試析PLC控制的水輪機(jī)電氣制動系統(tǒng)設(shè)計

盧春明

摘 要 在電網(wǎng)運(yùn)行的過程中調(diào)峰電站多以水電站或者水輪機(jī)為主。水輪機(jī)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)關(guān)閉之后，如果不能夠采取有效的制動措施，轉(zhuǎn)子在巨大慣性作用下依然會花費(fèi)很長的時間才能夠停止運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣就很容易造成水輪機(jī)過勞磨損甚至?xí)霈F(xiàn)嚴(yán)重?zé)齻膯栴}，所以必須要采取恰當(dāng)?shù)拇胧﹣頊p少水輪機(jī)的停機(jī)時間。電氣制動停機(jī)操作屬于邏輯性極強(qiáng)的自動操作過程，必須要通過大量的感應(yīng)元件，對整個機(jī)器運(yùn)行的過程進(jìn)行全程監(jiān)控。PLC能夠進(jìn)行邏輯控制，并且保證每一個操作步驟都有著嚴(yán)密的邏輯互鎖線，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的操作事故，所以通過運(yùn)用水輪機(jī)電氣控制制動方案的研究，能夠促進(jìn)水輪機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞 PLC控制技術(shù);水輪機(jī);系統(tǒng);設(shè)計

1 電氣制動的主要內(nèi)涵

1.1 電氣制動的主要原理

水輪機(jī)在發(fā)電的過程中，由于機(jī)械的運(yùn)動形式，所以很容易造成制動器制動模塊受損嚴(yán)重，而且在制動過程中，由于會產(chǎn)生大量的粉末倒置轉(zhuǎn)子磁軛以及定子鐵芯的通風(fēng)口堵塞，影響制動系統(tǒng)的制動效果，造成定子溫度上升。粉末在隨意飄散的過程中也會造成散熱效果不理想，導(dǎo)致水輪機(jī)的正常運(yùn)行受到影響，而且也會增加檢修人員檢修的風(fēng)險。

在電氣制動裝置捕捉電氣制動可以通過的條件之后，短路開關(guān)就會將發(fā)電機(jī)出口進(jìn)行三相短路，然后再次施加勵磁，此時會發(fā)生電樞反應(yīng)。

在機(jī)械形式制動的過程中，通過普遍采用電氣制動的停機(jī)技術(shù)和方式，電制動的制動力比較強(qiáng)大，而且能夠有效縮短停機(jī)時間，并不會對周圍的環(huán)境產(chǎn)生污染，制動帶來的轉(zhuǎn)速投入也不會受到局限。運(yùn)用電制動在水輪發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用存在一定的局限性，尤其是在機(jī)組出現(xiàn)故障時并不能夠正常的投入運(yùn)營。

1.2 電氣制動停機(jī)的主要流程

在電氣制動停機(jī)的過程中，分為兩種方式，第一種方式是通過電氣制動操作邏輯控制，而另一種則是制動力矩的控制，電氣制動操作主要就是控制開關(guān)閉合和斷開制動力矩的控制，則是利用電流起到自動啟動的制動作用的電磁矩的目的。

1.3 PLC

PLC是基于繼電器和計算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，并且已經(jīng)逐漸成為微處理器的核心裝置，通過運(yùn)用自動控制技術(shù)，通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)等可以保證PLC自身的應(yīng)用效果得到全面增強(qiáng)，而且也能夠?qū)崿F(xiàn)過程控制的一種新型工業(yè)裝置，PLC，具有良好的抗干擾能力，可靠性和安全性，而且其自身的結(jié)構(gòu)精密體積較小，可以在工業(yè)控制中被廣泛應(yīng)用。所以PLC在。水輪機(jī)電氣制動系統(tǒng)中應(yīng)用的主要控制線路就是通過機(jī)組轉(zhuǎn)速，制動電流等模擬信號經(jīng)過A/D模塊之后，能夠轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并且直接輸入到PLC，通過實際預(yù)算能夠根據(jù)相應(yīng)的數(shù)值輸入到D/A模塊，感應(yīng)器的制動情況反饋給PLC，這樣也能夠形成閉環(huán)控制回路[1]。

2 電氣制動系統(tǒng)的主要構(gòu)成

在電氣系統(tǒng)設(shè)置的過程中可以運(yùn)用電氣制動控制柜，制動電源變壓器以及電子短路真空開關(guān)共同組成其中電氣制動系統(tǒng)用于利用了PLC作為主要控制中心，所以能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立的三相橋式整流電路具有非常良好的獨(dú)立操作空間，而且也能夠增加液晶觸摸顯示屏，方便檢修人員更好的操作和監(jiān)察。

