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1、HEST HDZ-01电气制动系统使用说明书文件名称： 使用说明书主题： HDZ-01电气制动装置说明书摘要：更改记录版本1.01.12.02.1编写LXDZGJSJ、LXDZGJ编写时间2002年3月2003年4月2004年4月2005年10月审定ZXLXDLXDLXD审定时间2002年3月2003年4月2004年4月2005年10月目 录第一部分 概述3第二部分 理论基础4第三部分 HDZ-01电气制动系统介绍6一、系统原理图6二、电气制动控制柜71、PLC（可编程逻辑控制器）介绍72、二极管三相整流桥介绍8三、定子短路真空开关柜9第四部分 电气制动流程说明101、电气制动启动条件102、
2、电制动系统执行元件动作顺序113、电气制动系统设置的信号114、电气制动系统软件流程框图12第五部分 HDZ-01电气制动系统试验与维护14一、HDZ-01电气制动操作说明14二、HDZ-01电气制动系统试验141、出厂调试142、现场调试15三、基本维护15第一部分 概述水轮发电机组由于启动、停机方便迅速，因而在电网系统中常肩负起调峰、调频及事故备用的重大责任。大、中型水轮发电机组在停机过程中。为了缩短机组的惰行时间，防止在转速逐渐下降过程中推力轴承的油膜减薄、变干、发生硬碰硬的摩擦而烧坏推力轴瓦的现象，水轮发电机组在低转速区必须进行连续的强制刹车。传统的机械活塞制动器虽然有操作简单方便，制
3、动时间短、工作可靠性高，通用性强等优点。但当机组频繁启停时制动闸块磨损得特别快，每年需要更换一次，质量好的至少两年也要更换一次。尤其是机组被迫在高转速下投入机械制动时，由于机组转动惯量巨大，制动闸块和制动盘间将产生强烈的摩擦和扭曲应力，造成制动盘变形、龟裂甚至折断损坏。目前国内制动闸结构普遍存在的问题是，制动投入后，闸块往往不能自行落下，每次停机均需要运行人员冒着粉尘、烟雾、刺鼻的焦臭味，去逐一检查和敲下紧紧粘连在制动上的制动闸块。这样，不但增加了劳动强度，而且实际上也被迫降低了机组开停机的自动化水平。水电站的工作场合都安排在坝区下层，以致每被迫进行一次高转速的机械制动，粉尘骤然飞扬，一种特殊
4、的带有强烈刺激性的臭味，在坝底回旋飘溢，很长时间都不能消失。机械制动过程中产生的大量粉末尘埃，不仅污染、恶化了本来就不十分好的运行环境，同时这些导电和不导电的固态粉尘还混入了冷却空气中，随油雾粘附在发电机的定子线圈端，厚厚地堵塞住铁芯风沟，不利于电机的散热，也降低了机组的绝缘水平，威胁着发电机的运行安全。更有甚者，由于其固定螺栓的断裂，还有打坏转子风扇以及定子线棒的，造成恶性事故。为了清洗定子线圈和铁芯的风沟，电厂每年还需要使用成吨的有较强毒害作用的四氯化碳。这不仅是一种额外的经济上的付出，更重要的是给操作人员的健康带来无法补偿的损害。由于机械制动存在着上述缺点，国外现已普遍推广采用电气制动的
5、停机技术。电制动具有制动力矩大、停机时间短，（另外还因为它是一种非接触式的制动技术，所以）无环境污染、制动投入转速不受任何限制以及设备维护检修方便等优点。当然，电制动作为一种实用性的技术，它的局限性在于水轮发电机组采用电制动停机技术时系统接线比较复杂；另外当机组内部有电气故障时，电制动不能投入；闸门漏水严重，导叶缺损以至使转子在自由惰行状态下，长时间一直保持在30%的额定转速以上，降不下来时，机械制动方式必须作为停机的辅助或最后手段而保留。第二部分 理论基础在机组解列后，定子三相短路，向转子绕组中输入一恒定直流电流，则在定子中产生感应电流。该电流在定子绕组中产生铜耗制动力矩，使机组减速制动到停
6、机。这里我们要强调的是定子中的短路电流I 是一恒定值，不随机组转速下降而变化。因为根据同步电机理论可知：电气制动过程中，通过转子线圈的励磁电流是相对恒定的，故可以认为基波每极磁通量亦是恒定的。 ( 1 )式中：为发电机组定子电势；尺为定子有效电阻；为发电机直轴同步电抗；为机组转速。由同步电机理论电气制动力矩可表达为： ( 2 )式中，为铜损耗功率；为角速度， 为常系数。可见电磁转矩最大点在转速满足 ，而转速在零时，电磁转矩也为零。定性分析如下：制动时磁通不饱和，考虑制动时间比较长，远大于发电机的瞬态、超瞬态时间常数，稳态时近似双绕组变压器，主要损耗是铜损，而不是激磁电抗的铁损，与正常短路升流一
7、样特性。从公式(2)可以得出结论：由于、为常数，电制动力矩是随机组转速下降而增大。由此可见电气制动的特性对低转速停机具有独特效果。电磁转矩与定子短路电流的平方成正比，与机组转速成反比的关系，因此，增大定子短路电流对缩短停机时间是十分有效的。停机过程中的关键在于低转速区中机组转速下降陡度，只要电气制动电流等于以至大于定子的额定电流，电气制动在低速区能够获得令人满意的转速下降率，同时也表明，在正常停机运行的工况下，仅用电气制动也是成功可靠的，这一点在工程实践中已得到证明。第三部分 HDZ-01电气制动系统介绍一、系统原理图HDZ-01电气制动系统主要由如下三部分构成：1电制动控制柜2电制动电源变压
8、器3定子短路真空开关柜 系统原理图如下：图1二、电气制动控制柜 电气制动控制柜主要由PLC控制部分、二极管三相整流桥等部件组成。1、PLC（可编程逻辑控制器）介绍PLC是面向用户的工业控制计算机，具有许多明显的特点。1、 可靠性高，抗干扰能力强电厂的生产过程对控制设备的可靠性提出了很高的要求，任何一个小问题都会造成发电机无法运行。电厂的电气干扰也是特别的严重。针对这些情况，PLC采取了一系列的措施，包括屏蔽、滤波、隔离等等使PLC能在恶劣的环境下可靠的工作，平均故障间隔时间（MTBF）高，故障恢复时间短。2、 丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号有相应的I/O模块和现场设备直接相连
