抽蓄电站机组机械制动控制系统设计

抽蓄电站机组机械制动控制系统设计

闫浩

（东方电气自动控制工程有限公司，四川 德阳 618000）

摘要：抽蓄电站机组机械制动系统采用气动式制动闸的方式，通过控制进出制动闸上下腔的压缩空气，操作制动闸顶起和落下，实现机组机械制动的投入和退出。本文介绍了控制制动闸动作的、由控制气路和控制电路组成的机械制动控制系统的设计内容。

关键字：抽蓄机组，机械制动，控制设计。

0引言

抽蓄电站机组机械制动系统采用气动式制动闸的方式，通过控制进出制动闸下腔和上腔的压缩空气，操作制动闸顶起和落下，实现机组机械制动的投入和退出。当制动闸投入时，制动闸与发电机转子制动环靠紧摩擦，消耗转子动能，从而达到降速制动的效果。

机械制动控制系统由控制气路和控制电路组成，控制部分元器件通常都集成在专门用于机械制动系统控制的标准柜内，即机械制动控制柜。柜内上部布置控制电路的电气元件，下部安装控制气路的制动控制单元及管路。

1控制气路

控制气路由手动阀、电磁换向阀、过滤器、消声器、管路或阀块组成，通过各元件的合理组合，按照气路逻辑构成控制气路。控制气路具有手动和电动两种控制方式。手动控制时，仅能通过手动阀切换气路，完成制动闸上下腔的充气和排气动作，控制电路不能实现控制。手动控制方式用于机组调试和设备试验过程中，在紧急情况下也可以通过人为操作做应急处置方案。电动控制时，通过控制电路对电磁换向阀的操作实现，对电磁阀的控制也分为电手动和电自动。在电磁换向阀的选择中，有两种阀门可以选择：单线圈电磁换向阀，双线圈电磁换向阀。

1.1单线圈电磁阀控制气路

二位三通手动阀控制气源通断，过滤器和消声器组成的气源处理装置分别对进气和排气进行处理，二位四通手动阀为控制模式切换阀，控制气路是手动控制模式还是自动控制模式。三位四通手动阀为手动控制模式下的制动闸动作控制阀，控制制动闸投入动作还是反充动作。电磁换向阀控制气路逻辑，以上所有元器件都可以通过管路或者阀块集成在一起，形成模块化的控制装置。气路分别为进气P口、排气T口、操作A口、操作B口。

在自动控制模式下，使用单线圈电磁换向阀的控制气路有两种工作状态，制动闸下腔充气，实现制动闸投入动作，即制动闸投入；制动闸上腔充气，实现制动闸反充动作，即制动闸退出。电磁换向阀选用的是两位五通弹簧复归单线圈电磁阀，线圈通电时控制充气动作，为“制动投入”和“反充投入”，断电时控制排气动作，为“制动复归”和“反充复归”。控制气路包含制动电磁阀和反充电磁阀共两个电磁换向阀，要求两个电磁阀不可以同时做“投入”动作。电磁阀同样有手动操作功能，在线圈失电的情况下，可以通过人为操作，控制电磁阀切换对应的状态。

为监视气路动作状态和显示气源压力，在气路的气源段、制动段和反充段分别加装压力表、压力开关和压力变送器。压力表直接安装在机组机械制动控制柜的面板上，现地显示气路压力。压力开关输出接点接到控制电路里用于气路状态反馈，变送器输出模拟量送到监控。

1.2双线圈电磁阀控制气路

使用双线圈电磁换向阀的控制气路除了电磁阀以外，其余配置完全一样。电磁换向阀选用的是两位五通双线圈电磁阀，A线圈通电时控制充气动作，为“制动投入”和“反充投入”，B线圈通电时控制排气动作，为“制动复归”和“反充复归”。同样要求两个电磁阀不可以同时做“投入”动作。

2控制逻辑

在自动控制逻辑中，机械制动投入逻辑需以下信号：投/退机械制动令、制动闸投入/退出位置信号、机组转速信号信号（5%、20%）、机组转速装置故障信号、电制动故障信号、导叶全关信号、发电机出口断路器分闸信号。

