專(zhuān)利名稱(chēng)：減磁法水輪發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用減磁法對(duì)水輪發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)的裝置，它適用于水力發(fā)電站(含抽水蓄能電站)機(jī)組停機(jī)的電氣制動(dòng)，也可用于需快速停機(jī)的其它機(jī)組。
背景技術(shù)：
水輪發(fā)電機(jī)組在停機(jī)過(guò)程中，進(jìn)行制動(dòng)可有效減少停機(jī)時(shí)間，減少機(jī)組在低于額定轉(zhuǎn)速的游走時(shí)間，減少機(jī)組軸承磨損。采用機(jī)械制動(dòng)容易產(chǎn)生制動(dòng)閘和制動(dòng)環(huán)的磨損以及機(jī)坑內(nèi)的粉塵污染；電氣制動(dòng)是利用發(fā)電機(jī)機(jī)端短路的方法，以發(fā)電機(jī)損耗的形式，消耗水輪機(jī)在導(dǎo)葉全關(guān)和斷路器斷開(kāi)后機(jī)組的慣性能量，使發(fā)電機(jī)很快停止。目前我國(guó)大多數(shù)水輪發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)方式是采用機(jī)械制動(dòng)，只有少數(shù)發(fā)電機(jī)采用電氣制動(dòng)，但這些機(jī)組大多配用專(zhuān)用的斷路器或加裝了弧觸頭的專(zhuān)用隔離開(kāi)關(guān)。如三峽左岸電站采用了ABB公司生產(chǎn)的HEC3型發(fā)電機(jī)斷路器來(lái)做制動(dòng)開(kāi)關(guān)，這種斷路器價(jià)格昂貴、體積龐大，給廠(chǎng)房布置帶來(lái)一些困難；隔河巖電站1#和2#機(jī)組采用了ABB公司生產(chǎn)的大電流負(fù)荷開(kāi)關(guān)，這種負(fù)荷開(kāi)關(guān)動(dòng)作速度高，合閘時(shí)間約為0.1s，需有專(zhuān)用的操作系統(tǒng)；天荒坪抽水蓄能電站采用了CEGELEC(現(xiàn)屬ALSTOM公司)生產(chǎn)的有弧觸頭的快速隔離開(kāi)關(guān)，這種開(kāi)關(guān)在合閘瞬間速度較高，可承受合閘時(shí)剩磁電壓引起的電流；但這些進(jìn)口開(kāi)關(guān)的費(fèi)用均較高。白山水電站則采用國(guó)產(chǎn)的有引弧觸頭的隔離開(kāi)關(guān)。但在白山水電站的專(zhuān)用隔離開(kāi)關(guān)也有燒傷的痕跡。以前在官?gòu)d、鳳灘和丹江口等水電站也曾采用電氣制動(dòng)，由于這些電站是采用電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，開(kāi)關(guān)燒傷問(wèn)題更為突出。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述背景技術(shù)的不足之處，而提供減磁法水輪發(fā)電機(jī)組電氣制動(dòng)裝置。該裝置通過(guò)減少剩磁辦法，達(dá)到減少合閘時(shí)電流的目的，解決了斷路器或開(kāi)關(guān)既要能通過(guò)大電流，又要滿(mǎn)足正常時(shí)耐受運(yùn)行電壓的問(wèn)題，使得使用普通隔離開(kāi)關(guān)也能滿(mǎn)足耐高壓、通過(guò)大電流和合閘剩磁電流的要求。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下措施來(lái)達(dá)到的減磁法水輪發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)裝置，它包括發(fā)電機(jī)定子繞組Gs、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組Gf、電氣制動(dòng)開(kāi)關(guān)S、磁場(chǎng)勵(lì)磁及保護(hù)回路、整流器Cv和變壓器組成，變壓器與整流器Cv連接，整流器Cv的兩端與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組Gf的兩輸出端點(diǎn)1、2連接，其特征在于它還包括接觸器C1和電阻R1，所述接觸器C1和電阻R1串聯(lián)，接觸器C1的兩端與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組Gf的兩輸出端點(diǎn)1、2連接。
在上述技術(shù)方案中，所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組Gf與整流器Cv之間還連接有接觸器C2和電阻R2，所述接觸器C2和電阻R2串聯(lián)。
在上述技術(shù)方案中，所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組Gf的輸出端點(diǎn)3、4連接有接觸器C和整流器。
在上述技術(shù)方案中，所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組Gf與整流器Cv之間還連接有接觸器C或Q。
在上述技術(shù)方案中，所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組Gf與整流器Cv之間還連接有接觸器C或Q。