2.1 基于PLC控制電氣制動系統(tǒng)的主要構(gòu)成

通過基于PLC控制的水輪機(jī)電氣制動系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，結(jié)合三相短路法能夠?qū)崿F(xiàn)電氣制動。作為一套獨(dú)立的電氣制動系統(tǒng)，必須包括制動電源輸入輸出開關(guān)各一臺、定子短路刀閘一臺、電氣變電箱以及PLC等外部控制回路。由于該方案能夠保證電氣制動裝備處于完全獨(dú)立的運(yùn)行狀態(tài)，所以無須更改現(xiàn)有的勵磁設(shè)備，并且在設(shè)計時由于主回路采取的是可控硅元件電制動電流也會有電氣制動控制進(jìn)行制動，能夠保證電流化整為零，在現(xiàn)場實驗的過程中也非常的高效安全，通過調(diào)節(jié)PLC能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)制動力矩，保證電制動發(fā)揮出最大的功效，盡可能減少停機(jī)時間。例如在我國丹江、豐滿、東風(fēng)等大中型水電站幾十臺機(jī)組都采用這種獨(dú)立的電氣控制裝置，并且具有非常良好的停機(jī)效果。

2.2 基于PLC控制電氣制動系統(tǒng)操作邏輯

在電子短路電流和制動投入轉(zhuǎn)速之中，通過水輪機(jī)組與系統(tǒng)進(jìn)行檢驗，定子外的電路三相短路，能夠與轉(zhuǎn)子繞組輸入定量形成恒定電流，所以定子中會出現(xiàn)感應(yīng)電流，感應(yīng)電流能夠在定子繞組中生成制動力矩，保證水輪機(jī)組快速減速并且停機(jī)。在電氣制動流程設(shè)計的過程中，首先是輪機(jī)組運(yùn)用PLC能夠進(jìn)行電氣制動，運(yùn)行模式中的設(shè)計包括有機(jī)械制動、電氣制動和電機(jī)匯合制動三種不同的形式，可以結(jié)合實際的情況選擇不同的制動方案。由于電

氣制動停機(jī)操作的關(guān)鍵邏輯順序是水輪機(jī)與系統(tǒng)解列-根據(jù)電氣制動啟動條件來判斷電氣制動短路開關(guān)SDK閉合-直流開關(guān)ZLK閉合-閉合交流開關(guān)柜-斷開-斷開FDK系統(tǒng)復(fù)位。

當(dāng)電氣自動控制的PLC作為水輪機(jī)最重要的監(jiān)控系統(tǒng)時，為了能夠滿足啟動要求，必須在轉(zhuǎn)速達(dá)到80%的時候激活PLC，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到60%時則可編程控制邏輯就實現(xiàn)了運(yùn)行控制的效果，所以只有在停機(jī)指令時機(jī)組油開關(guān)跳開，機(jī)組沒有出現(xiàn)電氣故障，則導(dǎo)水液開關(guān)關(guān)閉，水輪機(jī)組轉(zhuǎn)速小于80%，在通常情況下，PLC都沒有處于運(yùn)行狀態(tài)，只有當(dāng)水輪機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出停機(jī)指令之后，PLC才能夠事先啟動，根據(jù)預(yù)先設(shè)計好的運(yùn)行程序運(yùn)作。如果PLC收到水輪機(jī)組后發(fā)出的轉(zhuǎn)速小于80%指令之后，可以直接判斷水輪機(jī)組開關(guān)斷開導(dǎo)水液等相關(guān)信息，然后立即開啟差動保護(hù)，則FDK電源給予繼電器和磁開關(guān)跳滅磁的開關(guān)脈沖時間一般在兩秒左右，當(dāng)轉(zhuǎn)速小于60%時，通過利用PLC判斷殘壓已經(jīng)小于10%時，則FDK電源的發(fā)動機(jī)短路刀閘回關(guān)閉，所以直流開關(guān)也會隨之關(guān)閉，在1.5秒之后交流開關(guān)也會關(guān)閉[2]。

3 結(jié)束語

通過上述對水輪機(jī)組在實際運(yùn)行過程中，通過運(yùn)用電氣制動控制裝置，能夠更好地保證發(fā)電機(jī)在低轉(zhuǎn)速區(qū)實現(xiàn)快速通過的能力，也能夠最大程度減少推力瓦而引起的磨損問題。通過停機(jī)技術(shù)在電氣制動裝置中應(yīng)用能夠減少水輪機(jī)停機(jī)的時間避免對關(guān)鍵組件過度磨損，所以說通過運(yùn)用PLC的齒輪、電氣制動系統(tǒng)設(shè)計與研究具有非常重要的應(yīng)用價值，不僅能夠保證水輪機(jī)控制自動化，也能夠盡最大限度地減少人工工作量，保證整個水輪機(jī)運(yùn)行的效果和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1] 余紹春.基于PLC的中小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2011，（18）：113.

[2] 方大通.淺析電動機(jī)電氣制動方法及其應(yīng)用[J].機(jī)電信息，2011， （33）：121.