凤滩电厂六号机电制动试验及其分析

杨建明

湖南电力公司凤滩水力发电厂

凤滩电厂六号机电制动试验及其分析

杨建明

湖南电力公司凤滩水力发电厂

凤滩水电厂在湖南电网中承担调峰调频作用，机组启、停频繁。其所有机组之前一直采用机械制动方式停机。机械制动虽然制动迅速、控制简单方便，但是对风闸的磨损较大，且制动过程中产生的粉尘会进入转子磁轭及定子铁芯的风道。直接影响发电机的冷却效果，甚至威胁到发电机的绝缘。为减小机械制动带来的危害，同时减小机组停机过程中的低转速运转对轴瓦的磨损，本次结合六号机励磁系统改造，特对其进行了电制动试验。

水电厂；电气制动

1 引言

凤滩水电厂六号机(SF200-48/11810)额定容量200MW，额定机端电压15.75kV，额定定子电流8379A。与变压器(SSP9-240000kVA/220kV)采用单元接线方式。在出口开关360与主变低压侧隔离开关3603之间安装有一个三相短路隔离开关3607。具体接线方式如下图：

图1 六号机变一次接线图

2 电制动基本流程

机组正常停机至调速器后，待转速降为60%Ne且电制动条件满足时，跳3603隔离开关、合3607短路隔离开关、合360断路器，并启动励磁进入恒转子电流模式，开始电制动。待转速下降为5%Ne时，退出电制动，恢复机组至热备用状态并同时投机械制动，直到停机完成。

当出现故障或电制动超时，立即退出电制动，走正常停机流程。电制动过程中闭锁相应的发电机保护，退出电制动后立即解除发电机闭锁的保护。

其中“电制动条件满足”包括：“停机令”&“360分位”&“FMK合位”&“无电气事故”&“A套线路保护未动作”&“B套线路保护未动作”&“A套励磁变保护未动作”&“B套线路保护未动作”&“励磁变温度过高未动作”&“A、B套励磁调节器无故障”&“1、2、3#功率柜无故障”。

“电制动超时”定义为：监控流程中定义超时为电制动至励磁后240秒，励磁流程中定义超时为启动调节器后210秒。

闭锁的发变组保护有：发电机A套纵差保护、发电机A套定子接地(3U0)、发电机B套定子接地(3U0)、变压器B套纵差保护。

3 具体试验步骤

3.1 转速装置试验

由上流程图可以看出，整个电制动的投入、退出都依赖于转速继电器的接点动作情况。为了确保电制动的顺利完成，需对转速装置进行试验。考虑到电制动过程中需要合短路隔离开关，此时残压测频失效，所以转速装置必须跟踪齿盘测速。

六号机采用的转速装置为哈尔滨瑞格大机电生产的SPCT1/3-6型。该转速装置配置有四路通道，其中1、2通道为两路齿盘，3、4通道为两路残压。现场配置了一路齿盘和一路残压通道。试验过程中，为确保转速跟踪齿盘，特并接另一路齿盘通道，并设置两路齿盘通道优先(即1、2通道优先)。并设置齿盘通道系数为0.5。

3.2 励磁装置短路升流试验

通过该试验可以得到电制动状态下恒定的转子电流对应的顶子电流数据。空转状态时，拉开3603隔离开关、合上3607短路隔离开关、合上360短路器。通过零起升压，逐步使定子电流升至额定，记录相应数据于下表。

由于360断路器合闸，此时调速器将切至开度调节。短路升流过程中的电制动力矩将使得机组转速下降。为确保记录额定转速下的短路升流数据，须将调速器切为电手动状态，由运行人员手动操作保持机组额定转速。

3.3 电制动试验

3.3.1 正常停机测量转速下降的各阶段时间

停机令到调速器开始计时，记录机组各个阶段转速的时间。

3.3.2 25%额定定子电流投电制动试验

根据短路升流试验测得的转子电流数据，对照25%定子电流设置恒转子电流的数值，进行电制动试验。记录各个电气参数及转速下降各阶段时间试验数据记录如下表2)。试验过程中，机组转速降为18%时，励磁电制动超时退出，随即监控退出电制动流程。随转速下降，进行机械制动，直至停机完成。

