N三峽右岸電站電氣制動停機對繼電保護(hù)的影響

1、三峽右岸電站電氣制動停機對繼電保護(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組電氣制動停機的基本原理及電氣制動停機對相關(guān)繼電保護(hù)的影響。針對電氣制動的特點，相關(guān)繼電保護(hù)采取對應(yīng)的處理措施，保證在正常電氣制動停機過程中不誤動作。關(guān)鍵詞：電氣制動；繼電保護(hù)；處理措施0 前言三峽右岸電站水輪發(fā)電機正常停機中采用電氣制動技術(shù)，較大程度地改善了機組正常停機運行工況，縮短停機時間，但電氣制動系統(tǒng)的使用，也出現(xiàn)了許多新問題，其中對繼電保護(hù)的影響尤為突出，若不合理解決，將會影響電氣制動系統(tǒng)及機組的正常運行。1 三峽右岸電站水輪發(fā)電機

2、電氣制動的基本原理電氣制動的工作原理是基于同步電機的電樞反應(yīng)。當(dāng)機組與電網(wǎng)解列，發(fā)電機轉(zhuǎn)子滅磁以后，轉(zhuǎn)速降到設(shè)計的值后，將定子三相短路，同時給發(fā)電機加勵磁電流，使它產(chǎn)生一個方向與機組慣性力矩的方向相反，具有強大制動作用的電磁轉(zhuǎn)矩。這里的勵磁電流一般由廠用電系統(tǒng)經(jīng)整流后接人發(fā)電機轉(zhuǎn)子。根據(jù)電機學(xué)理論1可知，這里我們要強調(diào)的是定子中的短路電流是一恒定值，不隨機組轉(zhuǎn)速下降而變化。因為根據(jù)同步電機理論可知：電氣制動過程中，通過轉(zhuǎn)子線圈的勵磁電流是相對恒定的，故可以認(rèn)為基波每極磁通量亦是恒定的。發(fā)電機定子電勢、發(fā)電機直軸同步電抗、制動時定子電流可表示為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)；為機組轉(zhuǎn)速；、為常數(shù)；為角頻率；為電感；為極對數(shù)；為定子有效電阻。由同步電機理論，電氣制動力矩可表達(dá)為： (2)式中，為電磁功率；為常系數(shù)?？梢婋姶呸D(zhuǎn)矩最大點在轉(zhuǎn)速滿足，而轉(zhuǎn)速在零時，電磁轉(zhuǎn)矩也為零。定性分析如下：電氣制動時磁通不飽和，考慮制動時間比較長，遠(yuǎn)大于發(fā)電機的瞬態(tài)、超瞬態(tài)時間常數(shù)，穩(wěn)態(tài)時主要損耗是銅損，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)，電制動力矩是隨機組轉(zhuǎn)速下降而增大。由此可見電氣制動的特性對低轉(zhuǎn)速停機具有獨特效果。根據(jù)以上理論依據(jù)，當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速很高時，即使投入電氣制動，其制動轉(zhuǎn)矩也是非常小的，而且在較高的轉(zhuǎn)速下發(fā)電機軸承比較

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

5、ng electric braking Characteristics 由圖1可以看出，當(dāng)機組開始停機時，由于轉(zhuǎn)速高，空氣阻力大，即使不加任何制動，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，轉(zhuǎn)速將下降很慢，如圖中的虛線 投入電氣制動后，發(fā)電機轉(zhuǎn)速將迅速下降，轉(zhuǎn)速越低，制動越明顯。三峽右岸電站電氣制動停機流程為：正常停機情況下，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出停機令時，勵磁系統(tǒng)首先進(jìn)行逆變滅磁，當(dāng)機組轉(zhuǎn)速降到50的時候，監(jiān)控系統(tǒng)首先合上制動短路開關(guān)（BS），勵磁系統(tǒng)在判斷制動投入的條件都滿足后，首先投上制動開關(guān)，斷開滅磁閥片，合上制動電源開關(guān)，同時，調(diào)節(jié)器柜內(nèi)同步切換

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

7、不平衡電流，該電流即發(fā)電機定子繞組中的制動電流，約為26kA，為1.16倍發(fā)電機額定電流，大于主變差動保護(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)致主變差動保護(hù)誤動。2.2 發(fā)電機負(fù)序過流保護(hù)負(fù)序過流保護(hù)電流采用機尾3TA與4TA合成，負(fù)序電流的計算公式如下公式（3）： (3) 式（3）中 發(fā)電機保護(hù)選用許繼WFB-800型微機發(fā)變組保護(hù)裝置。發(fā)電機正常運行時，負(fù)序電流主要是不平衡電流，小于保護(hù)定值。如果發(fā)電機頻率異常時裝置采用頻率跟蹤技術(shù)，自動調(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)序電流計算準(zhǔn)確性。若發(fā)電機頻率低壓25Hz或大于66Hz，裝置不

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

9、（直流滅磁開關(guān)）處于合閘狀態(tài)，過流元件退出；機端斷路器（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,電氣制動過程中電氣量特征與機端三相短路相同， 機端測量阻抗很小，當(dāng)機端測量阻抗位于整定阻抗圓內(nèi)，誤上電保護(hù)將動作。另外電氣制動停機過程中會產(chǎn)生很大的不平衡分量，將可能使發(fā)電機的低勵失磁保護(hù)、定子接地保護(hù)、逆功率保護(hù)等誤動。3 電氣制動停機對繼電保護(hù)的影響的處理措施在電氣制動停機過程中是先合上制動短路開關(guān)BS，然后進(jìn)行相關(guān)操作，因此可以利用短路開關(guān)BS的輔助接點閉鎖相關(guān)保護(hù)。在保護(hù)中引入短路開關(guān)BS的輔助接點作為主變差動保護(hù)、發(fā)電機負(fù)序過流保護(hù)、發(fā)

10、電機誤上電保護(hù)、低勵失磁保護(hù)、定子接地保護(hù)、逆功率保護(hù)等的閉鎖條件，在正常停機電氣制動過程中閉鎖跳閘出口及發(fā)信，而在正常運行時不閉鎖。4 結(jié)語電氣制動停機技術(shù)運用于水輪發(fā)電機組中可縮短停機時間，大大改善機組的停機工況，消除了機械制動時,制動塊與制動環(huán)因摩擦而引起的機械疲勞,同時潔凈了環(huán)境,能夠提高水電廠的綜合自動化水平。在電氣制動過程中采用制動短路開關(guān)輔助接點閉鎖相關(guān)保護(hù)，能夠保證繼電保護(hù)在電氣制動停機過程不誤動作。參考文獻(xiàn)1許時章電機學(xué)【M】北京：機械工業(yè)出版設(shè)，1996.XU Shi-zhang.ElectromechanicsMBeijing: Machinery industry pu

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