试析PLC控制的水轮机电气制动系统设计

卢春明

摘 要 在电网运行的过程中调峰电站多以水电站或者水轮机为主。水轮机的导水机构关闭之后，如果不能够采取有效的制动措施，转子在巨大惯性作用下依然会花费很长的时间才能够停止运转，这样就很容易造成水轮机过劳磨损甚至会出现严重烧伤的问题，所以必须要采取恰当的措施来减少水轮机的停机时间。电气制动停机操作属于逻辑性极强的自动操作过程，必须要通过大量的感应元件，对整个机器运行的过程进行全程监控。PLC能够进行逻辑控制，并且保证每一个操作步骤都有着严密的逻辑互锁线，避免出现严重的操作事故，所以通过运用水轮机电气控制制动方案的研究，能够促进水轮机的正常运转。

关键词 PLC控制技术;水轮机;系统;设计

1 电气制动的主要内涵

1.1 电气制动的主要原理

水轮机在发电的过程中，由于机械的运动形式，所以很容易造成制动器制动模块受损严重，而且在制动过程中，由于会产生大量的粉末倒置转子磁轭以及定子铁芯的通风口堵塞，影响制动系统的制动效果，造成定子温度上升。粉末在随意飘散的过程中也会造成散热效果不理想，导致水轮机的正常运行受到影响，而且也会增加检修人员检修的风险。

在电气制动装置捕捉电气制动可以通过的条件之后，短路开关就会将发电机出口进行三相短路，然后再次施加励磁，此时会发生电枢反应。

在机械形式制动的过程中，通过普遍采用电气制动的停机技术和方式，电制动的制动力比较强大，而且能够有效缩短停机时间，并不会对周围的环境产生污染，制动带来的转速投入也不会受到局限。运用电制动在水轮发电机组系统中进行应用存在一定的局限性，尤其是在机组出现故障时并不能够正常的投入运营。

1.2 电气制动停机的主要流程

在电气制动停机的过程中，分为两种方式，第一种方式是通过电气制动操作逻辑控制，而另一种则是制动力矩的控制，电气制动操作主要就是控制开关闭合和断开制动力矩的控制，则是利用电流起到自动启动的制动作用的电磁矩的目的。

1.3 PLC

PLC是基于继电器和计算机技术基础上发展而来的，并且已经逐渐成为微处理器的核心装置，通过运用自动控制技术，通信技术和计算机技术等可以保证PLC自身的应用效果得到全面增强，而且也能够实现过程控制的一种新型工业装置，PLC，具有良好的抗干扰能力，可靠性和安全性，而且其自身的结构精密体积较小，可以在工业控制中被广泛应用。所以PLC在。水轮机电气制动系统中应用的主要控制线路就是通过机组转速，制动电流等模拟信号经过A/D模块之后，能够转化为数字信号，并且直接输入到PLC，通过实际预算能够根据相应的数值输入到D/A模块，感应器的制动情况反馈给PLC，这样也能够形成闭环控制回路[1]。

2 电气制动系统的主要构成

在电气系统设置的过程中可以运用电气制动控制柜，制动电源变压器以及电子短路真空开关共同组成其中电气制动系统用于利用了PLC作为主要控制中心，所以能够实现独立的三相桥式整流电路具有非常良好的独立操作空间，而且也能够增加液晶触摸显示屏，方便检修人员更好的操作和监察。

2.1 基于PLC控制电气制动系统的主要构成

通过基于PLC控制的水轮机电气制动系统进行设计，结合三相短路法能够实现电气制动。作为一套独立的电气制动系统，必须包括制动电源输入输出开关各一台、定子短路刀闸一台、电气变电箱以及PLC等外部控制回路。由于该方案能够保证电气制动装备处于完全独立的运行状态，所以无须更改现有的励磁设备，并且在设计时由于主回路采取的是可控硅元件电制动电流也会有电气制动控制进行制动，能够保证电流化整为零，在现场实验的过程中也非常的高效安全，通过调节PLC能够实现调节制动力矩，保证电制动发挥出最大的功效，尽可能减少停机时间。例如在我国丹江、丰满、东风等大中型水电站几十台机组都采用这种独立的电气控制装置，并且具有非常良好的停机效果。

2.2 基于PLC控制电气制动系统操作逻辑

在电子短路电流和制动投入转速之中，通过水轮机组与系统进行检验，定子外的电路三相短路，能够与转子绕组输入定量形成恒定电流，所以定子中会出现感应电流，感应电流能够在定子绕组中生成制动力矩，保证水轮机组快速减速并且停机。在电气制动流程设计的过程中，首先是轮机组运用PLC能够进行电气制动，运行模式中的设计包括有机械制动、电气制动和电机汇合制动三种不同的形式，可以结合实际的情况选择不同的制动方案。由于电

气制动停机操作的关键逻辑顺序是水轮机与系统解列-根据电气制动启动条件来判断电气制动短路开关SDK闭合-直流开关ZLK闭合-闭合交流开关柜-断开-断开FDK系统复位。

当电气自动控制的PLC作为水轮机最重要的监控系统时，为了能够满足启动要求，必须在转速达到80%的时候激活PLC，当转速下降到60%时则可编程控制逻辑就实现了运行控制的效果，所以只有在停机指令时机组油开关跳开，机组没有出现电气故障，则导水液开关关闭，水轮机组转速小于80%，在通常情况下，PLC都没有处于运行状态，只有当水轮机组监控系统发出停机指令之后，PLC才能够事先启动，根据预先设计好的运行程序运作。如果PLC收到水轮机组后发出的转速小于80%指令之后，可以直接判断水轮机组开关断开导水液等相关信息，然后立即开启差动保护，则FDK电源给予继电器和磁开关跳灭磁的开关脉冲时间一般在两秒左右，当转速小于60%时，通过利用PLC判断残压已经小于10%时，则FDK电源的发动机短路刀閘回关闭，所以直流开关也会随之关闭，在1.5秒之后交流开关也会关闭[2]。

3 结束语

通过上述对水轮机组在实际运行过程中，通过运用电气制动控制装置，能够更好地保证发电机在低转速区实现快速通过的能力，也能够最大程度减少推力瓦而引起的磨损问题。通过停机技术在电气制动装置中应用能够减少水轮机停机的时间避免对关键组件过度磨损，所以说通过运用PLC的齿轮、电气制动系统设计与研究具有非常重要的应用价值，不仅能够保证水轮机控制自动化，也能够尽最大限度地减少人工工作量，保证整个水轮机运行的效果和稳定性。

参考文献

[1] 余绍春.基于PLC的中小型水电站监控系统设计分析[J].科技创新导报，2011，（18）：113.

[2] 方大通.浅析电动机电气制动方法及其应用[J].机电信息，2011， （33）：121.