水电机组电气制动的设计及应用

水电机组电气制动的设计及应用
摘要：随着水轮发电机能力的不断提高，大型水轮发电机不断发展和使用，
其大规模惯性对水轮发电机的制动提出了很高的要求。

本文研究了水电站电气制
动的设计与应用。

研究了水电机组的制动原理后，设计了机组制动参数的选择，
分别涉及过载系数的确定、电阻的确定、转子电流的计算和控制角的设计。

通过
实际应用，本文设计的水轮发电机组电气制动控制过程可以有效延长水轮发电机
组制动系统的寿命，制动电流稳定稳定，满足实际应用的需要。

关键词：水电机组；电气制动；原理分析；设计应用；
前言
随着大型水轮发电机的不断设计和运行，发电机的转动惯量也在增加，相关
的停机问题也越来越严重。

对于三峡机组，转动惯量可达到 4.5 * 10 m³或更高，使停车更加困难。

由于水力发电装置通常在电网中发挥紧急备用和频率调节作用，而且其启动和关闭频率很高，传统的机械制动方法已不能满足水力发电装置目前
的控制和运行方法。

因此，研究大型水电机组的电气制动很重要。

弹性电动制动
与传统电动制动的区别，在于传统电动制动模式通常使用二极管整流器为发电机
提供励磁电流，但这种制动模式需要增加二极管不受控制的整流装置，因此输入
成本相对较高柔性电动制动技术最重要的部件是可控硅整流和发动机励磁系统调
节器。

该制动方法产生的制动电流是可控的，可以根据制动时的水头速度和漏水
量进行控制，从而改变制动。

整个制动过程稳定可靠。

因此，本文总结了水电站
电气制动的设计和应用经验。

一、水电机组电气制动概述
1.电气制动的概述
过去，大多数水轮机发电设施采用机械减速停机，具有稳定运行、易于使用
和广泛应用的优点。

如果是气压控制或油压控制，则推力轴承油膜受到保护。

这
不仅是刹车，而且是上转子，因此具有两个身份。

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
断开机组后，定子将输出转子绕组的恒定周期大小的短路电流，短路电流不
会改变机组的随机转速，引起定子绕组中铜消耗的制动力矩，直至机组停止减速。

根据同步电机的基本知识，可使用相同的损耗功率/角速度获得柔性电动制动转矩。

在公式中，n是组的转速，Km和k是常数，r是定子的有效电阻。

根据上述
公式，制动力矩m具有负单位速度。

因此，电动制动的性能对于低速停车来说一
般是显而易见的与此同时，m直接成正比，反过来成正比于短路电流的平方之和
定子电路和组转速。

因此，增加定子电路的电流是减少停机时间的最快方法。

3.电气制动的一般性结论和对机组保护的影响
采用定子三相直电路，转子励磁方法较为合适，制动输入速度只能达到额定
速度的40 %至60 %。

变频器的制动电流通常是发电机定子额定电流的1.0至1.2倍。

对于导叶漏水量较大的常规水轮发电机组，需要缩短低速区运行时间，提高
定子制动电流的制动方法较好。

由于离心泵的旋转装置漏水不多，轴承运转良好，电减速停止输入数据为50%，因此限制电流不再合适。

机电组合制动设备是理想
的制动方式。

为了便于轴承润滑，可以将转速降低到15%-20%，然后进行机械制动。

差动保护:对于n 5组，在电气制动时，回路电流可能产生差动电流，从而
可能导致差动保护错误。

因此，在规划时，必须考虑到对差别保护的影响，以关
闭保护行为的出口。

对发电机定子接地保护的影响:在电气制动状态下，发电机
短路，线电压Uf=0，但发电机结构确定的E3三次谐波动力的a、b和QJ潜力相同。

发电机组一般采用同极增压定子接地保护。

由于电动制动过程中连续三次谐
波共振的影响，定子接地保护可能会失效，并发出错误信号。

解决上述问题的方
法是在串联电路中消除电弧回路中的感应或接地导体。

发电厂n 5组电气制动采
用发电机与地面之间的电容消除方法。

换句话说，当电气制动停止时，发电机短
路并接地。

这种方法简单、可靠、可行。

二、制动参数选择
该电路在原有标准励磁电路的基础上，添加了定子短路开关、侧制动开关和
制动变压器等四种新设计。

一般来说，如果晶闸管的基本性能和可靠的开关满足
基本的励磁要求，则无需修改制动变压器电路。

然而，在实际应用中，一方面发
现转子电路与供电装置之间存在电路偏差；另一方面，从可靠性的角度来看，定
子电流超过额定电压15倍时，定子杆就会被烧毁，大大降低了整个系统的可靠性。

