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柔性電制動(dòng)技術(shù)的研究及應(yīng)用

文檔作者：史玉華王海軍文檔來源：國(guó)電南瑞科技股份有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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(jiǎn)介：史玉華，男，工程師，從事水電廠同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制及設(shè)計(jì)工作。
柔性電制動(dòng)技術(shù)的研究及應(yīng)用
史玉華，王海軍
（國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京?。玻保埃埃埃常?
摘要：針對(duì)巨型水輪發(fā)電機(jī)頻繁開停機(jī)的特點(diǎn)，經(jīng)過對(duì)柔性電制動(dòng)技術(shù)的研究，闡述了將發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)與電制動(dòng)系統(tǒng)
合二為一的柔性電制動(dòng)勵(lì)磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理和實(shí)現(xiàn)方法。介紹了該系統(tǒng)在糯扎渡６５０ ＭＷ 大型機(jī)組上現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)試驗(yàn)
結(jié)果。
關(guān)鍵詞：糯扎渡水電站；柔性電制動(dòng)；工作流程；勵(lì)磁系統(tǒng)
中圖分類號(hào)：ＴＭ７６２　　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ　　　文章編號(hào)：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(jī)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(jī)次數(shù)非常頻繁，傳統(tǒng)的機(jī)械制動(dòng)
過程中存在諸多的缺陷，頻繁的開停機(jī)極易造成制動(dòng)
閘板和制動(dòng)環(huán)嚴(yán)重磨損。使用傳統(tǒng)的投機(jī)械制動(dòng)單一
制動(dòng)方式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代控制運(yùn)行方式的要
求，因此，巨型水電機(jī)組裝設(shè)柔性電氣制動(dòng)停機(jī)的重要
性和緊迫性已提到實(shí)施日程。
１　柔性電制動(dòng)的基本原理
柔性電制動(dòng)的基本原理是：當(dāng)運(yùn)行的水輪發(fā)電機(jī)
組正常退出電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，在進(jìn)行停機(jī)滅磁操作后，
待機(jī)組轉(zhuǎn)速降至設(shè)定值（一般為額定轉(zhuǎn)速５０％ ～
７０％）時(shí)，短接發(fā)電機(jī)定子出口，同時(shí)將電制動(dòng)系統(tǒng)投
入，給機(jī)組轉(zhuǎn)子一定的勵(lì)磁電流，使機(jī)組產(chǎn)生一個(gè)制動(dòng)
的電磁轉(zhuǎn)矩，也即所謂的制動(dòng)力矩（即與機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)方
向相反的力矩），迫使機(jī)組轉(zhuǎn)速下降為零，最終實(shí)現(xiàn)發(fā)
電機(jī)組的制動(dòng)［１］ 。
由同步電機(jī)理論電氣制動(dòng)力矩ME 可表達(dá)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(dòng)時(shí)的
勵(lì)磁電流；n 為機(jī)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(jī)組轉(zhuǎn)速成反比的關(guān)系，因此，
增大定子短路電流對(duì)縮短停機(jī)時(shí)間是十分有效的。停
機(jī)過程中的關(guān)鍵在于低轉(zhuǎn)速區(qū)中機(jī)組轉(zhuǎn)速下降陡度，
只要電氣制動(dòng)電流等于以至大于定子的額定電流，電
氣制動(dòng)在低速區(qū)能夠獲得令人滿意的轉(zhuǎn)速下降率，同
時(shí)也表明，在正常停機(jī)運(yùn)行的工況下，僅用電氣制動(dòng)也
是成功可靠的。
２　糯扎渡勵(lì)磁電制動(dòng)設(shè)計(jì)
糯扎渡電站９ 臺(tái)６５０ ＭＷ 機(jī)組全部設(shè)計(jì)有電氣制
動(dòng)系統(tǒng)。
２６
史玉華，等：柔性電制動(dòng)技術(shù)的研究及應(yīng)用２０１４ 年５ 月
2．1　主回路示意圖
糯扎渡電站勵(lì)磁及電氣制動(dòng)系統(tǒng)主回路示意圖如
圖１ 所示。
圖１ 中，在標(biāo)準(zhǔn)的自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增加了
電制動(dòng)變壓器、勵(lì)磁電源開關(guān)、電制動(dòng)電源開關(guān)和發(fā)電
機(jī)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(dòng)變?cè)O(shè)計(jì)
糯扎渡機(jī)組勵(lì)磁及電制動(dòng)參數(shù)如表１ 所示。
圖1　糯扎渡電站勵(lì)磁及電氣制動(dòng)系統(tǒng)主回路示意圖
表1　根據(jù)糯扎渡機(jī)組勵(lì)磁及電制動(dòng)參數(shù)
容量
／ＭＷ
額定勵(lì)磁電流
／Ａ
額定勵(lì)磁電壓
／Ｖ
勵(lì)磁繞組電阻
（９０℃）／Ω 短路比
空載勵(lì)磁電壓
／Ｖ
空載勵(lì)磁電流
／Ａ
電制動(dòng)時(shí)勵(lì)磁電流
／Ａ
