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1、葛洲坝葛洲坝电厂励磁系统介绍电厂励磁系统介绍(2)2004年5月11日编写人邹先明葛洲坝葛洲坝电厂发电机转子过电压保护及灭磁回路电厂发电机转子过电压保护及灭磁回路SCRZKFMKBZKD1D2KPTCFFR1FR2RzZTCFR3FR4FR5CR1R2R5QLZQLC68DKVF备励来 220V+-A图2-8 FMB32型转子过压保护及灭磁原理图 葛洲坝二江电厂1F6F采用FMB32型灭磁及转子过压保护，该装置由合肥凯立公司生产，其接线原理图如图2-6。 正常励磁时，发电机的励磁电压一般在500V以下，所有的ZnO非线性电阻的漏电流都很小，相当于开路状态。当有高电压进入励磁回路时，非线性电阻动
2、作，吸收过电压能量。其中，FR4与FR5、电容C、电阻R2一起构成尖峰电压吸收器，吸收可控硅换相时的关断尖峰电压，电容吸收电压的速度很快，可吸收频率很高的尖峰电压，R2构成C的放电回路，FR5作为C的保护。FR3、R5、R1、D2、KPT、CF组成发电机非全相及大滑差运行时的过压保护，当发电机非全相运行或失步时，定子中的负序电流会在转子中感应出100Hz的过电压，此时FR3投入运行，将转子绕组两端的电压限制在安全范围以内。FR2为常规过压保护。FR1、D1、Rz、ZTC和FMK一起组成了发电机的灭磁系统。发电机灭磁回路发电机灭磁回路图2-9 葛洲坝电厂发电机灭磁回路原理图 图2-8中：Ud为功
3、率柜整流输出电压，Uk为FMK分闸时建立的弧电压，UR为ZnO电阻两端的电压，Ik为弧电流，IL为FMK分闸时的转子电流，IR为流过ZnO电阻的电流移能灭磁成功的条件移能灭磁成功的条件 （1）、发电机正常停机时，逆变灭磁，灭磁时间稍长。 （2）、当发电机故障时，跳FMK，将转子中的能量转移到ZnO非线性电阻FR1中消耗掉，这种灭磁系统称为移能性灭磁系统。 从图2-7中可以得到关系式（1）和（2），式（3）是ZnO电阻的V-A特性，这里一般取2540，C为常数，与ZnO电阻的串、并联数有关。 UR=Uk-Ud （1） IK = IL -IR （2） IR=CUR （3） 由式（2）可知，当IR=
4、IL时，Ik=0，即流过FMK断口的电流为0，表明FMK熄弧，换流成功，转子能量转移到FR中消耗掉。 由式（1）、（2）、（3）可得： Ik=IL-C（Uk-Ud） =0 （4） 由式（4）可以看到，要想移能成功，即Ik=0，则要求Uk满足： UK=(IL/C )1/+Ud （5） 定性地讲，就是要想移能灭磁成功，就要求FMK有足够的建立弧电压的能力，要求满足； UkmaxUd+UR残 （6）DM4磁场断路器技术参数一览表 型型号号参参数数DM42500/082DM41600/082备备注注DM42500/082DM41600/082额定电压（额定电压（V）800800额定电流（额定电流（A）
5、25001600允许在允许在110%下长期下长期工作工作允许在允许在110%下长期下长期工作工作强励电压（强励电压（V）16001600回路耐压（回路耐压（V）56005600分断电流（分断电流（A）75004800建压能力（建压能力（V）15001500机械寿命（次）机械寿命（次）50005000电电寿寿命（次）命（次）400400触头开距（触头开距（mm）2626触头压力（触头压力（N）206 25206 25125115功功率率分分闸闸DC220V 40ADC220V 0.8ADC220V 40ADC220V 0.8A两只合闸线圈两只合闸线圈两只分闸线圈两只分闸线圈两只合闸线圈两只合闸线
6、圈两只分闸线圈两只分闸线圈时时间间同同步步性性 100ms 20ms 100ms 20ms两极之间两极之间两极之间两极之间时时间间同同步步性性 100ms 15ms 100ms 15ms两极之间两极之间两极之间两极之间图2-10逆变灭磁录波图2-11 跳FMK灭磁录波3、MEC-31励磁调节器介绍励磁调节器介绍 葛洲坝电厂大多数机组的励磁调节器都是能达公司生产的MEC-31多微机励磁调节器。3.1、MEC-31的基本工作原理= -D（Kp P+K +Kv V） MEC31系列多微机励磁控制器通过测量系统不断采集发电机三相交流定子电压、 三相定子电流并计算出发电机端电压Ug、定子电流 Ig、发电
