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柔性電制動技術(shù)的研究及應用

文檔作者：史玉華王海軍文檔來源：國電南瑞科技股份有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年12月30日
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２０１４ 年第５ 期
２０１４ Ｎｕｍｂｅｒ ５
水電與新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
總第１１９ 期
Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１１９
ＤＯＩ： １０．１３６２２ ／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４２ －１８００／ｔｖ．１６７１ －３３５４．２０１４．０５．００７
收稿日期：２０１４ －０１ －１７ 作者簡介：史玉華，男，工程師，從事水電廠同步發(fā)電機勵磁控制及設(shè)計工作。
柔性電制動技術(shù)的研究及應用
史玉華，王海軍
（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京　２１０００３）
摘要：針對巨型水輪發(fā)電機頻繁開停機的特點，經(jīng)過對柔性電制動技術(shù)的研究，闡述了將發(fā)電機勵磁系統(tǒng)與電制動系統(tǒng)
合二為一的柔性電制動勵磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理和實現(xiàn)方法。介紹了該系統(tǒng)在糯扎渡６５０ ＭＷ 大型機組上現(xiàn)場系統(tǒng)試驗
結(jié)果。
關(guān)鍵詞：糯扎渡水電站；柔性電制動；工作流程；勵磁系統(tǒng)
中圖分類號：ＴＭ７６２　　　文獻標志碼：Ａ　　　文章編號：１６７１ －３３５４（２０１４）０５ －００２６ －０４
Study and Application of Flexible Electric Braking Technology
ＳＨＩ Ｙｕｈｕａ， ＷＡＮＧ Ｈａｉｊｕｎ
（ＮＡＲＩ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００３， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ｔｈｅ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂｒａｋｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｌａｒｇｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｔｕｒｂｉｎｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈａｒ -
ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｆｒｅｑｕｅｎｔ ｓｔａｒｔ ａｎｄ ｓｔｏｐ．Ｉｎ ｔｈｅ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂｒａｋｉｎｇ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ， ｔｈｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ
ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｉｓ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂｒａｋｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｂａｓｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ
ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂｒａｋｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ ６５０ ＭＷ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｕｎｉｔｓ
ｉｎ Ｎｕｏｚｈａｄｕ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ． Key words： Ｎｕｏｚｈａｄｕ ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ； ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂｒａｋｉｎｇ； ｗｏｒｋｆｌｏｗ； ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
　　水電機組在電網(wǎng)中普遍起著調(diào)頻、調(diào)峰和事故備
用的作用，其開、停機次數(shù)非常頻繁，傳統(tǒng)的機械制動
過程中存在諸多的缺陷，頻繁的開停機極易造成制動
閘板和制動環(huán)嚴重磨損。使用傳統(tǒng)的投機械制動單一
制動方式已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)代控制運行方式的要
求，因此，巨型水電機組裝設(shè)柔性電氣制動停機的重要
性和緊迫性已提到實施日程。
１　柔性電制動的基本原理
柔性電制動的基本原理是：當運行的水輪發(fā)電機
組正常退出電力系統(tǒng)運行時，在進行停機滅磁操作后，
待機組轉(zhuǎn)速降至設(shè)定值（一般為額定轉(zhuǎn)速５０％ ～
７０％）時，短接發(fā)電機定子出口，同時將電制動系統(tǒng)投
入，給機組轉(zhuǎn)子一定的勵磁電流，使機組產(chǎn)生一個制動
的電磁轉(zhuǎn)矩，也即所謂的制動力矩（即與機組轉(zhuǎn)動方
向相反的力矩），迫使機組轉(zhuǎn)速下降為零，最終實現(xiàn)發(fā)
電機組的制動［１］ 。
由同步電機理論電氣制動力矩ME 可表達為
ME ＝PE
Wj ＝ ３I２K R
２πn ／６０ ＝Kｍ
n
K２
ｄ n２ ＋R２ （１）
式中：PE 為損耗功率；Wj 為角速度；IK 為電制動時的
