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發電機停機電氣制動控制設計優化分析

  【摘 要】發電機停機方式以電氣制動控制和機械制動控制為主,而對比之下可以發現電氣制動控制的優勢所在。在不同的發電機制動停機工作中,對勵磁系統和計算機監控系統的運用是極為廣泛的。本文就從這點出發,從電氣制動的根本原理開始介紹發電機停機電氣制動控制設計如何運用優化理念,采取優化措施。并對電氣制動和機械制動相結合的理念做出創造性的分析與論述。 
  【關鍵詞】發電機;電氣制動;設計 
  勵磁系統在電氣制動中起著極大的作用,由于電氣制動是產生與轉向相反的磁場力矩,作為制動力迫使發電機停機。同步發電機作為典型的交流發電機的勵磁方式一般分他勵式和自勵式。這一方法不僅能使發電機停機,還能改變發電機的轉速。對降速和發電機電壓變化的調整都起到很重要的作用。所以本文主要從勵磁系統的應用出發,論述發電機停機電氣制動控制設計的優化分析。 
  一、電氣制動停機工作原理簡介 
  機組在工作時,在磁場的條件下受到摩擦力矩的作用,從而逐漸降低轉速。當轉速降低到某個確定數值的時候,打開電氣制動電源,并將定子繞組在出口三相短路,勵磁系統開始工作。勵磁系統向轉子繞組輸入恒定電流,定子繞組也會相應產生感應電流。通過勵磁系統改變發電機機端電壓,使之為零,那么定子產生的轉矩與磁阻轉矩也都為零。通俗來講就是機組慣性轉動方向不受助推力,反而是短路轉矩提供相反的推力,從而慢慢的使機組減速制動,一直到停機。 
  當機組解列需要正常停機時,仍需要由監控系統發出指令,讓勵磁調節器滅磁。然后監控系統分別對不同的條件進行檢測。同步發電機的基本工作原理如下,同步發電機裝設的轉子勵磁繞組線圈兩端連接兩個彼此絕緣的滑環,外界就通過壓在滑環上的電刷將直流電送給勵磁繞組,當轉子勵磁繞組在電流的作用下就會產生磁場,而轉子在電動機的帶動下旋轉時,不停的切割磁力線而產生電勢能,從而通過輸出電源向外供電。 
  二、電氣制動停機常用工作方法分析 
  在不同的場合和不同的電氣制動方案下采取不同的工作方法。有的以速度繼電器為主的制動。還有以主電路中的電磁抱閘為主,當電動機通電時能引起電動機軸抱閘的斷開,當電動機斷電時,電磁抱閘也斷電,通過復位彈簧的作用使電動機緩慢停止轉動。綜合來看,許多發電機制動時還是會采取電氣制動與機械制動相結合的方式。比如勵磁系統在提高電力系統穩定性的時候,尤其對動態穩定性要求較高的時候應該多采用電氣制動和機械制動相結合的方式。 
  同步發電機在利用電氣制動停機系統時,可以較大程度的改善機組的停機運行狀況,同時能大幅度縮短停機時間。而且在一定情況下,可以避免由于機械制動時活塞與制動環因摩擦而引起的機械疲勞。對環境的保持和機組控制自動化水平也是一個提高。同步發電機在利用電氣制動時會出現幾個特點。首先,停機過程中,由于需要停機阻尼轉矩,那么轉子中就需要始終通過制動勵磁電流。其次,發電機定子繞組內部始終存在制動電流,頻率逐漸下降。 
  三、勵磁系統的作用與分析 
  勵磁系統涵蓋較廣,包括供給同步發電機勵磁電流的電源以及所有的附帶設備。從結構上來看分為勵磁功率單元與調節器。前者的主要作用是向同步發電機轉子提供勵磁電流,后者則是根據輸入信號控制勵磁功率單元的輸出。隨著現代電力系統的不斷發展,勵磁系統的研究和發展已經逐漸運用于不同的發電機上和大型工業式設備上,這種科技的趨勢,促使了勵磁技術的高度發展。下面筆者從三個方面論述勵磁系統的具體作用。 
  1.維持發電機端電壓穩定。當發電機端電壓不穩定時,也就是發電機負荷過重時,勵磁系統可以通過對磁場的調節來穩定機端電壓。同時,還能合理分配運行機組之間的無功分配。其作用主要通過向發電機提供定子電源進行實現,通過轉子的轉速不同和提供的電流不同直接影響由于磁場力矩不同造成的力度大小,通過摩擦阻力的作用降低轉速或者穩定電壓。 
