WKLF51F用户手册

1、一、 装置的主要特点及适用范围1.1 主要特点1.1.1用新型igbt器件取代传统相控晶闸管，不存在相控同步问题，触发回路大为简化，尤其适合于自并励、及带有中频副励磁机的励磁系统。1.1.2具有很宽的励磁输出范围和2倍以上的顶值强励倍数，对提高发电机组的动态性能以及提高发电机非正常运行时的稳定性极为有利。1.1.3调节器以全数字电路为基础，彻底消除了模拟电路的接触和漂移问题，取消电位计结构使调试整定更为方便。1.1.4运行可靠性极高。本装置具有两套完全独立且功能等同的调节器及主回路通道，可人为指定其中一套为工作通道，备用通道自动跟踪工作通道，在工作通道发生电源故障、硬件故障和软件故障时自动切换

2、到备用通道，切换过程平稳无抖动。1.1.5具有双闭环励磁调节功能，内环为励磁电流环，在励磁电源波动或转子电阻随温度变化时维持励磁电流恒定，外环可由用户选择使用恒机端电压，恒无功或恒功率因数环。双闭环调节应用现代控制理论，在发电机遭受外部扰动时迅速调节励磁，以减小电网波动并防止发电机失步。1.1.6失步保护功能。在发电机失步时可迅速检测并动作于发电机解裂，确保机组安全运行。1.1.7全面的电量变送功能，本装置具有机端电压、电流、频率、功率因数、有功功率、无功功率等综合测量功能，并且可通过串行通信传送至上位机系统。1.1.8 自动检测交流励磁机（旋转）熔断器故障。1.1.9结构化软件设计，能很方便

3、实现功能增减和控制手段的升级。1.1.10智能化的故障检测和定位，在装置发生内部故障或外配信号测量线（如pt、ct）故障时能自动诊断和定位，配合读写器的故障读出功能及不停机更换故障插件功能，使维护工作大大减轻。1.1.11操作、调试和维护简单方便。采用wklf系统所独有的读写器结构，在汉字化界面下实现参数的整定，运行状态、运行参数的读出，故障类型的读出等，操作、维护得心应手。1.1.12上位通信功能。本装置设有常规远控、远测和rs485串行通信口远控、远测两种功能，当采用串行通信口与上位机通信时，可将发电机的几乎所有电参数传送给上位机系统，实现无纸记录及无人值守。1.1.13装置的工作电源采用

4、交直流同时供电，两套电源相对独立，提高了供电电源的可靠性。1.1.14装置的几乎所有元器件均采用进口知名品牌器件（包括继电器、操作开关、按钮等），并严格进行老化筛选，整机可靠性极高。1.2 装置的适应范围及使用环境1.2.1 适用范围wklf51型微机励磁装置侧重于控制保护和测量功能，其输出功率受器件和工艺限制，主要适用于带有交流（直流）励磁机的励磁系统，适用图例见图一至图四。（1） 自励方式图一：自励励磁系统（2） 他励方式图二：有副励磁机的他励系统图三：有永磁副励磁机的励磁系统（含无刷励磁）（3） 直流励磁方式图四：直流励磁系统1.2.2 使用环境1、 使用地点海拔高度不大于2000米2、

5、 环境温度为5c40c3、 环境相对湿度不大于95且无凝露4、 使用环境的周围介质无爆炸危险，不含腐蚀体，所含导电尘埃浓度不应使绝缘水平降低至允许值以下。 二、 装置主要功能及技术参数2.1 主要功能在wklf51装置中，由于采用了微机技术，其硬件系统只构成了实现各功能基础，具体功能实现则通过软件来完成，主要功能如下：2.1.1 igbt模块的pwm控制功能；2.1.2 各电量参数的测取功能，包括励磁电流、定子电流、机端电压、功率因数、有功功率、无功功率等；2.1.3 励磁电流的pi调节功能；2.1.4 恒机端电压的pi、pid调节功能；2.1.5 恒功率因数的pi、pid调节功能；2.1.6

