N三峽右岸電站電氣制動(dòng)停機(jī)對(duì)繼電保護(hù)的影響

1、三峽右岸電站電氣制動(dòng)停機(jī)對(duì)繼電保護(hù)的影響陳海龍，趙斌，郭寶甫，蔡常群（許繼電氣股份有限公司 河南省許昌市 461000）摘要：本文介紹了三峽右岸電站水電機(jī)組電氣制動(dòng)停機(jī)的基本原理及電氣制動(dòng)停機(jī)對(duì)相關(guān)繼電保護(hù)的影響。針對(duì)電氣制動(dòng)的特點(diǎn)，相關(guān)繼電保護(hù)采取對(duì)應(yīng)的處理措施，保證在正常電氣制動(dòng)停機(jī)過(guò)程中不誤動(dòng)作。關(guān)鍵詞：電氣制動(dòng)；繼電保護(hù)；處理措施0 前言三峽右岸電站水輪發(fā)電機(jī)正常停機(jī)中采用電氣制動(dòng)技術(shù)，較大程度地改善了機(jī)組正常停機(jī)運(yùn)行工況，縮短停機(jī)時(shí)間，但電氣制動(dòng)系統(tǒng)的使用，也出現(xiàn)了許多新問(wèn)題，其中對(duì)繼電保護(hù)的影響尤為突出，若不合理解決，將會(huì)影響電氣制動(dòng)系統(tǒng)及機(jī)組的正常運(yùn)行。1 三峽右岸電站水輪發(fā)電機(jī)

2、電氣制動(dòng)的基本原理電氣制動(dòng)的工作原理是基于同步電機(jī)的電樞反應(yīng)。當(dāng)機(jī)組與電網(wǎng)解列，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁以后，轉(zhuǎn)速降到設(shè)計(jì)的值后，將定子三相短路，同時(shí)給發(fā)電機(jī)加勵(lì)磁電流，使它產(chǎn)生一個(gè)方向與機(jī)組慣性力矩的方向相反，具有強(qiáng)大制動(dòng)作用的電磁轉(zhuǎn)矩。這里的勵(lì)磁電流一般由廠用電系統(tǒng)經(jīng)整流后接人發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子。根據(jù)電機(jī)學(xué)理論1可知，這里我們要強(qiáng)調(diào)的是定子中的短路電流是一恒定值，不隨機(jī)組轉(zhuǎn)速下降而變化。因?yàn)楦鶕?jù)同步電機(jī)理論可知：電氣制動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)轉(zhuǎn)子線圈的勵(lì)磁電流是相對(duì)恒定的，故可以認(rèn)為基波每極磁通量亦是恒定的。發(fā)電機(jī)定子電勢(shì)、發(fā)電機(jī)直軸同步電抗、制動(dòng)時(shí)定子電流可表示為2（1）式(1)中：為頻率，；為線圈匝數(shù)；為磁通量；

3、為短距系數(shù)；為機(jī)組轉(zhuǎn)速；、為常數(shù)；為角頻率；為電感；為極對(duì)數(shù)；為定子有效電阻。由同步電機(jī)理論，電氣制動(dòng)力矩可表達(dá)為： (2)式中，為電磁功率；為常系數(shù)?？梢?jiàn)電磁轉(zhuǎn)矩最大點(diǎn)在轉(zhuǎn)速滿足，而轉(zhuǎn)速在零時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩也為零。定性分析如下：電氣制動(dòng)時(shí)磁通不飽和，考慮制動(dòng)時(shí)間比較長(zhǎng)，遠(yuǎn)大于發(fā)電機(jī)的瞬態(tài)、超瞬態(tài)時(shí)間常數(shù)，穩(wěn)態(tài)時(shí)主要損耗是銅損，而不是激磁電抗的鐵損，這與正常短路升流一樣特性。從公式(2)可知：由于和為常數(shù)，電制動(dòng)力矩是隨機(jī)組轉(zhuǎn)速下降而增大。由此可見(jiàn)電氣制動(dòng)的特性對(duì)低轉(zhuǎn)速停機(jī)具有獨(dú)特效果。根據(jù)以上理論依據(jù)，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速很高時(shí)，即使投入電氣制動(dòng)，其制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也是非常小的，而且在較高的轉(zhuǎn)速下發(fā)電機(jī)軸承比較

