高水头水电厂电气制动技术应用探讨

高水头水电厂电气制动技术应用探讨

梁胜科

广西桂水电力股份有限公司龙胜发电分公司，广西 桂林 541000

摘要：水电作为最重要的能源供应来源之一，在能源供应中占有重要地位。与热能生产相比，水力发电污染小，符合国家可持续发展的要求。近年来，中国的电力需求一直在增加，对水电的需求也在不断增加。国家开始建设水电站。为了提高高水头水电厂的安全性和稳定性，本文探讨了电气制动对机组保护的影响以及水电厂电气制动运行技术的应用要点；研究了电气制动技术在高水头水电厂中出现一些问题及原因，提出了电气制动技术在高水头水电厂中进行应用的有效策略，以期为今后大型电厂的运行提供参考。

关键词：高水头水电厂；电气制动；应用

高水头水电厂如果采用传统的制动方法，可能会磨损推力瓦及镜板之间的油膜，影响系统的正常运行。电气制动可以快速关闭高水头水电厂。但在实践中由于供水不足的影响电气制动技术的实际应用尚未完全实现。

一、电气制动技术的主要工作原理

当高水头水电厂与系统之间的连接断开且相互独立时，在水轮机阻力的联合作用下，在发电机组的耗电周期中，关闭相应的开关柜，降低电耗，逐步降低发电机组的运行速度。并将水轮机转速降低到原转速的40~60%。将短路开关连接到发电系统定子绕组相应的启动位置，以增加转子绕组的励磁电流。根据电枢无功磁场理论，交流发电系统只有两种主要形式的直轴分量发电系统，制动延迟方式利用发电机组的惯性矩，能较好地停止发电机组的转动。采用电气制动技术时，减速停机主要是为了增加转子绕组的恒励磁，随着发电机系统转速的降低，发电机设备的感应波和直波反应性逐渐降低，因此，在这种情况下，发电机装置的定子延迟电流没有变化，但速度逐渐变慢。

二、电气制动对机组保护的影响

（一）电气制动对差动保护产生的影响

由于电源开关在发电机差动电流保护范围内设置了一个短路点，因此差动保护启动时形成一定的差动电流，造成差动保护信号错误，操作不当，对统一性产生不利影响。为了解决这个问题，必须设置短路差动电流开关。即在满足电刹车的输入条件后，装置自动启动相应的变送器，实现差动电流的二次短路。

（二）电气制动对发电机的定子接地产生的影响

在水电厂采用电气制动技术时，发电机处于短路状态，通常采用定子接地保护。然而，由于电制动三次谐波的串联谐振，定子接地保护产生故障信号和任务信号。为了更好的解决这一问题，需要对由底部电感参数和凝结参数产生电弧吸收线圈的分布式发电机组件进行选择，以保证感应线圈和电弧发生器底部电容的绝对值不相等，当开关断开时，当断路器闭合时，发电机断路

三、水电厂电气制动运行技术的应用要点

（一）合理选择电气制动的电流

电气制动技术是水电厂合理有效运行的基本前提，水电厂采用电制动技术，如果需要增加定子制动电流，则需要调整励磁电流，以尽可能保证最佳的制动性能。虽然电气制动技术时间相对较短，但只有通过减少制动时间来提高效率，才会增加发电机稳定运行的风险。因此，在选择电气制动技术电流时要注意制动电流必须控制在额定电流的1或2倍左右。

（二）保证电气制动短路刀闸可以顺利运行

刀闸是水电厂电气制动中非常重要的制动装置。操作短路刀闸时，尽量保证操作简单快捷。对于电气制动系统所使用的短路刀闸，在使用SPS启动发电机组时，必须在计算机上添加一个带有附加触点的短路刀闸，交流自动开关必须连接到控制系统的辅助触点上。确保制动器在短路时的稳定性，另外，短路刀闸可以在液压条件下合理安装，在一定程度上提高了设备的安全性和可靠性，有利于液压制动技术的有效运行[2]。

（三）合理设计电气制动回路

在高水头水电厂制动技术的应用中，为了提高制动循环的适用性，促进高水头水电厂的运行，有必要科学合理地设计电气制动回路。电气制动控制电路的合理性直接决定着整个发电系统的安全性和可靠性。在设计电气制动系统时，必须保证电气制动数据的输入、输出有充分、适当的锁紧措施和约束。锁紧、仪表开关、温度开关的输入输出严格相关，避免拉紧，减少事故发生的可能性。定子三相短路电流保证了发电设备的正常安全运行，定子三相短路接线应如图1所示，以保证系统正常、安全运行。

