發(fā)電機(jī)停機(jī)電氣制動(dòng)控制設(shè)計(jì)優(yōu)化分析
【摘 要】發(fā)電機(jī)停機(jī)方式以電氣制動(dòng)控制和機(jī)械制動(dòng)控制為主，而對(duì)比之下可以發(fā)現(xiàn)電氣制動(dòng)控制的優(yōu)勢(shì)所在。在不同的發(fā)電機(jī)制動(dòng)停機(jī)工作中，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用是極為廣泛的。本文就從這點(diǎn)出發(fā)，從電氣制動(dòng)的根本原理開始介紹發(fā)電機(jī)停機(jī)電氣制動(dòng)控制設(shè)計(jì)如何運(yùn)用優(yōu)化理念，采取優(yōu)化措施。并對(duì)電氣制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)相結(jié)合的理念做出創(chuàng)造性的分析與論述。
【關(guān)鍵詞】發(fā)電機(jī)；電氣制動(dòng)；設(shè)計(jì)
勵(lì)磁系統(tǒng)在電氣制動(dòng)中起著極大的作用，由于電氣制動(dòng)是產(chǎn)生與轉(zhuǎn)向相反的磁場(chǎng)力矩，作為制動(dòng)力迫使發(fā)電機(jī)停機(jī)。同步發(fā)電機(jī)作為典型的交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式一般分他勵(lì)式和自勵(lì)式。這一方法不僅能使發(fā)電機(jī)停機(jī)，還能改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。對(duì)降速和發(fā)電機(jī)電壓變化的調(diào)整都起到很重要的作用。所以本文主要從勵(lì)磁系統(tǒng)的應(yīng)用出發(fā)，論述發(fā)電機(jī)停機(jī)電氣制動(dòng)控制設(shè)計(jì)的優(yōu)化分析。
一、電氣制動(dòng)停機(jī)工作原理簡(jiǎn)介
機(jī)組在工作時(shí)，在磁場(chǎng)的條件下受到摩擦力矩的作用，從而逐漸降低轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)速降低到某個(gè)確定數(shù)值的時(shí)候，打開電氣制動(dòng)電源，并將定子繞組在出口三相短路，勵(lì)磁系統(tǒng)開始工作。勵(lì)磁系統(tǒng)向轉(zhuǎn)子繞組輸入恒定電流，定子繞組也會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電流。通過勵(lì)磁系統(tǒng)改變發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，使之為零，那么定子產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與磁阻轉(zhuǎn)矩也都為零。通俗來講就是機(jī)組慣性轉(zhuǎn)動(dòng)方向不受助推力，反而是短路轉(zhuǎn)矩提供相反的推力，從而慢慢的使機(jī)組減速制動(dòng)，一直到停機(jī)。
當(dāng)機(jī)組解列需要正常停機(jī)時(shí)，仍需要由監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出指令，讓勵(lì)磁調(diào)節(jié)器滅磁。然后監(jiān)控系統(tǒng)分別對(duì)不同的條件進(jìn)行檢測(cè)。同步發(fā)電機(jī)的基本工作原理如下，同步發(fā)電機(jī)裝設(shè)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組線圈兩端連接兩個(gè)彼此絕緣的滑環(huán)，外界就通過壓在滑環(huán)上的電刷將直流電送給勵(lì)磁繞組，當(dāng)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組在電流的作用下就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，而轉(zhuǎn)子在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，不停的切割磁力線而產(chǎn)生電勢(shì)能，從而通過輸出電源向外供電。
二、電氣制動(dòng)停機(jī)常用工作方法分析
在不同的場(chǎng)合和不同的電氣制動(dòng)方案下采取不同的工作方法。有的以速度繼電器為主的制動(dòng)。還有以主電路中的電磁抱閘為主，當(dāng)電動(dòng)機(jī)通電時(shí)能引起電動(dòng)機(jī)軸抱閘的斷開，當(dāng)電動(dòng)機(jī)斷電時(shí)，電磁抱閘也斷電，通過復(fù)位彈簧的作用使電動(dòng)機(jī)緩慢停止轉(zhuǎn)動(dòng)。綜合來看，許多發(fā)電機(jī)制動(dòng)時(shí)還是會(huì)采取電氣制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)相結(jié)合的方式。比如勵(lì)磁系統(tǒng)在提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的時(shí)候，尤其對(duì)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性要求較高的時(shí)候應(yīng)該多采用電氣制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)相結(jié)合的方式。
