电气制动在大源渡水电站的应用探讨
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水轮发电机组的电气制动在水电站自动化上的研究及应用水电站自动化系统在国内已经具备20多年的应用时间,在这20多年里,随着计算机硬件的不断强大,通信技术的迅速发展,软件功能的持续更新,水电站的综合自动化系统也向着更为可靠、功能更为全面的方向迈进,水电站自动化系统的开放性和扩展性以及智能等性能均有了很大的提高。
作为水电站自动化系统中的关键组成,水轮发电机组的电气制动是推动水电站自动化发展的重要条件。
鉴于此,本文主要分析水轮发电机组的电气制动在水电站自动化上的研究与应用问题。
标签:水轮发电机组的电气制动;水电站自动化;研究;应用引言水轮发电机组是水电站自动化系统中的重要组成部分,其功能主要是完成机械能向电能的转换,水轮发电机组的运行质量直接关系到水电站运行的的稳定性和安全性,进而影响到水电站的运行效率。
水轮发电机的制动系统是影响水轮发电机组运行水平的重要因素,传统的制动方式为机械制动,但是其在工作过程中会存在一些弊端。
因此,本文对以电气制动为主要制动方式的水轮发电机组在水电站自动化系统中的应用研究具有重要的实践价值与意义。
1、水轮发电机组的电气制动概述1.1 水轮机发电机制动系统的功能水轮发电机组在运行过程中面临的关键问题是制动停机问题,即水轮发电机组在工作过程中会经历较为频繁的起动和停机过程,在起动和停机时对转动惯量的要求较高,因此在短时间内不能自主停下。
然而,当水轮发电机组长时间处于低速远转状态时会威胁到水轮发电机组推力轴承的安全性和稳定性。
因此,水轮发电机制动系统就是为了解决水轮发电机组的起动和停机问题。
1.2 机械制动与电气制动的特点分析机械制动方式是水轮发电机制动的一般形式,为了避免机组减速过程后期时间较长,引起推力瓦的磨损,在机组转速降低到额定转速的25%到35%时,会自动投入制动器,加闸停机。
对没有配备高压油顶起装置的机组,当经历较长时间的停机以后,当再次启动机组前,利用油泵将压力油打入到制动器当中顶起转子,时推力瓦重新建立油膜,从而为推力瓦创造出良好的工作条件。
电气制动技术在水电厂的应用文章介绍了电气制动的工作原理,分析电气制动的一般性结论和对机组保护的影响,阐述某电厂#5机组电气制动的设计和计算以及电气制動试验数据。
标签:水电厂;水轮发电机;电气制动;自动化前言水轮发电设施中安装上电制动停机设施,根本宗旨就是为了防止发电机制动设施中出现环龟裂、制动设施出现损害、确保设施完善,还有因为停机时风闸闸板出现磨损损耗以及转子、定子线圈受污,导致绝缘性质变差还有通风位置阻塞,能够延迟维修养护的时间以及清理打扫的工作内容。
某电厂五号机组单台的机器100MW,和厂房的掌控室相隔两千米,使用电脑监督掌控体系进行掌控,能够促进电气制动设施的发展,少人进行或者无人进行值班。
对于五号机组停机制动在实际工作中的使用情况以及相应的实验,获得了有力的经验。
1 电气制动的概述我们在以往中使用的由水轮机驱动的发电机设施大多是使用机械减速停止,具有的优点是:运转稳定,操作便利,适用范围广,如果是用气压或者油压进行掌控的使用资源少,在减速停止时会对推力轴承的油膜起到保护的用途。
它不仅是制动设施还能够顶转子,所以有两重身份。
为了能够制伏机械制动中存在的不足,在某电厂中五号机组进行实验,装置电气制动设施,不过现在依旧留存着机械制动的设施,开展混合减速停止的活动。
2 电气制动的工作原理在水轮发电设备和体系之间切断联系,相互独立之后,导水设备关闭,发动设备中降低励磁回路中的电流,设备中的水轮产生阻力、转子风产生阻力还有轴承进行摩擦产生阻力一起作用下,运转速度慢慢的减慢,在转动速度降低到原转动速度的百分之四十到百分之六十之间,关闭发电设施定子绕组出线位置的减速短路开关,然后为转子绕组添加恒定励磁电流,按照交流发电设施中电枢反应磁场的理论,其直轴分量只有加磁以及去磁这两种表现形式,没有有功转矩的模式。
