GES6000励磁系统技术介绍东方电机有限公司东方电机控制设备有限公司目 录1．概述2．规格型号定义3. 技术标准4．励磁系统概述5．励磁调节器6．励磁整流柜7．灭磁及过压保护8．起励控制9．柜体结构特点1 概述东方电机是研制、生产大型发电设备以及配套的电机控制设备的特大型国家骨干企业从2000年起，我公司采用以IPC总线工控机为励磁控制核心的GES3000型双微机励磁系统投入运行，随后GES3000型双微机励磁系统通过国家经贸委组织的国家技术鉴定，新型高可靠大型功率柜获得国家专利，在此基础上，该型励磁系统先后生产、投入运行了三百多台套，同步配套使用在多达几十台300MW机组上，取得了良好的运行业绩随着国家重大装备技术的发展，发电机组单机容量越来越大，我公司依托国家重点工程项目先后与德国Siemens、瑞士ABB等国际知名企业进行了广泛深入的合作，在关键设计原理、控制规律、选型计算等方面完成了技术转让，在充分吸取其成功设计理念和成功运行经验的基础上，我们对GES3000励磁系统的进行了全面的完善与优化，包括采用更高可靠性的PAC工业控制器作为励磁系统的核心控制器、双自动调节通道加独立后备手动调节通道的三模容余结构、双容余工业以太网数据交换技术、可控硅整流桥并列运行全数字化智能均流技术、多模容余灭磁及过电压保护回路等，形成了具有自主知识产权的GES6000型励磁系统，使其安全可靠性、技术先进性和使用功能上完全满足于巨型水、火电机组的使用需求。
2 规格型号定义励磁设备型号代码结构如下：代码位1234567891011型号示例GES6630-T44S40N 代码位说明：■ 固定标示(1)为GES，表示是发电机励磁系统■ 固定标示(2)3----表示GES3000系列产品6----表示GES6000系列产品■ 调节器类型(3) 0----单纯的功率柜，调节器不在供货范围内 1----调节器是分立器件构成的模拟线路 2----调节器采用DSP核心技术 3----调节器采用IPC总线工控机 4----调节器采用STD总线工控机 5----调节器采用PCC模块 6----调节器采用PAC工业控制器■ 通道配置(4) 0----单纯的功率柜，调节器不在供货范围内 1----调节器单通道结构 2----调节器双通道冗余结构 3----调节器三通道冗余结构■ 励磁方式(5) 0----机端变自并励静止励磁系统 1----交流励磁机-静止整流器励磁系统 2----同步电动机励磁■ 功率柜配置(6) T----功率整流器件为可控硅 D----功率整流器件为二极管■ 功率柜型号(7) 1----单柜额定输出直流500A 2----单柜额定输出直流1000A 3----单柜额定输出直流1500A 4----单柜额定输出直流2000A 5----单柜额定输出直流2500A以上■ 功率柜并联数(8) 1----1柜 2----2柜并联 ………… 6----6柜并联■ 灭磁开关配置(9) A----交流灭磁 S----单断口 D----双断口 T----三断口 F----四断口 H----带辅助常闭触头■ 灭磁开关额定电流(10) 06----600A 08----800A 10----1000A 16----1600A以此类推■ 灭磁电阻类型(11) L----线性电阻灭磁 N----非线性电阻灭磁型号示例： GES 6630-T44S40 N表示GES6000励磁系统。
调节器采用PAC型控制器，调节控制通道采用冗余三通道结构，励磁方式为机端变自并励静止励磁系统；整流柜采用可控硅整流桥，单柜直流输出2000A，采用4柜并联结构；磁场开关采用单断口开关，开关额定电流4000A，灭磁方式为非线性灭磁电阻灭磁3 技术标准GES6000系列产品执行并满足有关的国际标准和国家标准以及行业标准要求，主要包括：GB/T 7409.1 同步电机励磁系统 定义GB/T 7409.2 同步电机励磁系统 电力系统研究用模型GB/T 7409.3 同步电机励磁系统 大、中型同步发电机励磁系统技术要求DL/T 583 大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件DL/T 650 大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件DL/T489 大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置试验规程DL/T490 大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置安装、验收规程DL/T491 大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置运行、检修规程 IEEE / 421系列 同步电机励磁系统IEC / 60034-16 旋转电机GB1094 电力变压器GB3797 电控设备第二部分GB/T3859 半导体变流器GB4064 电气设备安全设计导则GB4208 外壳防护等级（IP代码）GB6450 干式电力变压器GB13926 工业过程测量和控制装置的电磁兼容性GB/T17626 电磁兼容 试验和测量技术4 励磁系统概述4.1 组成GES6000自并励静态励磁系统主要由励磁调节器柜、大功率可控硅整流柜、高速直流磁场开关柜、灭磁电阻及过电压保护柜、起励装置和励磁变压器构成，主要电气接线原理图如下：励磁系统可控硅桥由励磁电源供电（通常是发电机机端励磁变压器），受控的可控硅桥经磁场断路器为发电机提供直流励磁电流。
