彭毅?
湖南省湘水集团有限公司土谷塘分公司 湖南长沙 421199
摘要：随着经济发展水平的不断提高，社会对电能的需求不断增加，在此背景下，水电在电能供应中的比重越来越大。水电站机电设备是一个相对复杂系统，在运行过程中存在一定的工况波动情况，在出现故障隐患的情况下，需要采取一定的制动措施进行停机与故障排查。电气制动技术的应用，能够有效提升设备的稳定性，控制设备减速制动的安全性。本文旨在阐述电气制动技术在水力发电厂中的应用，并提供具体参考。
关键词：水电站；电气制动；减速；安全
引言
水力发电厂电气自动化是一门综合性的科学技术，包括控制技术、测量技术、计算机等多种理论科学，目前受到政府的重视。水电厂是长时间工作的部门，因此对水电厂的运行状况进行实时监控就变得非常主要，必须严格执行实时监控或运行操作，如果仅靠运行人员完成各种任务变得非常困难。
一、电气制动技术在水力发电厂应用的关键环节
1.1 水电站电气制动时间控制
电气制动技术在水电站中的应用，是为了加快发电机组正常停机过程，降低能耗，提高发电机组停机可靠性。液压设备的停车和制动时间虽然较短，但仍不能冒不必要的风险，一味地寻求缩短停机时间。因此，应以机组的机械特性为基础进行设备调试，平衡制动电流与制动效果，不单纯以制动时间缩短为目的，而应以保证水电站机组定子线圈稳定性为标准。
1.2 水电站发电机组停机控制
在水电站电气制动应用过程中，优化停机过程控制是关键环节，其中中性点、定子绕组和定子线圈短路开关是水电站机组电气制动控制的重要目标。控制过程必须与保护装置CT 结合使用，该配置应结合发电机保护装置深入分析，以识别制动过程中的电气变化。这包括差动电流、定子电流频率变化等。发电机组停机过程的触发状态和相应的保护装置故障或误报警信息，对相应的发电机组停机过程采取有效措施。
1.3 水电站电气制动故障预防控制
电气制动控制系统的安全可靠性与机组稳定运行密切相关，因此需要合理考虑触发条件和互锁措施。其中，机组带负荷正常运行中的最大风险是电气制动装置动作的稳定性，以及短路开关合闸过程中可能出现的风险。因此，在水力发电厂应用电气制动技术时，除了选择相应的短路开关外，还必须在系统控制回路中安装防误动作逻辑条件：
（1）硬回路互锁:通过出口开关、出口刀闸、励磁变低压侧开关对定子线圈短路开关合闸进行控制；制动变低压侧开关与励磁变低压侧开关进行互锁控制；出口开关与定子线圈短路开关互锁控制；出口开关与制动变低压侧开关互锁控制。
（2）软件程序互锁:双Q点串接方式应用于定子线圈短路开关合闸，不同的DO模块由两Q点输出，降低了由同一块DO模块损坏而导致误合定子线圈短路开关发生的风险。
二、水电站电气制动设计及主要设备选型
2.1 制动方式的选择
水电厂电气制动的安全风险是设计规划时要考虑的主要问题。机组停机时启动的电气动制动，可加快停机过程，减少污染，降低能耗，是水力发电厂发电机组正常停机时使用的重要制动方式。选择制动方式的出发点应该从电气制动系统的安全性考虑。因此，可以选择独立的原励磁系统作为水力发电厂的电气制动器，同时可以设置电制动高压短路开关、制动变压器、励磁变压器低压侧交流开关和励磁直流开关。电制动系统采用高压短路开关和独立的二极管全桥整流器作为辅助设备，组成电气制动控制系统。
2.2 定子制动电流选择
制动电流是制动停止的重要因素，电气制动力矩与制动电流的平方成正比，制动效果随着制动电流的增大而更加明显。但是，制动电流的增加会导致制动系统定子线圈能耗的增加。为了达到制动效果和能耗的平衡，必须将电流设置在合适的范围内。在定子短路状态下，电气制动时间应小于10分钟，同时根据定子热容曲线，发电机定子制动电流的理论合理值应为1.0-1.3倍额定电流。由于目前没有统一的电气制动速度标准，制动电流取1.0倍额定电流8kA。
2.3 短路开关选择
