轮发电机机械制动装置电气制动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。
一、电制动原理电制动原理是基于同步发电机的电枢反应,见图1。
制动时将发电机出口三相短路,给转子加恒定电流,由电枢电流产生的电枢磁势可分解为直轴分量和交轴分量。
直轴分量(即无功分量)仅产生电磁力,不形成电磁转矩;而交轴分量(即有功分量)则产生电磁力,并形成电磁转距,其方向与惯性转距方向相反,从而实现减速制动停机。
当机组与电网解列、灭磁以后,待转速大约降至额定转速的50%~60%时,将发电机定子在机端出口三相短路,通过一系列逻辑操作,切换励磁电源;同时,励磁调节器转至电制动模式运行,给发电机转子绕组加恒定励磁电流。
因为发电机正在转动,定子在转子磁场的作用下,感应产生短路电流,由此产生的电磁力矩正好与转子的惯性转向相反。
在机组制动期间,该制动力矩和水轮机转轮在水中转动摩擦引起的水阻力矩、发电机通风损耗引起的风摩擦阻力矩及轴承摩擦损耗引起的阻力矩构成机组总的阻力矩。
电制动力矩ME表达式为:RES为电制短路开关;GCB为发电机出口断路器;MB为主变;LB为励磁变;ZB为制动变;QF1,QF2为空气断路器;AVR为机端电压控制;FMK为灭磁开关;L为转子绕组。
电气制动在乌溪江电厂水轮发电机组的应用实践

电气制动在乌溪江电厂水轮发电机组的应用实践周新有(浙江华电乌溪江水力发电厂,浙江衢州324000)摘要:电气制动在乌溪江电厂#5机100MW水轮发电机组的应用,进行电气制动的实践改造及相关试验,取得良好效果。
为电气制动在其他同类型机组的推广应用提供了依据。
关键词:水轮发电机电气制动机械制动一、前言:乌溪江水力发电厂是浙江电网的主力调峰水电厂,隶属于中国华电集团公司,是国有大Ⅱ型水电企业。
乌溪江电厂#5机组单机100MW,在浙江电网承担调峰任务,开停机频繁。
#5机距离厂房控制室2KM,采用计算机监控系统控制,实现无人值班,少人值守的关门运行机组,有必要提高机组停机制动的自动化水平。
我们对#5机组进行电气制动的实际改造和相关试验,取得了有益的结论。
水轮发电机组采用电气制动停机系统,可以较大程度地改善机组的停机运行工况,缩短停机时间,消除机械制动时制动块与制动环因摩擦而引起的机械疲劳以致变形龟裂,同时洁净了环境,提高了机组控制的自动化水平。
二、电气制动的概述:水轮发电机组的传统制动方式一般采用机械制动,其优点是:运行可靠,使用方便,通用性强,用气压、油压操作所消耗能源较少,在制动过程中对推力瓦的油膜有保护作用。
既用来制动机组,又用来顶转子,故具有双重功能。
但这种制动方式存在如下一些缺点:制动器的制动块磨损较快,制动中产生的粉尘随着循环风进入转子磁轭及定子铁芯的通风道,常年积累会减少通风道的过风断面面积,影响发电机的冷却效果,导致定子温升增高。
粉尘与油雾结合会四处飞落,污浊定子绕组,阻碍散热,降低绝缘水平,增加检修工作量。
在制动过程中,制动环外表温度急剧升高,因而产生热变形,以致出现龟裂现象。
为了克服机械制动方式的这些缺点,我们在乌溪江电厂#5机组上采用电气制动,但目前仍然保存机械制动方式,以进行混合制动。
三、电气制动的工作原理:当水轮发电机组与系统解列后,导水机构关闭,发电机灭磁,机组在转轮水阻力矩、转子风阻力矩以及轴承摩擦力矩的共同作用下,转速迅速下降,当转速下降到一定数值时〔通常为额定转速的40—60%〕,合上发电机定子绕组出线端的制动短路开关,给转子绕组加恒励,依据同步发电机的电枢反响原理,电枢反响的直轴分量仅表达为加磁或去磁,不反响有功转矩。
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成瓦面磨损或烧 坏 , 在制动过程 中, 制动块与制动 环的摩擦会 生 成粉尘 , 如果机组 内受油器或其他设备有漏油现象时 , 这些 粉尘
和 油 雾 混 合 后会 进入 发 电 机机 膛 内 ,粘 附在 定 子 和转 子 线 圈及
速 通 过 低 转 速 区 , 而 缩 短 了 停 机 时 间 , 免 了机 组 因 低 转 速 从 避
图 1 系 统原 理 图
机组 L U发 出投 电气制 动命令 的前提是发 电机 出 口开关 C 分位 、 导叶全关 、 机组 内部无事故 、 速降低 至 9 %n。 转 5 当电气制
中 图分 类 号 T M0
应 用
大 源 渡 水 电站 总 装 机 容 量 为 1 0 (  ̄ 0 ) 系衡 阳 电 2 MW 4 3 MW ,
