電氣制動(dòng)開關(guān)在常規(guī)水電站的選擇及應(yīng)用

路秀麗 趙曉輝

摘要：本文介紹了水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組采用電氣制動(dòng)開關(guān)的原因、優(yōu)點(diǎn)，以及電氣制動(dòng)開關(guān)的工作原理及參數(shù)選擇，為電氣制動(dòng)開關(guān)在同類機(jī)組中的應(yīng)用提供了參考。

關(guān)鍵字：電制動(dòng)開關(guān)，工作原理，參數(shù)選擇

0 前言

水電站在電力系統(tǒng)中一般擔(dān)任調(diào)頻、調(diào)峰、調(diào)相、備用等任務(wù)，因此水輪發(fā)電機(jī)組開停機(jī)的次數(shù)較多，為保障機(jī)組的安全運(yùn)行，機(jī)組停機(jī)制動(dòng)就顯得十分重要。目前，我國(guó)大部分常規(guī)水電站的機(jī)組停機(jī)都采用壓縮空氣操作的機(jī)械制動(dòng)裝置，其優(yōu)點(diǎn)是：運(yùn)行可靠，使用方便，用氣壓、油壓操作所消耗的能源較少，在制動(dòng)過(guò)程中對(duì)推力瓦的油膜有保護(hù)作用，既可以用來(lái)制動(dòng)機(jī)組，又可以用來(lái)頂轉(zhuǎn)子，具有雙重功能。但是，這種制動(dòng)方式也存在如下的缺點(diǎn)：制動(dòng)器的制動(dòng)塊磨損較快，制動(dòng)中產(chǎn)生的粉塵隨著循環(huán)風(fēng)進(jìn)入轉(zhuǎn)子磁軛及定子鐵心的通風(fēng)道，長(zhǎng)年累積會(huì)減少通風(fēng)道的快風(fēng)斷面面積，影響發(fā)電機(jī)的冷卻效果。粉塵與油霧會(huì)四處飛落，污染定子繞組妨礙散熱，降低絕緣水平增加檢修工作量[1] [4]。為了克服這種缺點(diǎn)，目前在大容量高轉(zhuǎn)速水輪機(jī)組，特別是機(jī)組啟停頻繁的抽水蓄能機(jī)組上，采用機(jī)械制動(dòng)與電氣制動(dòng)結(jié)合的雙重制動(dòng)方式，以期縮短停機(jī)時(shí)間，提高機(jī)組的自動(dòng)化水平。

1 電氣制動(dòng)開關(guān)的工作原理

機(jī)組解列后，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降到50%～60%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，在發(fā)電機(jī)出口合上電氣制動(dòng)開關(guān)，并給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加勵(lì)磁，依據(jù)同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)原理，電樞反應(yīng)的直軸分量?jī)H體現(xiàn)為加磁或者去磁，不反應(yīng)有功轉(zhuǎn)矩，而電樞反應(yīng)的交軸分量則體現(xiàn)為一個(gè)有功轉(zhuǎn)矩，其方向與原有速度方向相反。利用這個(gè)相反的力矩，可以讓機(jī)組快速的停下來(lái)。

電氣制動(dòng)開關(guān)的使用分以下兩種情況：

（1） 電氣制動(dòng)單獨(dú)使用

電氣制動(dòng)單獨(dú)使用時(shí)，一般應(yīng)在機(jī)組轉(zhuǎn)速下降到50%～60%額定轉(zhuǎn)速時(shí)投入，制動(dòng)時(shí)間應(yīng)限制在10min以內(nèi)。

（2） 電氣制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)的配合使用

當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降到50%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，電氣制動(dòng)系統(tǒng)投入運(yùn)行;當(dāng)轉(zhuǎn)速繼續(xù)下降到額定轉(zhuǎn)速的10%時(shí)，機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)投入運(yùn)行;制動(dòng)時(shí)間應(yīng)限制在10min以內(nèi)。

目前一般電站都采用第二種。

2電氣制動(dòng)開關(guān)的方案選擇

目前，水輪發(fā)電機(jī)組的電氣制動(dòng)開關(guān)一般采用隔離開關(guān)或者斷路器，各有優(yōu)缺點(diǎn)。

（1） 若采用隔離開關(guān)，應(yīng)為快速或帶引弧觸頭的隔離開關(guān)。隔離開關(guān)的價(jià)格相對(duì)低廉，布置簡(jiǎn)單，但是，隔離開關(guān)滅弧能力差，分合閘時(shí)間較長(zhǎng)，三相同期性差，個(gè)別電廠增發(fā)生過(guò)出頭燒損的事故。

（2） 若采用SF6斷路器，由于SF6斷路器電氣性能好，布置簡(jiǎn)單，一般抽水蓄能電站，常規(guī)需要電氣制動(dòng)水電站，都要求電氣制動(dòng)開關(guān)采用SF6斷路器。

3電氣制動(dòng)開關(guān)的參數(shù)選擇

電氣制動(dòng)開關(guān)在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)處在打開狀態(tài)，只有當(dāng)機(jī)組停機(jī)，且發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速降至額定轉(zhuǎn)速的50%～60%時(shí)才投入，此時(shí)制動(dòng)電流為1～1.3倍的發(fā)電機(jī)額定電流。所以，電制動(dòng)開關(guān)額定電壓、額定電流不低于所在回路的發(fā)電機(jī)的額定電壓和額定電流，額定短時(shí)耐受和峰值耐受電流應(yīng)能保證滿足發(fā)電機(jī)機(jī)端發(fā)生三相短路時(shí)，發(fā)電機(jī)側(cè)短路電流的交流分量和直流分量。

4電氣制動(dòng)開關(guān)的布置

電氣制動(dòng)開關(guān)應(yīng)用于大型機(jī)組，一般都是通過(guò)分支母線與離相封閉母線相連。布置時(shí)與離相封閉母線布置統(tǒng)一考慮，一般布置于發(fā)電機(jī)和GCB之間。電制動(dòng)開關(guān)外殼和導(dǎo)體均采用了可拆卸的軟連接件，電制動(dòng)開關(guān)外殼與離相封閉母線的外殼需保持電氣上的良好聯(lián)通。

在完成與離相封閉母線的連接后，電制動(dòng)開關(guān)應(yīng)保證其外殼密封良好，并和離相封閉母線組成一個(gè)完整的氣密封系統(tǒng)，以滿足采用微正壓系統(tǒng)的離相封閉母線對(duì)氣密性的要求。

5 結(jié)論

電氣制動(dòng)短路開關(guān)的應(yīng)用，對(duì)改善機(jī)組的停機(jī)工況，縮短停機(jī)時(shí)間，以及提高電站的自動(dòng)化程度都具有積極的意義。在電制動(dòng)開關(guān)的應(yīng)用中，應(yīng)該重視設(shè)備閉鎖，防止引起發(fā)電機(jī)回路短路。

參考文獻(xiàn)

[1]周新有，電氣制動(dòng)在烏溪江電廠水輪發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用實(shí)踐。浙江省水電站技術(shù)改造與新技術(shù)應(yīng)用交流會(huì)，2006年

[2]阮全榮，孫帆等，水電站電氣設(shè)備選擇與布置。中國(guó)水利水電出版社，2013年9月

[3] GB/T7894—2009，水輪發(fā)電機(jī)基本技術(shù)條件（S）

[4] 趙鑫，三峽左岸電站發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)開關(guān)裝置的設(shè)計(jì)（M）