7、机有功功率 P、无功功率Q的当前值并与给定值进行比较。此外还采集励磁电流当前值，测量并计算机组当前频率值。根据采集数据，CPU可自动按线性最优励磁控制的原理和计算方法，每10ms计算并刷新一次可控硅控制角。其算法为： 式中： Kp功率增益 ； K 频率增益； Kv电压增益； D转换系数； 控制角增量。 可控硅实际控制角 0 （3-2）式中： 0更新之前的可控硅控制角。0可按式： 0(K)0(K1)KIVt(K) （3-3） 计算。 数字移相触发器把控制角折算成对应的延时t，再折算成对应的计数脉冲个数： N=t/Tc=（/360）*T*fc式中：Tc计数脉冲周期 T阳极电压周期 fc计数脉冲频率
8、 在自然换流点，同步方波引起中断，作为计时起点。CPU响应中断后， 将N送入计数器，计数脉冲个数一到，立即输出相应的触发脉冲。 微机输出六路双窄脉冲（脉宽0.8ms可调），经前置放大及切换电路到脉冲放大电路，再经过脉冲变压器将新的控制脉冲送到可控硅的控制极，改变SCR的导通角，从而达到自动调节励磁系统工况的目的。 MEC-31励磁调节器采用单相同步数字移相触发器，对三相全控整流桥来说，在一个周期内，首先给一个可控硅输出正确的移相脉冲后，其他可控硅只需按照脉冲触发顺序，每隔60输出移相脉冲即可。正常运行时，默认为A相同步，当同步断线时，自动切换到另一相。61LH62LHPT1PT2PT3PT4Z
9、KFMKDL测量板测量板测量板开关量开关量开关量LED显示LED显示LED显示工控机（V40）工控机（V40）工控机（8098）脉冲检测脉冲检测脉冲检测脉冲切换同步测量放大隔离图3-1 MEC-31多微机励磁调节器原理框图1F设设备备技技术术规规范范技术参技术参数数设备名称设备名称出厂编号出厂编号自动励磁调节器自动励磁调节器型型式式制造厂制造厂MEC31葛电能达公司葛电能达公司出厂日期出厂日期投产日期投产日期序号序号参参数数名名称称符号符号单位单位数数值值备注备注1自动电压调节范围自动电压调节范围%70110%Uge2手动电压调节范围手动电压调节范围%10130%Uge3电压调节速率电压调节速
10、率% 0.5%Uge/s4电压电压/频率特性频率特性%0.03%Ug/HZ5调节器阶跃电压响应时间调节器阶跃电压响应时间秒秒 16调差率整定范围调差率整定范围%030%7发电机端电压静差率发电机端电压静差率%0.1%8发电机调压精度发电机调压精度%0.2%9励磁系统电压响应时间励磁系统电压响应时间毫秒毫秒 3410超调量超调量 9.6%11调节时间调节时间秒秒 3.4S3.2 MEC-31多微机励磁调节器的主要功能a、三种起励方式 第一是恒机端电压方式起励。正常默认按额定机端电压起励，起励电压还可以可以通过小键盘的“+、-”人为给定，给定的最低电压为30额定机端电压。 第二是恒励磁电流起励。最
11、小起励给定值为5 额定励磁电流。 第三是自动跟踪母线电压起励。目前母线电压未接入调节器，此功能未用。b、三种运行方式 第一是恒极端电压方式运行。它是对发电机端电压偏差进行最优调节，并自动完成调节器的全部功能，是调节器的主要运行方式。 第二是恒励磁电流运行。它是对励磁电流偏差进行比例调节，维持励磁电流的稳定运行。一般是在恒极端电压运行方式下出现强励、PT断线、功率柜故障等情况时，调节器自动切换到恒励磁电流方式运行，故障消除后又自动恢复。 第三是恒无功方式运行。它是对发电机无功进行比例调节。当发电机过无功或欠励限制动作后，调节器自动转入恒无功方式运行，起稳定无功的作用。c、五种限制功能（1）瞬时/
12、延时过励磁电流限制，即强励限制 由于励磁装置强励时，励磁电流大大超过其额定值，故为了励磁装置以及发电机转子的安全，应对强励的励磁电流及强励时间进行限制。 MEC励磁调节器的强励限制曲线是一个反时限的，当励磁电流达到2.4倍的额定转子电流时，延时0秒，1.8倍时延时20秒，到1.1倍时延时无穷大。强励限制动作后，调节器转为恒励磁电流方式运行，限制励磁电流。（2）功率柜停风或部分功率柜退出运行时的励磁电流限制 当功率柜冷却消失或部分功率柜故障时，励磁装置的输出能力就会下降，此时若发生强励或励磁电流太大，就有可能造成功率柜过载损坏，因此，当上述故障发生时，调节器自动转为恒励磁电流方式运行，限制励磁电