6、 恒无功功率的pi、pid调节功能；2.1.7无功电流调差率及极性的选择功能；2.1.8 欠励、过励及强励等的限制保护功能；2.1.9 v/f限制功能；2.1.10交流励磁机旋转熔断器故障的自动检测功能；2.1.11数字整定和比较功能；2.1.12电源、硬件、软件故障自动诊断及处理功能；2.1.13失步保护功能；2.1.14电参数处理变送功能；2.1.15 外配线信号测取线故障判断和处理功能；2.1.16常规保护功能；2.1.17参数的在线修改及故障定位读出功能；2.1.18 汉字化人机操作显示界面；2.1.19在线（不停机）更换故障插件功能；2.1.20 上位机串行通信功能；2.2 主要技术

7、参数2.2.1模拟量输入参数 机端电压：三相y/y接线额定电压100v 机端电流：c相（a套） a相（b套） 5a 励磁电流：实际值 模数转换通道数：8路2.2.2 开关量输入输出容量 40路带光电隔离i/o口2.2.3 励磁电源允许范围 电压：0300v 频率：401000hz 相数：单相、三相或直流均可（定货时注明）2.2.4 额定励磁输出参数 电压：0200v 电流：015a2.2.5 工作电源参数交直流并联供电交流电源：220v15 50hz10直流电源：220v202.2.6 指标参数（1）pwm控制脉冲频率2.3khz，分辨率103（2）a/d采集分辨率212（3）调压范围3011

8、5（4）顶值强励倍数：不小于2倍 （5）调压精度：不大于0.5 （6）电量测量精度：电压电流不大于0.5 功率参数不大于1 频率测量不大于0.2 （7）无功电流调差：整定范围 010 整定精度 0.5 （8）在满足自激条件的残压下可靠起励零起升压全范围稳定工作 （9）超调量不大于10 振荡次数不大于3次 调节时间不大于5次 （10）调节速度50次/秒 （11）励磁系统电压响应时间 上升不大于0.08秒 下降不大于0.15秒 （12）工作方式：按主备机方式工作，备用通道自动跟踪主机通道，主通道故障自动切换至备用通道，切换过程无抖动。 （13）功率耗损：交、直流电源消耗均不大于250w三、 装置的

9、系统配置 3.1 电气配置 3.1.1 原理框图 下页所示原理框图是以它励方式为参考画出的，其它励磁方式与此相似 3.1.2 硬件配置（1） a、b套独立gl-pwm型igbt功率单元（2） 主机系统a、 a、b套独立 cpu51 主机插件b、 a、b套独立i/o51 通道插件c、 sw51 切换插件 d、 a、b套独立pr51 信号前置变换插件e、 rw2 汉字读写控制器f、 交、直流输入两套独立开关电源（3） 仪表显示操作系统（4） 继电器系统3.2 结构配置本装置采用钢质柜体结构，前后开门，前门为玻璃门，盘面布置自上而下依次为指示操作仪表板、主机箱、电源及信号变换箱，主回路安置于柜体后上

10、侧，结构紧凑，布局合理。 柜体外形尺寸：800（宽）800（深）2260（高）四、装置原理4.1 控制原理为了提高同步发电机及机组的动态稳定性，减少由于电网或原动机功率波动时导致发电机失步的机率，同时考虑到无刷发电机具有两级时间常数，惯性大、响应速度慢的特点，在wklf51型无刷发电机励磁调节器中，引入了双闭环励磁调节系统。内环为励磁电流环，其作用体现在三个方面：（1）当供给励磁电源电压从2015波动时，励磁电流波动不超过0.5； （2）当交流励磁机励磁绕组电阻随温度变化时，调节器调整励磁电流保持不变；当励磁绕组电阻波动10时，励磁电流波动不超过0.5；（3）在双闭环方式工作下，外环的输出值即

