高起始輸出型電氣制動裝置的製作方法

2023-09-23 23:57:10

專利名稱：高起始輸出型電氣制動裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力系統自動控制領域，尤其是一種應用於大型水輪發電機電氣制動控制的高起始輸出型電氣制動裝置。
背景技術：
對於大型水輪發電機而言，傳統的機械制動運行可靠，使用方便，通用性強，但存在設備損耗、粉塵汙染和維護工作較重等問題，而電氣制動無汙染，制動力矩大，維護工作量小。電氣制動是在發電機解列、滅磁以後，當轉速下降到額定轉速的50% 60%時， 將發電機定子在機端出口處三相短路，並由電氣制動裝置為發電機轉子繞組提供制動電流，進入電氣制動模式。定子在轉子磁場作用下感應產生短路電流，由此產生的電磁力矩剛好與轉子轉向相反，起到制動作用。電氣制動裝置由控制單元和功率單元兩部分組成。控制單元負責控制電氣制動過程的流程和邏輯，功率單元將交流電源整流成直流，提供給發電機轉子繞組作為制動電流。早期的功率單元採用大功率二極體整流橋，由於二極體整流橋的輸出電流受輸入電源影響，無法調節，已逐漸為大功率可控矽整流橋所取代。當電氣制動裝置採用可控矽整流橋時，電氣制動起始輸出通常從零開始逐步增力口。受轉子大電感負載的滯後效應影響，電流上升速度較慢。如果在可控矽觸發脈衝的有效周期內，電流未達到維持可控矽導通所必須的擎住電流，當脈衝消失後，可控矽將再次關斷，轉子繞組中無法形成連續的電流，導致電氣制動投入失敗。大型水輪發電機的轉子繞組電感較大，可控矽整流橋採用多橋並聯運行，維持導通所需的電流為所有並聯可控矽的擎住電流之和,此現象尤為突出。為解決此問題，目前常採用減少並聯整流橋的數量或在輸出側並聯電阻負載的方法。減少並聯整流橋的數量可以減小維持整流橋導通所需的電流，但對於柔性電制動方式，電制動與勵磁整流橋公用，減少電制動的整流橋必須增加專用的控制邏輯和控制迴路，增加了系統的複雜程度。在輸出側並聯電阻負載可以消除轉子大電感負載的滯後效應影響，使電流迅速上升達到可控矽的擎住電流，但同樣必須增加並聯電阻負載所需的專用控制邏輯和控制迴路，增加了系統的複雜程度。
發明內容本實用新型提供了一種高起始輸出型電氣制動裝置，將開關控制功能集成到勵磁調節器中，無需設專用的開關控制模塊，在不增加系統控制設備的同時，解決了電氣制動裝置投入可靠性的問題，簡化了系統設計。本實用新型採用的技術方案是一種高起始輸出型電氣制動裝置，主要由勵磁調節器和大功率可控矽整流橋兩個部分組成，根據發電機電氣制動電流的大小，可控矽整流橋可採用多橋並聯電路結構，其特徵在於所述勵磁調節器採用勵磁調節和開關控制共用同一 CPU模塊的一體化控制結構，該控制結構包括用於實現電氣制動電流的測量、電氣制動控制信號的輸入輸出、可控矽整流橋的控制，以及在電氣制動投入時根據可控矽整流橋的可控矽擎住電流設置起始控制角，在整流橋導通的初始階段獲得可克服可控矽擎住電流的高起始輸出電壓控制的高速可編程模塊IP161控制器；用於勵磁電壓、勵磁電流採樣的模擬量採集模塊；用於採集控制室發出的電氣制動投入、退出命令及電氣制動開關狀態信號的開關量輸入模塊；用於控制電氣制動開關及電氣制動狀態過程信號的開關量輸出模塊。在電氣制動投入時，控制器根據可控矽整流橋的可控矽擎住電流設置起始控制 角，在整流橋導通的初始階段獲得可克服可控矽擎住電流的高起始輸出電壓。本實用新型的有益效果和特點是通過對電氣制動裝置採用勵磁調節和開關控制一體化的控制結構，以及高起始輸出電壓的控制方案，簡化了系統設計，同時克服了轉子大電感負載和可控矽擎住電流對電氣制動輸出的影響，保證了電氣制動功能的可靠性，為大型水輪發電機電氣制動裝置提供了一種低成本、高可靠性的解決方案。