13、流。（3）发电机过无功限制 当发电机无功超过给定的上限值时，励磁调节器转为恒无功方式运行，此时，调节器只接受减磁命令，不接受增磁命令。（4）发电机欠励限制 发电机并网运行使，当励磁电流减小时，发电机输出的感性无功会减小，至到发电机进相运行，向系统吸收感性无功。如果进相太深，则有可能使发电机失去稳定而被迫停机。故励磁调节器设定了一条欠励限制曲线，当发电机向系统吸收感性无功达到限值时，调节器转恒无功方式运行，且只接受增磁命令，不接受减磁命令。（5）V/F限制 V/F限制就是在发电机空载时，当发电机频率下降时，自动降低机端电压给定值，防止励磁过流。3.3 MEC-31励磁调节器的硬件配置 该装置配备
14、了三套STD总线的微型工控机系统。其中、机内部配件完全相同，可以自动切换为主、从机运行。机是备用机，当、机全部故障时可自动投入机运行。a、CPU板 采用NEC V40 （pd70208）CPU，集成多种外围器件，且软件与8088指令兼容，主频8MHz；EPROM 256K，SRAM128512KB可选，其中有一片DS1245一个128KB带电保护的RAM盘；具有三个16位定时/计数器，八级中断输入，一个RS232串行口和一个82C55A并行口。b、智能式12位同步采集A/D板 采用80381CPU，主频12MHz，8KB EPROM；采用A/D转换芯片AD574A，转换时间为25s，精度12位
15、，4组6路多路开关和6个带调零的采样保持器LF398，可以同时采集一组6路模拟信号，分次可采集四组共24路模拟输入信号，特别适用于采集同步性要求高的场合，如采集三相电压和电流波形。c、光电隔离开关量输入板 采用TLO512-4光隔，通过它使STD总线与设备间实现完全的电隔离，共有32路开关量，采用单端输入方式，工作模式为CPU扫描输入。e、两块双异步通讯板 每个微机系统都有两块双异步通讯板，其中一块进行、机之间的通讯，通讯的主要目的是将在线机运行的控制角传送给另外两台备用机。另一块跟装有MEC调试软件的PC机通讯。 每块双异步通讯板，提供两个独立的采用8250芯片控制的RS232或RS422或
16、RS485串口通讯摸板，且波特率可选，最高可选19200，独立的查询式中断逻辑。f、8253计数器/定时器板 提供四片独立的16位计数器芯片8253，计数器的计数频率可达2MHz。8253计数器可由程序确定多种不同的工作方式，使用十分广泛。g、总线信号匹配板 其作用是降低电源尖峰和瞬时干扰以及降低总线上的其他噪声。摸板在所有地址线、数据线和控制线上各加了RC网络，在信号跃变时起作用。h、8位LED显示/触摸键盘多功能接口板 这是一块多功能人机对话接口板，采用可编程数码显示和键盘输入芯片8279，使用户编制相应的程序十分方便。i、同步测量板 首先利用阻容将三相同步电压进行滤波，对滤波产生的相位移
17、，在软件中进行补偿，接着采用324运放，将正弦波变为方波，该方波的上升沿就是数字移相器的同步中断信号。j、脉冲检测板 正常运行时，每个移相脉冲每隔360（20ms）重复出现一次，如果一个周期过去后，该移相脉冲没有再出现，就可认定该脉冲丢失。脉冲丢失后，在线机通过脉冲检测板发出信号，并进行切换。 在脉冲检测板中，还有一个单稳触发器接收微机的Watchdog信号，单稳时间约为20ms，即如果Watchdog信号经过20ms后没有再去触发该单稳触发器，就发出软件故障信号。在MEC中，Watchdog信号被放置在正常运行的软件流程中，只要程序正常运行，该信号就不停发出。 另外，脉冲检测板还对STD总线
18、电源进行检测，如果任一电压消失，该板发出故障信号，并进行切换。3.4 测量系统 MEC-31励磁调节器的测量系统主要采用交流模拟信号直接采样方式，也有信号采用直流采样。简述如下：a、定子电压Ut交流采样 定子电压Ut经PT降压后进入调节器内的电压变换器，其副边地一绕组输出三相交流电压，经滤波板后进入A/D板b、定子电流It交流采样 定子电流It经CT变换后，进入调节器内的电流变换器，其副边绕组输出三相交流电流，该电流经电阻变换成三相电压信号，再经滤波板进入A/D板进行交流采样。C、励磁电流If直溜采样 整流桥阳极电流互感器的二次电流经调节器内的电流变换器，其副边绕组输出三相交流电流，经三相整流