并且电枢中交轴只有一种表现形式就是有功转矩,且和原来的转动方位相异。
电气方式减速停止转动的模式能够使机组因为惯性扭矩来抵达停止转动的需要。
广西大学硕士学位论文水轮发电机组的电气制动在水电站自动化上的研究及应用姓名:***申请学位级别:硕士专业:农业电气化与自动化指导教师:***20040501水轮发电机组的电气制动在水电站自动化上的研究及应用摘要本文首先简要介绍了计算机监控技术的发展及其在水电站自动化上的应用,同时为了实现水电站的无人值班、少人值守,电气制动起着很重要的作用。
本文着重探讨水轮发电机组电气制动的工作原理,分析了几种电气制动方法的特点及其应用场合,包括目前最常用的发电机定子端短路制动、发.变组高压短路制动和中小机组反接制动方法。
深入探讨了发.变组高压短路制动和中小机组反接制动的可行性、实用性,为水电厂选择合理的电气制动方式提供了依据。
目前,发电机组停机电气制动特性都是在机组投运后,通过现场实际试验得到的,为了在电站的设计阶段得到机组的制动停机特性以便选择电气制动方案和最佳制动参数,电气制动的仿真研究是很有必要的。
本文利用Matlab软件开发出不同电气制动方法的仿真软件,该软件能计算出不同水轮发电机组在不同的投入转速和不同的制动电流下的制动时间并能描绘出制动过程曲线,为水轮发电机电气制动方案的设计以及选择最佳的制动参数提供了重要的依据。
最后针对定子端短路电气制动方法,利用松下FPOCl4系列PLC设计出水轮发电机组电气制动过程的自动控制系统。
具体的控制方法和流程图以及实际接线的实现。
关键词:水电站自动化电气制动机械制动Matlab仿真松下PLC广西大学硕士学位论文THESTUDYANDAPPLICATIoNoFELECTRICBRAKINGINHYDRoPOWERSTATIoNAUToMATIoNABSTRACTThispaperbeginsbyintroducingthedevelopmentandapplicationofandcontroltechniqueinhydropowerstation·Incomputermonitoringordertoachievenobodyworkandfewpeoplewatch,electricbrakingintroducestheworkprincipleofplaysaveryimportantrole.Thepaperelectricbrakingofhydraulicturbine—generatorunit,includinggeneratorstatorsideshortcircuitbrakingmethod,generator-transformerunithi曲voltageshortcircuitbrakingmethodandreverseconnectingbrakingmethod.Particularlyanalysesthecharacteristicandapplicationsituationofelectricbrakingmethod,stressesondiscussingthefeasibilityandcircuitpracticabilityofgenerator—transformerunithighvoltageshortbrakingandreverseconnectingbrakinginmiddle—smallunit.whichcanofferallimportancewarrantyforselectinganappropriateelectricbrakingmethodinhydropowerstationNow,thecharacteristicofelectricbrakingofgeneratorunitcanbeobtainedbyspotexperimentation,aftertheunitrun.Inordertoacceptelectricbrakingcharacteristicofgeneratorunitatthedesignphase,SOastochoosealogicalbrakingmethodandbestbrakingparameters,thestudyofelectricbrakingsimulationisnecessary.ThepaperaimingatdifferentMatlabsoftwareexploitedbrakingsimulationbrakingmethod,applyingsoftware,whichcancomputebrakingtimeanddrawthebrakingprocesssimulatedcurve.FinallNapplyingPanasonicFPOseriesPLCachievestatorsideshortcircuitbrakingprocessautomaticcontrolsystemKEYWORDS:hydropowerstation,automation,electricbraking,mechanicalbraking,Matlabsimulation,PanasonicPLC第一章绪论第一节选题背景及意义水电站自动化是~门涉及控制技术、测量技术以及计算机等多方面理论的综合性科学技术,近年来受到了较广泛的重视,取得了迅速发展。
电气制动技术在水电站的应用摘要:随着经济发展水平的不断提升,社会对于电能的需求不断增长,在此背景下水力发电在电能供应中所占比例越来越大。
水电站机电设备是一个相对复杂系统,在运行过程中存在一定的工况波动情况,在出现故障隐患的情况下,需要采取一定的制动措施进行停机与故障排查。
电气制动技术的应用,能够有效提升设备的稳定性,控制设备减速制动的安全性。
本文探讨了电气制动技术在水电站应用的相关内容,旨在提供一定的参考借鉴。
关键词:水电站;电气制动;减速;安全引言:水电站自动化是一门牵涉控制技术、测量技术和计算机等几个方面理论的综合性科学技术,尽管现在受到国家政府的关注,也有得到了非常大的发展。
水电厂是自动化、机械化兼长时间工作的部门,因此对水电厂的实时检验就变得非常主要,一定要严格执行实时监视或操作监控,监视的变量与所要实施的数据处理也愈来愈多,假如搞好精准检验对水电站是个严峻考验,单凭借运行人员来完成各类操作已变得非常困难。
1电气制动技术在水电站应用的关键环节1.1水电站电气制动时间控制水电站电气制动技术的应用作用是加快机组正常停机过程、降低能耗与提升设备停机稳定性电能。
尽管水电站设备停机制动时间较短,但依然不能承担非必要风险而单纯追求停机时间的缩短。
因此,应以机组特性为基础进行设备调试,平衡制动电流与制动效果,不单纯以制动时间缩短为目的,而应以保证水电站机组线圈稳定性为标准。
1.2水电站电气制动停机控制在水电站机组电气制动装置应用的过程中,停机过程控制的优化是核心环节,其中中性点、定子绕组以及短路开关是水电站发电机组制动控制的重要目标,停机控制过程应与保护装置CT配置相结合展开深入分析,对制动过程电气量变化进行确认,主要包括差流、定子电流频率变化等如在电气制动停机过程中产生的变化量,以及相应保护装置误动或误发告警信息的触发条件,从而针对相应闭锁保护采取有效措施。
1.3水电站电气制动防误控制电气制动控制系统的安全可靠与机组运行和电气制动过程紧密相关,因而需要对约束条件和闭锁措施进行合理的考量。
电气自动化技术在水电站中的应用研究措施摘要:电气自动化技术是在科技不断发展的基础上产生的,随着水电事业的快速发展,电气自动化在水电站中的应用也越来越广泛同时起到了非常大的作用。
具体的应用方面表现在两个方面,一个是水电站的自动化管理,另一个是水电站的生产方面。
