桐柏公司闸门制动装置的问题分析和改造

刘轩宇，戴建军

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江台州317200）

桐柏公司闸门制动装置的问题分析和改造

刘轩宇，戴建军

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江台州317200）

变频器在对电动机进行快速控制时需要外接制动电阻，制动电阻是用于将电动机的再生能量以热能方式消耗的载体。本文简要阐述了更改落门速度后，合理选择制动电阻来解决制动电阻过热问题的分析与改造过程。

变频器；制动电阻；改造

0 引言

桐柏电厂位于浙江省天台县栖霞乡百丈村，总装机容量4×300 MW。电厂主体建筑包括地面建筑物和地下建筑物二大部分。地面建筑物主要有上水库、下水库、500 kV开关站、中控楼、绝缘透平油库室等。上、下水库水平距离约1 000 m，高度落差约300 m。

桐柏电厂上库闸门具有检修闸门与事故闸门的作用。因此上库闸门的稳定运行对电厂的正常运作和安全生产具有重要意义。

1 上库进出水口闸门控制系统基本情况和存在问题

1.1.库闸门控制系统基本情况

上库进出水口闸门启闭机的动力由变频电机提供。启闭机采用ABB的变频调速系统ACS800，其基本参数是：电机功率110 kW、转速736～1 472 r/min、额定电流215 A、额定转矩1 401 N·m，启闭机持住力/启门力3 200/1 600 kN、扬程43 m、启门速度2.2 m/min，传动比212.6。制动电阻2.7Ω、80 kW。

1.2.在问题

2013.闸门控制系统改造时，厂家根据表1 ACS800制动电阻选型手册，选取制动电阻2.7Ω，80 kW。

选取的制动电阻满足当时变频器的设置（表2），闸门从全开至全关时间为22 min，闸门下落速度约为2.2 m/s。

表1.CS800制动电阻选型手册

表2.频器参数(22 m in)转速单位：r/min

但是当按照新的落门要求（闸门从全开至全关时间为17 min，闸门下落速度约为2.85 m/s），更改变频器参数为表3后。进行闸门下落试验，同时用红外测温仪测量制动电阻箱温度。闸门下落10 min时，电阻箱温度升至130℃，为了避免电阻箱损坏，终止本次落门试验。

表3.频器参数(17 m in)转速单位：r/min

存在问题：按照新的要求加快闸门下降速度时，因制动电阻阻值与功率不合适，会加剧制动电阻的发热，因此需重新选取更换制动电阻。

2 制动电阻类型的选择

通常在工程上选用较多的是波纹电阻和铝合金电阻两种：波纹电阻采用表面立式波纹，有利于散热和减低寄生电感量，并选用高阻燃无机涂层，有效保护电阻丝不被老化，延长使用寿命。铝合金电阻易紧密安装、易附加散热器，外型美观，高散热性的铝合金外盒全包封结构，体积小、功率大，安装方便稳固，广泛应用于高度恶劣工业环境。

因本厂闸门控制设备均放在室内，通风条件较差，所以选择铝合金电阻。

3 制动电阻阻值和功率计算

制动电阻是用于将电动机的再生能量以热能方式消耗的载体，它包括电阻阻值和功率容量两个重要的的参数。

目前关于制动电阻的计算方法有很多种，从工程角度，要精确的计算制动电阻的阻值和功率在实际应用过程中不很实际，主要是由于部分参数无法精确测量。目前通常的方法是估算，且由于每个厂家采取的计算方法各有不同，因此计算结果不大一致。本文所介绍的计算方法仅供参考，具体的情况要根据现场的使用情况来进行分析计算。

3.1.用期望的制动转矩来计算制动电阻

式中：

Rbc—制动电阻计算值，单位Ω

Ud—直流回路电压，单位V

Tb—制动转矩，单位N·m

T n—电机额定转矩，单位N·m

N1—制动时的初速度，单位r/min

制动电流受制动模块（斩波器）的影响，当制动电流最大时，制动电阻最小，选择的制动电阻应大于该值。

由于制动力矩无法测得，所以该方法无法计算。

3.2.用期望的制动转矩来计算制动电阻

Q=P×K c

式中：

Q—电阻功率，单位kW

P—电机功率，单位kW

K c—制动频率

假设电机的再生电能完全被电阻吸收，如下式：

P×K=U×I

P×K=U2/R

转换公式得到：

制动电阻功率稍微放大，取80 kW。

3.3.程经验估算法计算制动电阻

实践证明，在大多数情况下，制动转矩的大小和电动机的额定转矩相等（TB=TMN），对于惯性较大又需要快速制动的负载，所需的制动转矩也不会超过2TMN。

因此，制动转矩取值范围：

TB=(1～2)×TMN

式中：

TB—拖动系统需要的制动转矩，N·m

TMN—电机的额定转矩，N·m

实践表明：当通过制动电阻的放电电流等于电机额定电流时，制动转矩约为电机额定转矩的2倍。当通过制动电阻的放电电流等于电动机额定电流一半时，制动转矩等于电动机额定转矩。如下式：

式中：

IMN—电动机额定电流，单位A

把U=672 V，IMN=215 A代入公式，得到3.12 Ω＜R＜6.25Ω，我们取4Ω。

制动电阻运行功率：

为了保证安全运行，制动电阻功率稍微放大，取120 k W。

3.4.数计算方法选取

变频器厂家为产品推广和生产便利，把制动电阻分为几档，会导致电阻阻值和功率不满足实际需求，需按实际情况调整。对各个算法进行比较，工程经验估算法简洁实用，并已经通过实际工程检验，满足闸门下降过程中的制动要求。同时本闸门系统的惯性大、制动连续且时间长，制动电阻需相应选小，功率应放大。所以按照工程经验估算法来选取制动电阻和电阻功率，即：4Ω、120 kW。

4 结束语

更换制动电阻后，闸门试验正常，电阻温度稳定在适当范围。变频器制动电阻的选择关系到制动的效果，因此在实际的运用中需要结合现场的具体情况进行适当改动，合理的选择制动电阻可以在提高变频器稳定性的同时提高经济性。

[1]ACS800产品样本[Z].

[2]Innovative Power Canada,IPC Braking Unit[Z]，2003.

[3]张燕宾.变频器制动电阻的选择误区[J].电气时代，2008（4）：110-113.

TV738

B

1672-5387（2017）09-0019-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.09.008

2017-06-19

刘轩宇（1985-），男，工程师，从事水电厂自动化与通信设备检修维护工作。