同步發(fā)電機(jī)在利用電氣制動(dòng)停機(jī)系統(tǒng)時(shí)，可以較大程度的改善機(jī)組的停機(jī)運(yùn)行狀況，同時(shí)能大幅度縮短停機(jī)時(shí)間。而且在一定情況下，可以避免由于機(jī)械制動(dòng)時(shí)活塞與制動(dòng)環(huán)因摩擦而引起的機(jī)械疲勞。對(duì)環(huán)境的保持和機(jī)組控制自動(dòng)化水平也是一個(gè)提高。同步發(fā)電機(jī)在利用電氣制動(dòng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)幾個(gè)特點(diǎn)。首先，停機(jī)過程中，由于需要停機(jī)阻尼轉(zhuǎn)矩，那么轉(zhuǎn)子中就需要始終通過制動(dòng)勵(lì)磁電流。其次，發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部始終存在制動(dòng)電流，頻率逐漸下降。
三、勵(lì)磁系統(tǒng)的作用與分析
勵(lì)磁系統(tǒng)涵蓋較廣，包括供給同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的電源以及所有的附帶設(shè)備。從結(jié)構(gòu)上來看分為勵(lì)磁功率單元與調(diào)節(jié)器。前者的主要作用是向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供勵(lì)磁電流，后者則是根據(jù)輸入信號(hào)控制勵(lì)磁功率單元的輸出。隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，勵(lì)磁系統(tǒng)的研究和發(fā)展已經(jīng)逐漸運(yùn)用于不同的發(fā)電機(jī)上和大型工業(yè)式設(shè)備上，這種科技的趨勢(shì)，促使了勵(lì)磁技術(shù)的高度發(fā)展。下面筆者從三個(gè)方面論述勵(lì)磁系統(tǒng)的具體作用。
1.維持發(fā)電機(jī)端電壓穩(wěn)定。當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓不穩(wěn)定時(shí)，也就是發(fā)電機(jī)負(fù)荷過重時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)可以通過對(duì)磁場(chǎng)的調(diào)節(jié)來穩(wěn)定機(jī)端電壓。同時(shí)，還能合理分配運(yùn)行機(jī)組之間的無功分配。其作用主要通過向發(fā)電機(jī)提供定子電源進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，通過轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不同和提供的電流不同直接影響由于磁場(chǎng)力矩不同造成的力度大小，通過摩擦阻力的作用降低轉(zhuǎn)速或者穩(wěn)定電壓。
2.提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性包含不同的穩(wěn)定模式，分別有靜態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性以及動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。所謂靜態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)在受到小擾動(dòng)后，不會(huì)發(fā)生非周期性的失步，能自動(dòng)進(jìn)行恢復(fù)。屬于小擾動(dòng)攻角穩(wěn)定性的一種類型。暫態(tài)穩(wěn)定性是維持最容易的，有不少具體措施都能提高暫態(tài)穩(wěn)定性。
3.勵(lì)磁系統(tǒng)通過控制定子電壓而控制磁場(chǎng)變化，在控制磁場(chǎng)變化的同時(shí)也控制主磁場(chǎng)的建立。然后以三相對(duì)稱的電樞繞組作為感應(yīng)電流的載體。在同步發(fā)電機(jī)工作中，汽輪機(jī)或水輪機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)用來給電機(jī)輸入機(jī)械能，根據(jù)對(duì)磁場(chǎng)的切割轉(zhuǎn)化為電勢(shì)能。又由于電樞繞組通過對(duì)主磁場(chǎng)的切割而感應(yīng)出大小和方向周期性變化的交變電流，然后再通過引出線輸向負(fù)載電路就成為了交流電。
四、勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)電氣制動(dòng)停機(jī)的具體表現(xiàn)
勵(lì)磁系統(tǒng)在投入使用的過程中，制動(dòng)效果極為明顯。經(jīng)過對(duì)定子電流和振動(dòng)以及散熱效果的檢測(cè)表明，一切都比較正常。不過有時(shí)在退電制動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)生滅磁開關(guān)的跳閘情況。這種情況的發(fā)生很多時(shí)候要靠人機(jī)接口顯示器ECT進(jìn)行記錄，然后予以分析。筆者將從勵(lì)磁系統(tǒng)的問題和優(yōu)化方案兩點(diǎn)具體論述勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)電氣制動(dòng)停機(jī)的具體表現(xiàn)。
