发电机停机电气制动控制设计优化分析

【摘 要】发电机停机方式以电气制动控制和机械制动控制为主，而对比之下可以发现电气制动控制的优势所在。在不同的发电机制动停机工作中，对励磁系统和计算机监控系统的运用是极为广泛的。本文就从这点出发，从电气制动的根本原理开始介绍发电机停机电气制动控制设计如何运用优化理念，采取优化措施。并对电气制动和机械制动相结合的理念做出创造性的分析与论述。

【关键词】发电机；电气制动；设计

励磁系统在电气制动中起着极大的作用，由于电气制动是产生与转向相反的磁场力矩，作为制动力迫使发电机停机。同步发电机作为典型的交流发电机的励磁方式一般分他励式和自励式。这一方法不仅能使发电机停机，还能改变发电机的转速。对降速和发电机电压变化的调整都起到很重要的作用。所以本文主要从励磁系统的应用出发，论述发电机停机电气制动控制设计的优化分析。

一、电气制动停机工作原理简介

机组在工作时，在磁场的条件下受到摩擦力矩的作用，从而逐渐降低转速。当转速降低到某个确定数值的时候，打开电气制动电源，并将定子绕组在出口三相短路，励磁系统开始工作。励磁系统向转子绕组输入恒定电流，定子绕组也会相应产生感应电流。通过励磁系统改变发电机机端电压，使之为零，那么定子产生的转矩与磁阻转矩也都为零。通俗来讲就是机组惯性转动方向不受助推力，反而是短路转矩提供相反的推力，从而慢慢的使机组减速制动，一直到停机。

当机组解列需要正常停机时，仍需要由监控系统发出指令，让励磁调节器灭磁。然后监控系统分别对不同的条件进行检测。同步发电机的基本工作原理如下，同步发电机装设的转子励磁绕组线圈两端连接两个彼此绝缘的滑环，外界就通过压在滑环上的电刷将直流电送给励磁绕组，当转子励磁绕组在电流的作用下就会产生磁场，而转子在电动机的带动下旋转时，不停的切割磁力线而产生电势能，从而通过输出电源向外供电。

二、电气制动停机常用工作方法分析

在不同的场合和不同的电气制动方案下采取不同的工作方法。有的以速度继电器为主的制动。还有以主电路中的电磁抱闸为主，当电动机通电时能引起电动机轴抱闸的断开，当电动机断电时，电磁抱闸也断电，通过复位弹簧的作用使电动机缓慢停止转动。综合来看，许多发电机制动时还是会采取电气制动与机械制动相结合的方式。比如励磁系统在提高电力系统稳定性的时候，尤其对动态稳定性要求较高的时候应该多采用电气制动和机械制动相结合的方式。

同步发电机在利用电气制动停机系统时，可以较大程度的改善机组的停机运行状况，同时能大幅度缩短停机时间。而且在一定情况下，可以避免由于机械制动时活塞与制动环因摩擦而引起的机械疲劳。对环境的保持和机组控制自动化水平也是一个提高。同步发电机在利用电气制动时会出现几个特点。首先，停机过程中，由于需要停机阻尼转矩，那么转子中就需要始终通过制动励磁电流。其次，发电机定子绕组内部始终存在制动电流，频率逐渐下降。

三、励磁系统的作用与分析

励磁系统涵盖较广，包括供给同步发电机励磁电流的电源以及所有的附带设备。从结构上来看分为励磁功率单元与调节器。前者的主要作用是向同步发电机转子提供励磁电流，后者则是根据输入信号控制励磁功率单元的输出。随着现代电力系统的不断发展，励磁系统的研究和发展已经逐渐运用于不同的发电机上和大型工业式设备上，这种科技的趋势，促使了励磁技术的高度发展。下面笔者从三个方面论述励磁系统的具体作用。

1.维持发电机端电压稳定。当发电机端电压不稳定时，也就是发电机负荷过重时，励磁系统可以通过对磁场的调节来稳定机端电压。同时，还能合理分配运行机组之间的无功分配。其作用主要通过向发电机提供定子电源进行实现，通过转子的转速不同和提供的电流不同直接影响由于磁场力矩不同造成的力度大小，通过摩擦阻力的作用降低转速或者稳定电压。