６５０ ３ ０２０ ４８５ ０．１４２ ５ １．１ １８７ １ ７００ １ ２９０ ～１ ４３４ 　?。保┲苿?dòng)變壓器二次側(cè)額定線電壓計(jì)算。制動(dòng)變
壓器二次側(cè)額定線電壓U２ 可按下式計(jì)算：
U２ ＝ IK Rf
Ka ×３π２ｃｏｓαｍｉｎ
（２）
式中：U２ 為電氣制動(dòng)變壓器二次側(cè)額定線電壓；IK 為
電制動(dòng)時(shí)勵(lì)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)，?。埃梗?。則可取U２
為１６０ Ｖ。
２）制動(dòng)變壓器二次側(cè)線電流的確定。制動(dòng)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(dòng)變壓器容量的確定。制動(dòng)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(shí)間１０ ｍｉｎ，變壓器工作過負(fù)載能力大于２ 倍，故電制
動(dòng)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(jì)
１）額定電壓的選取。勵(lì)磁交流開關(guān)額定電壓的
選取應(yīng)大于可能出現(xiàn)的勵(lì)磁變壓器二次電壓最高有效
２７
水電與新能源２０１４ 年第５ 期
值。電制動(dòng)交流開關(guān)的選取應(yīng)大于可能出現(xiàn)的電制動(dòng)
變壓器二次電壓最高有效值。
２）額定電流的選取。勵(lì)磁交流開關(guān)額定電流可
按下式計(jì)算：
I ＝ ２３
×１．１ ×Iｆｎ （５）
式中，Iｆｎ為發(fā)電機(jī)額定勵(lì)磁電流。
電制動(dòng)交流開關(guān)額定電流可按下式計(jì)算：
I ＝ ２３
×IＫ （６）
式中，IＫ 為電制動(dòng)時(shí)的勵(lì)磁電流。
３）最大分?jǐn)嚯娏鞯倪x擇。對(duì)于勵(lì)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(jì)算：
IＳＨＯＲＴ ＝ S
３U２ UＫ％ （７）
式中：U２ 為勵(lì)磁變副邊電壓；UＫ 為勵(lì)磁變阻抗電壓。
３　電制動(dòng)流程設(shè)計(jì)
機(jī)組電制動(dòng)流程圖如圖３ 所示。
其電制動(dòng)過程：機(jī)組與系統(tǒng)解列－發(fā)電機(jī)停機(jī)令
到－電氣制動(dòng)啟動(dòng)條件滿足－電氣制動(dòng)令到－閉鎖機(jī)
組保護(hù)－合滅磁開關(guān)－分勵(lì)磁電源開關(guān)－分機(jī)械跨接
器－合電制動(dòng)電源開關(guān)－監(jiān)控合發(fā)電機(jī)定子短路開
關(guān)；勵(lì)磁系統(tǒng)給轉(zhuǎn)子加電流。
圖3　機(jī)組電制動(dòng)流程圖
　　系統(tǒng)恢復(fù)過程：機(jī)組轉(zhuǎn)速＜１％或電制動(dòng)時(shí)間到－
監(jiān)控分發(fā)電機(jī)短路開關(guān)－分電制動(dòng)電源開關(guān)－解除閉
鎖機(jī)組－勵(lì)磁電源開關(guān)合－系統(tǒng)恢復(fù)。
圖３ 中，Ｓ１０１ 是滅磁開關(guān)；Ｓ１０２ 為勵(lì)磁電源開關(guān)；
Ｓ１０４ 為電制動(dòng)電源開關(guān)；Ｓ１０７ 為機(jī)械跨接器。
４　現(xiàn)場(chǎng)電氣制動(dòng)驗(yàn)證
該裝置在現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)時(shí)進(jìn)行了調(diào)整試驗(yàn)，具體試驗(yàn)
步驟如下。①監(jiān)控發(fā)出“機(jī)組停機(jī)令”；②當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速
降到６０％時(shí)，監(jiān)控發(fā)令“投電制動(dòng)令”，勵(lì)磁系統(tǒng)自動(dòng)
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史玉華，等：柔性電制動(dòng)技術(shù)的研究及應(yīng)用２０１４ 年５ 月
切“電流閉環(huán)”開機(jī)，轉(zhuǎn)子電流自動(dòng)上升至設(shè)定值；③
在轉(zhuǎn)子電流上升快到設(shè)定值時(shí)，進(jìn)行錄波（波形參見
圖４）；④在電制動(dòng)試驗(yàn)過程中，可進(jìn)行多次錄波（其所
錄波形參見圖５）；⑤當(dāng)轉(zhuǎn)速降到一定轉(zhuǎn)速后，由監(jiān)控
發(fā)令停止電制動(dòng)，電制動(dòng)結(jié)束過程波形如圖６ 所示。
圖4　電制動(dòng)開始錄波波形
圖5　電制動(dòng)時(shí)錄波波形
圖6　電制動(dòng)結(jié)束錄波波形
５　結(jié)　語(yǔ)
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(shí)現(xiàn)國(guó)家資源優(yōu)化配置，全國(guó)聯(lián)網(wǎng)目標(biāo)
的骨干工程，是實(shí)施“西電東送”及“云電外送”戰(zhàn)略的
基礎(chǔ)項(xiàng)目。糯扎渡采用的柔性電氣制動(dòng)是利用發(fā)電機(jī)
勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器和可控硅整流器為機(jī)組制動(dòng)時(shí)提供
可控的制動(dòng)電流。根據(jù)當(dāng)時(shí)的水頭、轉(zhuǎn)速和導(dǎo)水葉的
漏水量調(diào)整制動(dòng)電流的大小來改變制動(dòng)特性，整個(gè)控
制過程快速平滑且可調(diào)。
參考文獻(xiàn)：
［１］陳遺志， 劉國(guó)華， 仲旻， 等．水電機(jī)組電氣制動(dòng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)
用［Ｊ］．水電廠自動(dòng)化， ２００７（４）： １６７ －１７０
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