11、是内环的给定值，当外环要求改变励磁电流时，内环调节器迅速反应使励磁电流实际值与目标值尽可能快地趋于一致。 外环有三种调节器方式供用户选择。根据机组的运行特点，用户可选择发电机按恒机端电压，恒无功或恒功率因数运行。 选择恒机端电压调节器时，被调量为机端电压。当有功负荷或无功负荷波动时，调节励磁电流以维持机端电压恒定。在实际应用中，该调节器可设定为与无功电流调差配合使用。当发电机通过机端变压器与电网连接时，可选择负调差以补偿机端变压器压降；当发电机直接与无穷大电网并联（发电机容量相对于电网容量很小）时，则必须选择正调差，否则电压调节器将无法稳定工作。恒机端电压调节方式是使用最为普遍的一种调节方式。

12、 选择恒无功调节器方式时，被调量为发电机的无功功率。当有功负荷或电网电压波动时，调节励磁电流，以维持发电机输出无功功率保持不变。在该运行方式下，发电机具有较好的动稳定性。特别适合于有功负荷波动较大的场所（如高炉煤气trt发电机）。 选择恒功率因数调节器方式时，被调量为发电机的运行功率因数。当有功负荷波动或电网电压波动时，调节励磁电流，以维持功率因数不变。当有功负荷很小时，发电机组对功率因数的增益很大而使系统稳定性变差，因此该运行方式的工作范围相对较窄，在本励磁系统中，当p0时，为正调差，发电机具有下倾外特性，可用于多台发电机并联运行或与无穷大电网并联时的无功均衡；0 时, 为负调差，发电机具有

13、上翘外特性，可用以补偿机端变压器及线路压降。本装置可通过读写器功能一设置调差系数的大小和极性。设定范围为：1010。当设定=0时，无功电流调差退出运行。（3） 保护类软件 1、硬件监测在cpu正常工作时，周期性地对其外围一些重要硬件设备进行巡检，以确保它们工作的正确性，这些硬件包括：a、主机板扩展存贮器 b、切换板扩展存贮器 c、配置参数存贮器 d、a/d采集 e、双机通讯口 f、前置板连接状况 g、通道板连接状况 主机发生a、d、f、g故障后，备机正常则切换，若备机不正常则跳闸停机，备机发生上述故障则只动作于报警。主机发生b、c、e故障后报警并禁止切换。运行人员可选择适当时机停机处理。 cp

14、u自身的软、硬件工作的正确性，由监测它的看门狗来保证。看门狗动作将强行使主机复位并切换至另一套。 2、pwm脉冲监测 在通道板上，设有pwm脉冲监测电路。在脉冲故障时给cpu发出信号。当主机发生脉冲故障时，若备机正常则切换，备机不正常则跳闸。备机故障只动作于报警。 3、励磁电流变换故障与主回路故障保护当主机通道出现励磁电流的输出与期望值不一致时，主机认为该套励磁电流变换回路发生故障，该故障的原因可能为励磁电流测量变换电路故障（如霍尔电流变换器损坏或前置变换插件故障）、前置变换插件配置错误、励磁绕组直流电阻值或励磁电源电压与设计不一致等；主机通道的空气开关跳闸或快速熔断器熔断时提示主回路故障，该

15、故障的原因可能为主回路存在短路；两类故障发生在备用通道正常时切换至备用通道，若备用通道故障则动作于跳闸停机。 备机通道在正常运行时应无励磁电流输出，但某些故障情况，如斩波igbt或灭磁igbt被击穿时备机通道也可能有电流输出，此时装置同时提示励磁电流变换故障和主回路故障，发生该故障时可能会导致励磁输出波动或失调，应立即切断故障套空气开关。备用通道的空气开关跳闸或快速熔断器熔断时同样提示主回路故障，并通知主机通道禁止切换。4、斩波igbt故障 在a、b套功率单元中的igbt驱动电路中均设有对斩波器工作状态的监视电路，若斩波igbt故障，在备用通道正常时切换至备用通道，若备用通道故障则动作于跳闸停