4、容易形成油楔，所以對(duì)軸承有影響的一般在低轉(zhuǎn)速區(qū)，因此，在機(jī)組停機(jī)過(guò)程中，并不是一開(kāi)始就投入電氣制動(dòng)，而是在轉(zhuǎn)速下降到一定范圍內(nèi)才投入電氣制動(dòng)，一般為轉(zhuǎn)速的50至60 時(shí)投入。電氣制動(dòng)具有制動(dòng)力矩大、無(wú)磨損、無(wú)污染、維護(hù)工作量小等優(yōu)點(diǎn)。 電磁轉(zhuǎn)矩與定子短路電流的平方成正比，與機(jī)組轉(zhuǎn)速成反比的關(guān)系，因此，增大定子短路電流對(duì)縮短停機(jī)時(shí)間是十分有效的。停機(jī)過(guò)程中的關(guān)鍵在于低轉(zhuǎn)速區(qū)中機(jī)組轉(zhuǎn)速下降陡度，只要電氣制動(dòng)電流等于或大于定子的額定電流，電氣制動(dòng)在低速區(qū)能夠獲得令人滿意的轉(zhuǎn)速下降率。圖1是發(fā)電機(jī) 電氣制動(dòng)特性曲線圖3。圖1發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)特性曲線圖Fig.1 The curve of generati

5、ng electric braking Characteristics 由圖1可以看出，當(dāng)機(jī)組開(kāi)始停機(jī)時(shí)，由于轉(zhuǎn)速高，空氣阻力大，即使不加任何制動(dòng)，轉(zhuǎn)速下降還是比較快，隨著轉(zhuǎn)速下降，空氣阻力減少，速度下降曲線趨于平緩，如果不加電氣制動(dòng)，轉(zhuǎn)速將下降很慢，如圖中的虛線 投入電氣制動(dòng)后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速將迅速下降，轉(zhuǎn)速越低，制動(dòng)越明顯。三峽右岸電站電氣制動(dòng)停機(jī)流程為：正常停機(jī)情況下，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出停機(jī)令時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)首先進(jìn)行逆變滅磁，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速降到50的時(shí)候，監(jiān)控系統(tǒng)首先合上制動(dòng)短路開(kāi)關(guān)（BS），勵(lì)磁系統(tǒng)在判斷制動(dòng)投入的條件都滿足后，首先投上制動(dòng)開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)滅磁閥片，合上制動(dòng)電源開(kāi)關(guān)，同時(shí)，調(diào)節(jié)器柜內(nèi)同步切換

6、開(kāi)關(guān)將勵(lì)磁同步變壓器切至制動(dòng)同步變壓器，觸發(fā)脈沖裝置的同步信號(hào)源從勵(lì)磁變壓器側(cè)切換至制動(dòng)變壓器側(cè)；勵(lì)磁系統(tǒng)將從AVR調(diào)節(jié)模式切換至ECR調(diào)節(jié)模式，調(diào)節(jié)器向制動(dòng)整流柜加脈沖，使其向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加勵(lì)磁，啟動(dòng)制動(dòng)回路工作。2 電氣制動(dòng)停機(jī)對(duì)繼電保護(hù)的影響分析4電氣制動(dòng)短路點(diǎn)的設(shè)置如圖2中短路開(kāi)關(guān)BS處。圖2三峽右岸電氣制動(dòng)接線圖Fig.2 The wiring diagram of Three Gorges Electric Braking on the right bank2.1 主變差動(dòng)保護(hù)由于電制動(dòng)短路開(kāi)關(guān) (BS)位于主變差動(dòng)保護(hù)之內(nèi)(9TA與19TA之間)，電制動(dòng)時(shí)在縱差保護(hù)回路中將形成低頻

7、不平衡電流，該電流即發(fā)電機(jī)定子繞組中的制動(dòng)電流，約為26kA，為1.16倍發(fā)電機(jī)額定電流，大于主變差動(dòng)保護(hù)的設(shè)定值（0.3倍額定電流），所以在差電流和頻率的影響下，導(dǎo)致主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。2.2 發(fā)電機(jī)負(fù)序過(guò)流保護(hù)負(fù)序過(guò)流保護(hù)電流采用機(jī)尾3TA與4TA合成，負(fù)序電流的計(jì)算公式如下公式（3）： (3) 式（3）中 發(fā)電機(jī)保護(hù)選用許繼WFB-800型微機(jī)發(fā)變組保護(hù)裝置。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)序電流主要是不平衡電流，小于保護(hù)定值。如果發(fā)電機(jī)頻率異常時(shí)裝置采用頻率跟蹤技術(shù)，自動(dòng)調(diào)整采樣頻率，自適應(yīng)頻率范圍為2566Hz,保證在頻率異常狀態(tài)下負(fù)序電流計(jì)算準(zhǔn)確性。若發(fā)電機(jī)頻率低壓25Hz或大于66Hz，裝置不