图1定子三相短路电气制动接线图

（四）改进电气制动控制逻辑

首先，电气制动停止后，水轮机仍处于手动模式，这在一定程度上影响了励磁输入。此时，相应人员必须将系统恢复到正常状态，以保证混合动力系统能够满足启动条件。保证了混合动力系统的稳定运行和电气制动系统的稳定有效运行，为电气制动提供了条件。其次，需要注意的是，设备的电气制动系统在电气制动后可以自动切换控制模式和电源模式，或改变相应的固定值，但没有具体的自动输入。因此，如果监测系统需要停机，则需要发出二次引导命令，以确保电气制动系统顺利完成，系统稳定运行。发电机组在正常、安全运行期间，一旦发电机端子电路处于异常状态，必须对风机功率进行有效控制，必须切断电源。

四、电气制动技术在高水头水电厂中出现一些问题及原因探究

（一）高水头水电厂的自我调节能力较低，导致电气制动技术不能完全的发挥出其应有的效果

高水头水电厂通常建在山区，流域内水电站的预置功能是有限的，也就是说，高水头水电厂一般不具备调节水位的能力。水不仅可以携带沉积物和其他载体，还可以携带复杂的卵石，高水头水电厂容量有限，但由于位于上游，对中下游的水文位置产生重要影响，这就是为什么高水头水电厂的管理特别重要。上游河区水位总体稳定，水流变化幅度相对较小。在这样的水文条件下，水电站的出水量和发电量基本上依赖于预蓄水区的水流。

（二）电气制动技术的运行相当复杂，在实际操作中缺乏高水平的一线控制人员

由高水头水电厂的空气或油压驱动，这种电气制动技术对高水头水电厂工作人员有很高的专业要求，然而，由于上游地区水电站建设规模较小，这项技术的应用仍处于起步阶段，我国在这方面缺乏足够的专门知识。为了保证高水头水电厂的正常运行，需要聘请精通电气制动技术的人员，促进电气制动技术在高水头水电厂的应用。

五、电气制动技术在高水头水电厂中进行应用的有效策略分析

（一）在高水头水电厂中采用自动减压阀，解决河流上游的水电厂供水系统的问题

由于上游地区水流相对较低，季节性依赖性特别明显，解决高水头水电厂的供水问题，保证电气制动在高水头水电厂的应用。在这种情况下，必须由当地发电厂采用过压阀双阀自动控制，确保压力减少时，正常供水压力超过容许标准压强。自动液压调节器和自动压力阀均采用电气制动，可广泛应用于高水头水电厂。由于高水头水电厂的特殊地理位置，引进自动压力阀是水电站单独采购的设备。

（二）加强对一线操作人员专业素养的培养，使其能够科学合理的运用相关的电气制动设备

我国高水头水电厂的建设处于初步阶段，由于水电站独特的地理环境，其运行人员不能满足较高的劳动力要求，电气制动系统技术要求较高，符合高水头水电厂的要求，能够合理解决高水头水电厂制动问题，一线操作人员必须不断地对高水头水电厂电气制动技术进行评估，并学习相关的工作经验，确保高水头水电厂安全有序运行[3]。

结束语

电气制动技术的应用可以有效提高可投入运行的高水头水电厂的制动水平，根据运行要求快速切断制动工况，减少事故发生的可能性，提高高水头水电厂的安全性和稳定性。为了充分利用电气动制动技术，需要在高水头水电厂安装自动泄压阀，为高水头水电厂的运行提供充足的水，并培训专业人员更好地操作制动系统。电气制动技术的引入，可以促进高水头水电厂电气化、自动化、现代化的不断发展。

参考文献：

[1]杨昌祎. 高水头水电厂电气制动技术应用探讨[J]. 科学与财富,2020(5):63.

[2]殷楠. 刍议水电厂电气制动运行技术的应用[J]. 黑龙江科技信息,2015(7):97-97.

[3]杨启泽. 水电厂电气制动运行技术的应用探讨[J]. 城市建设理论研究（电子版）,2015,5(33):3292.