鳳灘電廠六號機電制動試驗及其分析

楊建明

湖南電力公司鳳灘水力發電廠

鳳灘電廠六號機電制動試驗及其分析

楊建明

湖南電力公司鳳灘水力發電廠

鳳灘水電廠在湖南電網中承擔調峰調頻作用，機組啟、停頻繁。其所有機組之前一直采用機械制動方式停機。機械制動雖然制動迅速、控制簡單方便，但是對風閘的磨損較大，且制動過程中產生的粉塵會進入轉子磁軛及定子鐵芯的風道。直接影響發電機的冷卻效果，甚至威脅到發電機的絕緣。為減小機械制動帶來的危害，同時減小機組停機過程中的低轉速運轉對軸瓦的磨損，本次結合六號機勵磁系統改造，特對其進行了電制動試驗。

水電廠；電氣制動

1 引言

鳳灘水電廠六號機(SF200-48/11810)額定容量200MW，額定機端電壓15.75kV，額定定子電流8379A。與變壓器(SSP9-240000kVA/220kV)采用單元接線方式。在出口開關360與主變低壓側隔離開關3603之間安裝有一個三相短路隔離開關3607。具體接線方式如下圖：

圖1 六號機變一次接線圖

2 電制動基本流程

機組正常停機至調速器后，待轉速降為60%Ne且電制動條件滿足時，跳3603隔離開關、合3607短路隔離開關、合360斷路器，并啟動勵磁進入恒轉子電流模式，開始電制動。待轉速下降為5%Ne時，退出電制動，恢復機組至熱備用狀態并同時投機械制動，直到停機完成。

當出現故障或電制動超時，立即退出電制動，走正常停機流程。電制動過程中閉鎖相應的發電機保護，退出電制動后立即解除發電機閉鎖的保護。

其中“電制動條件滿足”包括：“停機令”&“360分位”&“FMK合位”&“無電氣事故”&“A套線路保護未動作”&“B套線路保護未動作”&“A套勵磁變保護未動作”&“B套線路保護未動作”&“勵磁變溫度過高未動作”&“A、B套勵磁調節器無故障”&“1、2、3#功率柜無故障”。

“電制動超時”定義為：監控流程中定義超時為電制動至勵磁后240秒，勵磁流程中定義超時為啟動調節器后210秒。

閉鎖的發變組保護有：發電機A套縱差保護、發電機A套定子接地(3U0)、發電機B套定子接地(3U0)、變壓器B套縱差保護。

3 具體試驗步驟

3.1 轉速裝置試驗

由上流程圖可以看出，整個電制動的投入、退出都依賴于轉速繼電器的接點動作情況。為了確保電制動的順利完成，需對轉速裝置進行試驗?？紤]到電制動過程中需要合短路隔離開關，此時殘壓測頻失效，所以轉速裝置必須跟蹤齒盤測速。

六號機采用的轉速裝置為哈爾濱瑞格大機電生產的SPCT1/3-6型。該轉速裝置配置有四路通道，其中1、2通道為兩路齒盤，3、4通道為兩路殘壓。現場配置了一路齒盤和一路殘壓通道。試驗過程中，為確保轉速跟蹤齒盤，特并接另一路齒盤通道，并設置兩路齒盤通道優先(即1、2通道優先)。并設置齒盤通道系數為0.5。

3.2 勵磁裝置短路升流試驗

通過該試驗可以得到電制動狀態下恒定的轉子電流對應的頂子電流數據?？辙D狀態時，拉開3603隔離開關、合上3607短路隔離開關、合上360短路器。通過零起升壓，逐步使定子電流升至額定，記錄相應數據于下表。

由于360斷路器合閘，此時調速器將切至開度調節。短路升流過程中的電制動力矩將使得機組轉速下降。為確保記錄額定轉速下的短路升流數據，須將調速器切為電手動狀態，由運行人員手動操作保持機組額定轉速。

3.3 電制動試驗

3.3.1 正常停機測量轉速下降的各階段時間

停機令到調速器開始計時，記錄機組各個階段轉速的時間。

3.3.2 25%額定定子電流投電制動試驗

根據短路升流試驗測得的轉子電流數據，對照25%定子電流設置恒轉子電流的數值，進行電制動試驗。記錄各個電氣參數及轉速下降各階段時間試驗數據記錄如下表2)。試驗過程中，機組轉速降為18%時，勵磁電制動超時退出，隨即監控退出電制動流程。隨轉速下降，進行機械制動，直至停機完成。

