發(fā)電機停機電氣制動控制設計優(yōu)化分析
【摘 要】發(fā)電機停機方式以電氣制動控制和機械制動控制為主，而對比之下可以發(fā)現(xiàn)電氣制動控制的優(yōu)勢所在。在不同的發(fā)電機制動停機工作中，對勵磁系統(tǒng)和計算機監(jiān)控系統(tǒng)的運用是極為廣泛的。本文就從這點出發(fā)，從電氣制動的根本原理開始介紹發(fā)電機停機電氣制動控制設計如何運用優(yōu)化理念，采取優(yōu)化措施。并對電氣制動和機械制動相結合的理念做出創(chuàng)造性的分析與論述。
【關鍵詞】發(fā)電機；電氣制動；設計
勵磁系統(tǒng)在電氣制動中起著極大的作用，由于電氣制動是產(chǎn)生與轉(zhuǎn)向相反的磁場力矩，作為制動力迫使發(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(zhuǎn)速。對降速和發(fā)電機電壓變化的調(diào)整都起到很重要的作用。所以本文主要從勵磁系統(tǒng)的應用出發(fā)，論述發(fā)電機停機電氣制動控制設計的優(yōu)化分析。
一、電氣制動停機工作原理簡介
機組在工作時，在磁場的條件下受到摩擦力矩的作用，從而逐漸降低轉(zhuǎn)速。當轉(zhuǎn)速降低到某個確定數(shù)值的時候，打開電氣制動電源，并將定子繞組在出口三相短路，勵磁系統(tǒng)開始工作。勵磁系統(tǒng)向轉(zhuǎn)子繞組輸入恒定電流，定子繞組也會相應產(chǎn)生感應電流。通過勵磁系統(tǒng)改變發(fā)電機機端電壓，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。通俗來講就是機組慣性轉(zhuǎn)動方向不受助推力，反而是短路轉(zhuǎn)矩提供相反的推力，從而慢慢的使機組減速制動，一直到停機。
當機組解列需要正常停機時，仍需要由監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出指令，讓勵磁調(diào)節(jié)器滅磁。然后監(jiān)控系統(tǒng)分別對不同的條件進行檢測。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(zhuǎn)子勵磁繞組線圈兩端連接兩個彼此絕緣的滑環(huán)，外界就通過壓在滑環(huán)上的電刷將直流電送給勵磁繞組，當轉(zhuǎn)子勵磁繞組在電流的作用下就會產(chǎn)生磁場，而轉(zhuǎn)子在電動機的帶動下旋轉(zhuǎn)時，不停的切割磁力線而產(chǎn)生電勢能，從而通過輸出電源向外供電。
二、電氣制動停機常用工作方法分析
在不同的場合和不同的電氣制動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。還有以主電路中的電磁抱閘為主，當電動機通電時能引起電動機軸抱閘的斷開，當電動機斷電時，電磁抱閘也斷電，通過復位彈簧的作用使電動機緩慢停止轉(zhuǎn)動。綜合來看，許多發(fā)電機制動時還是會采取電氣制動與機械制動相結合的方式。比如勵磁系統(tǒng)在提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的時候，尤其對動態(tài)穩(wěn)定性要求較高的時候應該多采用電氣制動和機械制動相結合的方式。
同步發(fā)電機在利用電氣制動停機系統(tǒng)時，可以較大程度的改善機組的停機運行狀況，同時能大幅度縮短停機時間。而且在一定情況下，可以避免由于機械制動時活塞與制動環(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化水平也是一個提高。同步發(fā)電機在利用電氣制動時會出現(xiàn)幾個特點。首先，停機過程中，由于需要停機阻尼轉(zhuǎn)矩，那么轉(zhuǎn)子中就需要始終通過制動勵磁電流。其次，發(fā)電機定子繞組內(nèi)部始終存在制動電流，頻率逐漸下降。
三、勵磁系統(tǒng)的作用與分析
勵磁系統(tǒng)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。從結構上來看分為勵磁功率單元與調(diào)節(jié)器。前者的主要作用是向同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供勵磁電流，后者則是根據(jù)輸入信號控制勵磁功率單元的輸出。隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，勵磁系統(tǒng)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，促使了勵磁技術的高度發(fā)展。下面筆者從三個方面論述勵磁系統(tǒng)的具體作用。
