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發(fā)電機停機電氣制動(dòng)控制設計優(yōu)化分析

  【摘 要】發(fā)電機停機方式以電氣制動(dòng)控制和機械制動(dòng)控制為主,而對比之下可以發(fā)現電氣制動(dòng)控制的優(yōu)勢所在。在不同的發(fā)電機制動(dòng)停機工作中,對勵磁系統和計算機監控系統的運用是極為廣泛的。本文就從這點(diǎn)出發(fā),從電氣制動(dòng)的根本原理開(kāi)始介紹發(fā)電機停機電氣制動(dòng)控制設計如何運用優(yōu)化理念,采取優(yōu)化措施。并對電氣制動(dòng)和機械制動(dòng)相結合的理念做出創(chuàng )造性的分析與論述。 
  【關(guān)鍵詞】發(fā)電機;電氣制動(dòng);設計 
  勵磁系統在電氣制動(dòng)中起著(zhù)極大的作用,由于電氣制動(dòng)是產(chǎn)生與轉向相反的磁場(chǎng)力矩,作為制動(dòng)力迫使發(fā)電機停機。同步發(fā)電機作為典型的交流發(fā)電機的勵磁方式一般分他勵式和自勵式。這一方法不僅能使發(fā)電機停機,還能改變發(fā)電機的轉速。對降速和發(fā)電機電壓變化的調整都起到很重要的作用。所以本文主要從勵磁系統的應用出發(fā),論述發(fā)電機停機電氣制動(dòng)控制設計的優(yōu)化分析。 
  一、電氣制動(dòng)停機工作原理簡(jiǎn)介 
  機組在工作時(shí),在磁場(chǎng)的條件下受到摩擦力矩的作用,從而逐漸降低轉速。當轉速降低到某個(gè)確定數值的時(shí)候,打開(kāi)電氣制動(dòng)電源,并將定子繞組在出口三相短路,勵磁系統開(kāi)始工作。勵磁系統向轉子繞組輸入恒定電流,定子繞組也會(huì )相應產(chǎn)生感應電流。通過(guò)勵磁系統改變發(fā)電機機端電壓,使之為零,那么定子產(chǎn)生的轉矩與磁阻轉矩也都為零。通俗來(lái)講就是機組慣性轉動(dòng)方向不受助推力,反而是短路轉矩提供相反的推力,從而慢慢的使機組減速制動(dòng),一直到停機。 
  當機組解列需要正常停機時(shí),仍需要由監控系統發(fā)出指令,讓勵磁調節器滅磁。然后監控系統分別對不同的條件進(jìn)行檢測。同步發(fā)電機的基本工作原理如下,同步發(fā)電機裝設的轉子勵磁繞組線(xiàn)圈兩端連接兩個(gè)彼此絕緣的滑環(huán),外界就通過(guò)壓在滑環(huán)上的電刷將直流電送給勵磁繞組,當轉子勵磁繞組在電流的作用下就會(huì )產(chǎn)生磁場(chǎng),而轉子在電動(dòng)機的帶動(dòng)下旋轉時(shí),不停的切割磁力線(xiàn)而產(chǎn)生電勢能,從而通過(guò)輸出電源向外供電。 
  二、電氣制動(dòng)停機常用工作方法分析 
  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,當電動(dòng)機通電時(shí)能引起電動(dòng)機軸抱閘的斷開(kāi),當電動(dòng)機斷電時(shí),電磁抱閘也斷電,通過(guò)復位彈簧的作用使電動(dòng)機緩慢停止轉動(dòng)。綜合來(lái)看,許多發(fā)電機制動(dòng)時(shí)還是會(huì )采取電氣制動(dòng)與機械制動(dòng)相結合的方式。比如勵磁系統在提高電力系統穩定性的時(shí)候,尤其對動(dòng)態(tài)穩定性要求較高的時(shí)候應該多采用電氣制動(dòng)和機械制動(dòng)相結合的方式。 
