摘要：随着经济体系不断发展和电力行业体制改革不断深化，抽蓄在电力系统中作用日益增强。机械制动系统属于辅助设备，但稳定性将直接影响抽蓄机组启动成功率，与机组的安全性能息息相关。
关键词：抽水蓄能；机械制动；典型故障
抽水蓄能机组为可逆式发电电动机，额定转速高，机组停机制动采用电气／机械制动两种方式。在正常情况下，电气制动在转速低于50％额定转速时投入，机械制动在转速低于5％额定转速时投入。停机制动的作用是缩短机组停机时间，提高机组响应能力，同时有效地防止机组惰转或蠕动对轴承瓦造成损坏。
1 抽水蓄能电站机组机械制动控制
1.1 机械制动原理
一般大型抽水蓄能电站每台机组设置8套机械制动器装置，机械制动系统由下机架的8套风闸和装设在转子上的制动环及相关管路组成，利用风闸与制动环之间的摩擦力达到制动停车的效果，制动风闸用气取自低压气系统，气体压力为5~8bar，其投入与撤出可通过电磁阀手动操作与自动操作，也可直接通过操作气管路阀门进行风闸的投入与撤出。每台机械制动器均配置1个制动位置、1个退出位置接触式行程开关，每个行程开关均取常开节点。这8个制动位置常开节点串联作为机械制动投入位置反馈信号，8个复归位置常开节点串联作为机械制动退出位置反馈信号。当机械制动投入操作时，任何一个制动器的投入位置行程开关无动作，系统则判定制动器投入失败，反之，任何一个制动器的退出位置行程开关无动作，系统则判定制动器退出失败。
1.2 机械制动投退
1.2.1 自动投退机械制动
以该抽水蓄能电站为例，机组在正常停机或事故停机，投电气制动时，转速小于5%额定转速，机械制动自动投入；不投电气制动时，转速小于20%额定转速，机械制动自动投入，直至机组转速为零。
机组在停机备用时，若有蠕动信号，机械制动将会自动投入，电气制动采用电气制动开关与励磁系统配合进行制动。
1.2.2 手动投机械制动
（1）检查机组出口断路器已分开、机组导叶、球阀已全关、机械制动柜气源气压指示正常、机组转速为零或降至允许投机械制动得转速。
（2）按机械制动柜制动器上腔排气按钮，再按制动器下腔充气按钮。
（3）检查机械制动柜制动闸投入气压指示正确，制动器投入信号灯点亮。
1.2.3 手动退机械制动
（1）检查机械制动柜气源气压指示正常，机械制动柜制动器投入信号灯点亮，机械刹车在投入状态。
（2）按机械制动柜制动器下腔排气、上腔充气按钮；检查机械制动柜制动闸释放气压指示正确，制动闸投入气压降为零，制动器释放信号灯点亮。
（3）按机械制动柜制动器上腔排气按钮；检查机械制动柜制动闸释放气压降为零。
2 机组机械制动系统典型故障分析
2.1 机械制动反馈信号丢失故障
2.1.1 故障介绍
该抽水蓄能电站单机容量为250MW的混流可逆式水泵水轮电动发电机组，平均每年每台机组启停次数高达800多次，机组机械制动反馈信号丢失这类故障在电站机组投产以来，一直有发生。2017年5月，机组启动前，发现机组预启动条件不满足，经检查，机组机械制动反馈信号未收到。信号的丢失，影响机组的正常启停，不能及时满足电网调度要求，从电站的长期安全、可靠、经济运行的角度出发，该问题必须重视。
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2.1.2 故障分析
机械方面：检查机械制动器的气源压力是否正常，检查气源管路有无泄漏情况；检查制动器本体，是否发现异常情况；上述故障在机组停机时，现地手动投退机械制动器，投入制动器时，反馈信号正常，退出制动器时，未能收到制动器退出位置反馈信号，操作制动器上腔排气，此时制动器属于上、下腔均不带压状态，上、下腔压力显示均为0。现地检查制动器位置，发现个别制动器在顶起位置，并未下落。
