電氣制動系統(tǒng)故障分析與改進(jìn)

彭昌清

（國網(wǎng)湖北省電力公司黃龍灘水力發(fā)電廠，湖北 十堰 442000）

電氣制動系統(tǒng)故障分析與改進(jìn)

彭昌清

（國網(wǎng)湖北省電力公司黃龍灘水力發(fā)電廠，湖北 十堰 442000）

本文通過對一起水輪發(fā)電機組電氣制動系統(tǒng)接地短路開關(guān)燒壞缺陷的分析，根據(jù)實際情況進(jìn)行現(xiàn)場處理，提出就地改進(jìn)的方案。

水輪發(fā)電機組電氣制動；故障；改進(jìn)方案

黃龍灘電廠于2005年建成投入運行兩臺170MW水輪發(fā)電機組，該機組的制動系統(tǒng)采用的是常規(guī)機械制動和電氣制動相結(jié)合的混合制動方式，2012年7月25日在機組電氣制動裝置投入過程中出現(xiàn)電制動接地短路開關(guān)FDK燒壞的事件，現(xiàn)就此次事件發(fā)生的問題進(jìn)行分析，提出改進(jìn)的方案。

一、水輪發(fā)電機組電氣制動系統(tǒng)概述

當(dāng)水輪發(fā)電機與電力系統(tǒng)解列后，機組進(jìn)入停機過程。由于機組的轉(zhuǎn)動部件具有較大的慣性，機組在短時間內(nèi)不能停止運轉(zhuǎn)。但機組軸承是不允許機組較長時間處于低速運轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速有關(guān)，機組在低速下旋轉(zhuǎn)會導(dǎo)致油膜的破壞繼而出現(xiàn)干摩擦，而燒毀軸瓦。

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(chǎn)生摩擦阻力而起制動作用，但制動環(huán)、風(fēng)閘易因機械疲勞而變形龜裂；且摩擦產(chǎn)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(fēng)溝表面，影響發(fā)電機的絕緣和散熱，嚴(yán)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(zhuǎn)矩大。制動力矩是隨機組轉(zhuǎn)速下降而增大，當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時達(dá)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(diào)峰， 機組開停機操作頻繁的要求。

電氣制動的工作原理是基于同步電機的電樞反應(yīng)。當(dāng)機組與電網(wǎng)解列，發(fā)電機轉(zhuǎn)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(chǎn)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(jīng)整流后的外部電源供給。

二、電氣制動接地短路開關(guān)FDK工作異常分析

1 電氣制動接地短路開關(guān)FDK機構(gòu)工作異常發(fā)生在開機時?，F(xiàn)象：水輪發(fā)電機組自動開機時，機組聲音異常，調(diào)速器抽動頻繁，勵磁系統(tǒng)正常但是發(fā)電機組電壓無法建立，經(jīng)檢查為電氣制動接地短路開關(guān)FDK傳動機構(gòu)的傳動軸的主軸與傳動臂脫焊斷裂， 電氣制動接地短路開關(guān)FDK實際未斷開，而監(jiān)控系統(tǒng)上位機卻顯示為分閘位置， 電氣制動接地短路開關(guān)FDK分、合閘位置信息僅靠其傳動臂帶動輔助轉(zhuǎn)換開關(guān)提供，不夠科學(xué)和不可靠。

2 電氣制動接地短路開關(guān)FDK機構(gòu)工作異常發(fā)生在停機時。現(xiàn)象：水輪發(fā)電機組自動停機時，所有外部條件均滿足水輪發(fā)電機組電氣制動停機， 水輪發(fā)電機組電氣制動投入，在其投入90秒后發(fā)生電氣制動接地短路開關(guān)FDK燒壞事件，經(jīng)檢查監(jiān)控系統(tǒng)上位機電氣制動接地短路開關(guān)FDK顯示為合閘位置，電氣制動時，接地短路開關(guān)FDK A、B相傳動機構(gòu)分別與傳動軸的主軸脫焊斷裂，A、B相動、靜觸頭之間有11.5cm的間隙，僅有C相處于合閘位置。

三、電氣制動接地短路開關(guān)FDK燒壞原因分析

2012年5月11日在機組開機過程中出現(xiàn)因電氣制動接地短路開關(guān)FDK傳動機構(gòu)的傳動軸的主軸與傳動臂脫焊斷裂，電氣制動接地短路開關(guān)FDK實際未斷開，而監(jiān)控系統(tǒng)上位機卻顯示為分閘位置，導(dǎo)致水輪發(fā)電機組開機時，機組聲音異常，調(diào)速器抽動頻繁，勵磁系統(tǒng)正常但是發(fā)電機組電壓無法建立，經(jīng)過處理后，運行正常。