勵磁電流；n 為機組轉(zhuǎn)速；Kｍ 、Kｄ 為常系數(shù)；R 為定子
有效電阻。
從式（１）中可以得出結(jié)論，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以至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，同
時也表明，在正常停機運行的工況下，僅用電氣制動也
是成功可靠的。
２　糯扎渡勵磁電制動設(shè)計
糯扎渡電站９ 臺６５０ ＭＷ 機組全部設(shè)計有電氣制
動系統(tǒng)。
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史玉華，等：柔性電制動技術(shù)的研究及應用２０１４ 年５ 月
2．1　主回路示意圖
糯扎渡電站勵磁及電氣制動系統(tǒng)主回路示意圖如
圖１ 所示。
圖１ 中，在標準的自并勵勵磁系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加了
電制動變壓器、勵磁電源開關(guān)、電制動電源開關(guān)和發(fā)電
機定子短路開關(guān)等設(shè)備（圖中帶倡的設(shè)備為增加的）。
2．2　電制動變設(shè)計
糯扎渡機組勵磁及電制動參數(shù)如表１ 所示。
圖1　糯扎渡電站勵磁及電氣制動系統(tǒng)主回路示意圖
表1　根據(jù)糯扎渡機組勵磁及電制動參數(shù)
容量
／ＭＷ
額定勵磁電流
／Ａ
額定勵磁電壓
／Ｖ
勵磁繞組電阻
（９０℃）／Ω 短路比
空載勵磁電壓
／Ｖ
空載勵磁電流
／Ａ
電制動時勵磁電流
／Ａ
６５０ ３ ０２０ ４８５ ０．１４２ ５ １．１ １８７ １ ７００ １ ２９０ ～１ ４３４ 　?。保┲苿幼儔浩鞫蝹?cè)額定線電壓計算。制動變
壓器二次側(cè)額定線電壓U２ 可按下式計算：
U２ ＝ IK Rf
Ka ×３π２ｃｏｓαｍｉｎ
（２）
式中：U２ 為電氣制動變壓器二次側(cè)額定線電壓；IK 為
電制動時勵磁電流；Rf 為轉(zhuǎn)子電阻；Ka 為回路中阻抗
壓降及可控硅換相壓降等系數(shù)，取０．９５。則可取U２
為１６０ Ｖ。
２）制動變壓器二次側(cè)線電流的確定。制動變壓
器二次側(cè)線電流I２ 可按下式確定：
I２ ＝ ２３
IＫ （３）
I２ ?。?１７０ Ａ。
３）制動變壓器容量的確定。制動變壓器容量可
按下式確定：
S ＝３ ×U２ ×IＫ （４）
根據(jù)圖２ 變壓器自冷狀態(tài)過載曲線，變壓器過載
時間１０ ｍｉｎ，變壓器工作過負載能力大于２ 倍，故電制
動變壓器容量可取為２００ ｋＶ· Ａ。
圖2　變壓器自冷狀態(tài)過載曲線
2．3　交流開關(guān)設(shè)計
１）額定電壓的選取。勵磁交流開關(guān)額定電壓的
選取應大于可能出現(xiàn)的勵磁變壓器二次電壓最高有效
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水電與新能源２０１４ 年第５ 期
值。電制動交流開關(guān)的選取應大于可能出現(xiàn)的電制動
變壓器二次電壓最高有效值。
２）額定電流的選取。勵磁交流開關(guān)額定電流可
按下式計算：
I ＝ ２３
×１．１ ×Iｆｎ （５）
式中，Iｆｎ為發(fā)電機額定勵磁電流。
電制動交流開關(guān)額定電流可按下式計算：
I ＝ ２３
×IＫ （６）
式中，IＫ 為電制動時的勵磁電流。
３）最大分斷電流的選擇。對于勵磁變壓器副邊
三相短路可能出現(xiàn)的最大短路電流，按以下公式計算：
IＳＨＯＲＴ ＝ S
３U２ UＫ％ （７）
式中：U２ 為勵磁變副邊電壓；UＫ 為勵磁變阻抗電壓。
３　電制動流程設(shè)計
機組電制動流程圖如圖３ 所示。
其電制動過程：機組與系統(tǒng)解列－發(fā)電機停機令
到－電氣制動啟動條件滿足－電氣制動令到－閉鎖機
組保護－合滅磁開關(guān)－分勵磁電源開關(guān)－分機械跨接
器－合電制動電源開關(guān)－監(jiān)控合發(fā)電機定子短路開
關(guān)；勵磁系統(tǒng)給轉(zhuǎn)子加電流。
圖3　機組電制動流程圖
　　系統(tǒng)恢復過程：機組轉(zhuǎn)速＜１％或電制動時間到－
監(jiān)控分發(fā)電機短路開關(guān)－分電制動電源開關(guān)－解除閉
鎖機組－勵磁電源開關(guān)合－系統(tǒng)恢復。
圖３ 中，Ｓ１０１ 是滅磁開關(guān)；Ｓ１０２ 為勵磁電源開關(guān)；
Ｓ１０４ 為電制動電源開關(guān)；Ｓ１０７ 為機械跨接器。
４　現(xiàn)場電氣制動驗證
該裝置在現(xiàn)場投運時進行了調(diào)整試驗，具體試驗
步驟如下。①監(jiān)控發(fā)出“機組停機令”；②當機組轉(zhuǎn)速
降到６０％時，監(jiān)控發(fā)令“投電制動令”，勵磁系統(tǒng)自動
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史玉華，等：柔性電制動技術(shù)的研究及應用２０１４ 年５ 月
切“電流閉環(huán)”開機，轉(zhuǎn)子電流自動上升至設(shè)定值；③
在轉(zhuǎn)子電流上升快到設(shè)定值時，進行錄波（波形參見
圖４）；④在電制動試驗過程中，可進行多次錄波（其所
錄波形參見圖５）；⑤當轉(zhuǎn)速降到一定轉(zhuǎn)速后，由監(jiān)控
發(fā)令停止電制動，電制動結(jié)束過程波形如圖６ 所示。
圖4　電制動開始錄波波形
圖5　電制動時錄波波形
圖6　電制動結(jié)束錄波波形
５　結(jié)　語
糯扎渡電站位于瀾滄江下游普洱市思茅區(qū)和瀾滄
縣交界處，是瀾滄江下游水電核心工程， 作為云南省
最大水電站，是實現(xiàn)國家資源優(yōu)化配置，全國聯(lián)網(wǎng)目標
的骨干工程，是實施“西電東送”及“云電外送”戰(zhàn)略的
基礎(chǔ)項目。糯扎渡采用的柔性電氣制動是利用發(fā)電機
勵磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器和可控硅整流器為機組制動時提供
可控的制動電流。根據(jù)當時的水頭、轉(zhuǎn)速和導水葉的
漏水量調(diào)整制動電流的大小來改變制動特性，整個控
制過程快速平滑且可調(diào)。
參考文獻：
［１］陳遺志， 劉國華， 仲旻， 等．水電機組電氣制動的設(shè)計及應
用［Ｊ］．水電廠自動化， ２００７（４）： １６７ －１７０
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