电力自动化设备水轮发电机组电气制动技术分析徐青山\乐秀笈，陈俊2，张欣3（1.河海大学电气工程学院，江苏南京210098；2.东南大学电气工程系，江苏南京210096；3.江苏省电网调度通信中心，江苏南京210024）有制动力矩大、停机速度快、清洁无污染，但随着当前推力轴瓦的较大改善，机械制动也日趋成为可能。就新形势下水轮发电机组采用电气制动技术中存在的一些问题，如加装电气制动装置带来资金、场地的困难，以及在已安装电气制动的机组上实际运行所暴露出的制动电流过大，投入时间间隔过短等缺陷提出了将电气制动与励磁系统结合、电气制动与机械制动混合制动的改良措施。
312：A文章编号：1006― EleetroniePublishfebu笔者建议如果目刖机组的机械制动性能良20世纪80年代后期开始，电气制动技术己经逐步替代机械制动在大中型水电机组中得到广泛的应用。然而随着机械制造技术的提高与完善，机组推力轴瓦材料己经得到了极大的改进，机械制动的不足正逐步得到改善；相反，对于己安装电气制动装置的机组在实际中暴露出种种缺陷，要加电气制动设备而出现的资金、屏柜布置上的困难等，使电气制动的应用受到影响。因此在新的形势下如何认识电气制动的作用，以及对现行的不足采取怎样的对策，很有必要予以进一步的研究。
1对电气制动的再认识1.1电气制动的基本原理与理论当水轮发电机与电力系统解列后，机组进入停机过程。由于机组的转动部件具有较大的惯性，机组在短时间内不能停止运转。但机组轴承是不允许机组较长时间处于低速运转状态的，这是因为机组推力轴承轴瓦的油膜形成与机组的转速有关，机组在低速下旋转会导致油膜的破坏继而出现干摩擦，而烧毁轴瓦。
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，发电机转子灭磁后，使定子三相短路，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力矩。励磁电流由厂用电系统经整流后的外部电源供给。
电气制动投入前需满足下述条件：发电机必须从电网解列。
磁场必须灭磁，发电机机端电压降到残压。
导叶关闭，机组不再有原动力矩。
发电机无内部电气故障。1.2电气制动的优越性传统的机械制动一般采用制动闸和制动环直接接触产生摩擦阻力而起制动作用，但制动环、风闸易因机械疲劳而变形龟裂；且摩擦产生的粉尘混入发电机的循环空气中，随油雾粘附在定子线圈端部和铁芯风沟表面，影响发电机的绝缘和散热，严重影响发电机的正常运行。
电气制动就是为了克服机械制动的缺点而提出来的。它的最大优点是制动转矩大。根据同步电机理论可知制动力矩Me可表达为11/n，即制动力矩是随机组转速下降而大，当转速为零时达到峰值，这正是区别于机械制动力矩的最大优点。
电气制动除了制动力矩大这个特性之外，也比较洁净，且检修维护方便，满足系统调峰，机组开停机操作频繁的要求。
1.3制动模式的趋向1.3.1单独配备励磁设备的同步发电机制动装置所示独立的电气制动装置简单，通用性强，适用于所有水轮发电机组，特别是对于己运行机组设电气制动功能更为合适。但是这种模式投资大，需另设屏柜，加了布置上的困难。近年来推力轴瓦的改进和完善，使得电气制动的这一缺点更加好，风闸灵活且没有发卡现象，开停机次数不多，并且推力轴承已经使用或准备更改成塑料瓦，则不必安装这样一套独立的装置。
1.3.3电气制动与机械制动相配合电气制动只适合于机组的正常停机或非机械及电气事故的机组事故停机。因此，机组的机械制动仍然是不可缺少的。机组在低转速时可采用投入机械制动的混合制动方式，因为在低速（10%额定转速）时投入机械制动其磨损程度也是最小的，不会造成对发电机绕组的污染。当然，考虑到电气制动可能失效时机械制动必须能可靠地进行制动停机，一般宜在30%~40%额定转速时投入机械制动。
2现行电气制动的完善对策2.1优化选择电气制动参数停机中制动电流是一个极其重要的参数，由电气制动力矩公时投入。
对于在系统中处于调峰调频地位的机组，由于开停机操作比较频繁，尚需解决好机组电气制动投入时间间隔的问题。既要保证正常快速开停机，又要确保机组在停机过程中不受到大的磨损。必要时可与系统中的调度部门磋商确定最小间隔时间。在间隔时间内，制动被闭锁。具体实现办法是：在启动制动的回路中加装一个时间继电器，每启动一次后需历经事先确定好的时间间隔后方才自动回归，解除电气制动。
2.2处理好电气制动与电气保护的关系2.2.1设置电气制动系统的固有保护电气制动系统应设置自身的保护装置。在电气制动投入运行中，可能因整流变压器或整流器短路，也可能因整流单元失控而造成事故。因此，应在整流变压器高压侧设置过电流保护，在定子三相短路开关侧设置过电流保护，以保证电气制动在故障时能安全退出。
2.2.2保证电气制动与其他保护的协调棒接头熔化的现象kflf发Me故避a厌制动电电滕褓ingHouse.电气制动投入后，发电机定子电流频率随转速的下降而下降。对于中性点经消弧线圈接地的发电机组，在电气制动停机转速降至1/3额定转速时，发电机定子绕组中三次谐波电势引起的基波电压谐振，消弧线圈二次电压值升高，直接导致零序过电压型定子接地保护误动。解决的办法是将制动短路开关QFdk短路接地（），以消除基波电压谐振回路中的容抗变量，从而防止基波电压谐振的发生。此法简单可行，安全可靠，国内己有许多机组采用电气制动方法停机。
电气制动的短路点一般也在纵差动保护区内。
所以在制动过程中形成的差流会导致差动保护动作。解决的方法是在电气制动投入条件满足后，启动接触器将电流互感器回路短接或在电气制动时闭锁差动保护。国外亦有采用在三相短路开关QFdk上装三相TA，接入差动保护电流回路中，这样在电气制动时因电流平衡，保护不会误动，因此不需要将差动保护退出。
电气制动也影响到发电机的负序电流保护。原因是一般负序电流继电器都是按常规50Hz情况进行设计的，没有低频补偿措施。在电气制动过程的低频区，对于继电器中含有电磁元件的电流转换装置，由于铁芯饱和的影响以及LC元件参数的变化，破坏了参数平衡，将使不平衡输出大，在某一频率下，可能大于整定值，启动执行元件引起误动。关于这一方面的深入研究，中有较详尽的论述。
3结语电气制动由于在低转速下良好的制动特性，且对电机不造成任何污染，是公认的环保型制动方式。
电气制动能有效地缩短停机时间，有效改善推力轴瓦的运行工况。机械制动在机组推力轴瓦有良好的改善之后，虽可以在较低转速下制动，在一定程度上减轻了制动摩擦所造成的机械损伤和粉尘危害，然而问题并没有得到根本的解决，只是危害程度降低而己，同时不可避免的带来停机时间长的缺陷。所以现今，快速清洁的电气制动方式还应作为首选考虑。特别是对于电气制动与励磁系统结合的模式，具有良好的经济性，可有效地减少现场设备及其占地面积。机械制动除可作为制动后备考虑外，在低转速时可配合电气制动使用，以期更有效地制动。