16、机。 5、强励限制 在wklf51型励磁装置中设有励磁电流的反时限强励限制。动作时间由下式确定。ta(if/ifn)2-(1+) 式中: a 机组允许的热容量值 ifn 额定励磁电流 考虑散热时的修正系数 若电机允许：if/ifn 1.80时，t20秒 if/ifn 1.05时，t120秒 则:t51.30/(if/ifn)2-0.675 如无特殊说明，本装置的强励限制均按上式配置，强励限制动作于强行设置励磁电流为额定值。 6、电压频率限制（v/f限制）在发电机并网前，为确保机端设备的安全性，在wklf51励磁系统中设有v/f限制环节。当f45hz时，动作于灭磁，45hzfql且持续二分钟时，

17、调节器自动转入恒无功运行，并设定无功给定值qgql。直至故障恢复后返回原方式运行。 8、欠励限制 运行无功功率小于进相0.3pu.,且持续0.2秒时，欠励限制动作，调节器自动转入恒无功运行，且设定无功给定值，qc0.3。 直至故障恢复后，返回原方式运行。 9、pt检测故障与pt回路断线保护 在发电机投励建压以后，当pt电压小母线发生单相两相断线或三相电压值均不大于10v时装置会提示pt回路故障。发生单套pt检测故障时，认为该套pt信号变换回路发生故障，动作于报警并切换，若两套同时出现pt检测故障，则认为pt回路断线，报警并自动转入开环运行。此时，所有机端测量值都无效。 10、ct回路故障保护

18、a、当定子电流测量小于0.05pu.，外环调节器自动退出运行。 b、当出现一套定子电流测量值小于0.05pu.，而另一套定子测量值大于0.2pu.时，认为测量值小的一套ct回路故障；若该套为主机时，则自动切换至另一套，并报警。 11、失步保护 当发电机由于电网或其它故障滑出同步运行时，定子电流并不一定持续增大，常规保护中的过电流保护不一定能动作。本装置中失步保护软件模块通过检测定子电流的幅值包络线能准确判断电机是否失步。从而确保发电机安全运行。该项保护可以通过读写器设定其动作方式，有退出、报警和跳闸三种。 12、旋转熔断器故障保护 在无刷发电机内部的电机轴上安装有旋转整流装置，且通常配备有防止

19、事故扩大的旋转快速熔断器。由于不便于观察，对旋转快熔运行状态监测显得意义重大。本装置通过对励磁电流的谐波分析，以及对发电机运行工况的分析，能准确判断出旋转快熔是否熔断。该项保护可通过读写器设定为退出、报警和跳闸并报警三种工作方式。综上所述，在wklf51励磁装置的保护配置中，时刻遵循着一个原则，那就是只要故障的发生不会导致事故扩大则尽可能维持发电机运行。这对确保发电机的持续稳定运行十分有益。 五、励磁装置的安装与调试5.1 励磁装置的安装5.1.1安装前检查 、检查经长途运输后的包装箱有无严重的外部损伤； 、开箱后核对装箱物体的品种和数量是否与装箱清单相符合； 、检查设备的外观应无严重伤痕，内

20、部应无电气和机械损伤； 、检查焊点及接线有无脱焊或松动，对各接线端子、螺栓等紧固一遍。5.1.2装置的安装与配线（非标产品以图册为准）装置与外部联系图：vv2至励磁机励磁绕组微vv4引自励磁电源机kvv1.5(1)k01引自机端电压互感器pt励kvv2.5(2)k02引自机端电流互感器ct磁kvv1.5k03发电机断路器控制回路装kvv1.5(1)k04至中控室置kvv1.5(2)k05引自厂用电220v交流电源机柜的安装及配线；机柜离墙安装，现场电缆按表配线。 主回路配线回路接线号去向导线截面l1、l2励磁绕组按励磁机额定励磁电流选择a、b、c励磁电源按励磁电源载流量选择信号及控制回路配线装

21、置端子号回路号去向及用途电缆60019yma机端电压互感器供励磁调节控制编号：k01截面：不应小于1.5mm260020ymb60021ymc6001a401机端电流互感器,供显示及励磁调节控制编号:k02截面:不应小于2.5mm26002n4016003n4016004c4016005km直流220v控制电流为装置供电电源编号:k03截面:不应小于1.5mm26006km6007ac引自厂用电ac220v编号：k05截面：不应小于1.5mm260016060022jdl断路器辅助空接点编号:k03截面:不应小于1.5mm260027jdl60028jyx断路器合闸回路闭锁同期合闸60029j