因此，在设计过程中，可控硅励磁电压和励磁电流必须是不超过定子额定热
容的设计标准。

制动变压器二侧额定线路电压计算公式给出。

Uf表示电子制动变
压器二侧的额定线路电压，Amin表示励磁调节器输出控制角度，Ki表示短路电
流过载系数；Ci表示定子短路产生额定电流时转子的电流；Rf代表转子电阻；
水代表电路的电压降。

从整个公式出发，左侧表示完全控制的三相整流桥输出直
流励磁电压；等号的右侧表示转子处于稳定状态时的电压和线损。

1.确定超出负荷系数。

根据有关国家对水轮发电机的技术要求，水轮发电机
定子必须能够承受比额定负载额定电流高出1.5倍的电流，在上述电流条件下，
能够不受损害地保持两分钟。

根据定子的热公差曲线，当液压机组制动时，定子
电流应保持在额定电流的1.0至1.3倍之间。

电气制动速度没有严格的标准要求，工程通常选择额定电流的1倍左右。

转子强度的测定。

确定转子强度的方法有两种:一种使用额定励磁电压与电流之比，另一种使用110 ~ 130摄氏度范围内的
热阻。

2.计算出的转子电流的电流值可通过r，短路电流k=L/R来计算-什么但是r
随着单位容量的增加而下降，传输距离和稳定性等问题也变得越来越重要。

因此，短路通常设计为大于正常值，其值通常介于1.0和1.3之间。

控制角度设计。

在
完全失控状态下，所有晶体管都是定向的，转子电流和电压不能偏离正常工作点，即控制角度为0度。

因此，当制动变压器满足实际工作状态时，选择较小的电压
值有利于系统的安全性和可靠性。

3.结论及展望
在电气制动过程中，由于制动时间通常比电机的瞬态时间长几分钟，定子/
转子电流在速度条件下保持恒定的比例关系，但在停机过程中，定子/转子不再
是线性比例关系，因此此时必须进行详细分析事实证明，单个电动制动可导致额定转速0.5%至1 %之间的转速，机器无需机械制动即可停机。

当然，由于机械制动被用作电气故障的保障，需要设计电气混合制动模式，并不时应用气动制动来测试机械制动。

电动制动时，可以考虑转子固定角度控制方法、转子恒励磁电流控制方法和定子恒电流控制方法。

该理论基于定子电流与转子电流的线性关系。

制动变压器失去控制时，短期定子电流不得超过定子的最大热容。

为了提高系统的安全性和可靠性，必须详细审查电气制动过程，包括硬件和软件锁定、过度包装、防止错误、参数设计等。

精确模拟电气制动过程和计算制动时间有助于分析励磁开关时定子和转子的电磁暂态。

结束语
综上所述，在实际使用后，可知制动电流在使用过程中变化平稳，能够完全实现柔性控制。

通过对电动执行器稳定状态激励试验的分析，波形在稳定状态下比较稳定。

参考文献：
[1]党建,何洋洋,贾嵘等.水轮发电机组非平稳振动信号的检测与故障诊断[J].水利学报,2016,47(2)
[2]曾云,张立翔,王煜.水轮发电机组振荡特性的简化分析方法[J].电机与控制学报,2009,13(z1)
[3]李强,陈遗志,仲曼等.水电机组电气制动的设计及应用[J].水电自动化与大坝监测,2008,32(2)
[4]黎国松.水电机组电气制动应用探讨[J].中国科技博览,2010,(21):89-90.
[5]朱泽宽.运行水电机组增设电制动装置[J].贵州电力技
术,2014,17(7):56-58.
[6]张红，王辑祥.水轮发电机组电气制动方法的分析与探讨[J].广西水利水电，2004（1）.
[7]魏然.水轮发电机组状态监测与故障诊断系统研究[D].西安理工大学，2001.。