本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)①電氣回路簡(jiǎn)單，使用設(shè)備少，可以用與機(jī)組配套的隔離開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)機(jī)組電氣制動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)電火花的合閘，解決合閘中的觸頭燒傷的問(wèn)題。②運(yùn)行維護(hù)非常簡(jiǎn)單，制動(dòng)開(kāi)關(guān)可使用電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)，它沒(méi)有漏油、漏氣的問(wèn)題，動(dòng)作觸頭的工作情況可以看得見(jiàn)，即使有問(wèn)題也容易修理。操作回路很簡(jiǎn)單，基本上可不要維護(hù)。③體積小、費(fèi)用低。


圖1為本實(shí)用新型用施加逐步減少的交流電流減磁方法示意圖。
圖2為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例采用制動(dòng)變壓器去磁的結(jié)構(gòu)圖。
圖3為另一個(gè)實(shí)施例采用制動(dòng)變壓器去磁的結(jié)構(gòu)圖。
圖4為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例采用起勵(lì)變壓器去磁的結(jié)構(gòu)圖。
圖5為另一個(gè)實(shí)施例采用其它變壓器去磁的結(jié)構(gòu)圖。
圖6為采用制動(dòng)變壓器、整流反向充電減磁的結(jié)構(gòu)圖。
圖7為采用其它變壓器、整流反向充電減磁的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施情況發(fā)電機(jī)在停機(jī)制動(dòng)時(shí)，由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的剩磁，使用晶閘管勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)有1～3％的額定電壓；在采用電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)，在額定轉(zhuǎn)速時(shí)有約7％的額定電壓。此電壓雖極低，但對(duì)于大型水輪發(fā)電機(jī)組，卻有相當(dāng)大的電流，對(duì)于直軸電抗標(biāo)幺值近似等于1的普通大型水輪發(fā)電機(jī)組，亦有數(shù)百安培的穩(wěn)態(tài)電流。對(duì)于使用低動(dòng)作速度的隔離開(kāi)關(guān)，將可能造成損壞。這是電氣制動(dòng)不能推廣的原因之一。
交流水輪發(fā)電機(jī)的剩磁特性，因發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用的材料而改變。但一般都用不含鎳、鉻、鈷的鐵磁性金屬材料制造，即軟磁性材料制造，國(guó)產(chǎn)水輪發(fā)電機(jī)一般采用45#、Q235#等牌號(hào)的鋼材做磁極和磁軛的材料，國(guó)外的制造廠(chǎng)的材料選取，也采用類(lèi)似的方法。磁極和磁軛可能采用不同的材料制成，其最高的剩磁部位可能會(huì)不同，在采用晶閘管自并激系統(tǒng)時(shí)，其最大剩磁如用激磁電流來(lái)衡量，約為空載額定激磁電流的1～3％。對(duì)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，若將副勵(lì)磁機(jī)到主機(jī)的勵(lì)磁繞組的連線(xiàn)斷開(kāi)，其剩磁大約也是1～3％的空載額定激磁電流。
如果沒(méi)有剩磁，電氣制動(dòng)的問(wèn)題就可以簡(jiǎn)化。消除剩磁的方法很簡(jiǎn)單，一般采用施加大于剩磁體矯頑磁勢(shì)的交流電流，并逐步將其衰減到零即可。如附圖1所示(已作放大和局部線(xiàn)性化處理)的曲線(xiàn)束為例，對(duì)減磁過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明假如有一剩磁體有圖示B1的磁滯曲線(xiàn)，在電流降到零時(shí)，仍有磁勢(shì)Mr1，如加以反向電流I到b1點(diǎn)，然后撤消反向電流，這時(shí)特性點(diǎn)將跳到B2曲線(xiàn)上，其剩磁為Mr2，Mr2將大大低于Mr1值，這時(shí)再加正向電流I到b2點(diǎn)，將使剩磁進(jìn)一步減小到Mr3，即按加逐步減小的交流電流的辦法，可以獲得去磁的作用。
因發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電感很大，對(duì)于大型水輪發(fā)電機(jī)約為數(shù)百毫亨，甚至超過(guò)1亨利。若用50赫茲的工頻電壓消磁，即使只要達(dá)到額定空載激磁電流的1％，也要達(dá)到幾千伏甚至上萬(wàn)伏，這對(duì)于額定激磁電壓不到500伏的磁場(chǎng)繞組來(lái)說(shuō)，肯定是不能接受的。
本實(shí)用新型采用反、正向施加逐次減小的直流電流的方法，即先施加反向的激磁電流，使其磁勢(shì)超過(guò)最高剩磁部位的剩磁，達(dá)到并稍超過(guò)該部位剩磁的矯頑磁力，然后切除反向電流，再施加正向激磁電流，使其達(dá)到或稍超過(guò)施加反向激磁電流在該部位所遺留的剩磁的磁勢(shì)。據(jù)國(guó)內(nèi)、外資料，尚無(wú)采用減磁法消除機(jī)組剩磁，以達(dá)到能用普通隔離開(kāi)關(guān)做制動(dòng)開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)無(wú)電火花滅磁的例子。