当前的水电站要想实现真正的自动化,就必须对运行发动机组进行相应的电气化改造,这样不仅能够对整个电站的运行情况有效了解而且还能够节省人力物力。
水电站电气自动化的真正实现是需要很多条件的,例如水电站的规模、设备的先进程度等等。
其实水电站的电气化改造的目的就是能够在没有人员操作的情况下,保证水电站各项设备的正常运行。
 关键词:水电站;电气自动化技术;应用一、水电站应用电气自动化的意义 1、提高运作效率 水电站将电气自动化的相关技术引入到自身工作中,可以借助于自动化技术取代传统的人力操作工作,减少工作人员对各项工作的直接参与,对水电站现有人员实施了精简,为工作者提供了更好的劳动环境,有助于管理者对水电站的运行加强管理工作。
而且,人员的非直接参与可以降低因人员操作态度以及技术熟练程度等因素对水电站机械设备运行的影响,继而推动水电站工作实现高标准。
 2、提升运行效益 自动化技术利用计算机辅助开展各项操作以及控制工作,使水电站的运行达到无人值班的运行状态,能够极大地提升其运行效率,使其运行的总成本得以降低。
而且,水电站的高效运行依赖于发电机组的良好工作,因此,工作人员以自动化技术对电网系统的分部状况以及各项工作的具体情况进行精准分析,得出水电站电能的有效负荷数值,选择适当型号、数量的发电机组,时刻保持发电机组的最佳运行状态,能够使水电站在发电机组最小投入的状况下生产最高的电量,从而可以使水电站实现经济化的运行,为水电站工作创造更高的效益。
 3、优化电力运作 水电站中自动化装置通过对发电机组进行实时、动态、自主的监控、保护、调节,可以使发电机组的电压、工频始终处于标准数值中,进而有助于水电站中电网运行的有功以及无功功率的平衡性,可以达到对于电能质量的优化。
大源渡水电站位于湖南湘江中游的衡阳市境内,距离衡山县城18km ,总装机容量为120M W (4×30MW ),系衡阳电网骨干电站。
4台发电机是全套引进奥地利伊林公司的灯泡贯流式机组。
该电站机组因系统要求开、停机操作相当频繁,经过10来年的对电气制动在贯流式机组上应用的实际探讨和摸索,经过不断改进,目前4台机组的电气制动装置均已投入使用,且运行可靠,取得了很好的效果。
1电气制动的原理及优点水轮发电机电气制动的主要原理是当机组与系统解列并灭磁成功停机时,在转速下降到一定转速时(一般在95%n e )将发电机出口三相短路,同时向发电机转子回路施加一恒定制动励磁电流。
这时同步发电机发生电枢反应,其直轴分量体现为减磁;而交轴分量将产生一与转速方向相反的电磁制动力矩。
发电机转子将在此电磁制动力矩与其他阻力矩的共同作用下,快速通过低转速区,从而缩短了停机时间,避免了机组因低转速运行可能带来的危害,延长了发电机电气寿命和机械寿命。
目前在大中型水轮发电机组上普遍采用了电气制动方式,但在贯流式水轮发电机组上由于传统观念等因素的影响,一般都是设计配套了电气制动,但在生产实际过程中应用电气制动方式制动的较少。
2大源渡水电站电气制动系统结构大源渡水电站采用奥地利伊林公司生产的电气制动装置。
该装置由制动电源励磁变压器和定子三相短路开关柜、励磁系统控制柜等构成。
机组励磁为并激励方式,该系统由励磁开关QF1、三相高压保险、励磁变T1、三相全控可控硅整流桥、励磁调节器、测量用电压互感器、电流互感器、交直流回路保护系统、操作继电器等组成。
制动电源取自10.5kV 母线。
其原理如图1所示:制动励磁电流根据发电机额定短路励磁电流设置为560A,由10.5kV 母线经励磁变压器和三相全控可控硅整流桥供给。
整流桥采用电流闭环调节,整流输出稳定。
通过励磁调节装置逻辑控制,它主要完成检测电气制动投入条件,即机组LCU 是否发出投电气制动命令,其控制程序如图2所示。
机组LCU 发出投电气制动命令的前提是发电机出口开关分位、导叶全关、机组内部无事故、转速降低至95%n e 。