1.對(duì)滅磁開關(guān)跳閘的情況分析。很多情況下的跳閘都是由各種警報(bào)器的警報(bào)行為造成的。所以對(duì)滅磁開關(guān)跳閘情況分析時(shí)也要首先注意警報(bào)器的具體情況。在斷開電制動(dòng)開關(guān)時(shí)，跨接器就會(huì)運(yùn)作，發(fā)出SIC非線性電阻反向電流的信號(hào)，并利用報(bào)警器報(bào)警，從而引起滅磁開關(guān)的跳閘。這是因?yàn)殡妷旱谋Ｗo(hù)是由跨接器、SIC非線性電阻進(jìn)行的。當(dāng)轉(zhuǎn)子通過電壓達(dá)到某個(gè)特定的值時(shí)，也會(huì)引起跨接器的反應(yīng)，利用非線性電阻進(jìn)行降壓作用。跨接器的反應(yīng)很多時(shí)候是導(dǎo)致滅磁開關(guān)跳閘的主要情況。所以，當(dāng)機(jī)組解列需要正常停機(jī)時(shí)，應(yīng)該對(duì)報(bào)警器加以重新設(shè)定，或者設(shè)定好停機(jī)報(bào)警器的報(bào)警數(shù)值。因?yàn)闄C(jī)組正常停機(jī)時(shí)，由監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出指令，讓勵(lì)磁調(diào)節(jié)器滅磁是正常停機(jī)的必要步驟，所以要對(duì)滅磁開關(guān)跳閘問題加以優(yōu)化和改進(jìn)。
2.對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)更多的是從它勵(lì)起勵(lì)和電氣制動(dòng)的方面改進(jìn)。勵(lì)磁系統(tǒng)的維修率并不算高，尤其電制動(dòng)功能運(yùn)行良好。交流發(fā)電機(jī)的原理說明了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)極性相間，才使得感應(yīng)電勢(shì)極性不斷周期性變化。而感應(yīng)電勢(shì)的三相對(duì)稱性更是由于電樞繞組的對(duì)稱性得以保證。一般看來，同步發(fā)電機(jī)也分為高速同步發(fā)電機(jī)和低速同步發(fā)電機(jī)，高速同步發(fā)電機(jī)多運(yùn)用于火電廠發(fā)電，而低速同步發(fā)電機(jī)多數(shù)由水輪機(jī)或柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)。
圖1 電制動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)圖
如圖所示，問題的關(guān)鍵在于電氣制動(dòng)作用時(shí)，它勵(lì)電氣制動(dòng)勵(lì)磁電流的具體滅磁方法。一般廠用電源為380V，制動(dòng)變壓器之前，增加1個(gè)交流接觸器Q09，保障了停機(jī)電氣制動(dòng)的電源續(xù)航能力，具體說來，在開機(jī)勵(lì)磁建立電壓之前，監(jiān)控系統(tǒng)流程對(duì)Q09的控制保障了它勵(lì)起勵(lì)和停機(jī)電氣制動(dòng)時(shí)的交流電源供給。在停機(jī)后，電氣制動(dòng)靜止之后，退電制動(dòng)時(shí)首先斷開交流側(cè)接觸器Q09，延時(shí)5s，帶轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)能量衰減后再跳開制動(dòng)直流磁場(chǎng)開關(guān)。這一設(shè)計(jì)不僅利用對(duì)Q09的控制保障了停機(jī)電氣制動(dòng)時(shí)交流電源的供給，更在減少電源損耗技術(shù)上下了更大的功夫，所以從側(cè)面保障了停機(jī)電氣制動(dòng)的電源續(xù)航能力。上圖對(duì)電制動(dòng)優(yōu)化原理做了一個(gè)簡(jiǎn)單的圖示分析。
五、結(jié)語
發(fā)電機(jī)停機(jī)方式以電氣制動(dòng)控制和機(jī)械制動(dòng)控制為主，而對(duì)比之下可以發(fā)現(xiàn)電氣制動(dòng)控制的優(yōu)勢(shì)所在。勵(lì)磁系統(tǒng)在電氣制動(dòng)中起著極大的作用，由于電氣制動(dòng)是產(chǎn)生與轉(zhuǎn)向相反的磁場(chǎng)力矩，作為制動(dòng)力迫使發(fā)電機(jī)停機(jī)。所以勵(lì)磁系統(tǒng)的核心作用就是在不同的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)中使磁場(chǎng)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生發(fā)電機(jī)的制動(dòng)力。對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的優(yōu)化主要在于其工作性能和理念的優(yōu)化，采取創(chuàng)新的方式將發(fā)電機(jī)制動(dòng)停機(jī)工作變的更加科學(xué)化、合理化。
參考文獻(xiàn)：
[1]蔡雄，李遐芳.發(fā)電機(jī)停機(jī)電氣制動(dòng)控制的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].水電與新能源 ，2013，（5）：36-38.
[2]楊勤波.一起機(jī)組停機(jī)過程中電氣制動(dòng)閉鎖的原因分析[J].電力系統(tǒng)裝備，2012，（7）：71-73.
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