現(xiàn)以發(fā)電機(jī)采用自并激方式、采用發(fā)電機(jī)有制動(dòng)變壓器(見(jiàn)附圖2)為例，說(shuō)明其動(dòng)作流程當(dāng)機(jī)組已接收到停機(jī)命令，且發(fā)電機(jī)已滅磁、機(jī)組轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速的60％以上、制動(dòng)用磁場(chǎng)電流的整流器Cv已帶電后，合接觸器C1，發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組經(jīng)Cv、C1、R1反向充電，在超過(guò)剩磁的矯頑磁力后，分接觸器C1。
C1分?jǐn)嗪?，合接觸器C2，發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組經(jīng)Cv、C2、R2正向充電，在超過(guò)剩磁的矯頑磁力后，分接觸器C2。
合電氣制動(dòng)開(kāi)關(guān)S。
電氣制動(dòng)開(kāi)關(guān)合好后，在制動(dòng)轉(zhuǎn)速時(shí)，合接觸器C。
通過(guò)Cv和C令發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)電流升高到預(yù)定值，使發(fā)電機(jī)定子電流達(dá)到或接近額定電流，此時(shí)發(fā)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。在機(jī)組全停后，分?jǐn)嘟佑|器C及開(kāi)關(guān)S。整個(gè)制動(dòng)過(guò)程結(jié)束。
其中Gs為發(fā)電機(jī)定子繞組，Gf為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組，S為電氣制動(dòng)用開(kāi)關(guān)，C為施加制動(dòng)用磁場(chǎng)電流的接觸器或電氣開(kāi)關(guān)，Q為起勵(lì)用的接觸器或電氣開(kāi)關(guān)。在使用起勵(lì)電源去磁時(shí)，相應(yīng)的變壓器、整流器應(yīng)帶電，Q在整個(gè)制動(dòng)過(guò)程中不應(yīng)當(dāng)閉合，使用其它變壓器和整流器時(shí)，相應(yīng)的變壓器、整流器應(yīng)帶電，這時(shí)應(yīng)不裝設(shè)觸點(diǎn)Q，它連接的回路應(yīng)永久斷開(kāi)。
C1為施加反向矯頑磁場(chǎng)電流的接觸器或電氣開(kāi)關(guān)，R1為施加反向矯頑磁場(chǎng)電流的限流電阻。In為反向矯頑電流，一般小于3％的機(jī)組額定空載激磁電流。選擇電阻時(shí)應(yīng)使R1≤Uc/In，一般應(yīng)大于In約0.5～1％的機(jī)組額定空載激磁電流，
C2為施加正向矯頑激磁電流的接觸器或電氣開(kāi)關(guān)，R2為施加正向矯頑磁場(chǎng)電流的限流電阻。Ip為正向矯頑電流，一般小于1‰的機(jī)組額定空載激磁電流。選擇電阻時(shí)應(yīng)使R2≤Uc/Ip，一般應(yīng)大于Ip約0.1～0.2‰的機(jī)組額定空載激磁電流。
在條件允許時(shí)，In、Ip最好通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，R1應(yīng)比的計(jì)算值Uc/In稍小，R2應(yīng)比Uc/Ip的計(jì)算值稍小，使之能適應(yīng)機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，因工作點(diǎn)變化而使反向矯頑電流變大和整流器漏抗等的影響。
Cv為制動(dòng)用磁場(chǎng)電流的整流器，它可為二極管不可控整流器或晶閘管可控整流器；采用不可控整流器時(shí)，應(yīng)設(shè)電阻R1，二極管應(yīng)全開(kāi)通；采用晶閘管可控整流器時(shí)，如設(shè)電阻R1，晶閘管應(yīng)全開(kāi)通；若不設(shè)電阻R1，則直接將輸出電流整定到需要的電流值(見(jiàn)附圖3)；在采用可控整流器時(shí)，其電阻不一定按R1≤Uc/In設(shè)定，但應(yīng)使電流值稍大于In值。Cv也可用起勵(lì)整流器或其它整流器(可控或不可控)，它可由起勵(lì)變壓器或其它變壓器供電(見(jiàn)附圖4、附圖5)。
Uc為整流器的輸出電壓。
C1、C2、R1、R2應(yīng)符合GB/T7409.3-1997的基本要求。
S、C、Cv、C1、C2的控制，由水輪發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)改造，使之能完成上述功能及操作。C1、C2應(yīng)能按流程規(guī)定，執(zhí)行接通-保持-斷開(kāi)操作。
采用此方法后，發(fā)電機(jī)的剩磁電壓可降至幾伏到十幾伏，在參數(shù)選擇適當(dāng)時(shí)，可降至1伏以下。
在In的值較低或開(kāi)關(guān)S有較強(qiáng)的通過(guò)瞬態(tài)電流的能力時(shí)，可不裝設(shè)接觸器或開(kāi)關(guān)C2和電阻R2，即機(jī)組只進(jìn)行反向消磁(見(jiàn)附圖6、附圖7)。另外在上述附圖中的其它變壓器和整流器也可用蓄電池組代替，附圖中的虛線(xiàn)部分為本實(shí)用新型需要增加的主要設(shè)備。
由于機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)要改變，必須預(yù)留可能出現(xiàn)的最大的反向矯頑電流和最大的正向矯頑電流，而正常時(shí)常常低于預(yù)留值。因此不可能完全消除剩磁，但經(jīng)減磁后，其剩磁引起的電流極小。
對(duì)于采用電機(jī)激磁的系統(tǒng)，也可以采用上述辦法進(jìn)行減磁。但如果將副勵(lì)磁機(jī)到主機(jī)的磁場(chǎng)繞組的連線(xiàn)斷開(kāi)發(fā)電，其剩磁大約也是1～3％的空載額定電流，而且這樣做對(duì)機(jī)組的起勵(lì)有好處。