19、滤波变换成一个直流电压，再进入A/D板进行直流采样d、母线电压直流采样 母线电压互感器二次电压送入调节器内母线PT，降压后再经单相整流滤波后进入A/D板进行直流采样。e、定子比较电压直流采样 此电压作为主机PT断线的依据，它是调节器内的电压变换器副边第二绕组输出电压，经三相整流滤波后进入A/D板进行直流采样。f、同步电压测量及变换 励磁可控硅阳极电压经阳极电压互感器降压后，再经调节器内的同步变压器隔离和分配，其同电压信号的三个相电压分别经滤波整形后成为同步方波，然后进入计算机中断。g、机组频率测量 它利用STD同步摸板中的同步方波信号，采用数字测频方法发电机的频率，供控制及显示用。3.5 电源
20、系统 MEC-31的三套微机电源（+5V，12V）系统各自独立，但装置的DC24V操作电源由这三套电源的+24V电源并联输出。调节器的脉冲放大电源则采用双重交流供电方式。a、三套微机电源系统 机采用厂用220V交流电源和励磁自用电源双重供电，经双重供电板整流滤波后提供给开关稳压电源，稳压电源输出的+5V，12V 电源提供给本机使用， +24V电源经二极管后并入装置的DC24V系统。机采用厂用220V交流电源和蓄电池220V直流双重供电方式，其余部分与机相同。机自用交流电源和蓄电池220V直流双重供电方式，其余部分与机相同。b、公用公用电源系统 DC24V操作电源系统由三套主机共给。+30V脉冲
21、放大电源由厂用交流和励磁自用电源双重供电，采用三相整流滤波电路，直流侧并联输出。3.6 检测、切换、报警系统 MEC-31装置的检测系统有三个： 一是对调节器输出脉冲进行检测，当被检测的六路脉冲任一路丢失，且脉冲丢失的时间超过脉冲检测板中单稳触发骑的稳定时间，检测电路自动翻转，并通过切换电路自动进行微机之间的切换和报警。 二是装置稳压电源检测，它分别对微机系统的+5V，12V 电源进行自动检测，当任意一路稳压电源降低到脉冲检测板中整定值以下时，检测电路动作并通过切换电路自动进行微机之间的切换和报警。 三是装置的程序监视检测，采用Wachdog等技术，对A/D转换、脉冲、定时等重要软件进行监视。
22、当这些软件在运行中发生故障时，CPU对脉冲检测板进行置位，使其动作并通过切换电路自动进行微机之间的切换和报警，然后对CPU进行复位。 微机间的切换除上述三个条件外，还可以通过手动操作方式进行。切换操作通过切换继电器完成。微机的切换是对输出脉冲的切换，、机由10ZJ切换， 、机和机之间由30ZJ切换， 机一旦工作，就只能手动复归。3.2.3MEC31多微机励磁调节器的软件简介多微机励磁调节器的软件简介 MEC31多微机励磁调节器的软件包括：主程序，中断服务程序，智能A/D程序，控制量计算程序，各种功能程序，开关量及键盘命令程序，通讯跟踪程序，诊断程序，通用子程序库等。 、机V40系统的软件采用i
23、ntel8086汇编语言编写。智能式同步采集A/D板由8031单片机管理，采用8031汇编语言编程。 机8098单片机系统采用8096汇编语言编程。 MEC31多微机励磁调节器的主要工作流程见图3-2图3-5。开始开始初始化初始化开中断开中断调主程序计算调主程序计算是否停机是否停机停机状态处理停机状态处理键盘译码键盘译码及显示及显示YN图32 主程序框图开始开始保护现场保护现场读频率计数器读频率计数器同步信号断线判据同步信号断线判据是否为工作相是否为工作相设设中断中断恢复现场恢复现场返回返回判断判断及及处理处理图33 同步信号中断服务程序框图开始开始恢复现场恢复现场返回返回保护现场保护现场是否停机状态是否停机状态发触发脉冲发触发脉冲设置设置60中断中断设置设置LED第一位闪烁标志第一位闪烁标志YN图34 角中断程序框图NNN开始开始允许发脉冲为真允许发脉冲为真取起励方式状态取起励方式状态是否有试验令是否有试验令是否有开机令是否有开机令是否有转速令是否有转速令发脉冲准备起励发脉冲准备起励返回返回YYNYY图35起励程序框图谢谢大家谢谢大家2004/7/30
