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1、可控硅励磁调节器的应用可控硅励磁调节器的应用摘要 结合 DLT6000 励磁调节器的功能特点及运行中涉及到的相关操作、参数设定、故障信号，从动作原理上进行了叙述，对励磁调节器每一项操作的目的性有了更深刻的了解。要害词 励磁调节器通道调差系数 PID 调节 1 概述长潭水力发电厂有 3 台水轮发电机组，在 2000 年至 2005 年间分别完成了 3 台机组的更新改造，装机容量 11.8MW；3 台机组均采用 FJL 型三相全控桥自并激静止可控硅励磁。1、2 号发电机组，单机容量 5MW，额定电压 6.3kY，额定励磁电流 360A，额定励磁电压 168.4V。励磁电源取自发电机端，经励磁变压器
2、和 2 组可控硅并联整流后向发电机转子提供励磁电流。可控硅触发控制信号取自发电机端的 PT，当发电机电压升高时，励磁电流减少；反之增大，以实现自动调节的作用。几年的运行实践表明，可控硅励磁装置操作简单，维护方便，运行稳定可靠，响应快，尤其是机组甩负荷后能迅速将机端电压自动稳定在额定范围，不用人为干预，是传统的直流励磁机所不能实现的。2 励磁装置的基本组成和主要控制功能基本组成有：2 套 DLT6000 励磁调节器、2 组功率整流桥、风机回路、起励控制回路、灭磁及过电压保护回路。整套装置装在 2 只控制柜内。调节柜内装有调节器、起励装置、灭磁电阻、转子过电压保护元件。整流灭磁柜内装有功率整流桥、
3、风机、灭磁开关。DLT6000 是基于 PLC 控制的励磁调节器，有两大特点：一是采用外部总线结构，通过外部总线将 2 套 DLT6000 组成完全独立的双通道调节器，所有的外部开关量信号和模拟量信号都送到总线，PLC 实时采集总线数据经过运算后发出各种控制信号，并通过总线输出相应的开关量信号和模拟量信号；二是采用独立的单片计算机进行故障监控，当自动通道出现故障时，由单片机发出切换命令，实现自动切换功能，克服了自我诊断模式中存在的缺陷，充分保证了故障时通道的顷利切换和励磁系统的正常运行。DLT6000 励磁调节器以可编程控制器(PLC)、励磁调节板、触发模块为核心部件。PLC 根据发电机电压反
4、馈量输出直流控制信号；调节板根据控制信号进行比例、积分、微分调节(即 PID 调节)；触发模块根据调节信号输出移相触发脉冲来控制可控硅的导通角，即转子输入电流的大小，从而实现自动控制功能。所以 DLT6000 实质上是 1 台 PLE 控制、单片计算机监控的模拟量励磁调节器。3 励磁调节器的辅助控制及保护功能 3.1 过励限制功能励磁电流达 1.1 倍额定电流时发出警告信号，同时限制励磁电流继续上升。励磁系统能保证在 1.1 倍额定励磁电流下长期连续运行。3.2 强励功能当机端电压降至 80额定电压时，励磁装置退出 1.1 倍过励限制功能，进行强行励磁；强励电压约为 1.8 的额定励磁电压，经
5、 6s，机端电压达不到额定电压，退出强励，并限制在 1.1 倍额定励磁电流下运行。励磁系统具有提供 2 倍额定励磁电压和 2 倍额定励磁电流不少于 50s 的能力。3.3 欠励限制功能发电机进相运行时，发电机运行的稳定性降低，随着输出有功功率户的不同，对稳定性的影响程度也不同。在输出一定的有功功率，保持一定的稳定度情况下，机组答应在一定范围内欠励运行。欠励限制特性为功率圆，在某一有功功率户下，当满足方程的无功功率 Q，其相应的励磁电流就是欠励限制电流。动作方程为：户*2(Q*-1)2=2 式中：户、Q*为相应额定容量 Se 的标幺值。例如，当发电机带有功P=5000kW 时，相应的无功 Q=-