圖I是高起始輸出型電氣制動裝置實施例之一的原理圖；圖2是電氣制動投入過程控制角隨輸出電流變化曲線圖；圖3是一個電氣制動系統實施例的典型接線圖。圖中1_勵磁調節器，2-可控矽整流橋，3-模擬量採集模塊，4-開關量輸入模塊，5-開關量輸出模塊，DL-斷路器，G-發電機，T-主變壓器，Vy-陽極電源，PT-電壓傳感器，CT-電流傳感器，ExT-勵磁變壓器，BT-制動變壓器，SC-短路開關，Kl-隔離刀閘，SlOl-分斷開關，S102-分斷開關，S104-分斷開關，S105-分斷開關。
具體實施方式
圖I所示為本實用新型的實施例之一，圖中，本實用新型的勵磁調節器I採用PCC系列的高速可編程模塊IP161作為CPU的控制器，並由控制器IP161，模擬量採集模塊3(AI350)，開關量輸入模塊4 (DI476)，開關量輸出模塊5 (D0650)組成勵磁調節和開關控制共用同一 CPU模塊一體化的控制結構。其中控制器IP161的DI帶有時標，用於測量整流橋輸入電壓頻率及同步信號，並以事件驅動功能形成觸發脈衝，通過DO通道輸出控制可控矽整流橋2 ;模擬量採集模塊3 (AI350)用於勵磁電壓、勵磁電流的採樣；開關量輸入模塊
4(DI476)用於採集控制室發出的電氣制動投入、退出命令及電氣制動開關狀態等信號；開關量輸出模塊5 (D0650)用於控制電氣制動開關及電氣制動狀態過程信號。在電氣制動投入時，控制器IP161根據可控矽整流橋2的可控矽擎住電流設置起始控制角，在整流橋導通的初始階段獲得可克服可控矽擎住電流的高起始輸出電壓，從而克服整流橋可控矽的擎住電流，保證電氣制動電流平穩上升，電氣制動功能可靠投入，為水輪機制動提供阻尼。[0022]圖2所示電氣制動投入過程中控制角隨輸出電流變化曲線，在電氣制動投入時，為保證整流橋可控矽能可靠導通且輸出電流平穩上升，控制器IP161根據整流橋可控矽的擎住電流設置起始控制角α ο，並隨著輸出電流的增大逐漸減小控制角，直至輸出電流達到制動電流。η個整流橋並聯時，可控矽的擎住電流之和為Id = ηΧΙΗ(I)此時對應整流橋輸出電壓為Ed=IdXR(2)根據三相全控橋控制原理Ed = I. 35Ucos α 0 ⑶得到起始控制角a ^計算公式如下
H · 11 · Ii/ λ\αη = arccos----W
1.35C/其中，U為整流橋輸入電壓有效值，η為整流橋並聯可控矽支路數，Ih為可控矽的擎住電流，R為發電機轉子迴路電阻。當起始控制角a C1根據公式設置時，電氣制動裝置的起始輸出不再從零開始，而是從維持整流橋導通所需的電流(即所有並聯可控矽的擎住電流之和)開始，從而保證了整流橋的導通，使電氣制動能夠可靠投入。圖3示出本實用新型電氣制動系統實施例的典型接線，其中的S101、S102、S104、S105、SC等開關用於進入電氣制動模式後進行發電機機端短路及切換整流橋陽極電源。當發電機逆變完成後，水輪機轉速降至額定轉速的50% 60%時分斷S102，再閉合短路開關SC，短接定子迴路，並閉合S104、S105和SlOl，接入制動電源，開始電氣制動流程。電氣制動完成後分斷S104、S105和短路開關SC，再閉合S102，恢復陽極電源。
權利要求1.一種高起始輸出型電氣制動裝置，主要由勵磁調節器和大功率可控矽整流橋兩個部分組成，根據發電機電氣制動電流的大小，可控矽整流橋可採用多橋並聯電路結構，其特徵在於所述勵磁調節器(I)採用勵磁調節和開關控制共用同一 CPU模塊的一體化控制結構，它包括 用於實現電氣制動電流的測量、電氣制動控制信號的輸入輸出、可控矽整流橋(2)的控制，以及在電氣制動投入時根據可控矽整流橋(2 )的可控矽擎住電流設置起始控制角，在整流橋導通的初始階段獲得可克服可控矽擎住電流的高起始輸出電壓控制的高速可編程模塊IP161控制器； 用於勵磁電壓、勵磁電流採樣的模擬量採集模塊(3)； 用於採集控制室發出的電氣制動投入、退出命令及電氣制動開關狀態信號的開關量輸入模塊(4); 用於控制電氣制動開關及電氣制動狀態過程信號的開關量輸出模塊(5)。
專利摘要本實用新型是一種高起始輸出型電氣制動裝置，包括勵磁調節器和大功率可控矽整流橋兩個部分，其特徵是所述勵磁調節器的勵磁調節和開關控制採用共用同一CPU模塊一體化的控制結構，由控制器IP161，模擬量採集模塊，開關量輸入模塊，開關量輸出模塊組成，在電氣制動投入時，控制器根據可控矽整流橋的可控矽擎住電流設置起始控制角，在整流橋導通的初始階段獲得可克服可控矽擎住電流的高起始輸出電壓。簡化了系統設計，同時克服了轉子大電感負載和可控矽擎住電流對電氣制動輸出的影響，保證了電氣制動功能的可靠性，為大型水輪發電機電氣制動裝置提供了一種低成本、高可靠性的解決方案。
文檔編號H02P3/22GK202524345SQ20122020062
公開日2012年11月7日 申請日期2012年5月7日 優先權日2012年5月7日
發明者餘翔, 周筱珊, 張敬, 胡振華, 趙先元 申請人:長江三峽能事達電氣股份有限公司