[发明专利]一种透平发电机组带纯阻负载的电气制动系统及方法

说明书

一种新型透平发电机组带纯阻负载的电气制动系统及保护配合方法，包括备用励磁电源、备用励磁电源开关、负载开关、纯阻负载箱、DCS控制系统和发电机保护装置；所述备用励磁电源用于提供带载停机过程中励磁电流，负载开关用于判断是否可以投入带载停机，所述纯阻负载箱既作为正常运行时的负荷，又用于带载停机时提供制动电流，DCS控制系统用于自动控制与保护逻辑判断和带载停机功能的投入，发电机保护装置用于保护动作跳闸出口。本发明保证了带载停机功能安全的实现，避免了透平超速及断油烧瓦的风险。同时在不同工况下，实现了保护的配合。

技术领域

本发明涉及发电机继电保护与自动控制技术领域，特别涉及一种透平发电机组带纯阻负载的电气制动系统及方法。

背景技术

火力发电大多是以水蒸汽作为循环工质，在透平及配套的发电机中完成内能-机械能-电能的转换。随着以水蒸汽为工质的朗肯循环受金属材料、循环热效率、一次能源灵活性利用及降低环境污染等因素影响的制约，火力发电发展已经进入瓶颈期。近些年以二氧化碳工质、空气工质等为基础的新型工质透平机组得到了广泛的研究，如压缩空气储能项目以空气透平作为气-电转换的核心主设备，另外二氧化碳作为一种无毒、无色、无味、不可燃及自然界极易获取的工质，二氧化碳透平机组的研究也备受青睐。

目前，新型透平机组在理论研究上已取得了丰硕的成果，但在工程应用及示范项目上还存在较大的困难，主要体现在对于新型工质物性转变规律的认识不足、新型透平调速系统控制精度不够、各种自动保护及控制策略设计不全等。一种新型透平发电机组正常运行及停机过程中一般面临着来自两个方面的风险，一个超速的风险，二是润滑油系统故障造成断油烧瓦的风险。旋转机械一旦发生超速，轻则造成设备损坏、重则发生设备人身的重大损失；润滑油断油烧瓦同超速均作为防止电力生产事故二十五项重点要求的内容。当发生上述两种危险时，最好的处理方式是能够快速停机，及时制止事故的发生或者避免事故的扩大。而目前新型透平机组试验平台中，大多数是参照常规火电机组的停机保护设置，甚至简配或者缺少某些保护项目。当新型透平机组调速控制系统功能故障时，停机制动中超速及断油烧瓦的风险陡然提升。

电气制动一般在水轮机组停机过程中使用。采用发电机定子绕组三相短路，并通过对励磁线圈通以适当的恒定励磁电流以产生制动力矩的方法来实现，其电气制动的接线如图1所示，用三相短路开关将发电机定子短路，在转子绕组中通以适当的励磁电流，使发电机定子短路电流为额定电流的0.8～1.2倍，用定子绕组中的短路损耗实现机组制动。该制动方法是基于同步电机的电枢反应原理。在机组与电网解列并将发电机转子灭磁后，合上三相开关短路开关JDK将发电机定子短路，励磁电流由厂用电系统经整流后的外部电源供给。这样在定子中就流过了短路电流，该电流在定子绕组中产生铜耗制动力矩，其方向与机组的惯性力矩方向相反，电制动力矩以及机组的其它阻力矩共同作用使机组快速停机，从而保证机组推力轴承的安全。

水电机组采用的电气制动方法，由同步电机理论可知，在定子三相短路电气制动过程中制动电流为不变的一个恒定值，电气制动力矩是随机组转速下降而增大的，因此在转速降低到0r/min时可能会发生反转。

带载停机功能的投入使得机组在正常停机、热工故障条件下停机、电气故障条件下停机的自动控制以及保护逻辑发生改变，需要考虑带载停机功能投入以后，一次系统的改变对于保护范围和作用的影响，从而对保护配合以及出口矩阵进行重新整定，以实现带载停机功能的安全投入，以及各种工况下保护能可靠动作。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种透平发电机组带纯阻负载的电气制动系统及方法，实现了正常停机或透平故障停机时利用电气制动快速停机，通过电气故障和非电气故障将保护范围及动作逻辑进行区分，保证了带载停机功能安全的实现，避免了透平超速及断油烧瓦的风险。同时在不同工况下，实现了保护的配合。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：