  同步發(fā)電機在利用電氣制動(dòng)停機系統時(shí),可以較大程度的改善機組的停機運行狀況,同時(shí)能大幅度縮短停機時(shí)間。而且在一定情況下,可以避免由于機械制動(dòng)時(shí)活塞與制動(dòng)環(huán)因摩擦而引起的機械疲勞。對環(huán)境的保持和機組控制自動(dòng)化水平也是一個(gè)提高。同步發(fā)電機在利用電氣制動(dòng)時(shí)會(huì )出現幾個(gè)特點(diǎn)。首先,停機過(guò)程中,由于需要停機阻尼轉矩,那么轉子中就需要始終通過(guò)制動(dòng)勵磁電流。其次,發(fā)電機定子繞組內部始終存在制動(dòng)電流,頻率逐漸下降。 
  三、勵磁系統的作用與分析 
  勵磁系統涵蓋較廣,包括供給同步發(fā)電機勵磁電流的電源以及所有的附帶設備。從結構上來(lái)看分為勵磁功率單元與調節器。前者的主要作用是向同步發(fā)電機轉子提供勵磁電流,后者則是根據輸入信號控制勵磁功率單元的輸出。隨著(zhù)現代電力系統的不斷發(fā)展,勵磁系統的研究和發(fā)展已經(jīng)逐漸運用于不同的發(fā)電機上和大型工業(yè)式設備上,這種科技的趨勢,促使了勵磁技術(shù)的高度發(fā)展。下面筆者從三個(gè)方面論述勵磁系統的具體作用。 
  1.維持發(fā)電機端電壓穩定。當發(fā)電機端電壓不穩定時(shí),也就是發(fā)電機負荷過(guò)重時(shí),勵磁系統可以通過(guò)對磁場(chǎng)的調節來(lái)穩定機端電壓。同時(shí),還能合理分配運行機組之間的無(wú)功分配。其作用主要通過(guò)向發(fā)電機提供定子電源進(jìn)行實(shí)現,通過(guò)轉子的轉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(guò)摩擦阻力的作用降低轉速或者穩定電壓。 
  2.提高電力系統的穩定性。電力系統的穩定性包含不同的穩定模式,分別有靜態(tài)穩定性和暫態(tài)穩定性以及動(dòng)態(tài)穩定性。所謂靜態(tài)穩定性是指電力系統在受到小擾動(dòng)后,不會(huì )發(fā)生非周期性的失步,能自動(dòng)進(jìn)行恢復。屬于小擾動(dòng)攻角穩定性的一種類(lèi)型。暫態(tài)穩定性是維持最容易的,有不少具體措施都能提高暫態(tài)穩定性。 
  3.勵磁系統通過(guò)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。然后以三相對稱(chēng)的電樞繞組作為感應電流的載體。在同步發(fā)電機工作中,汽輪機或水輪機拖動(dòng)轉子旋轉用來(lái)給電機輸入機械能,根據對磁場(chǎng)的切割轉化為電勢能。又由于電樞繞組通過(guò)對主磁場(chǎng)的切割而感應出大小和方向周期性變化的交變電流,然后再通過(guò)引出線(xiàn)輸向負載電路就成為了交流電。 
  四、勵磁系統對電氣制動(dòng)停機的具體表現 
  勵磁系統在投入使用的過(guò)程中,制動(dòng)效果極為明顯。經(jīng)過(guò)對定子電流和振動(dòng)以及散熱效果的檢測表明,一切都比較正常。不過(guò)有時(shí)在退電制動(dòng)時(shí),會(huì )發(fā)生滅磁開(kāi)關(guān)的跳閘情況。這種情況的發(fā)生很多時(shí)候要靠人機接口顯示器ECT進(jìn)行記錄,然后予以分析。筆者將從勵磁系統的問(wèn)題和優(yōu)化方案兩點(diǎn)具體論述勵磁系統對電氣制動(dòng)停機的具體表現。 