此类故障发生在电站机组检修后，机组首次启动检查时。如果制动器气缸下腔压力无，在制动器上腔不带压的情况下，制动器也会根据自重进行下落退出。经过判断可能机组检修期间，制动器高压油顶转子时，在退出时，压力油并未排尽且串有压缩空气，机械制动器油缸与气缸之间的密封有问题。
电气方面：机械制动的电磁阀动作是否正常；机械制动是否按照厂家设计顺序控制流程，手/自动执行逻辑是否正常。
2.1.3 暴露问题
该问题一般会发生在机组检修过后或长时间停机再次启动时需要进行顶转子操作。此类故障暴露出机械制动的气缸与油缸之间的密封可能存在问题。
2.1.4 预防措施
对制动器高压油顶转子油管路手动阀打开，进行泄压，机械制动器则可以正常退出，且反馈信号有效。为了维持机组正常运行，定期对机组的高压油顶转子油管路常闭阀门进行打开泄压，该故障会得到很好的解决，经长时间观察，机械制动器工作正常。
2.2 发电机转速信号丢失导致高速加闸
2.2.1 故障介绍
该抽水蓄能电站4号机组在调试运行时，机组额定转速为300r/min，在发电工况下自动停机时，当转速下降至140r/min左右时自动投入机械制动，主厂房发电机层的集电环室发出浓烈的烧焦气味。待机组停机至稳态后，对4号机组进行隔离检查，发现制动器闸皮部位磨损较为严重，造成发电机机坑内定子、转子表面粉尘吸附较多。
2.2.2 故障分析
机组测速装置包括2路齿盘测速探头和电气PT残压测速两个部分。测速装置配置冗余逻辑，10%额定转速下以齿盘测速为主用，10%额定转速以上以PT测速为主用。造成此次高速加闸的主要原因是，机组在检查水导油盆之后，对齿盘测速探头进行回装，未对测速探头进行位置调整，导致探头与齿盘的间隙超出正常测量范围之外，但是测速装置因通道正常，并未报警。机组正常停机时，转速降至50%额定转速时候，自动投入电制动，PT残压测速信号丢失，转速装置默认机组转速为零，小于5%额定转速继电器节点闭合，满足机组监控系统顺控流程，自动投入机械制动，导致高速加闸。
2.2.3 暴露问题
测速装置中齿盘测速2路和PT残压测速之间未做冗余，转速测量数据误差偏差过大没有触发报警信号，仅靠采样通道断线进行报警，即便采样数据不准确也没有反馈报警信号。
3 机械制动系统的合理化建议
（1）关于机械制动器部位的投入/退出位置开关的设计，建议每个制动器设计两个位置开关，投入/退出位置开关均取常开节点。
（2）机械制动器退出位置信号反馈，必须要求是所有制动器退出位置开关信号串联输出，制动器投入位置信号反馈，取制动器所有投入位置开关串联、任一投入位置开关均可。
（3）机械制动器供气管路控制电磁阀建议使用单绕组电磁阀，双绕组电磁阀阀芯若串腔容易导致误投制动。
（4）机组小修或者停机时间较长时，检修人员应对转速装置进行校核，检查继电器动作可靠性，避免误投制动。
（5）机组大修需及时检查制动器闸皮磨损情况，拆卸制动器，检查气缸的密封情况。
结语
抽水蓄能机组水头高，机械制动系统的安全稳定性将直接影响机组启动成功率及设备安全，本文选取了2个典型故障案例并进行了分析并给出了防范措施及建议。电站运行人员对现场设备运行情况加强巡视，做好事故预想，防止高速加闸。检修人员要定期检查设备及辅助电气元件，将缺陷的发生率减少到最低，共同保证机组的安全稳定经济运行。
参考文献：
[1]刘鹏龙，张红方，方书博.大型抽水蓄能机组机械制动控制典型故障案例分析.[J].水电与新能源.2017（6）：37-39.
[2]陈哲东，陈勤.关于2号机组机械制动投入超时的故障分析.[J].水电站机电技术.2017，9（40）：38-41.
论文作者:巴桑次仁
论文发表刊物:《电力设备》2018年第33期
论文发表时间:2019/5/16
标签：制动器论文; 机组论文; 机械论文; 转速论文; 位置论文; 信号论文; 测速论文; 《电力设备》2018年第33期论文;