9、，为了提高操作性能和直观性，它还有多种人机接口模块。3、 编程简单PLC的梯形图编程语言类似于继电器控制线路的梯形图，它继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到工程技术人员的读图习惯，易于接受，因此受到普遍欢迎。在最初的体形图变成语言中，主要由人们熟悉的常开触点、常闭触点和线圈、定时、计数等符号组成，对于使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员甚至技术工人理解和掌握。4、 安装方便、维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC的I/O端口相连接，系统便可投入运行。PLC的 各种模块上均设有运行和故障指示装置，便于用户
10、了解PLC的运行情况和查找故障。为适应各种工业控制需要除了单元式的小型PLC外，绝大多数PLC均采用模块化结构。由于PLC采用了模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法是系统迅速恢复运行。5、 配套齐全、功能完善 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可以适用各种规模的工业控制场合。PLC除了逻辑功能外，现代PLC几乎都有完善的数据运算能力，可以用于各种数字控制领域。近年来，由于PLC只能化单元模块的大量涌现，使PLC的应用渗透到了位置控制温度控制、CNC等各种工业控制，加上PLC通讯能力的增强及人机界面技术的发展，使PLC组成各种控制系统变的非常容
11、易。6、 体积小、重量轻、能耗低目前的超小型PLC，其底部尺寸小于100mm*100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于PLC体积小很容易装如机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。7、 系统设计、调试周期短PLC用存储逻辑代替接线逻辑，与传统的继电器控制方式相比，大大的减少了控制设备的外接线；PLC系统硬件设计任务仅仅是依据对象的要求配置适当的模块，使控制系统设计与建造周期大大缩短了。HZD-01型电气制动装置采用日本三菱公司FX1S-30MR-D型PLC，该PLC主要性能参数如下：l I/O接口30点，16点输入，14点输出。l CPU、电源、输入输出合为一体。l 机身小巧、高速运算
12、。基本指令0.55us-0.7us/指令，应用指令3.7us-数百us/指令。l 2000步的EEPROM存储器。l 辅助继电器512点、定时器64点、计数器32点、数据寄存器256点。l RUN/STOP开关，易于操作。l 直流24V供电，功率仅8W。2、二极管三相整流桥介绍下图2是电气制动功率部分一次回路原理图 图21、主回路图中KP1KP6构成了三相二极管整流桥式电路，三相交流电源通过QS刀闸输入。 2、 保护回路整流元件承受过电流及过电压的能力较差，为了使元件及设备的安全运行，必须采取一定的保护措施。l 过电流保护： 短路保护装置，采用快速熔断器，如图2中的RD1RD6。快速熔断器还配
13、置有快速熔断指示器，当熔体熔断时，可以发出熔断指示并点亮相应的信号灯。l 过电压保护：图2所示，YMAYMC及YMR主要用于吸收交流侧及直流侧的过电压。R1C1R6C6构成了元件上的过电压吸收电路。3、 信号回路l 交流侧开关和直流侧开关断开时，装置现地指示并同时将信号发至中控室及相关控制系统。l b 当熔断器熔断时，现地指示并同时将“熔断”信号。三、定子短路真空开关柜定子短路真空开关柜主要作用：在电气制动时将发电机出口短路，形成短路电流，具体说明请参照具体开关柜使用说明书。第四部分 电气制动流程说明HDZ01型水轮机可编程控电气制动系统设置了“电气制动”、“机械制动”和“机/电混合制动”三种
14、工作方式，可供电厂顺应情况灵活选择。系统中也设置了“手动”操作，但是仅允许在机组静止时使用，以便检查HDZ01系统和其周边设备是否正常。对解列后还在转动的机组实施电制动运行时，则不允许值班人员进行“手动”参与。HDZ01系统正常运行时不需要人的干预，是一套“傻瓜”型的装置，体现在软件编排上，主程序步骤间的运行交接采用多口令化，以防止误动作发生。电制动运行时涉及面比较宽，发电机系统的进出端都在监视、控制之列，无论哪一个环节出了毛病都会导致电制动的失败。因此软件编排的另一个特点是，多层次地设置状态特征判断，从而提高了软件的智能化程度。运行时，一旦出现异常情况，都能从容对待，保证水轮发电机在日常停机过程中万无一失。HDZ01电制动系统运行时采用“混合制动”的工作方式，理由是：1、在转速极低的情况下，机刹方面对电机本身带来的损害已经微不足道，而这一措施对于缩短停机时间，特别是对于改善推力轴承在低转速下的运行工况则起到了良效果。2、由于有机刹在最后把关，因而也增强了对采用电气制动措施的安全感。3、能经常试验一下机械制动系统是否仍然完好。混合制动方式中，机械制动的投入条件，一般选定在额定转速的10%以下为好。1、电气制动启动条件电制动PLC的