  1.對滅磁開(kāi)關(guān)跳閘的情況分析。很多情況下的跳閘都是由各種警報器的警報行為造成的。所以對滅磁開(kāi)關(guān)跳閘情況分析時(shí)也要首先注意警報器的具體情況。在斷開(kāi)電制動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí),跨接器就會(huì )運作,發(fā)出SIC非線(xiàn)性電阻反向電流的信號,并利用報警器報警,從而引起滅磁開(kāi)關(guān)的跳閘。這是因為電壓的保護是由跨接器、SIC非線(xiàn)性電阻進(jìn)行的。當轉子通過(guò)電壓達到某個(gè)特定的值時(shí),也會(huì )引起跨接器的反應,利用非線(xiàn)性電阻進(jìn)行降壓作用??缃悠鞯姆磻芏鄷r(shí)候是導致滅磁開(kāi)關(guān)跳閘的主要情況。所以,當機組解列需要正常停機時(shí),應該對報警器加以重新設定,或者設定好停機報警器的報警數值。因為機組正常停機時(shí),由監控系統發(fā)出指令,讓勵磁調節器滅磁是正常停機的必要步驟,所以要對滅磁開(kāi)關(guān)跳閘問(wèn)題加以?xún)?yōu)化和改進(jìn)。 
  2.對勵磁系統的優(yōu)化和改進(jìn)更多的是從它勵起勵和電氣制動(dòng)的方面改進(jìn)。勵磁系統的維修率并不算高,尤其電制動(dòng)功能運行良好。交流發(fā)電機的原理說(shuō)明了旋轉磁場(chǎng)極性相間,才使得感應電勢極性不斷周期性變化。而感應電勢的三相對稱(chēng)性更是由于電樞繞組的對稱(chēng)性得以保證。一般看來(lái),同步發(fā)電機也分為高速同步發(fā)電機和低速同步發(fā)電機,高速同步發(fā)電機多運用于火電廠(chǎng)發(fā)電,而低速同步發(fā)電機多數由水輪機或柴油機驅動(dòng)。 
  圖1 電制動(dòng)優(yōu)化設計圖 
  如圖所示,問(wèn)題的關(guān)鍵在于電氣制動(dòng)作用時(shí),它勵電氣制動(dòng)勵磁電流的具體滅磁方法。一般廠(chǎng)用電源為380V,制動(dòng)變壓器之前,增加1個(gè)交流接觸器Q09,保障了停機電氣制動(dòng)的電源續航能力,具體說(shuō)來(lái),在開(kāi)機勵磁建立電壓之前,監控系統流程對Q09的控制保障了它勵起勵和停機電氣制動(dòng)時(shí)的交流電源供給。在停機后,電氣制動(dòng)靜止之后,退電制動(dòng)時(shí)首先斷開(kāi)交流側接觸器Q09,延時(shí)5s,帶轉子磁場(chǎng)能量衰減后再跳開(kāi)制動(dòng)直流磁場(chǎng)開(kāi)關(guān)。這一設計不僅利用對Q09的控制保障了停機電氣制動(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,所以從側面保障了停機電氣制動(dòng)的電源續航能力。上圖對電制動(dòng)優(yōu)化原理做了一個(gè)簡(jiǎn)單的圖示分析。 
  五、結語(yǔ) 
  發(fā)電機停機方式以電氣制動(dòng)控制和機械制動(dòng)控制為主,而對比之下可以發(fā)現電氣制動(dòng)控制的優(yōu)勢所在。勵磁系統在電氣制動(dòng)中起著(zhù)極大的作用,由于電氣制動(dòng)是產(chǎn)生與轉向相反的磁場(chǎng)力矩,作為制動(dòng)力迫使發(fā)電機停機。所以勵磁系統的核心作用就是在不同的發(fā)電機的轉動(dòng)中使磁場(chǎng)發(fā)生變化,從而產(chǎn)生發(fā)電機的制動(dòng)力。對勵磁系統的優(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)電機制動(dòng)停機工作變的更加科學(xué)化、合理化。 
  參考文獻: 
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