3.3.3 50%額定定子電流投電制動試驗

根據短路升流試驗測得的轉子電流數據，對照50%定子電流設置恒轉子電流的數值，進行電制動試驗。記錄各個電氣參數及轉速下降各階段時間(試驗數據記錄如下表2)。試驗過程中，機組轉速降為14%時，勵磁電制動超時退出，隨即監控退出電制動流程。隨轉速下降，進行機械制動，直至停機完成。

3.3.4 75%額定定子電流投電制動試驗

根據短路升流試驗測得的轉子電流數據，對照75%定子電流設置恒轉子電流的數值，進行電制動試驗。記錄各個電氣參數及轉速下降各階段時間試驗數據記錄如下表2)。試驗數據記錄如下表2。試驗過程中，機組轉速降為11%時，勵磁電制動超時退出，隨即監控退出電制動流程。隨轉速下降，進行機械制動，直至停機完成。

3.3.5 100%額定定子電流投電制動試驗

根據短路升流試驗測得的轉子電流數據，對照100%定子電流設置恒轉子電流的數值，進行電制動試驗。記錄各個電氣參數及轉速下降各階段時間試驗數據記錄如下表2)。試驗過程中，轉速降為5%時勵磁逆變滅磁，電制動正常退出。監控正常退電制動并投機械制動，直至停機完成。

4 試驗分析

4.1 電制動過程中定子電流保持不變：Id=E/Xd，其中E=4.44NfΦ，Xd=2∏fl。隨著轉速的降低，發電機感應電動勢和回路電抗同步在減小，所以定子電流保持不變。

4.2 對比定子電流為8400A投電制動與未投電制動的數據可知：至5%Ne時節約時間為459-216=243s；

4.3 隨著轉速的下降，下降相同的轉速所需的制動時間隨之增加。

制動力矩公式：

由于定子電流基本恒定。出現最大制動轉矩時的轉速為：

r相對Xd而言較小，所以最大轉矩對應的轉速很小，即隨著轉速的降低制動轉矩會增大。但是由于轉速降低后，發電機的風磨阻力矩和軸承摩擦阻力矩會減小，導致總的制動力矩在減小，從而使得轉速下降速度減慢。

以75%Ie為例：

60%至50%Ne，耗時15s；50%至40%Ne，耗時23s；30%至20%Ne，耗時50s；

4.4 定子短路電流的增大，將大大提升電制動的效果。由公式可知，制動力矩正比于定子電流的平方。比較不同定子電流下，從30%至20%Ne的制動時間：

2100A，耗時75s；4500A，耗時61s；6200A，耗時50s；8000A，耗時43s；

4.5 在6200A定子電流進行電制動的過程中，出現發電機保護“定子接地3U0”動作，為防止其出口影響電制動，試驗中應將其閉鎖。

4.6 短路升流試驗中，為準確測得額定轉速下轉子電流與定子電流數據，需要將調速器切為“電手動”狀態或設置為“跟蹤網頻”方式。

4.7 為確保電制動的安全可靠進行，對轉速裝置必須配置有冗余的齒盤測速通道。

5 結論

通過此次試驗表明，監控系統電制動相關流程正確，各回路及相關設備動作可靠。電制動效果明顯，在以定子電流為8400A進行電制動時，對比未投電制動的情況下，節約停機時間243秒，大大減少了機組低轉速運轉時間。電制動過程中，定子繞組及鐵芯溫度沒有明顯升高。此次試驗為其他機組電制動的投入積累了經驗，其控制流程、試驗數據以及試驗中遇到的問題和解決方法都為其他機組提供了很好的借鑒。

[1] 陳賢明，陳遺志，呂宏水，王偉，朱曉東.水輪發電機電氣制動仿真.水電廠自動化.2009年第30卷第02期

[2] 陳列，朱逸蘇，電制動技術在50MW水輪發電機組的應用，《水電站機電技術》.2009年03期