一起260MW水輪發(fā)電機(jī)組電制動(dòng)失敗原因分析及改進(jìn)措施

王煥 程璽

摘 要：介紹了某水電廠水輪發(fā)電機(jī)組電氣制動(dòng)失敗的原因并提出改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：電氣制動(dòng)；PLC

0 引言

某水電廠共裝有大型水輪發(fā)電機(jī)組5臺(tái)，擔(dān)任該區(qū)域電網(wǎng)中調(diào)峰的任務(wù)。該廠機(jī)組制動(dòng)系統(tǒng)采用混合制動(dòng)方式。在實(shí)際運(yùn)行中易發(fā)生機(jī)組停機(jī)電制動(dòng)失敗的情況，檢查原因?yàn)殡娭苿?dòng)回路PLC程序紊亂，針對(duì)以上現(xiàn)象進(jìn)行分析，提出改進(jìn)方案。

1 電氣制動(dòng)概述

發(fā)電機(jī)組解列后停機(jī)過(guò)程中，因轉(zhuǎn)動(dòng)部件存在轉(zhuǎn)動(dòng)慣性，轉(zhuǎn)速在短時(shí)間內(nèi)不能到零，機(jī)組會(huì)在低轉(zhuǎn)速區(qū)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，導(dǎo)致推力軸承油膜破壞出現(xiàn)干摩擦燒毀軸瓦。因此就必須對(duì)機(jī)組在低轉(zhuǎn)速區(qū)外加制動(dòng)。目前水輪發(fā)電機(jī)組主要有機(jī)械制動(dòng)、電氣制動(dòng)、混合制動(dòng)3種方式?；旌现苿?dòng)是前兩者配合的方式。機(jī)械制動(dòng)是制動(dòng)器在壓力源作用下與制動(dòng)環(huán)摩擦，使轉(zhuǎn)子受摩擦力而停止轉(zhuǎn)動(dòng)。但機(jī)械制動(dòng)存在著閘瓦易磨損，不利于散熱，降低機(jī)組絕緣水平，制動(dòng)環(huán)會(huì)產(chǎn)生變形和龜裂等缺點(diǎn)。電氣制動(dòng)是一種非接觸式的制動(dòng)方法，優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，不受外部因素影響，由于制動(dòng)轉(zhuǎn)矩與機(jī)組的轉(zhuǎn)差距成反比，即轉(zhuǎn)速越低，制動(dòng)力矩越大，低速時(shí)減速效果十分明顯。因其清潔無(wú)污染，不影響機(jī)組的散熱和絕緣水平。

2 某電廠電氣制動(dòng)系統(tǒng)

2.1 電氣制動(dòng)原理

某電廠水輪發(fā)電機(jī)組電氣制動(dòng)是用發(fā)電機(jī)出口三相短路開(kāi)關(guān)將發(fā)電機(jī)定子短路，通過(guò)制動(dòng)變?cè)谵D(zhuǎn)子繞組中通以適當(dāng)勵(lì)磁電流，該電流在定子繞組中產(chǎn)生銅耗制動(dòng)力矩，使機(jī)組減速制動(dòng)。

2.2 電氣制動(dòng)的過(guò)程

2.2.1 電氣制動(dòng)的啟動(dòng)條件

電氣制動(dòng)流程控制是通過(guò)專用可編程控制器（PLC）實(shí)現(xiàn)的。電制動(dòng)PLC的啟動(dòng)信號(hào)由機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)提供，投入的條件如下：機(jī)組與系統(tǒng)解列，停機(jī)令，出口斷路器分、機(jī)組無(wú)事故、導(dǎo)葉關(guān)閉、轉(zhuǎn)速<70%Ne、機(jī)端電壓<15%Ue。

2.2.2 電氣制動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)作過(guò)程

PLC始終監(jiān)視電制動(dòng)過(guò)程，當(dāng)檢測(cè)到電制動(dòng)投入命令并判斷條件滿足后，依次閉鎖保護(hù)裝置、斷開(kāi)勵(lì)磁開(kāi)關(guān)、合上短路開(kāi)關(guān)、合上電制動(dòng)交、直流電源開(kāi)關(guān)；轉(zhuǎn)速到零后，PLC同時(shí)發(fā)信號(hào)斷開(kāi)電制動(dòng)交、直流電源開(kāi)關(guān)、短路開(kāi)關(guān)、合上勵(lì)磁開(kāi)關(guān)、解除保護(hù)裝置，使勵(lì)磁裝置至開(kāi)機(jī)準(zhǔn)備狀態(tài)。

