电气制动系统故障分析与改进

彭昌清

（国网湖北省电力公司黄龙滩水力发电厂，湖北 十堰 442000）

电气制动系统故障分析与改进

彭昌清

（国网湖北省电力公司黄龙滩水力发电厂，湖北 十堰 442000）

本文通过对一起水轮发电机组电气制动系统接地短路开关烧坏缺陷的分析，根据实际情况进行现场处理，提出就地改进的方案。

水轮发电机组电气制动；故障；改进方案

黄龙滩电厂于2005年建成投入运行两台170MW水轮发电机组，该机组的制动系统采用的是常规机械制动和电气制动相结合的混合制动方式，2012年7月25日在机组电气制动装置投入过程中出现电制动接地短路开关FDK烧坏的事件，现就此次事件发生的问题进行分析，提出改进的方案。

一、水轮发电机组电气制动系统概述

当水轮发电机与电力系统解列后，机组进入停机过程。由于机组的转动部件具有较大的惯性，机组在短时间内不能停止运转。但机组轴承是不允许机组较长时间处于低速运转状态的，这是因为机组推力轴承轴瓦的油膜形成与机组的转速有关，机组在低速下旋转会导致油膜的破坏继而出现干摩擦，而烧毁轴瓦。

传统的机械制动一般采用制动闸和制动环直接接触产生摩擦阻力而起制动作用，但制动环、风闸易因机械疲劳而变形龟裂；且摩擦产生的粉尘混入发电机的循环空气中，随油雾粘附在定子线圈端部和铁芯风沟表面，影响发电机的绝缘和散热，严重影响发电机的正常运行。

电气制动就是为了克服机械制动的缺点而提出来的。它的最大优点是制动转矩大。制动力矩是随机组转速下降而增大，当转速为零时达到峰值，这正是区别于机械制动力矩的最大优点。电气制动除了制动力矩大这个特性之外，也比较洁净，且检修维护方便， 满足系统调峰， 机组开停机操作频繁的要求。

电气制动的工作原理是基于同步电机的电枢反应。当机组与电网解列，发电机转子灭磁后，使定子三相短路，同时给发电机加励磁电流，使它产生一个方向与机组惯性力矩的方向相反，具有强大制动作用的电磁力矩。励磁电流由厂用电系统经整流后的外部电源供给。

二、电气制动接地短路开关FDK工作异常分析

1 电气制动接地短路开关FDK机构工作异常发生在开机时。现象：水轮发电机组自动开机时，机组声音异常，调速器抽动频繁，励磁系统正常但是发电机组电压无法建立，经检查为电气制动接地短路开关FDK传动机构的传动轴的主轴与传动臂脱焊断裂， 电气制动接地短路开关FDK实际未断开，而监控系统上位机却显示为分闸位置， 电气制动接地短路开关FDK分、合闸位置信息仅靠其传动臂带动辅助转换开关提供，不够科学和不可靠。

2 电气制动接地短路开关FDK机构工作异常发生在停机时。现象：水轮发电机组自动停机时，所有外部条件均满足水轮发电机组电气制动停机， 水轮发电机组电气制动投入，在其投入90秒后发生电气制动接地短路开关FDK烧坏事件，经检查监控系统上位机电气制动接地短路开关FDK显示为合闸位置，电气制动时，接地短路开关FDK A、B相传动机构分别与传动轴的主轴脱焊断裂，A、B相动、静触头之间有11.5cm的间隙，仅有C相处于合闸位置。

三、电气制动接地短路开关FDK烧坏原因分析

2012年5月11日在机组开机过程中出现因电气制动接地短路开关FDK传动机构的传动轴的主轴与传动臂脱焊断裂，电气制动接地短路开关FDK实际未断开，而监控系统上位机却显示为分闸位置，导致水轮发电机组开机时，机组声音异常，调速器抽动频繁，励磁系统正常但是发电机组电压无法建立，经过处理后，运行正常。