GES6000励磁系统采用了高可靠的全数字化智能控制技术自动励磁调节器(AVR)以高可靠可编程自动化控制器(PAC)为主要硬件核心，各种模拟量信号，如发电机电压和电流是通过模拟接口采样，然后经总线传送至CPU单元；CPU控制器对这些输入信号进行计算处理后，送出控制信号到脉冲形成单元，产生的脉冲通过脉冲电缆去触发可控硅桥，从而控制发电机磁场电流，达到励磁控制系统的各种控制目标可控硅整流柜和灭磁回路的二进制信号分别由各自的I/O智能模块采集，并经过工业以太网总线传送到PAC控制器上；由PAC控制器中的CPU控制器完成逻辑控制、保护、监测等功能在调节柜前门上，装有现地人机界面工作站(HMI)工作站能显示各种模拟量值、发电机运行工况及励磁装置故障报警信号；通过工作站及现地操作面板的操作，可完成励磁系统的动态试验，非常人性化，便于运行使用、维护为提高励磁调节器的可靠性，自动电压调节采用双通道冗余系统双通道的模拟量、开关量输入信号及调节通道的硬件配置是完全独立的，结构一致双通道采取主、从方式运行，如果一个通道故障，自动切至备用通道；无论哪一通道均可作为主通道，并没有硬性规定某一通道优先于另一通道，备用通道自动跟踪主用通道。
当主通道故障时，备用（从）通道可无扰动地切换为主机对于特殊要求的大型机组励磁系统，还设置了一套完全独立的全数字后备手动调节通道，该通道从信号采集到脉冲输出是完全独立的，采用恒转子磁场电流运行方式，当双自动调节通道同时出现故障的极限状态下，后备手动调节通道自动接管控制权，确保系统的稳定运行，大大提高了励磁系统的安全可靠性4.2 系统特点l 独立双通道及控制：配备了从信号采集到脉冲输出的两套独立自动电压和手动励磁电流调节器，实现控制回路100%冗余采用开放式高可靠可编程自动化控制器(PAC)作为励磁控制核心，可以确保系统在任何严酷的工作环境下可靠运行标准的IEC61131-3编程集成开发环境，通过支持图形化的功能组态，可以确保控制程序高可靠运行，而且维护方便，自动控制功能提供了完备的控制与限制保护,防止设备运行超出其容许工作范围l 独立后备手动调节通道：可选择的全数字独立后备手动调节通道，专为巨型机组的特殊要求而设置，可以在双自动调节通道同时出现故障时接管控制权，保证系统的正常运行，提高了运行可靠性l 冗余工业以太网(EtherNet)技术：系统了采用目前国内独有的冗余工业以太网(EtherNet)技术，由双工业以太网交换机实现冗余工业以太网络，大大提高网络通讯的可靠性。
l 功率柜的智能均流和智能控制：采用冗余工业以太网(EtherNet)技术和功率柜PAC控制器，可以实现功率柜的智能全数字式均流和功率柜的智能控制，同时可以实现灭磁柜的智能监测和控制双工业以太网总线的应用，大大减少系统内部的连线，使系统更加简洁、可靠l 功率柜内可控硅的控制：为提高可控硅的高可靠控制，采用宽脉冲加脉冲列的触发方式，选取高绝缘等级、大容量的脉冲变压器，实现可控硅的强触发3相全控可控硅整流桥提供在各种工况下所需的励磁电流，并且采用N-1冗余l 灭磁回路配备高速直流灭磁开关、多模冗余Crowbar跨接器和非线性灭磁电阻，可在发电机停机或紧急跳闸时快速释放磁场能量，防止对磁场绕组和励磁系统的损害l 由PAC实现发电机剩磁残压配合厂用交流电源或直流电源供电的起励回路，对厂用电源系统的冲击小l 在柜体结构上，采用具有自主专利技术的的MNS柜体结构，淘汰了传统的焊接式结构，而采用联接板和特制的自攻螺钉把合使用此种结构的柜体标准化程度高，既美观大方，又方便灵活，且柜内非常合适元器件的安装布置其功能单元完全模块化4.3 主要技术技术特点l 控制规律：PID＋PSSl 调节功能：自动电压调节（AVR）、励磁电流调节（FCR）、恒无功功率运行、 恒功率因数运行l 控制功能：机组开停机时励磁系统的顺序操作、机组的起励控制、磁场断路器的合、分闸控制l 辅助功能：最大励磁电流限制、最小励磁电流限制、电压/频率限制、定子电流限制、电力系统稳定器PSS、励磁绕组温度计算并输出（4～20mA）、磁场回路短路保护、输出模拟量、状态量及报警信号、驱动显示器、线路电压补偿器l 调压精度：优于0.5%l AVR调节范围：10%--130%额定值l FCR调节范围：10%空载励磁电流到110%额。