技师专业毕业论文
工种：维修电工
题目：水轮机制动系统的设计—— 姓名：刘天成
身份证号：
等级：技师
准考证号：
培训单位：
鉴定单位：云南省第
日期：电气制动系统在水轮发电机组中的应用5326231989121707312012102469职业技能鉴定所 2012年09月05日
水轮机制动系统的设计——
电气制动系统在水轮发电机组中的应
摘要
在水轮发电机运行过程中，为了缩短水轮机组的惰性时间，防止推力瓦烧坏，在低转速区必须进行连续的强制刹车；因此，制动系统在水轮发电机的运行中起到重要的保护作用。本设计中简要介绍了电气制动的原理、发电机组主要参数的设计及相关的控制流程。
关键词：水轮发电机；电气制动系统； PLC
1 概述
水轮发电机组由于启动、停机方便迅速,因而在电网系统中常肩负起调峰、调频及事故备用的重大责任。大、中型水轮发电机组在停机过程中,为了缩短机组的惰性时间,防止在转速逐渐下降过程中推力轴承的油膜减薄、变干、发生硬碰硬的摩擦而烧坏推力轴瓦的现象,水轮发电机组在低转速区必须进行连续的强制刹车。尤其是机组被迫在高转速下投入机械制动时,由于机组转动惯量巨大,制动闸块和制动盘间将产生强烈的摩擦和扭曲应力,造成制动盘变形、龟裂甚至折断损坏，因此需为水轮发电机组设计电气制动系统。
2电气制动方案主接线方式
本设计方案为一套完全独立的电气制动系统,系统设备包括:制动电源输入电
动开关1台,制动电源输出电动开关1台,电制动变压器1台,定子短路刀闸(配电机操作机构)1台,二极管整流装置1套,PLC和一些外部控制回路。此方案优点在于电气制动系统完全独立,不需更改现有的励磁系统设备;系统原理简单,运行可靠。缺点是由于设计时主回路采用二极管元件,制动电流不可控,因此要求在设计制动变压器时设计几个挡位,以便试验时调整;由于电气制动完成转子中仍有制动电流存在,因此分断制动电源输入输出开关都是带负荷操作,为了保证开关可控分断,开关容量应适当放大,PLC流程应保证开关动作严格按顺序操作。
3发电机参数及二极管三相整流桥
3-1发电机参数
1）发电机额定功率:Pe=6250kW。
2）发电机额定电压:Ufe=
6、3kV。
3）发电机额定电流:Ife=375A。
4）发电机额定功率因数:cos=0、8(滞后)。
5）发电机额定转速:Ne=600r/min。
6）发电机额定励磁电流ILC=118A。
7）发电机额定励磁电压:ULC=320V。
3-2主回路上的交流电源
主回路上三相二极管整流桥式电路的交流电源通过QS刀闸输入。
3-3保护回路整流元件的保护措施保护回路整流元件
承受过电流及过电压的能力较差,为了使元件及设备安全运行,应采取一定的保护措施。[ 1) 过电流保护:短路保护装置,采用快速熔断器,快速熔断器还配置有快速熔断指示器,当熔体熔断时,可以发出熔断指示并点亮相应的信号灯。 2) 过电压保护:主要用于吸收交流侧及直流侧的过电压 ] 。
3-4信号控制
信号回路交流侧开关和直流侧开关断开时,装置现地指示并同时将信号发至中控室及相关控制系统。当熔断器熔断时,现地指示并同时将熔断∀信号发至中控室及相关控制系统。
4自动化主要电器元件选型电气制动装置采用以下主要元器件:
1）PLC采用日本三菱公司FX1S30MRD型PLC;
2)定子短路开关采用ABB公司VD412/315025KA抽出式断路器;
3)直流空开采用施耐德公司C65HDCC6A/2P直流空气开关;
4)交流空开采用施耐德公司C65HACC6A/2P交流空气开关。
5电气制动流程
5-1电气制动启动条件
电气制动启动条件电气制动PLC的启动信号由机组监控系统提供。启动条件需要考虑转速在80%Ne,启动PLC控制单元(即使PLC工作电源得电,这样设计主要是防止在PLC长时间运行情况下电气制动系统误动作),当转速降到60%Ne时,PLC投入运行状态。电气制动投入的条件如下:有停机令;机组油开关跳开;机组无事故;导水叶全关;机组转速小于60%Ne;机组机端电压小于10%U0。
5-2电气制动系统执行元件动作的顺序
电气制动系统执行元件动作顺序电气制动条件满足后执行元件动作顺序:投短路开关;投直流开关;投交流开关。在机组转速降到零后,电气制动退出顺序:分交流开关;分直流开关;分短路开关。电气制动过程在设定的时间内(可设定)或由于
其他设备原因不能正常完成,出电气制动失败信号,如果电气制动失效则在25%Ne时投机械制动。
5-3电气制动系统设置的信号电气制动系统
电气制动系统设置的信号电气制动系统能接受计算机监控系统的机组现地控制单元(LCU)的指令,完成机组制动过程。为此,电气制动系统与机组现地控制单元及其他元件传输下列输入、输出信号(以I/O接口形式),以满足控制要求,包括电气制动启动信号、机组无事故信号、机组油开关信号、导叶全关信号、机组转速80%Ne、机组转速60%Ne、机组转速10%Ne、机组转速小于5%Ne、机组停机信号、短路开关位置(合、分)信号、直流开关位置(合、分)信号、交流开关位置(合、分)信号、电气制动失败信号、保护闭锁信号、控制方式信号。电气制动系统所有输入信号是以硬接线的方式引到电气制动控制盘接线端子排上,比串口数据通信可靠性高。
6电气制动系统软件流程说明
电气制动系统软件流程说明及框图该系统正常运行时不需要人的干预,是一套!傻瓜∀型的装置,体现在软件编排上,主程序步骤间的运行交接采用多口令化,以防止误动发生。电气制动运行时涉及面比较宽,发电机系统的进出端都在监视、控制之列,无论哪一个环节出了毛病都会导致电气制动的失败。因此软件编排的另一个特点是,多层次地设置状态特征判断,从而提高了软件的智能化程度。运行时,一旦出现异常情况,都能从容对待,保证水轮发电机在日常停机过程中万无一失。电气制动系统的操作基本上都是由程序自动完成,在柜门上安装有4个按钮分别分交流开关、合交流开关、分直流开关、合直流开关。这些按钮用来手动对交、直流开关进行操作。
7结束语
1) 制动变压器的设计必须考虑到失控时短期定子电流不容许超过定子热容量上限。
2) 电气制动投入后短路点处在发电机差电流全区保护范围之内,所以在电制动投入时,会在差动保护回路内形成差电流,为了防止差动保护误动作、误发信号,在投电气制动时要给保护装置一个闭锁信号且延时一定时间,该时间可根据现场整定。
3) 电气制动定子短路开关柜安装在水轮机层,由于空气潮湿,为了防止电气元器件受潮,可在电气柜内装设加热器。
4) 一般来说,水电厂有多台发电机组,可考虑在发电机组能错时停机的条件下,2台发电机组共用1台制动变压器可节省费用。该系统比纯机械制动缩短制动时间,运行稳定,制动效果良好,能够满足水轮发电机制动系统的制动要求。
参考文献：陈遗志,刘国华.水电机组电气制动的设计与应用.水电厂自动化,2007.