2012年7月25日在机组自动停机时，所有外部条件均满足， 水轮发电机组电气制动投入，在其投入90秒后发生电气制动接地短路开关FDK烧坏事件，经检查监控系统上位机显示电气制动接地短路开关FDK为合闸位置，电气制动时，接地短路开关FDK A、B相传动机构分别与传动轴的主轴脱焊断裂， 电气制动接地短路开关FDK合闸时，仅有C相处于合闸位置；A、B相动静触头之间有11.5cm的间隙，此间隙在水轮发电机组电气制动投入时存在放电击穿弧光接地短路，从事后的故障录波图可以看出A、B均有1.2万安培的强大弧光电流。经分析：

1 电气制动接地短路开关FDK分、合闸位置信息仅靠传动主轴与传动臂带动辅助转换开关提供， 不够科学和不可靠，是导致本次电气制动装置投入过程中出现电制动接地短路开关FDK烧坏事件的直接原因。

2 电制动投入时A、B相动静触头之间的间隙存在放电击穿强大的弧光电流接地短路，是本次事件的主要原因。

3 设备管理及维护存在死角，2012年5月11日在机组开机过程中出现因电气制动接地短路开关FDK传动机构的传动轴的主轴与传动臂脱焊断裂，仅简单处理，没引起足够重视，深入剖析事件本质原因。

4 设备技术监督存在漏洞。

四、解决方案

针对此次事件发生的问题进行分析，提出如下改进方案。

1 对电气一次部分的改进

全面加强电气制动接地短路开关传动机构的连接部位螺栓固定改为用定位销紧固与焊接，将电气制动接地短路开关FDK传动机构的传动主轴与传动臂、分别将ABC三相与电气制动接地短路开关FDK传动主轴之间的连接部位进行紧固焊接，防止再次脱焊断裂。

2 对电气二次部分的改进电厂电制动短路开关FDK

采用电动三相刀闸。由于是调频、调峰电厂，所以机组开停机较为频繁，短路刀闸动作次数较多，易产生装置疲劳，长周期运行会使其分合位置接点产生不可靠因素。

由于电制动启动后，先合FDK，然后将FDK位置信号送至电制动PLC中，然后再投入ZLK、JLK开关。但是FDK分合位置接点是由与其电动机构联动来实现的，若FDK三相之间传动机构连接轴套两端因脱焊或者因扭矩力过大造成扭断后，电机操动机构与刀闸传动杆脱离，就会出现FDK实际分合闸位置与上送到监控或电制动PLC位置不对应，容易引起事故。在保证三相刀闸传动杆能正确可靠的传动，使FDK正确分合的前提下，在FDK三相动触头处加装行程开关，并将此三相行程开关接点分别相串联后，再接入电制动装置PLC中和上位机计算机监控系统。这样可保证FDK在未分闸到位或者未合闸到位前，电制动装置就不会有制动电流产生。

水轮发电机组电制动短路开关FDK辅助接点改进实施：

（1）选用双位置欧姆龙行程位置转换开关6只，分别反映水轮发电机组电制动短路开关FDK三相实际分、合闸位置；

（2）分别在水轮发电机组电制动短路开关FDK三相动触头轴套附近用焊接金属支架，轴支架上用涤纶棒防电磁干扰，此棒随FDK开关实际位置变化而变化带动FDK分合闸位置行程开关，反应FDK开关实际位置，如图1所示。

目前水轮发电机组电制动短路开关FDK辅助接点等改进实施后，再没有出现上述缺陷。水轮发电机组电气制动系统的运行情况将直接影响发电厂的安全运行，要在工作中不断分析出现的缺陷及故障，深入分析原因实施改进，确保水轮发电机组的安全稳定运行，提高电网供电的可靠性。

[1] GN23-20型隔离开关安装使用说明书[Z].

[2] JPT-4/P23型可编程电气制动装置使用说明书[Z].

TM73

A

10.13612/j.cnki.cntp.2014.19.054