本實(shí)用新型可以使用任意形式的制動(dòng)開(kāi)關(guān)，只要制動(dòng)開(kāi)關(guān)靜觸頭的運(yùn)行電壓、靜與動(dòng)觸頭間斷開(kāi)時(shí)的絕緣距離、開(kāi)關(guān)通過(guò)電流的能力能滿(mǎn)足發(fā)電機(jī)的運(yùn)行和制動(dòng)要求，并有小于約10s的操作時(shí)間就可以滿(mǎn)足要求。由于在制動(dòng)狀態(tài)下發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的電壓為零，而且發(fā)電機(jī)是在制動(dòng)開(kāi)關(guān)合上之后才加磁場(chǎng)電流，因此用于電氣制動(dòng)的開(kāi)關(guān)要求很低，甚至低于對(duì)電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)的要求，如果生產(chǎn)這種專(zhuān)用開(kāi)關(guān)，其價(jià)格應(yīng)低于普通隔離開(kāi)關(guān)。
需要說(shuō)明的是對(duì)于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不改變本實(shí)用新型原理的前提下還可以對(duì)本實(shí)用新型作出若干的改變或變形，這同樣屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.減磁法水輪發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)裝置，它包括發(fā)電機(jī)定子繞組(Gs)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組(Gf)、電氣制動(dòng)開(kāi)關(guān)(S)、磁場(chǎng)勵(lì)磁及保護(hù)回路、整流器(Cv)和變壓器組成，變壓器與整流器(Cv)連接，整流器(Cv)的兩端與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組(Gf)的兩輸出端點(diǎn)(1、2)連接，其特征在于它還包括接觸器(C1)和電阻(R1)，所述接觸器(C1)和電阻(R1)串聯(lián)，接觸器(C1)的兩端與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組(Gf)的兩輸出端點(diǎn)(1、2)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種減磁法水輪發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)裝置，其特征在于在所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組(Gf)與整流器(Cv)之間還連接有接觸器(C2)和電阻(R2)，所述接觸器(C2)和電阻(R2)串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種減磁法水輪發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)裝置，其特征在于在所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組(Gf)的輸出端點(diǎn)(3、4)連接有接觸器(C)和整流器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種減磁法水輪發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)裝置，其特征在于在所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組(Gf)與整流器(Cv)之間還連接有接觸器(C)或(Q)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種減磁法水輪發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)裝置，其特征在于在所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組(Gf)與整流器(Cv)之間還連接有接觸器(C)或(Q)。
專(zhuān)利摘要減磁法水輪發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)裝置，它包括發(fā)電機(jī)定子繞組(Gs)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組(Gf)、電氣制動(dòng)開(kāi)關(guān)(S)、磁場(chǎng)勵(lì)磁及保護(hù)回路、整流器(Cv)和變壓器組成，它還包括接觸器(C1)和電阻(R1)，接觸器(C1)和電阻(R1)串聯(lián)，接觸器(C1)的兩端與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組(Gf)的兩輸出端點(diǎn)(1、2)連接。該裝置通過(guò)減少剩磁的辦法，達(dá)到減少合閘時(shí)電流的目的，使得使用普通隔離開(kāi)關(guān)也能滿(mǎn)足耐高壓、通過(guò)大電流和合閘剩磁電流的要求。電氣回路簡(jiǎn)單，使用設(shè)備少；運(yùn)行維護(hù)非常簡(jiǎn)單，體積小、費(fèi)用低。
文檔編號(hào)H02P3/00GK2681450SQ200420017088
公開(kāi)日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月5日
發(fā)明者江萬(wàn)寧, 江濤 申請(qǐng)人:江萬(wàn)寧