2012年7月25日在機組自動停機時，所有外部條件均滿足， 水輪發(fā)電機組電氣制動投入，在其投入90秒后發(fā)生電氣制動接地短路開關(guān)FDK燒壞事件，經(jīng)檢查監(jiān)控系統(tǒng)上位機顯示電氣制動接地短路開關(guān)FDK為合閘位置，電氣制動時，接地短路開關(guān)FDK A、B相傳動機構(gòu)分別與傳動軸的主軸脫焊斷裂， 電氣制動接地短路開關(guān)FDK合閘時，僅有C相處于合閘位置；A、B相動靜觸頭之間有11.5cm的間隙，此間隙在水輪發(fā)電機組電氣制動投入時存在放電擊穿弧光接地短路，從事后的故障錄波圖可以看出A、B均有1.2萬安培的強大弧光電流。經(jīng)分析：

1 電氣制動接地短路開關(guān)FDK分、合閘位置信息僅靠傳動主軸與傳動臂帶動輔助轉(zhuǎn)換開關(guān)提供， 不夠科學(xué)和不可靠，是導(dǎo)致本次電氣制動裝置投入過程中出現(xiàn)電制動接地短路開關(guān)FDK燒壞事件的直接原因。

2 電制動投入時A、B相動靜觸頭之間的間隙存在放電擊穿強大的弧光電流接地短路，是本次事件的主要原因。

3 設(shè)備管理及維護存在死角，2012年5月11日在機組開機過程中出現(xiàn)因電氣制動接地短路開關(guān)FDK傳動機構(gòu)的傳動軸的主軸與傳動臂脫焊斷裂，僅簡單處理，沒引起足夠重視，深入剖析事件本質(zhì)原因。

4 設(shè)備技術(shù)監(jiān)督存在漏洞。

四、解決方案

針對此次事件發(fā)生的問題進(jìn)行分析，提出如下改進(jìn)方案。

1 對電氣一次部分的改進(jìn)

全面加強電氣制動接地短路開關(guān)傳動機構(gòu)的連接部位螺栓固定改為用定位銷緊固與焊接，將電氣制動接地短路開關(guān)FDK傳動機構(gòu)的傳動主軸與傳動臂、分別將ABC三相與電氣制動接地短路開關(guān)FDK傳動主軸之間的連接部位進(jìn)行緊固焊接，防止再次脫焊斷裂。

2 對電氣二次部分的改進(jìn)電廠電制動短路開關(guān)FDK

采用電動三相刀閘。由于是調(diào)頻、調(diào)峰電廠，所以機組開停機較為頻繁，短路刀閘動作次數(shù)較多，易產(chǎn)生裝置疲勞，長周期運行會使其分合位置接點產(chǎn)生不可靠因素。

由于電制動啟動后，先合FDK，然后將FDK位置信號送至電制動PLC中，然后再投入ZLK、JLK開關(guān)。但是FDK分合位置接點是由與其電動機構(gòu)聯(lián)動來實現(xiàn)的，若FDK三相之間傳動機構(gòu)連接軸套兩端因脫焊或者因扭矩力過大造成扭斷后，電機操動機構(gòu)與刀閘傳動桿脫離，就會出現(xiàn)FDK實際分合閘位置與上送到監(jiān)控或電制動PLC位置不對應(yīng)，容易引起事故。在保證三相刀閘傳動桿能正確可靠的傳動，使FDK正確分合的前提下，在FDK三相動觸頭處加裝行程開關(guān)，并將此三相行程開關(guān)接點分別相串聯(lián)后，再接入電制動裝置PLC中和上位機計算機監(jiān)控系統(tǒng)。這樣可保證FDK在未分閘到位或者未合閘到位前，電制動裝置就不會有制動電流產(chǎn)生。

水輪發(fā)電機組電制動短路開關(guān)FDK輔助接點改進(jìn)實施：

（1）選用雙位置歐姆龍行程位置轉(zhuǎn)換開關(guān)6只，分別反映水輪發(fā)電機組電制動短路開關(guān)FDK三相實際分、合閘位置；

（2）分別在水輪發(fā)電機組電制動短路開關(guān)FDK三相動觸頭軸套附近用焊接金屬支架，軸支架上用滌綸棒防電磁干擾，此棒隨FDK開關(guān)實際位置變化而變化帶動FDK分合閘位置行程開關(guān)，反應(yīng)FDK開關(guān)實際位置，如圖1所示。

目前水輪發(fā)電機組電制動短路開關(guān)FDK輔助接點等改進(jìn)實施后，再沒有出現(xiàn)上述缺陷。水輪發(fā)電機組電氣制動系統(tǒng)的運行情況將直接影響發(fā)電廠的安全運行，要在工作中不斷分析出現(xiàn)的缺陷及故障，深入分析原因?qū)嵤└倪M(jìn)，確保水輪發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行，提高電網(wǎng)供電的可靠性。

[1] GN23-20型隔離開關(guān)安裝使用說明書[Z].

[2] JPT-4/P23型可編程電氣制動裝置使用說明書[Z].

TM73

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10.13612/j.cnki.cntp.2014.19.054