2.提高电力系统的稳定性。电力系统的稳定性包含不同的稳定模式，分别有静态稳定性和暂态稳定性以及动态稳定性。所谓静态稳定性是指电力系统在受到小扰动后，不会发生非周期性的失步，能自动进行恢复。属于小扰动攻角稳定性的一种类型。暂态稳定性是维持最容易的，有不少具体措施都能提高暂态稳定性。

3.励磁系统通过控制定子电压而控制磁场变化，在控制磁场变化的同时也控制主磁场的建立。然后以三相对称的电枢绕组作为感应电流的载体。在同步发电机工作中，汽轮机或水轮机拖动转子旋转用来给电机输入机械能，根据对磁场的切割转化为电势能。又由于电枢绕组通过对主磁场的切割而感应出大小和方向周期性变化的交变电流，然后再通过引出线输向负载电路就成为了交流电。

四、励磁系统对电气制动停机的具体表现

励磁系统在投入使用的过程中，制动效果极为明显。经过对定子电流和振动以及散热效果的检测表明，一切都比较正常。不过有时在退电制动时，会发生灭磁开关的跳闸情况。这种情况的发生很多时候要靠人机接口显示器ECT进行记录，然后予以分析。笔者将从励磁系统的问题和优化方案两点具体论述励磁系统对电气制动停机的具体表现。

1.对灭磁开关跳闸的情况分析。很多情况下的跳闸都是由各种警报器的警报行为造成的。所以对灭磁开关跳闸情况分析时也要首先注意警报器的具体情况。在断开电制动开关时，跨接器就会运作，发出SIC非线性电阻反向电流的信号，并利用报警器报警，从而引起灭磁开关的跳闸。这是因为电压的保护是由跨接器、SIC非线性电阻进行的。当转子通过电压达到某个特定的值时，也会引起跨接器的反应，利用非线性电阻进行降压作用。跨接器的反应很多时候是导致灭磁开关跳闸的主要情况。所以，当机组解列需要正常停机时，应该对报警器加以重新设定，或者设定好停机报警器的报警数值。因为机组正常停机时，由监控系统发出指令，让励磁调节器灭磁是正常停机的必要步骤，所以要对灭磁开关跳闸问题加以优化和改进。

2.对励磁系统的优化和改进更多的是从它励起励和电气制动的方面改进。励磁系统的维修率并不算高，尤其电制动功能运行良好。交流发电机的原理说明了旋转磁场极性相间，才使得感应电势极性不断周期性变化。而感应电势的三相对称性更是由于电枢绕组的对称性得以保证。一般看来，同步发电机也分为高速同步发电机和低速同步发电机，高速同步发电机多运用于火电厂发电，而低速同步发电机多数由水轮机或柴油机驱动。

图1 电制动优化设计图

如图所示，问题的关键在于电气制动作用时，它励电气制动励磁电流的具体灭磁方法。一般厂用电源为380V，制动变压器之前，增加1个交流接触器Q09，保障了停机电气制动的电源续航能力，具体说来，在开机励磁建立电压之前，监控系统流程对Q09的控制保障了它励起励和停机电气制动时的交流电源供给。在停机后，电气制动静止之后，退电制动时首先断开交流侧接触器Q09，延时5s，带转子磁场能量衰减后再跳开制动直流磁场开关。这一设计不仅利用对Q09的控制保障了停机电气制动时交流电源的供给，更在减少电源损耗技术上下了更大的功夫，所以从侧面保障了停机电气制动的电源续航能力。上图对电制动优化原理做了一个简单的图示分析。

五、结语

发电机停机方式以电气制动控制和机械制动控制为主，而对比之下可以发现电气制动控制的优势所在。励磁系统在电气制动中起着极大的作用，由于电气制动是产生与转向相反的磁场力矩，作为制动力迫使发电机停机。所以励磁系统的核心作用就是在不同的发电机的转动中使磁场发生变化，从而产生发电机的制动力。对励磁系统的优化主要在于其工作性能和理念的优化，采取创新的方式将发电机制动停机工作变的更加科学化、合理化。

参考文献：

[1]蔡雄，李遐芳.发电机停机电气制动控制的优化设计[J].水电与新能源 ，2013，（5）：36-38.

[2]杨勤波.一起机组停机过程中电气制动闭锁的原因分析[J].电力系统装备，2012，（7）：71-73.