（中国水利水电第八工程局有限公司 湖南 长沙 410004）
摘要：随着经济发展水平的不断提升，社会对于电能的需求不断增长，在此背景下水力发电在电能供应中所占比例越来越大。水电站机电设备是一个相对复杂系统，在运行过程中存在一定的工况波动情况，在出现故障隐患的情况下，需要采取一定的制动措施进行停机与故障排查。电气制动技术的应用，能够有效提升设备的稳定性，控制设备减速制动的安全性。本文探讨了电气制动技术在水电站应用的相关内容，旨在提供一定的参考借鉴。
关键词：水电站；电气制动；减速；安全
引言：水电站自动化是一门牵涉控制技术、测量技术和计算机等几个方面理论的综合性科学技术，尽管现在受到国家政府的关注，也有得到了非常大的发展。水电厂是自动化、机械化兼长时间工作的部门，因此对水电厂的实时检验就变得非常主要，一定要严格执行实时监视或操作监控，监视的变量与所要实施的数据处理也愈来愈多，假如搞好精准检验对水电站是个严峻考验，单凭借运行人员来完成各类操作已变得非常困难。
1电气制动技术在水电站应用的关键环节
1.1水电站电气制动时间控制
水电站电气制动技术的应用作用是加快机组正常停机过程、降低能耗与提升设备停机稳定性电能。尽管水电站设备停机制动时间较短，但依然不能承担非必要风险而单纯追求停机时间的缩短。因此，应以机组特性为基础进行设备调试，平衡制动电流与制动效果，不单纯以制动时间缩短为目的，而应以保证水电站机组线圈稳定性为标准。
1.2水电站电气制动停机控制
在水电站机组电气制动装置应用的过程中，停机过程控制的优化是核心环节，其中中性点、定子绕组以及短路开关是水电站发电机组制动控制的重要目标，停机控制过程应与保护装置CT配置相结合展开深入分析，对制动过程电气量变化进行确认，主要包括差流、定子电流频率变化等如在电气制动停机过程中产生的变化量，以及相应保护装置误动或误发告警信息的触发条件，从而针对相应闭锁保护采取有效措施。
1.3水电站电气制动防误控制
电气制动控制系统的安全可靠与机组运行和电气制动过程紧密相关，因而需要对约束条件和闭锁措施进行合理的考量。其中，机组带负荷正常运行中的最大风险是电气制动装置动作的稳定性，以及短路开关合闸过程中可能出现的风险。因此，在水电站电气制动技术应用时除了相应短路开关选型之外，应在系统控制回路中装置防误闭锁逻辑条件:
(1)硬回路闭锁:通过出口开关、出口刀闸、励磁变低压侧开关对短路开关合闸进行控制；制动变低压侧开关与励磁变低压侧开关进行互锁控制；出口开关与短路开关互锁控制；出口开关与制动变低压侧开关闭锁控制。
(2)软件程序闭锁:双Q点串接方式应用于短路开关合闸，不同的DO模块由两Q点输出，降低了由同一块DO模块损坏而导致误合短路开关发生的风险。
2水电站电气制动设计及关键设备选择
2.1制动方案的选择
水电站电气制动安全风险是制定设计方案时应考虑的首要问题，为加快停机过程、减少污染、降低能耗，是辅助机组正常停机时电气制动装置，是水电站机组正常停机时应用的重要设备。制动方案选择的出发点应为系统安全性，因而可将，独立的原励磁系统选择为水电站电制动装置，同时设置电制动开关、制动变压器、励磁变低压侧交流切换开关、励磁直流侧切换开关和独立的二极管全桥整流装置作为电制动系统辅助设备，并设置一套电制动控制系统。
2.2定子制动电流的选择
制动电流是停机制动中的一个重要因素，而电气制动力矩与制动电流平方为正比例关系，随着制动电流的增大，制动效力越明显。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但制动电流的增大，会导致制动系统线圈能耗的增加，应对将电流设置在合理的范围实现制动效力与能耗的平衡。定子短路清况下的电气制动，持续时间应≤lOmin，同时根据定子热容量曲线可知，发电机定子制动电流的理论合理定值应为取1.0-1.3倍额定电流。目前，对电气制动的快慢没有统一标准，所以取1.0倍额定电流即8kA作为制动电流。