3 某電廠發(fā)電機(jī)組電制動(dòng)失敗原因分析

某電廠一臺(tái)260MW水輪發(fā)電機(jī)組正常停機(jī)操作，在投入電制動(dòng)相關(guān)電源后，采用監(jiān)控遠(yuǎn)方停機(jī)流程。但機(jī)組滿足電制動(dòng)投入條件時(shí)，電制動(dòng)卻未動(dòng)作，電制動(dòng)失敗。事后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查，初步判斷原因?yàn)殡娭苿?dòng)回路PLC程序紊亂或程序未自動(dòng)投入，而后者很少見(jiàn)。主要原因且經(jīng)常發(fā)生的是PLC程序紊亂。

分析發(fā)生PLC程序紊亂的原因：機(jī)組電氣制動(dòng)控制回路PLC、轉(zhuǎn)速繼電器工作電源取自短路開(kāi)關(guān)電源A相（見(jiàn)圖1），正常運(yùn)行時(shí)，為防止短路開(kāi)關(guān)、電制動(dòng)交、直流開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作，短路開(kāi)關(guān)動(dòng)力電源是斷開(kāi)的，此時(shí)，電制動(dòng)PLC工作電源處于失電狀態(tài)，程序保存由自身鋰電池供電。在大發(fā)電時(shí)期機(jī)組持續(xù)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，PLC程序一直處于鋰電池供電狀態(tài)，容易導(dǎo)致鋰電池電壓不足，無(wú)法監(jiān)視電池電量低信號(hào)，從而引起PLC程序失電，發(fā)生程序紊亂的情況。

4 改進(jìn)方案

4.1 方案1

為防止鋰電池電量耗盡，檢修人員定期測(cè)量電池電壓，發(fā)現(xiàn)電壓下降，及時(shí)更換PLC程序鋰電池，以保證PLC程序不會(huì)丟失。該方案具體實(shí)施過(guò)程中在人力資源和經(jīng)濟(jì)成本均有損耗。

4.2 方案2

機(jī)組電氣制動(dòng)控制回路PLC電源常投，但當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，無(wú)法滿足防止短路開(kāi)關(guān)、電制動(dòng)交、直流開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作的安全要求，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 方案3

結(jié)合兩種方案分析，PLC回路要保證不能失電，且保證短路開(kāi)關(guān)、電制動(dòng)交、直流開(kāi)關(guān)等回路防止誤動(dòng)作的安全要求，就要將PLC回路從原系統(tǒng)中分離出來(lái)，給PLC回路及轉(zhuǎn)速繼電器進(jìn)行單獨(dú)持續(xù)供電，而其余回路方式不變，以滿足以上兩方面要求。

在實(shí)際改造過(guò)程中，給PLC回路選擇供電電源是非常關(guān)鍵的。原來(lái)供電電源取自出口短路開(kāi)關(guān)動(dòng)力電源（圖1中2DK）后，已經(jīng)證明存在隱患，而考慮從2DK前取電，需要加裝一套控制開(kāi)關(guān)來(lái)控制PLC回路的電源，方便PLC回路的檢修維護(hù)。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中，勵(lì)磁開(kāi)關(guān)柜加裝開(kāi)關(guān)不具備條件，因此考慮其他電源。機(jī)組旁的饋線柜既滿足可操作性和供電可靠性，又有電源開(kāi)關(guān)可控，因此選擇在機(jī)旁饋線柜選取電源最方便可靠。PLC工作電源改造后見(jiàn)圖2。

5 實(shí)施效果

通過(guò)對(duì)比，方案3更為合理，既滿足安全生產(chǎn)的需要，又能到達(dá)節(jié)省人力、物力資源成本。不僅消除了電制動(dòng)控制回路隱患，也大大提高了電氣制動(dòng)的可靠性與穩(wěn)定性，減輕了運(yùn)維工作量，同時(shí)也有效提高了水電站自動(dòng)化水平。

參考文獻(xiàn)

[1]黃純?nèi)A.大型同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行[M].北京：水利水電出版社，1992.

[2]陳建明.電氣控制與PLC應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

（作者單位：1.華北電力大學(xué)；2.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司劉家峽水電廠）