三峡左岸电站电气制动简介

三峡左岸电站电气制动简介

摘要：本文讲述了发电机电气制动的工作原理和特点，介绍了三峡左岸电站电气制动的组成及其设备，并对其流程控制和运行状况进行了分析。

关键词：三峡左岸电站 电气制动 短路开关 时序图

1 概述

自上个世纪60年代以来，国内已有多个水电站的发电机采用电气制动，但实际运行中的使用效果不太理想，有很多都发生的发生短路开关触头烧损，有的因操作回路不合理而误动或拒动。因此，目前国内水电机组还是普遍采用传统的机械制动方式，即使用风闸与制动环直接接触产生的摩擦力让机组停下来。然而对于大机组来说，机组转动惯量大，制动风闸与制动环之间的摩擦剧烈，时间一长，风闸容易出现顶不起来或落不下来的故障；而且摩擦产生的污染，严重影响机组的绝缘和散热，不利于机组的安全稳定运行。三峡发电机组其推力轴承载荷达到3990t ，平均压力4.1Mpa 。如此重载条件下发电机在低转速区很容易因油膜破坏而导致推力轴承被烧毁。因此必须在机组停机时尽可能地采用可靠地制动来缩短机组的停机时间。三峡发电机正常停机时采用电气制动加机械制动的混合制动方式，即两套制动方式配合使用；当发电机转速下降到50%额定转速时，电气制动系统投入运行；当转速下降到额定转速的10%时，机械制动系统投入运行；制动时间限制在300s 以内。

2 电气制动的特点与基本原理

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，发电机转子灭磁以后，将定子三相短路，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转矩。这里的励磁电流一般由厂用电系统经整流后接入发电机转子。

根据电机学理论可知，制动力矩M E 可表达为：

()

[

]

2

22/n r x

n r

I M d

b +=

电气制动力矩出现最大值时的转速n max 为

d

x r

n =

m a x 最大电气制动力矩为：

d

b x I M 22m ax

=

式中I b 为制动励磁电流；n 为机组转速；r 定子绕组的有效电阻；x d 为直轴同步电抗。式中表明，电气制动力矩随转速下降而增大。根据以上理论依据，当发电机转速很高时，即使投入电气制动，其制动转矩也是非常小的，而且在较高的转速下发电机轴承比较容易形成油楔，所以对轴承有影响的一般在低转速区，因此，在机组停机过程中，并不是一开始就投入电气制动，而是在转速下降到一定范围内才投入电气制动，一般为转速的50%至60%时投

入。电气制动具有制动力矩大、无磨损、无污染、维护工作量小等优点，但电气制动需要制动励磁电源和短路开关等设备，在这些设备出现故障或发电机内部电气事故不允许投电气制动，这时仍需投入机械制动，所以机械制动仍需保留。

下图是发电机电气制动特性曲线图。

图一发电机电气制动特性曲线图

由图可以看出，当机组开始停机时，由于转速高，空气阻力大，即使不加任何制动，转速下降还是比较快，随着转速下降，空气阻力减少，速度下降曲线趋于平缓，如果不加电气制动，转速将下降很慢，如图中的虚线1。投入电气制动后，发电机将迅速下降，转速越底，制动越明显。

3 三峡左岸电站发电机电气制动原理及设备组成

三峡左岸电站共装设14台额定功率为700MW的水轮发电机组。发电机单机额定容量为778MV A、最大容量为840 MV A；其中6台由VGS公司提供，8台由ABB公司提供。电气制动系统采用采用定子绕组三相直接对称短路方式，采用单独配备制动励磁设备的发电机制动装置。制动电源采用AC400V厂用电，经制动电源开关S105、制动变、制动整流柜、制动开关S106到发电机转子侧，与励磁整流柜直流输出侧并接在一起，如图二所示。

三峡的短路开关并不象国内其他电厂那样采用隔离开关做发电机定子三相短路开关，而是采用由ABB公司HEC3型SF6发电机断路器。隔离开关虽然结构简单，价格低，便于布

置，但因合闸时电流较大、动作（停机）频繁或动作速度低等原因而容易产生触头烧损，在国内个别水电站中曾经发生过触头烧损的事故。因此，对于三峡电厂而言，为了保证单机容量700 MW的特大型机组运行安全，三峡左岸电站选用HEC3型SF6发电机断路器作为发电机电气制动开关是合适的。制动电源开关S105采用SIEMENS公司3WN6开关，当开关的操作把手置远方位置时，由励磁调节器控制。制动整流器采用SIEMENS公司6QA5013-1A可控硅整流器，国内其他厂家电厂采用二极管作变流设备，这种方式虽然简单，但没有办法对制动励磁电流进行调节控制。制动变为顺特产干式环氧浇筑变压器，制动开关S106为SIEMENS公司3AH3真空断路器。三峡左岸发电机电气额定制动电流（定子电流）为26KA；制动装置工作时间不小于10min；制动时励磁电压：192V(VGS) 226V(ABB)；电气制动时励磁电流：2124A(VGS) 2209A (ABB) 下面对各主要设备作一些简单介绍：

3.1 短路开关

发电机制动开关装置主要由HEC3型SF6发电机断路器和三相短接线两部分组成。HEC3型SF6发电机断路器为水平布置的三相整体结构，三个带金属封闭外壳的单相灭弧室（断路器）和液压弹簧操作机构、控制柜等设置在一个共用的金属结构底盘支架上，断路器采用三相机械联动、液压弹簧机构操作的方式。在每台套制动开关装置的动触头（发电机主回路离相封闭母线）侧装设3组（9台）电压互感器，电压互感器为环氧树脂浇注单相结构，每相3台置于单相金属封闭外壳内；在每台套制动开关装置的另一端（静触头侧）金属封闭外壳内装设3个单相接地开关，接地开关三相机械联动，三相共用一个电动机构。发电机制动开关装置的三相短接线采用封闭母线，装于制动开关装置的静触头侧。

三峡左岸电站每台发电机配置一套发电机制动开关装置，制动开关装置布置安装于各机组段75.3m高程上游副厂房内，制动开关装置动触头侧端子与发电机主回路离相封闭母线垂直段T接头水平连接。

每台发电机制动开关装置均配置1台控制柜，柜中包括所需的全部机械和电气控制部件，实现对制动开关装置的远方和现地操作，接收和执行计算机监控系统发出的分、合闸指令并与500kV高压侧单元断路器、励磁和调速系统等实现电气联锁。

3．2电气制动变压器

采用顺德特种变压器厂还羊角主干是变压器，绝缘等级F级，由于VGS机组和ABB机组容量不同，所以有些具体参数也有一定差别：

制动变压器的温度控制完全由制动变本体的温控器实现，温控器并不将报警及动作跳闸信号送至励磁系统，因此，当制动变温度超高报警，或者过温跳闸，励磁系统都不会有报警或者别的动作指令发出。制动电源进线开关S105：安装在400V机组动力盘Ⅱ段母线上。