2.3短路开关的选择
在水电站发电机灭磁停机过程中，当短路开关合上转速降至额定转速50%-60%的条件下，在发电机磁路剩磁的作用下系统会产生电弧冲击，同时形成部分残余短路电流。实践研究表明:发电机剩磁一般小于额定磁场的3%，结合水电站实际情况设置相应的安全裕度，按照额定值的2.5%考虑剩磁条件。同时，在制动开关投入时，制动装置启动后电流快速上升至额定制动电流，制动时间≤10分钟。另外，考虑到短路开关性能的稳定可靠，短路开关需具有一定的灭弧能力，其操作机构应三相联动、驱动环节简单、稳定可靠。
2.4制动变及制动控制系统
全桥二极管整流系统是当前应用较为广泛的水电站电气制动系统，是一套非柔性控制装置，应通过调节制动变压器变低侧档位来控制输入转子的励磁电压、励磁电流等条件。在制动变压器电压档位选择的过程中，需要对系统用电波动性进行考量，一般按照±5%的波动幅度控制制动变二次侧电压变化。根据发电机短路特性曲线、机组空载励磁电压、励磁电流，在考虑用电变化率和一定的安全余度的基础上，确定制动变的容量主要根据定子制动电流。
2.5机组制动方式和投电制动时转速的确定
水电站机组一般应在10%的额定转速时投入机械制动，改善机组转动部分低转速下运行工况。当水电站机组采用电气制动和机械制动配合使用时，对于装有电气制动装置的水轮发电机，在机组转动部分转速下降到50%额定转速，应按设定的程序电将气制动系统投入运行，待转速继续下降到额定转速的5%-10%时，再投入机械制动系统直到停机。
3、 关于电气制动应用的建议
水电厂作为电力体系最根本的供电单元，肩负着非常关键的发电任务。因为水电厂构成复杂，发电设备除外，还牵涉到水工建筑物、闸门调度、水库应用、运行机械设备等很多方面，所以对水电厂综合自动化体系提出了非常高的要求。作为综合自动化重点部分的计算机监控体系，其功能愈来愈齐全，构造配置也越来越复杂，对其每一个方面的功能要求也愈来愈高。现代水电厂计算机监控体系不管使用什么样的系统构造模式，通常都要满足下面基本要求：对目前的机组是不是装电气制动体系，要注意分析：(1)假如现在机组的机械制动功能优良，风闸灵活，没有发卡情况，开停机不多次数，而且推力轴承已经应用或准备更改成塑料瓦，电气制动体系不必安装。(2)机械制动系统功能优良，推力轴承之前应用的巴氏合金瓦功能稳定，不对其计划更换成塑料瓦，如果比较高的加闸转速，粉尘污染相对大，建议进行安装电气制动系统。(3)假如机械制动功能不好，风闸常常发卡，正准备对风闸进行更换，这种状况，要优先思考安装电气制动体系。电气制动系统安装一套投资为20—60万元（不一样的容量有所不一样），比更换一套风闸的价格还要低，所以不论是从技术先进性还是从经济性而言都要优先思考安装电气制动体系。系统的安全应用，不但对系统本身可靠性实施检验，并且对运行人员要实施技术培训，一定要了解其操作程序，相对高的职业技术水平。
3.结语
综上所述，水电站电气制动装置有利于发电机组快速通过低转速区，减少轴承磨损并提高机组自动化水平，减少维护工作量，特别是对运行多年的机组进行改造，除考虑硬件设备稳定、可靠外，还需对电气制动过程详加考虑，以提高软硬件闭锁、冗余、防错控制的安全、可靠性也是必要的。
参考文献
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论文作者:曹柄玉
论文发表刊物:《科技中国》2016年8期
论文发表时间:2016/10/19
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