一起260MW水轮发电机组电制动失败原因分析及改进措施

王焕 程玺

摘 要：介绍了某水电厂水轮发电机组电气制动失败的原因并提出改进措施。

关键词：电气制动；PLC

0 引言

某水电厂共装有大型水轮发电机组5台，担任该区域电网中调峰的任务。该厂机组制动系统采用混合制动方式。在实际运行中易发生机组停机电制动失败的情况，检查原因为电制动回路PLC程序紊乱，针对以上现象进行分析，提出改进方案。

1 电气制动概述

发电机组解列后停机过程中，因转动部件存在转动惯性，转速在短时间内不能到零，机组会在低转速区长时间运行，导致推力轴承油膜破坏出现干摩擦烧毁轴瓦。因此就必须对机组在低转速区外加制动。目前水轮发电机组主要有机械制动、电气制动、混合制动3种方式。混合制动是前两者配合的方式。机械制动是制动器在压力源作用下与制动环摩擦，使转子受摩擦力而停止转动。但机械制动存在着闸瓦易磨损，不利于散热，降低机组绝缘水平，制动环会产生变形和龟裂等缺点。电气制动是一种非接触式的制动方法，优点是制动转矩大，不受外部因素影响，由于制动转矩与机组的转差距成反比，即转速越低，制动力矩越大，低速时减速效果十分明显。因其清洁无污染，不影响机组的散热和绝缘水平。

2 某电厂电气制动系统

2.1 电气制动原理

某电厂水轮发电机组电气制动是用发电机出口三相短路开关将发电机定子短路，通过制动变在转子绕组中通以适当励磁电流，该电流在定子绕组中产生铜耗制动力矩，使机组减速制动。

2.2 电气制动的过程

2.2.1 电气制动的启动条件

电气制动流程控制是通过专用可编程控制器（PLC）实现的。电制动PLC的启动信号由机组监控系统提供，投入的条件如下：机组与系统解列，停机令，出口断路器分、机组无事故、导叶关闭、转速<70%Ne、机端电压<15%Ue。

2.2.2 电气制动系统动作过程

PLC始终监视电制动过程，当检测到电制动投入命令并判断条件满足后，依次闭锁保护装置、断开励磁开关、合上短路开关、合上电制动交、直流电源开关；转速到零后，PLC同时发信号断开电制动交、直流电源开关、短路开关、合上励磁开关、解除保护装置，使励磁装置至开机准备状态。

3 某电厂发电机组电制动失败原因分析

某电厂一台260MW水轮发电机组正常停机操作，在投入电制动相关电源后，采用监控远方停机流程。但机组满足电制动投入条件时，电制动却未动作，电制动失败。事后通过现场检查，初步判断原因为电制动回路PLC程序紊乱或程序未自动投入，而后者很少见。主要原因且经常发生的是PLC程序紊乱。

分析发生PLC程序紊乱的原因：机组电气制动控制回路PLC、转速继电器工作电源取自短路开关电源A相（见图1），正常运行时，为防止短路开关、电制动交、直流开关误动作，短路开关动力电源是断开的，此时，电制动PLC工作电源处于失电状态，程序保存由自身锂电池供电。在大发电时期机组持续运行时间长，PLC程序一直处于锂电池供电状态，容易导致锂电池电压不足，无法监视电池电量低信号，从而引起PLC程序失电，发生程序紊乱的情况。

4 改进方案

4.1 方案1

为防止锂电池电量耗尽，检修人员定期测量电池电压，发现电压下降，及时更换PLC程序锂电池，以保证PLC程序不会丢失。该方案具体实施过程中在人力资源和经济成本均有损耗。

4.2 方案2

机组电气制动控制回路PLC电源常投，但当机组正常运行时，无法满足防止短路开关、电制动交、直流开关误动作的安全要求，存在一定的安全风险。

4.3 方案3

结合两种方案分析，PLC回路要保证不能失电，且保证短路开关、电制动交、直流开关等回路防止误动作的安全要求，就要将PLC回路从原系统中分离出来，给PLC回路及转速继电器进行单独持续供电，而其余回路方式不变，以满足以上两方面要求。

在实际改造过程中，给PLC回路选择供电电源是非常关键的。原来供电电源取自出口短路开关动力电源（图1中2DK）后，已经证明存在隐患，而考虑从2DK前取电，需要加装一套控制开关来控制PLC回路的电源，方便PLC回路的检修维护。在现场实际中，励磁开关柜加装开关不具备条件，因此考虑其他电源。机组旁的馈线柜既满足可操作性和供电可靠性，又有电源开关可控，因此选择在机旁馈线柜选取电源最方便可靠。PLC工作电源改造后见图2。

5 实施效果

通过对比，方案3更为合理，既满足安全生产的需要，又能到达节省人力、物力资源成本。不仅消除了电制动控制回路隐患，也大大提高了电气制动的可靠性与稳定性，减轻了运维工作量，同时也有效提高了水电站自动化水平。

参考文献

[1]黄纯华.大型同步发电机运行[M].北京：水利水电出版社，1992.

[2]陈建明.电气控制与PLC应用[M].北京：电子工业出版社，2006.

（作者单位：1.华北电力大学；2.国网甘肃省电力公司刘家峡水电厂）