当电气制动条件满足,即收到投电气制动命令,在机端电压U f 小于5%倍的发电机额电气制动在大源渡水电站的应用探讨邬海军(湖南湘江航运建设开发有限公司大源渡水电厂,湖南衡东410007)摘要:阐述了电气制动在贯流式水轮发电机组上应用优点及其工作原理,并对其在运行过程中出现的问题和处理方法做了详细的经验总结。
关键词:电气制动;大源渡水电站;应用中图分类号:TM 301.2文献标识码:B文章编号:1672-5387(2010)02-0026-03收稿日期:2010-01-30作者简介:邬海军(1975-),男,工程师,从事水电厂运行维护管理工作。
第33卷第2期水电站机电技术Vol.33No.22010年4月M echanical &Electrical Technique of Hydropower StationApr.201026定电压U e 时,将顺序闭锁发电机保护,闭合发电机定子三相短路开关RES 、直流开关QF2,在电气制动过程中,任何一步不满足电气制动条件,即当短路开关RES 、直流开关QF2之一合不上,,或电气制动时间过长,即机组转速由95%n e 降至1%n e 时间超过60s (电气制动正常投入时应为120s 左右),或装置本身故障时,PLC 将向机组LCU 发出电气制动失败信号,并且电气制动退出。
当电气制动退出或完成后,PLC 发出逆变灭磁信号,灭磁后,PLC 顺序分断直流开关QF2、短路开关RES,恢复投入继电保护,等待下次停机投电制动动令。
当系统逆变灭磁失败,PLC 将先跳灭磁开关,然后顺序分断直流开关QF2、短路开关RES,恢复投入继电保护,等待下次停机投电制动动令。
3调试运行过程出现的问题及原因分析与处理(1)大源渡电站电气制动在调式和投运以来出现了以下几种现象:1)在调试时,发电机出口断路器的试验位置分闸试验时,当合上电制动电源开关后,电气制动自动投入;2)在运行中发现当机组在水机事故时,电气制动不能自动投入,3)出现过当机组与系统解列后电气制动立即投入,使发电机三相短路开关带压合闸,出现了短路电流;4)出现过投电气制动后机组完全停下后,制动不能自动退出,依靠制动超时故障才将电气制动退出的故障现象;5)出现过投入电制动后机组转速即将停止但还未停止就报制动失败并将制动退出运行的故障。
(2)针对第一个故障现象,我们将电制动的程序传出进行分析发现,在程序中投发电机电气制动的条件是:发电机出口开关分闸(%I001)、导叶全关(%I002)、机组无事故(%I003)、机组转速≤95%ne (%I004),当以上4个条件同时满足要求时,PLC 就开出投电气制动的命令,这种逻辑控制程序是存在重大的缺陷,正是由于这种缺陷导致发生了“发电机出口断路器的试验位置分闸试验时,当合上电制动电源开关后,电气制动自动投入”的事故,这是非常严重的问题,在正常停机状态下,以上4个条件都满足,但是此时不能投电制动,电制动是在机组停机过程中才能投入,除此之外无论是在空载、并网运行、停机状态下均禁止投入,否则将造成严重的后果。
为杜绝此现象,我们在投电气制动(%Q001)梯形图中加入一个由机组LCU 开出的“停机令”(%I007)的闭锁点,也就是说只有在机组停机过程中才开放投电气制动(%Q001)这一程序,其它任何状态均闭锁此回路。
(3)针对第二个现象,我们经过讨论认为,机组水机事故如热风、冷风、瓦温过高事故停机时可以投入电气制动,特别是轴承温度过高时,即时投入电制动让机组立刻停止转动有利于保护轴承、轴瓦。
而原来设计的程序是当机组有事故时闭锁投电制动,机组事故闭锁点中包括了电气事故和水机事故,后来经过修改机组LCU 的程序,让其开出一个机组电气事故点,将电制动PLC 中的%I003由原来的“机组无事故”定义为机组无电气事故,从而使得机组出现水机事故停机也能可靠投入电制动。
