摘要：水轮发电机机械制动装置在运行过程中发生故障与问题，会对发电站整体运行、维护以及操作、安全等带来负面影响，不仅不利于电站整体经济利益，还会对电站设备与人员安全造成严重威胁。基于此，有必要深入研究水轮发电机机械制动装置存在的问题，并针对性的提出改进水轮发电机机械制动装置的对策，提升机械制动装置运行的安全性与稳定性，保证电站整体经济效益与社会效益。
关键词：水轮发电机；机械制动装置；问题；改进
引言
水轮发电机组机械制动在长期运行过程中有诸多问题，比如制动器由于活塞憋卡不能自动复位、粉尘污染严重、制动器上下腔串气、制动环严重磨损等等，随着机组使用年限的增加，这现象更加显现出来，近年来这一现象的缺陷也较为频繁，给机组的整体安全运行带来隐患。
1概述
利用水轮发电机实现发电，不仅成本低，污染也非常小，有利于推进电力事业的可持续发展。水轮发电机组的正常运转，直接关系到电力供应的可靠性与稳定性，但是水轮发电机在日常运转过程中，其机械制动装置经常出现各种问题，对水轮发电机的安全与稳定造成严重影响。基于此，有必要深入分析水轮发电机机械制动装置存在的问题，并采取有效措施对水轮发电机机械制动装置加以改进，充分发挥水轮发电机的优势和作用。
2水轮发电机机械制动系统故障
2.1活塞憋卡不能复位密封破损、漏气、漏油
制动器通常采用活塞原理，工作时使用的气体含有少量的粉尘颗粒和水分，导致内壁被划伤和锈蚀，造成内壁及密封的损坏而漏气、漏油、上下腔串通和活塞憋卡。
2.2油污染和机械制动器粉尘污染
在气、油合一的单杠制动器运行过程中，因为气管和油管属于二路合一状态，在油压定转子之后，相应管路都会存有一定油量，此时如果不能及时有效的控制存油量，将直接发生密封漏油问题，进而出现油污染，影响环境。同时，制动器在不断摩擦过程中，会有粉尘产生，进而对机器造成污染。水轮发电机机械制动装置在运转过程中，其制动板会产生较快的磨损，磨损产生的粉尘会跟着循环风进入到定子铁芯通风沟以及转子磁轭当中，经过长时间的积累，会阻碍到通风沟过风口，降低发电机冷却效果，定子温度相对较高，导致油雾与粉尘混合物不断飞落，对定子绕组产生严重污染，影响到散热，并降低绝缘水平。制动器闸板在制动刹车过程中，会有大量粉尘产生，严重损害设备，并增加定子线圈的保养难度，难以有效的对定子线圈进行通风散热，导致端电压和温度都持续升高，降低定子绝缘性能，还会埋下相间短路以及线圈接地等安全隐患。
2.3制动块破损和磨损
制动块破损和磨损主要有两种情况：一是托板和制动块坚固螺丝由由制动过程产生振动造成松动跳越。另一种由于活塞憋卡与制动环接触不均匀产生撞击及摩擦产生过热，制动的过程中机组转动产生的波动等不对称力矩作用。
3改进水轮发电机机械制动装置的措施
3.1活塞憋卡不能复位密封破损、漏气、漏油解决措施
解决方式主要有三种。一种是利用压力油注入的方式进行润滑然后用气压反复加撤闸的方式使其活动达到复位目的，但是这种方式只能保证短时间运行周期短，可靠性差，还是没有彻底解决气缸内壁划伤拉毛问题，治标不治本。二种是将其移出机组进行分解检修，对内壁进行修磨光滑并对密封圈进行更换从新装配后做额定油压的1.5倍的试验合格后方能使用。这种方式虽解决了本质问题，但增加了工作量，造成机组非计划停运，但制动器制动效果下降，对机组危害也较大，制动器使用寿命缩短。第三种方式来进行解决——活塞镶嵌聚四氟乙烯导向带。活塞靠导向带能够与气缸内壁滑动配合接触，使活塞与气缸金属件不会相互接触，保护了气缸内壁不受伤害，还解决了密封磨损的问题。第四种方法可以在制动器制动柜的管路上安装油雾器，在制动的过程中密封湿润制动腔。
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3.2使用电气制动方式