水轮发电机在阻尼和停止过程中，当短路开关闭合，机组转速降低到额定速度的50%-60%时，系统会根据运动产生电弧冲击。发电机磁路中的残余和部分残余短路形成电流。根据实际研究，发电机的剩磁一般小于额定磁场的3%，根据水电站实际情况设置相应的安全裕度，取剩磁条件按2.5%计入。同时，接通定子线圈短路开关，制动启动后电流迅速上升至额定制动电流，制动时间小于10分钟。另外，考虑到短路开关的性能稳定可靠，短路开关必须具有一定的熄灭能力，短路开关触头必须是三相连接，驱动环节必须简单可靠。
2.4 制动变及制动控制系统
全桥二极管整流系统是目前水力发电厂广泛使用的一种电制动系统。是一套非柔性控制装置，应通过调节制动变压器变低侧档位来控制输入转子的励磁电压、励磁电流等条件。在制动变压器电压档位选择的过程中，需要对系统用电波动性进行考量，通常，制动变压器二次侧的电压变化按5%的波动范围控制。根据发电机短路特性曲线、机组空载励磁电压和励磁电流、电能消耗变化率并考虑一定的安全裕度，制动变压器的容量主要根据定子确定制动电流。
2.5 机组制动方式和投电气制动时转速的确定
水电机组一般需要在其额定转速的10% 时进行机械制动，以改善机组低速旋转部件的运行条件。当水力发电机组同时采用电气制动和机械制动时，在装有电气制动系统的水轮发电机组中，当机组转速下降到额定转速的90%时，应按设定的程序电将气制动系统投入运行，速度继续下降到额定速度的5%-10%时，机械制动系统运行，直至停止。
三、电气自动化技术在水电厂的具体应用
3.1 油气水系统控制技术
在水力发电厂的初期运行和管理中，通常需要人工操作和管理，人工成本相对较高。应用电气自动化控制技术，可实现油、气、水系统的自动控制。避免人工操作带来的危险，确保油、气、水控制系统运行安全可靠。电气自动化技术可以科学合理的保证油、气、水参数控制，检测设备可能出现的异常情况，控制设备的通断运行，有效延长设备使用寿命。
3.2 提高水轮发电机组自控效果
应用电气自动化技术后，需要自动控制发电厂设备开关的开启和关闭，同时保证与设备相关的操作可以按照预先设定的程序进行自动操作。保障水力发电机组运行可靠性。对此，应根据相关标准和水电厂的实际运行情况，合理确定机组数量，选择性能最佳、满足发电要求的机组。此外，应根据系统的实际负载情况自动调整机组的有功功率和无功功率，如果机组出现故障，备用机组也能自动启动。
3.3 提高辅助设备控制效率
电气自动化技术的实际应用，不仅可以改革以往的监控方式，促进水电厂设备智能化管理，还可以提高控制系统的自动化水平。因此，一般来说，监控系统的计算机集成处理可以让水电厂运行管理人员对实际运行管理过程中存在的问题进行深入、全面的分析。当水电厂运行设备出现故障时，监控系统可以及时发出报警，运行管理人员可以第一时间处理故障，可及时恢复正常运行。自动化技术不仅可以有效减少运维人员的工作量，还可以提高水电厂的运行管理效率。
3.4 提高管理人员素质
在现阶段的具体情况下，由于水电厂运行管理的运行方式不合理，自动化技术的应用还不是很专业，需要对水电厂运行管理人员进行培训和培训。水电厂不断加强自己的专业能力,一是，定期组织学习交流活动，让各岗位员工相互交流，有效沟通。二是，开展岗前培训，确保新员工了解相关规章制度。评估专业工作技能是否符合岗位要求，再次定期组织专家讲座，让所有运行和检修维护人员参与，全面了解所涉及设备的标准操作要求和标准。最后，管理层需要轮换和培训员工以培养更复杂的人才，以进一步优化水电厂运营和管理人员的结构。
结语
综上所述，水电厂电气制动装置有利于发电机组快速通过低速带，减少轴承磨损，提高发电机组自动化水平，减少维护工作量，特别是对运行多年的发电机组进行改造。除了硬件设备的稳定性和可靠性，还需要详细考虑电气制动过程，以提高硬件和软件互锁、冗余和防错控制的安全性和可靠性。
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