3.3.3 50%额定定子电流投电制动试验

根据短路升流试验测得的转子电流数据，对照50%定子电流设置恒转子电流的数值，进行电制动试验。记录各个电气参数及转速下降各阶段时间(试验数据记录如下表2)。试验过程中，机组转速降为14%时，励磁电制动超时退出，随即监控退出电制动流程。随转速下降，进行机械制动，直至停机完成。

3.3.4 75%额定定子电流投电制动试验

根据短路升流试验测得的转子电流数据，对照75%定子电流设置恒转子电流的数值，进行电制动试验。记录各个电气参数及转速下降各阶段时间试验数据记录如下表2)。试验数据记录如下表2。试验过程中，机组转速降为11%时，励磁电制动超时退出，随即监控退出电制动流程。随转速下降，进行机械制动，直至停机完成。

3.3.5 100%额定定子电流投电制动试验

根据短路升流试验测得的转子电流数据，对照100%定子电流设置恒转子电流的数值，进行电制动试验。记录各个电气参数及转速下降各阶段时间试验数据记录如下表2)。试验过程中，转速降为5%时励磁逆变灭磁，电制动正常退出。监控正常退电制动并投机械制动，直至停机完成。

4 试验分析

4.1 电制动过程中定子电流保持不变：Id=E/Xd，其中E=4.44NfΦ，Xd=2∏fl。随着转速的降低，发电机感应电动势和回路电抗同步在减小，所以定子电流保持不变。

4.2 对比定子电流为8400A投电制动与未投电制动的数据可知：至5%Ne时节约时间为459-216=243s；

4.3 随着转速的下降，下降相同的转速所需的制动时间随之增加。

制动力矩公式：

由于定子电流基本恒定。出现最大制动转矩时的转速为：

r相对Xd而言较小，所以最大转矩对应的转速很小，即随着转速的降低制动转矩会增大。但是由于转速降低后，发电机的风磨阻力矩和轴承摩擦阻力矩会减小，导致总的制动力矩在减小，从而使得转速下降速度减慢。

以75%Ie为例：

60%至50%Ne，耗时15s；50%至40%Ne，耗时23s；30%至20%Ne，耗时50s；

4.4 定子短路电流的增大，将大大提升电制动的效果。由公式可知，制动力矩正比于定子电流的平方。比较不同定子电流下，从30%至20%Ne的制动时间：

2100A，耗时75s；4500A，耗时61s；6200A，耗时50s；8000A，耗时43s；

4.5 在6200A定子电流进行电制动的过程中，出现发电机保护“定子接地3U0”动作，为防止其出口影响电制动，试验中应将其闭锁。

4.6 短路升流试验中，为准确测得额定转速下转子电流与定子电流数据，需要将调速器切为“电手动”状态或设置为“跟踪网频”方式。

4.7 为确保电制动的安全可靠进行，对转速装置必须配置有冗余的齿盘测速通道。

5 结论

通过此次试验表明，监控系统电制动相关流程正确，各回路及相关设备动作可靠。电制动效果明显，在以定子电流为8400A进行电制动时，对比未投电制动的情况下，节约停机时间243秒，大大减少了机组低转速运转时间。电制动过程中，定子绕组及铁芯温度没有明显升高。此次试验为其他机组电制动的投入积累了经验，其控制流程、试验数据以及试验中遇到的问题和解决方法都为其他机组提供了很好的借鉴。

[1] 陈贤明，陈遗志，吕宏水，王伟，朱晓东.水轮发电机电气制动仿真.水电厂自动化.2009年第30卷第02期

[2] 陈列，朱逸苏，电制动技术在50MW水轮发电机组的应用，《水电站机电技术》.2009年03期