6、1039kvar，其所对应的励磁电流为欠励限制电流，是 1 个动态变量。励磁调节器 PLC 实时采集当前机组输出的有功功率和无功功率，当发电机处于进相运行，即调用欠励限制判定程序；当满足条件时，即发出欠励限制信号并限制励磁电流继续减少。3.4 过励保护功能过励保护是转子励磁绕组的短路保护。当励磁电流达到额定电流的 3.5 倍时，过励保护动作，跳发电机开关，跳灭磁开关并停机。3.5 转子绕组过电压保护功能采用氧化锌非线性电阻保护，动作电压为 900V，答应连续动作，可自动恢复。氧化锌非线性电阻和特种熔丝串接后并接在灭磁触头两端，熔丝熔断后中控室没有信号，但熔丝顶端的红色标志会自动弹出，所以开机前
7、应检查熔丝是否良好。设计要求过压保护动作电压最高瞬时值低于整流桥的最大答应电压，且最大不超过出厂试验时励磁绕组对地试验电压的 70，励磁绕组出厂耐压试验值为 1500V。3.6 励磁变保护功能励磁变压器为三相环氧干式，额定容量 200kVA，联结组别Y11，绝缘等级为 F 级，额定电压 6300V300V。温度上升至 130时发出警告信号，155时发出事故信号同时跳发电机开关和灭磁开关并停机。3.7 通道自动切换功能主通道出现下列故障时，自行切换到备用通道运行：1)调节板 5V 电源故障；2)励磁专用 PT 断相故障；3)可控硅触发脉冲故障；4)PLC故障。假如 B 通道为工作通道，当出现上列
8、故障或 A 通道恢复正常后，应手动切换到 A 通道运行，切换时要确认 2 个通道的控制信号应一致。4 励磁调节器的运行操作 4.1 通道和模式的选择 2 套 DLT6000 组成完全独立的双通道调节器，A 为主通道，B 为备用通道，每个通道可设置成自动模式和手动模式，在自动模式下当检测到主通道故障时能自动切换到备用通道运行。自动模式按机端电压偏差进行 PID 调节，具有过励限制、欠励限制、强励等辅助控制功能。手动模式按励磁电流偏差进行 PID 调节，没有强励、限制功能。所以正常应选择 A 通道自动模式运行。为保证通道切换时电网电压或无功的波动，备用通道应在通道跟踪位置。所谓通道跟踪，就是说 2
9、 个通道的移相触发脉冲控制电压 UK 保持一致，移相触发控制角和控制电压 UK 具有线性关系，控制电压升高，控制角增大，导通角减少，励磁电流减少；反之，励磁电流增大。4.2 调差系数的设定调差系数 KT，表示具有自动励磁调节器的发电机甩去额定无功负荷后的空载电压 Uo 与额定电压 Ue 的差值跟额定电压的百分比，用公式表示为并网运行的发电机，反映在自动模式下发电机励磁电流或无功功率随电网电压变化而变化的程度，用公式也可表示为(有功功率 P 恒定)，式中U表示相对于发电机额定电压的电压变化量的百分比，Q表示相对于发电机额定无功功率的无功功率变化量的百分比，KT0 为正调差，KT0 为负调差，现在
10、采用的是正调差。可以看出，电压升高无功减少，电压降低无功增大。所以调差系数要选得合适；假如过小，那么电网电压稍有波动，励磁电流或无功功率就有较大变化，对小机组运行不利；过大，机组甩负荷后机端电压超调量增大，同时调差系数的选择还要考虑并列机组间的无功分配，大机组调差系数可整定小些，小机组可大些，整定范围015，一般可整定 5左右。4.3 恒功率因数的选择在自动模式下，假如系统电压变化较大，而又需要保持一定的功率因数，可选择恒功率因数方式运行。设置可根据当前机组有功功率的大小，手动调整无功功率至要求的功率因数，再进入 IOP 智能操作屏设置画面，使 PF 为 ON，调节器即按当前功率因数运行，设置
11、成 OFF 即取消恒功率因数方式。当发电机出线开关跳开后自动将 PF 设置为 OFF，但当所接的发电机常闭辅助开关接触不良时，开机前 PF 有可能为 ON，所以开机前应检查 PF 的状态。4.4 升压方式的选择对于自动模式升压方式有 2 种，一是正常升压方式，出厂时整定值为 100，就是机组起励后，机端电压自动上升至额定电压。二是零起升压方式，就是机组起励后，机端电压自动上升至 10左右的额定电压，操作调节柜面板上的增减按钮可将电压调至 100120的额定电压。当零升设置为 OFF 时，调节器即按正常升压方式运行。对于手动调节模式，机端起始电压可更低，可从零调至 130的额定电压，调试需要时可