8、能自適應(yīng)調(diào)整采樣頻率，計(jì)算將產(chǎn)生很大的誤差。在電氣制動(dòng)時(shí)發(fā)電機(jī)定子三相被短路,這時(shí)采用機(jī)端電壓互感器電壓測(cè)頻回路將失去測(cè)頻信號(hào)，裝置默認(rèn)頻率為50Hz。當(dāng)轉(zhuǎn)速降至50至60 的額定轉(zhuǎn)速投入電氣制動(dòng)時(shí)，裝置采樣頻率不能自適應(yīng)跟蹤發(fā)電機(jī)頻率，按照公式（3）將計(jì)算出負(fù)序電流，如果大于負(fù)序過(guò)流保護(hù)定值及延時(shí)，負(fù)序過(guò)流保護(hù)將動(dòng)作。2.3 發(fā)電機(jī)誤上電保護(hù) 發(fā)電機(jī)誤上電保護(hù)邏輯框圖如圖3。圖3發(fā)電機(jī)誤上電保護(hù)邏輯框圖Fig.3 the logic diagram of wrongly energized protection for power generators 在發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁開(kāi)關(guān)

9、（直流滅磁開(kāi)關(guān)）處于合閘狀態(tài)，過(guò)流元件退出；機(jī)端斷路器（GCB）處于分閘狀態(tài)，誤上電保護(hù)投入低阻抗元件判據(jù)。誤上電保護(hù)電壓取自TV1,電流取自9TA,電氣制動(dòng)過(guò)程中電氣量特征與機(jī)端三相短路相同， 機(jī)端測(cè)量阻抗很小，當(dāng)機(jī)端測(cè)量阻抗位于整定阻抗圓內(nèi)，誤上電保護(hù)將動(dòng)作。另外電氣制動(dòng)停機(jī)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很大的不平衡分量，將可能使發(fā)電機(jī)的低勵(lì)失磁保護(hù)、定子接地保護(hù)、逆功率保護(hù)等誤動(dòng)。3 電氣制動(dòng)停機(jī)對(duì)繼電保護(hù)的影響的處理措施在電氣制動(dòng)停機(jī)過(guò)程中是先合上制動(dòng)短路開(kāi)關(guān)BS，然后進(jìn)行相關(guān)操作，因此可以利用短路開(kāi)關(guān)BS的輔助接點(diǎn)閉鎖相關(guān)保護(hù)。在保護(hù)中引入短路開(kāi)關(guān)BS的輔助接點(diǎn)作為主變差動(dòng)保護(hù)、發(fā)電機(jī)負(fù)序過(guò)流保護(hù)、發(fā)

10、電機(jī)誤上電保護(hù)、低勵(lì)失磁保護(hù)、定子接地保護(hù)、逆功率保護(hù)等的閉鎖條件，在正常停機(jī)電氣制動(dòng)過(guò)程中閉鎖跳閘出口及發(fā)信，而在正常運(yùn)行時(shí)不閉鎖。4 結(jié)語(yǔ)電氣制動(dòng)停機(jī)技術(shù)運(yùn)用于水輪發(fā)電機(jī)組中可縮短停機(jī)時(shí)間，大大改善機(jī)組的停機(jī)工況，消除了機(jī)械制動(dòng)時(shí),制動(dòng)塊與制動(dòng)環(huán)因摩擦而引起的機(jī)械疲勞,同時(shí)潔凈了環(huán)境,能夠提高水電廠的綜合自動(dòng)化水平。在電氣制動(dòng)過(guò)程中采用制動(dòng)短路開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)閉鎖相關(guān)保護(hù)，能夠保證繼電保護(hù)在電氣制動(dòng)停機(jī)過(guò)程不誤動(dòng)作。參考文獻(xiàn)1許時(shí)章電機(jī)學(xué)【M】北京：機(jī)械工業(yè)出版設(shè)，1996.XU Shi-zhang.ElectromechanicsMBeijing: Machinery industry pu

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