  2.提高電力系統的穩定性。電力系統的穩定性包含不同的穩定模式,分別有靜態穩定性和暫態穩定性以及動態穩定性。所謂靜態穩定性是指電力系統在受到小擾動后,不會發生非周期性的失步,能自動進行恢復。屬于小擾動攻角穩定性的一種類型。暫態穩定性是維持最容易的,有不少具體措施都能提高暫態穩定性。 
  3.勵磁系統通過控制定子電壓而控制磁場變化,在控制磁場變化的同時也控制主磁場的建立。然后以三相對稱的電樞繞組作為感應電流的載體。在同步發電機工作中,汽輪機或水輪機拖動轉子旋轉用來給電機輸入機械能,根據對磁場的切割轉化為電勢能。又由于電樞繞組通過對主磁場的切割而感應出大小和方向周期性變化的交變電流,然后再通過引出線輸向負載電路就成為了交流電。 
  四、勵磁系統對電氣制動停機的具體表現 
  勵磁系統在投入使用的過程中,制動效果極為明顯。經過對定子電流和振動以及散熱效果的檢測表明,一切都比較正常。不過有時在退電制動時,會發生滅磁開關的跳閘情況。這種情況的發生很多時候要靠人機接口顯示器ECT進行記錄,然后予以分析。筆者將從勵磁系統的問題和優化方案兩點具體論述勵磁系統對電氣制動停機的具體表現。 
  1.對滅磁開關跳閘的情況分析。很多情況下的跳閘都是由各種警報器的警報行為造成的。所以對滅磁開關跳閘情況分析時也要首先注意警報器的具體情況。在斷開電制動開關時,跨接器就會運作,發出SIC非線性電阻反向電流的信號,并利用報警器報警,從而引起滅磁開關的跳閘。這是因為電壓的保護是由跨接器、SIC非線性電阻進行的。當轉子通過電壓達到某個特定的值時,也會引起跨接器的反應,利用非線性電阻進行降壓作用。跨接器的反應很多時候是導致滅磁開關跳閘的主要情況。所以,當機組解列需要正常停機時,應該對報警器加以重新設定,或者設定好停機報警器的報警數值。因為機組正常停機時,由監控系統發出指令,讓勵磁調節器滅磁是正常停機的必要步驟,所以要對滅磁開關跳閘問題加以優化和改進。 
  2.對勵磁系統的優化和改進更多的是從它勵起勵和電氣制動的方面改進。勵磁系統的維修率并不算高,尤其電制動功能運行良好。交流發電機的原理說明了旋轉磁場極性相間,才使得感應電勢極性不斷周期性變化。而感應電勢的三相對稱性更是由于電樞繞組的對稱性得以保證。一般看來,同步發電機也分為高速同步發電機和低速同步發電機,高速同步發電機多運用于火電廠發電,而低速同步發電機多數由水輪機或柴油機驅動。 
  圖1 電制動優化設計圖 
  如圖所示,問題的關鍵在于電氣制動作用時,它勵電氣制動勵磁電流的具體滅磁方法。一般廠用電源為380V,制動變壓器之前,增加1個交流接觸器Q09,保障了停機電氣制動的電源續航能力,具體說來,在開機勵磁建立電壓之前,監控系統流程對Q09的控制保障了它勵起勵和停機電氣制動時的交流電源供給。在停機后,電氣制動靜止之后,退電制動時首先斷開交流側接觸器Q09,延時5s,帶轉子磁場能量衰減后再跳開制動直流磁場開關。這一設計不僅利用對Q09的控制保障了停機電氣制動時交流電源的供給,更在減少電源損耗技術上下了更大的功夫,所以從側面保障了停機電氣制動的電源續航能力。上圖對電制動優化原理做了一個簡單的圖示分析。 
  五、結語 
  發電機停機方式以電氣制動控制和機械制動控制為主,而對比之下可以發現電氣制動控制的優勢所在。勵磁系統在電氣制動中起著極大的作用,由于電氣制動是產生與轉向相反的磁場力矩,作為制動力迫使發電機停機。所以勵磁系統的核心作用就是在不同的發電機的轉動中使磁場發生變化,從而產生發電機的制動力。對勵磁系統的優化主要在于其工作性能和理念的優化,采取創新的方式將發電機制動停機工作變的更加科學化、合理化。 
  參考文獻: 
  [1]蔡雄,李遐芳.發電機停機電氣制動控制的優化設計[J].水電與新能源 ,2013,(5):36-38. 
  [2]楊勤波.一起機組停機過程中電氣制動閉鎖的原因分析[J].電力系統裝備,2012,(7):71-73.



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