12、选择此方式。4.5 系统电压跟踪调节器具有系统电压跟踪功能，当发电机并网后跟踪功能自动闭锁。假如采用自动准同期装置并网，系统电压跟踪应在切除位置。4.6 起励励磁调节装置装设了 1 套起励装置，起励使用蓄电池 220V 电源，起励电流约为空载励磁电流的 10时能可靠起励，起励时间小于 5s，实际起励电流约为 10A，限流电阻 21.6。有自动起励和手动起励 2 种起励方式。自动起励，当开机继电器动作，发电机转速上升至 95额定转速时，起励装置投入；当机端电压上升至 40额定电压时，起励装置退出。手动起励，发电机转速达 95额定转速时，按下起励按钮不放，观察励磁电压表，有 10励磁额定电压约 1
13、520V 上升时，即可松开按钮。和自动一样，机端电压上升至 40额定电压时也能自动退出起励装置。假如起励时间过短有可能起励失败，重新起励即可。发电机残压满足自激条件时，也可残压起励，当发电机转速大于 95额定转速时合上励磁开关，即能使发电机建压。起励不成功，无论手动还是自动，只要起励命令发出，经 10s，机端电压达不到 10额定电压，就认为起励不成功，即发起励不成功信号。假如是自动方式，就不能再重新起励，要重新起励可使用手动方式。4.7 逆变发电机开关跳开后方可逆变。可控硅移相触发最小控制角 a 为 22，最大控制角 a 为 152，22a90为整流工作状态，90a152为逆变工作状态。处于逆
14、变工作状态时，可控硅整流输出电压方向和转子电流方向相反，不是电源向转子输入功率，而是转子向电源释放能量，当然转子中的电流方向是没有改变的。这样，发电机出线开关跳开后，转子线圈所储藏的能量通过逆变向外释放，降低灭磁开关开断时的自感电压，利于迅速灭磁，逆变时间约需 6s。励磁系统正常情况下采用逆变灭磁，事故情况下，跳灭磁开关，投入线性电阻灭磁。逆变有 4 种方式：停机联动、手动、灭磁开关联动、低频逆变。停机联动，停机继电器动作，发电机出线开关跳开后，即开始逆变，经 5s 由机组 PLC 发出命令跳灭磁开关。低频逆变，当发电机转速降至 45Hz 时自动投入逆变。例如起励后，需要停机，当转速降至 45
15、Hz，通过低频逆变，自动释放能量。手动灭磁，正常运行时，减发电机有功、无功近零时跳发电机出线开关，再将整流逆变开关转向逆变位置，即开始逆变。灭磁开关联动，一般先逆变后跳灭磁开关，但当灭磁开关跳开后同时进行一下逆变对降低开断瞬间的自感电压也是有好处的。逆变不成功，逆变命令发出，经 10s 机端电压还高于 10的额定电压，即发逆变不成功信号，同时跳灭磁开关。4.8 风机风机工作电压 380V，功率 250W，向上抽风。励磁装置在额定工况 2 组可控硅并列运行时，风机停转时间最长答应 30min。风机通过手动或联机起动。风机电源消失或风机控制回路故障时系统发出警告信号。4.9 电源交流由厂用电 I
16、段和厂用电段两路向励磁装置供电，两路电源一路工作，互为备用，自动切换。直流使用蓄电池 220V 电源。交流、直流通过开关电源，变换为 DC24V 后并列使用。两路交流电源消失或 DC24V 消失时系统发出警告信号。4.10 故障信号励磁调节器可在现场和中控室发出下列信号：脉冲故障信号；调节器故障(PLC)信号；PT 故障信号；电源故障(调节板 5V 电源)信号；起励不成功信号；强励动作信号；过励保护动作信号；过励限制动作信号；欠励限制动作信号；低频逆变动作信号；操作电源消失(DC220V)信号；厂用电源消失信号；硅柜故障(风机故障，快熔熔断)信号。励磁变压器温度升高、过高信号在中控室发出。4.1110P 智能操作屏操作屏提供了5 页画面，分别为：状态信息、运行数据、参数设置、寄存器数据、故障纪录。在状态画面时，用手指按画面右下角即进人数据画面；在数据画面时，同时按增、减按钮可进入设置画面；在设置画面中按“返回”可退回数据画面，按“下一页”可进入寄存器画面；在寄存器画面中按“追忆”可进入