根据机械制动投入逻辑，在控制电路上设计“机械制动投入闭锁”信号，信号设计为“发电机出口断路器分闸”、“导叶全关”、“电制动故障”、“转速<5%”和“转速<20%”的组合，使用常开接点设计电路。

机组转速信号在逻辑中用于两个部分，在电制动正常情况下的转速，该转速可以按照电厂具体情况设置在5%~10%之间；在电制动故障情况下的转速，该转速可以按照电厂具体情况设置在15%~25%之间。

机组在停机过程中，投入机械制动前应先判断发电机出口断路器已分闸，导叶已全关，电制动无故障，转速降至设定值等闭锁条件是否满足，防止机组高速投入机械制动。在正常停机或机械事故停机过程中，机组转速下降至额定转速的5%~10%之间时，投入机械制动直至机组转速为零。电气事故停机过程中，应闭锁电制动，转速下降至额定转速的15%~25%之间时，投入机械制动直至机组转速为零。

3控制电路

控制电路电压由电磁阀线圈电压DC220V决定，控制电路操作制动和反充电磁阀完成制动气路的控制功能。电控操作同样分为手动模式和自动模式，手动模式下，由操作员在现地机组机械制动控制柜的面板上通过控制按钮完成；自动模式下，控制由监控系统发出的对应信号完成。“制动动作”还要有信号闭锁功能，保证在满足条件时才能激活并投入制动闸。

3.1单线圈电磁阀控制电路

当制动电磁阀线圈得电，制动气进入制动闸下腔，同时必须保证反充电磁阀线圈失电并在复位位置，此时下腔压力高于上腔实现制动闸投入动作。反之，当反充电磁阀线圈得电，制动气进入制动闸上腔，同时必须保证制动电磁阀线圈失电并在复位位置，此时上腔压力高于下腔实现制动闸反充动作。逻辑上一个电磁阀线圈得电前，必须将另一个电磁阀线圈断电，使之复位。在完成对应动作后，即可将线圈断电，使制动闸保持在相应的状态。

3.2双线圈电磁阀控制电路

双线圈电磁阀控制电路较单线圈电磁阀控制电路，主要在制动和反充电磁阀复位的动作上，需要控制对应的线圈得电来实现。逻辑上一个电磁阀投入线圈得电前，必须使另一个电磁阀复位线圈得电，使之复位。

图1机械制动控制电路原理图

单线圈和双线圈电磁阀的控制要求不同，单线圈需两个控制信号，双线圈需四个控制信号。单线圈控制投入信号需要保持，直到对应的投入动作完成，控制信号消失则进行复归动作；双线圈控制投入信号则可以为短时信号，在电磁阀阀芯移动到位后即可断开，此时电磁阀可以保持对应的投入动作，在投入动作完成后，复归信号出现，再进行复归动作。控制电路中可以利用无源开接点，通过监控系统对控制电路进行控制，实现远方的自动控制。同时也可以利用常开按钮，通过现地控制柜人为的操作，实现现地的手动控制。

4设备集成

目前，多数电站都采用了包含控制气路和控制电路的机组机械制动控制柜作为控制制动闸的现地设备，而且其中的大部分又在控制气路上采用元件阀块的方式，使得设备整体简洁，功能区划明晰，不仅提高了设备的易操作性和易维护性，也提高了设备可靠性。利用管路连接和信号连接，实现了对机组机械制动的可靠控制。安装于控制柜面板的压力表可以显示控制系统的压力及动作状态，监控系统反馈的制动闸信号也通过指示灯显示在控制柜面板上，这样就能将机组机械制动系统的完整信息同时展示出来，为电站运维人员的工作提供了很大的便捷。

5结束语

机械制动控制系统是实现机组机械制动功能的重要组成部分，同时由于它的功能性质，必须保证控制系统的可靠性高、稳定性好。综上，该机械制动控制系统，具有纯手动阀操作模式，电磁阀手动操作模式，现地电手动操作模式，远方电自动操作模式，加之将气路、电路、信号都集成在机组机械制动控制柜内，使得该设备具有保障机组机械制动系统稳定可靠运行的能力。