1.維持發(fā)電機端電壓穩(wěn)定。當發(fā)電機端電壓不穩(wěn)定時，也就是發(fā)電機負荷過重時，勵磁系統(tǒng)可以通過對磁場的調(diào)節(jié)來穩(wěn)定機端電壓。同時，還能合理分配運行機組之間的無功分配。其作用主要通過向發(fā)電機提供定子電源進行實現(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)在受到小擾動后，不會發(fā)生非周期性的失步，能自動進行恢復。屬于小擾動攻角穩(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.勵磁系統(tǒng)通過控制定子電壓而控制磁場變化，在控制磁場變化的同時也控制主磁場的建立。然后以三相對稱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轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)用來給電機輸入機械能，根據(jù)對磁場的切割轉(zhuǎn)化為電勢能。又由于電樞繞組通過對主磁場的切割而感應出大小和方向周期性變化的交變電流，然后再通過引出線輸向負載電路就成為了交流電。
四、勵磁系統(tǒng)對電氣制動停機的具體表現(xiàn)
勵磁系統(tǒng)在投入使用的過程中，制動效果極為明顯。經(jīng)過對定子電流和振動以及散熱效果的檢測表明，一切都比較正常。不過有時在退電制動時，會發(fā)生滅磁開關的跳閘情況。這種情況的發(fā)生很多時候要靠人機接口顯示器ECT進行記錄，然后予以分析。筆者將從勵磁系統(tǒng)的問題和優(yōu)化方案兩點具體論述勵磁系統(tǒng)對電氣制動停機的具體表現(xiàn)。
1.對滅磁開關跳閘的情況分析。很多情況下的跳閘都是由各種警報器的警報行為造成的。所以對滅磁開關跳閘情況分析時也要首先注意警報器的具體情況。在斷開電制動開關時，跨接器就會運作，發(fā)出SIC非線性電阻反向電流的信號，并利用報警器報警，從而引起滅磁開關的跳閘。這是因為電壓的保護是由跨接器、SIC非線性電阻進行的。當轉(zhuǎn)子通過電壓達到某個特定的值時，也會引起跨接器的反應，利用非線性電阻進行降壓作用。跨接器的反應很多時候是導致滅磁開關跳閘的主要情況。所以，當機組解列需要正常停機時，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(shù)值。因為機組正常停機時，由監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出指令，讓勵磁調(diào)節(jié)器滅磁是正常停機的必要步驟，所以要對滅磁開關跳閘問題加以優(yōu)化和改進。
2.對勵磁系統(tǒng)的優(yōu)化和改進更多的是從它勵起勵和電氣制動的方面改進。勵磁系統(tǒng)的維修率并不算高，尤其電制動功能運行良好。交流發(fā)電機的原理說明了旋轉(zhuǎn)磁場極性相間，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性更是由于電樞繞組的對稱性得以保證。一般看來，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發(fā)電，而低速同步發(fā)電機多數(shù)由水輪機或柴油機驅(qū)動。
圖1 電制動優(yōu)化設計圖
如圖所示，問題的關鍵在于電氣制動作用時，它勵電氣制動勵磁電流的具體滅磁方法。一般廠用電源為380V，制動變壓器之前，增加1個交流接觸器Q09，保障了停機電氣制動的電源續(xù)航能力，具體說來，在開機勵磁建立電壓之前，監(jiān)控系統(tǒng)流程對Q09的控制保障了它勵起勵和停機電氣制動時的交流電源供給。在停機后，電氣制動靜止之后，退電制動時首先斷開交流側接觸器Q09，延時5s，帶轉(zhuǎn)子磁場能量衰減后再跳開制動直流磁場開關。這一設計不僅利用對Q09的控制保障了停機電氣制動時交流電源的供給，更在減少電源損耗技術上下了更大的功夫，所以從側面保障了停機電氣制動的電源續(xù)航能力。上圖對電制動優(yōu)化原理做了一個簡單的圖示分析。
五、結語
發(fā)電機停機方式以電氣制動控制和機械制動控制為主，而對比之下可以發(fā)現(xiàn)電氣制動控制的優(yōu)勢所在。勵磁系統(tǒng)在電氣制動中起著極大的作用，由于電氣制動是產(chǎn)生與轉(zhuǎn)向相反的磁場力矩，作為制動力迫使發(fā)電機停機。所以勵磁系統(tǒng)的核心作用就是在不同的發(fā)電機的轉(zhuǎn)動中使磁場發(fā)生變化，從而產(chǎn)生發(fā)電機的制動力。對勵磁系統(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)電機制動停機工作變的更加科學化、合理化。
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