(4)针对第三个故障现象,我们经过查找和分析,认为主要原因是当机组与系统解列停机转速降至95%n e 时,发电机出口开关分闸(%I001)、导叶全关(%I002)、机无电气事故(%I003)、机组转速≤95%n e (%I004)、停机令”(%I007)五个条件均满足要求,投制动令输出,但由于励磁系统自动逆变灭磁的条件是转速≤95%ne ,由于这一条件同时满足励磁灭磁和投电气制动,当灭磁未完成电制动投入时有会有上述现象,这不利于发电机的安全运行,为此,又在投电气制动梯形图加入一个“停机灭磁成功”(%I006)闭锁点,只有在励磁系统灭磁成功后才能投入电气制动。
(5)针对第4个故障现象,从原程序中可以看出,电气制动完成的唯一判据是机图2机组LCU 投电气制动控制程序(下转第50页)邬海军:电气制动在大源渡水电站的应用探讨第2期27组转速小于1%n e ,只有PLC 收到这个信号后才认为制动完成,而出现现象4的主要原因就是用于测速的齿盘测速装置出现故障不能正确测量转速,导致≤1%n e 这一开关量不能及时传给电制动的PLC 。
而实际运行中,当机组停下来后为了防止转子过热应立即撤掉加在转子上的励磁电流,为了安全,当测速装置出现故障,停机时不应投入电气制动。
为此,又在投电制动的梯形图中加入了一个“转速装置故障”(%I008)闭锁点。
(6)针对第五个故障现象,我们通过分析原有程序发现,原程序设计了一个制动计时器,整定值是60s ,当发出电制动令后开始计时,如果60s 机组转速未小于1%n e ,就认为制动失败,经过多次实际检测,机组在每次停机时,由额定转速降至0的时间不完全相同,最大有近20s 的时差,考虑到这个计时只是一个保护作用,为此我们根据实际将原程序的60s 延时改为80s 延时,彻底解决了这一问题。
经过几次故障并分析处理后,得到了如图3修改后的程序,在十来年的实际运行,电气制动运行良好,完全达到了运行要求。
每次停机过程都能可靠投入与退出。
图3修改完善后机组LCU 投电气制动控制程序4结束语水轮发电机电气制动是一种清洁的制动方式,其优越性远远超出机械制动。
它在机组停机时能使转速快速下降并且无机械磨擦,通过不断完善电气制动的控制程序,可以完全保证电气制动在投入与退出时的可靠性和安全性。
参考文献:[1]翟庆志.电机学[M].中国电力出版社,2008.(2)加垫回装轴承1)取下轴承支架与导轴承座之间的临时橡胶检验垫片,更换轴承钢垫和调整垫片。
2)根据规定的插入厚度组合好的调整垫片并用螺栓把它安装到轴承支架上。
在确认安装在导轴承座上的O 型橡胶盘根没有损坏后,把移向下游侧的导轴承座推回到原来位置。
3)利用单独安装导轴承座上的联接螺栓把导轴承座紧固到轴承支架上。
4)泄掉主轴下的千斤顶油压,由导轴承承受载荷。
5)调整垫片插入后的检查:对其中沿轴承支架插调整垫片处的上下、左右均布的8个中心对称点进行校核测量L 2。
在以前各测点测量尺寸精确及计算加调整垫片厚度适当的情况下,8个校核测点的测量值应该接近于相等。
测量的最大值与最小值的差在±0.1mm 以内即为正常。
6)推力轴承座的安装用千斤顶顶转子支架的办法,把主轴推回到原来的装配位置,然后把推力轴承座安装到轴承支架上。
7)推力支架的铰孔在轴承油封装配及油槽盖安装好后,对推力座钻铰孔并点焊销子。
在此其间及以后注意保护轴承上的各安装孔,不让脏物落入轴承内。
3结束语随着清洁可再生能源的大力发展,以及尽可能减少对自然环境的影响,水力发电中低水头大流量的大型灯泡贯流式水轮发电机组得到广泛的应用,特大型灯泡贯流式水轮发电机组安装技术的实施大大缩短了机电安装的工期,管形座采用自制吊装设备安装就使整个电站的建设工期缩短2~3个月,导水机构组装后整体吊装、转轮体整体空中翻身不仅使工期缩短,安装质量比以前得到大大提高。
转子叠片及热插键技术解决了应力不均匀的问题,使大型灯泡贯流式水轮发电机组转子质量得到进一步提高。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!(上接第27页)水电站机电技术第33卷50。