Q 1三相高压保险 、 F、 励磁变 T 、 1三相全控可控硅整流桥 、 励磁调 节器 、 量用电压互感器 、 测 电流互 感器 、 交直流 回路保 护系统和 操作继电器等组成 。 原理见 图 1 制动电源取 自 1 . V母线 , , 05 k 制 动励 磁 电流 根据 发 电机 额 定短 路 励 磁 电流设 置 为 5 0 由 6 A, 1. V母线经励磁变压器和三相全控可控硅整流桥供给。整流 05 k 桥采用 电流闭环调节 , 整流输 出稳定 。 通过励磁调节装置逻辑控 制, 主要完成检测 电气制动投 入条件 , 即机组 L U是否发 出投 C 电气制动命令 , 其控制程序见 图 2 。
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。
整蔓 .量盐 一 重
设 管 与 碴 20 4 苗 理 维 0 № 囫 1
故 和水机 事故 , 经修 改机组 L U的程 序 , C 让其 发
3 . 调试运行过程 出现 的问题及原因分析与处 理 电气 制动在调试 和投运 以来 出现了 以下几种 现象 : 发电 ① 机 出 口断路 器在位 置分 闸试 验时 , 当合 上 电制动 电源开关后 ,
该装置 由制动电源励磁变压器 和定 子三相短路开关柜 、励磁 系
统 控制 柜 等 构 成 。机 组 励 磁 为 并 激 励 方 式 ,该 系 统 由励 磁 开 关
网骨干 电站 。4台发 电机是 全套 引进奥地利伊林公 司的灯 泡贯 流式机组 。系统要求启 、 停机操作相 当频繁 , 经过十来 年对 电气 制动在贯流式机组上应用的探讨 摸索和不断改进 ,目前 4台机 组 的电气制动装置均 已投入使用 , 且运行可靠 良好 , 取得了很好
的效 果 。 1 气 制 动 的 优 , 长时 间将会影 响机组 的散热与绝缘 。
( ) 轮 发 电 机 电气 制 动 的 主 要 原 理 是 当机 组 与 系 统 解 列 2水
Q2 F
并灭磁成 功停机 , 在转速下 降到一定 转速 时( 般在 9 %n) 一 5 将 发 电机 出口三相 短路 , 同时 向发 电机转子 回路施 加一恒定制 动 励磁 电流 。这 时同步发 电机发 生电枢反应 , 其直轴 分量体现 为 减磁 ,而交轴分量将 产生一 与转速方 向相 反的 电磁制动 力矩 。 发 电机转子在此 电磁 制动力矩 与其他阻力矩 的共 同作用 下 , 快
() 1 传统 的水 轮发 电机组 的停 机制动一般 是在机组转 速降 至 2 %n( 0 额定转速 ) , 时 投入机械制动 ( 大多采用机械活塞 式制 动器 )发 电机转 子在摩擦 阻力矩 的作用下 减速运行 , , 随着 转子 转速下降 , 经过一段 时间的摩擦后最终停止运转 。 采用 这种 制动 方式的优点是制动器直接作用 在制动环上 , 工作原理简单 , 通用 性很强 。 是由于是采用直接机械摩擦方式制动 , 但 必须 在机组转 速下降到较低转速后 才能投入 制动 ,否则会使机组制 动产 生很 大 的机械振动并容易烧毁制动块 ,而机组在经过 较长的低 转速
运行可能带来 的危害 , 延长 了发 电机 电气寿命 和机械寿命 。 目 前在大 中型水轮发 电机组上普遍 采用 了电气 制动方式 , 但在贯
流 式 水 轮 发 电机 组 上 由于 传 统 观 念 等 因素 的影 响 , 般 都 是 设 一
计配套 了电气制 动 , 但在 生产实 际过 程 中应用 电气 制动方式 制
动条件满足 , 即收到投电气制动命 令 , 在机端 电压 U< % ( f5 发 电机 额定 电压 ) , 时 将顺 序闭锁发 电机 保护 , 闭合发 电机定子 三
相短路开关 R S和直 流开关 Q 2 E F 。制动过程 中 , 短路开关 R S E 和直流开关 Q 2之一合 不上 , 电气 制动 时间过长 , F 或 即机 组转 速由 9 %n 降至 1 间超过 6 s 电气制动正常投入 时应 为 5 %n 时 0( 10 左右 )或装 置本身故 障时 ,L 2s , P C将向机组 L U发出电气制 C
电气 制 动 在 贯 流 式 水 轮 发 电机 组 的应 用
邬海军
摘要
方法。
阐述 了电气制动在 贯流 式水轮发 电机组上应 用 的优 点及 其工作原 理 , 分析 了运 行过程 中 出现 问题 的原 因及 提 出处 理
贯 流 式 水 轮 发 电机 组
文 献标 识 码 B
关 键 词 电气 制 动
动的较少 。 2大 源渡 水 电站 电气 制 动 系统 . 大 源 渡 水 电站 采 用 奥 地 利 伊 林 公 司生 产 的 电 气 制 动 装 置 。
动失败信号 , 电气制动退出 , 并且 P C发出逆变灭磁信号 。灭磁 L 后 ,L P C顺 序分断直流开关 Q 2和短路 开关 R S F E ,恢 复投 入继 电保 护 , 等待下次停机投 电制动命令 。