水轮发电机组电气制动系统的分析与应用

王宇

丰满发电厂 吉林吉林 132108

水力发电作为一种绿色能源生产方式，十分适合当前我国和谐社会建设的发展目标，因此是目前世界上比较普遍使用的一种电力生产方式。而水轮发电机作为水力发电的主要设备，提升水轮发电机的工作效能，提升其使用安全性十分必要。和汽轮发电机不同，水轮发电机在电网中发挥着调节和应急备用的重要作用，开停机的操作比较多，传统制动方式不能满足水轮发电机组的控制目标，对于大中型水利工程来说，强化电气制动系统应用至关重要。

1 机械制动系统优缺陷

在启动水轮发电机的关闭按钮时，水轮发电机开始进入停机状态，因为水轮发电机在使用中速度快，转速高，因此惯性原理下，水轮发电机的转子依然有很大的关心，传统制动系统控制下，这个转子还需要转动一段时间才能完全停机，这样就会导致转子在低速运动下转动较长的时间，而这种低速运动往往会造成水轮发电机组推力瓦出现摩擦生热的情况，损坏甚至直接烧毁推力瓦。

传统的解决这一问题的方法是采用机械制动，就是借助油压或者气压机械制动器和制动环摩擦，借助摩擦力阻止转子转动，这种机械制动的方法操作起来比较简单，能耗也比较小，还能对推力瓦起到一定的保护效果。但是这种制动系统的缺陷也比较明显：第一，在机械制动的过程中，风闸合计制动环摩擦产生热量，造成热变形和龟裂的情况发生率增加；第二，制动器在这种情况系其制动快，磨损会比较迅速，也会产生一些粉尘，这些粉尘进入到定子铁心和转子磁轭缝隙，长期积累也对发电机散热功能产生不利影响，降低系统的绝缘效果；第三，制动块摩擦产生的损失较快，而制动块的更换又比较繁琐，难度较大；第四，这种情况下风闸容易出现卡死的情况，导致不能及时恢复到原来的位置，在每次停机后需要进行人工检查，还需进行人工复位，比较麻烦。

机械制动能够让水轮发电机的转子转速下降到30%左右，能够发挥一定的制动效果，但是其存在的缺陷较多，因此，这种制动方式逐渐被电气制动系统取代。

2 电气制动系统介绍

电气制动系统在水轮发电机中的应用，主要是通过在水轮发电机发生导叶关闭，发电机抽选解列和灭磁后，实现发电机组转速下降60%，通过在发电机机端使用短路开关，在转子侧加入能够产生0.8到1.3倍额定短路电流的励磁电流，使发电机组电磁阻转矩。

相对于机械制动来说，电气制动系统的应用能够更好的缩短停机时间，制动力矩更大，且不会产生环境污染，设备更易维护和维修，电气制动系统的应用中也有一些不足，主要集中在电气制动系统接线相对更为复杂，电气制动系统在水轮发电机组出现故障问题时，会导致无法制动的情况出现。现阶段，电气制动系统在我国一些大型的水利发电工程中都获得了有效的应用，对于提升发电机的工作性能，提升系统安全性都发挥了重要作用。

3 电气制动系统原理和结构

3.1 电力制动系统工作原理

机组电制动是利用电磁感应产生电磁力的原理实现的。在机组转速位额定转速50%-60%时，投入电制动，这时发电机励磁变压器断开，由制动变接入开关闭和，制动变压器取自直流电，在进行整流器整流成交流电流，然后再励磁通入发电机，再将发电机转子三相出线进行短路，这时发电机转子产生一个与原来旋转方向相反的反向力矩，让机组加速停机，在机组转速达到20%-30%左右的时候，再投入机械制动，最后让机组完全停下。

3.2 电气制动系统结构

在水轮发电机的电气制动系统中，制动装置中的相关组成包括有电源开关、励磁变压器、直流开关、交流开关、断开接触器、可编程控制器、三零仪、不间断电源以及全波整流桥等。在这个电气制动系统中，可编程控制器是其主要的核心部分。电气制动装置中设置了三种不同的工作方式，包括电气制动、机械制动以及机电混合制动。在水轮发电机组常规的工作模式中，发电机组处于运营状态时，先进行电气制动操作，假使存在导水叶漏水的问题或者是其他情况导致的停机时长过大，会采用机电混合制动的模式进行制动，加上电气制动系统在应用中，如水轮发电机组出现电气故障无法操作，则启动机械制动的功能，达到连续制动的目标。

对于水轮发电机的电气制动装置进行操作，启动制动开关，需要水车控制盘来进行具体的操作，在发出命令前，必须要确保发电机组已经开始停机，机组的出口油开关已经处于断开状态，确保发电机组没有出现电气故障，这种情况下就可以使用电气制动装置，执行相应的制动操作。

4 结语

在水轮发电机组的制动系统应用中使用电气制动的方法，要注意对于发电机失磁问题进行分析，有必要的话要及时对于励磁功率柜进行更换，而励磁功率柜的购置不能立即到位，需要做好相应的励磁功率柜的保护措施，要做好导线的绝缘保护工作，避免高压电流进入，要及时对于脉冲变压器进行更换，提升起耐压等级，要定期对柜内的灰尘杂质等进行有效清理，这样才能确保励磁功率柜的有效应用。要正确使用电气控制系统，确保相关的条件都符合要求的情况下，才能启动电气制动的启动按钮，避免制动失效的情况出现。