针对水轮发电机机械制动装置制动环产生的裂纹与变形问题，还有机械制动器因为摩擦导致大量粉尘产生的问题，都可以通过电气制动方式加以解决。在电气制动方式当中，使用的是定子绕组三相对称短路，转子和励磁作用相加，能够使定子绕组获得等同于最大容量运行工况时电流值的制动电流流过，进而有电制动力矩产生，达到电气制动的效果。通过电制动停机，不仅不会产生污染和磨损，在机械制动的时候也不会有震动和噪声，将电制动停机应用在启动较为频繁或者高速大容量的机组中，优势更加突出，在可逆式机组中尤其适用。
3.3选择不卡阻且免维护的制动器
针对水轮发电机机械制动装置存在的卡阻问题，可以选用不卡阻并且无需维护的制动器。不卡阻免维护制动器具有双活塞碟簧连接、偏心、万向连接和导向等原理特征，通过双活塞碟簧对力的传递实现了缓冲，对克服静摩擦力具有重要作用；通过偏心可以有效对倾倒力矩加以抵消，从根源上避免发生活塞卡阻问题；通过万象连接可以灵活有效的对闸板方位进行调整，不仅确保闸板能够均匀的磨损，还可确保工作最大摩擦面；通过导向装置，能够确保活塞不出现偏斜问题。该装置只包含了下腔，结构非常简单，并且供气和供油都是通过一条管路运行，操作非常简单和方便，且便于装卸，可以自动实现复位操作，具有突出的可靠性与安全性，使用价值较高，适用性也非常强，有必要广泛推广。
4水轮发电机组电气制动系统故障和消除措施
4.1混合制动停机未投机械制动
我厂在设计的过程中将水轮发电机吸出高度设计为+0.5m和+0.7m，因为吸出高度为正值，当下游水位偏低等很容易产生停机过程中转速降不到机械制动投入设定值的情况，机组停机时间较长或退出停机流程，特别是调峰机组长时间的停机时间严重影响了水轮发电机组设备安全和水电厂的正常运行。另在一些类似情况下有电气制动的水轮发电机组的电厂实例有证明，如某同类水电厂当控制系统发出停机信号后就会启动电气制动装置，但是运行人员对监控系统记录检查发现一个月内有多次停机未投入机械制动的现象。为了找出原因，对制动系统中的机械制动电磁阀、投入机械制动回路、转速装置都进行了详细检查，都没有发现问题，而对机组控制流程进行检查，得知有10次故障停机时间记录，电气制动投入时，自60%至15%转速时间都在80s左右，但是机组停机流程电气制动投入后时间会延长到120s，导致机组转速已经降到了0还未投入机械制动。加上机组吸出高度为正，尾水位变化也导致了机组停机时间的变化。
根据以上分析，对机组制动流程进行优化。在机电制动投入后进行延时60s，判断转速。如果转速超过35%则不用投入机械制动，如果没有超过35%则投入机械制动。对制动流程进行优化还要对不同水尾位进行多次试验，保证能够正常机械制动。
4.2电制动过程中负序过负荷保护动作
负序过负荷保护动作主要原因是负序电流不是设备真正存在的负序电流，而是因为电气制动投入时机组频率较低，负序滤波器不能正常工作。
为了避免电气制动投入时负序过负荷保护动作，通常情况下是在投制动时闭锁掉会发生误动的保护，可以保护负序电流，还能通过引入制动状态继电器接点进行闭锁。还有一种方法是从定值整定上进行考虑。采用整定导则公式进行重新整定，保证电制投入不再发生负序过负荷保护动作。
结语
水轮发电机机械制动装置运行正常与否，直接影响到整个水轮发电机的运行安全与稳定。要实现电力事业的健康发展，就要关注水轮发电机机械制动装置在日常运行当中存在的问题，并针对性的采取有效措施加以解决，改进水轮发电机机械制动装置，充分发挥水轮发电机的功能与作用，促进电力系统的稳定、可靠与安全。
参考文献
[1]王国柱,李永红,陈超.浅析张河湾电站3号机机械制动器频繁故障的原因及处理[J].水电站机电技术,2016(12):63.
[2]姚明然.浅析水轮发电机制动器的常见故障[J].建筑工程技术与设计,2016(18):70.
论文作者:李延林,严峰
论文发表刊物:《建筑实践》2019年11期
论文发表时间:2019/10/29
标签：水轮发电机论文; 机械论文; 机组论文; 制动器论文; 装置论文; 活塞论文; 定子论文; 《建筑实践》2019年11期论文;