22、yx60030jtz跳闸输出，励磁故障时动作发电机断路器解裂60031jtz60034jbj至中控室励磁故障信号编号：k04截面：不应小于1.5mm260035jbj60037jzs引自转速令接点60039jzs60036com引自中控室励磁增减磁按钮60040azc160041ajz160042uf至远方励磁电流测量60043uf60044if至远方励磁电压测量60045if60046data+rs485串行通讯接口2芯通讯专用屏蔽电缆60047data-60048屏蔽地5.2装置的静态调试 在装置安装完毕且核对所有对外接线无误后解开转子接线,进行回路电阻和绝缘测试(用万用表和500v摇表)

23、,以确认在设备投电前没有短路或绝缘损坏。5.2.1电阻测量回路类型回路号测试端子出厂阻值/现场阻值备 注 直流回路km，km600-5，600-6/空气开关“断”位，电源箱交、直流电源开关“通位”， 控制开关“零”位，主机箱更换旋钮“更换” 位、开/闭环旋钮“开环位”。24v，gndx300-7，300-8/b5，gnd300-12，300-13/15v，gnda300-9，300-10/15v，gnda300-10，300-11/a5，gnd300-57，300-58/交流回路ac，0600-7，600-16/pt回路600-19，600-20/600-19，600-21/600-20，60

24、0-21/ct回路600-1，600-2/应导通600-3，600-4/应导通主回路1，2母线1，2母线/5.2.2绝缘测试 接好外部线，合空气开关，解开零线接地端。在确保外部电源完全切断时，短接并摇测如下回路绝缘。回路类型回路号对地绝缘（m）出厂值/现场值回路间最小绝缘出厂值/现场值备 注直流回km，km/24v，gndx/b5，gnd/15v，gnda/15v，gnda/a5，gnd/交流回路ac，0/yma，ymb/yma，ymc/ymb，ymc/a401，a411/c401，c411/主回路1，2母线/所测绝缘电阻值应大于2 m，个别潮湿地区不小于0.5 m。在绝缘摇测完后，将零线接地

25、恢复，拆除所有外接线，将所有开关置“断”位，准备投电。5.2.3装置投电 装置初次投电时，请遵循以下顺序，确保操作正确。 、送交流控制电源及直流 电源，测量端子6007（ac）、60016（0）交流电压是否正常，测量端子6005（km）、6006（km）直流电压是否正常，如不正常，检查保险端子及连线； 、将主机箱插件板全部拔出，投电源箱直流电源开关，断交流电源开关，观察电源箱面板指示灯指示是否正常，测量端子24v（3007、3008）、15v（3009、30010）、15v（30011、30010）、b5v（30012、30013）、电压是否正常并做好记录。投电源箱交流电源开关，断直流电源开关

26、，观察电源箱面板指示灯指示是否正常，测量端子24v（3007、3008）、15v（3009、30010）、15v（30011、30010）、a5v（30057、30058）电压是否正常并做好记录。 、切交、直流电源开关，将主机箱插件全部推入到位， 、顺序投交流、直流电源开关，主机箱面板指示灯及数码管（led）点亮1秒钟，系统进入工作状态，并以运行灯闪烁快慢来区别主、备机。运行灯闪烁慢（频率为1hz）为主机，闪烁快（25hz）为备机。数码led下排显示“00”表明显示操作板上的控制开关kk在“零”位。 、若机组为永磁机他励或自并励方式，需根据励磁容量选择一台辅助调试用三相调压器，其二次侧接装置的

27、励磁电源输入端，一次侧接380v厂用电源，将调压器二次输出电压调至永磁机额定输出电压或自并励励磁变压器二次额定电压。5.2.4静态“调试”位试验 顺序合a、b套空气开关，将控制开关置调试位，做下列试验 、手动投励试验。将示波器接至1、2母线，按“手投”钮，装置输出1秒强励，可从示波器上观察到。同时投励灯亮，示波器观察励磁电压波形为占空比可调的方波； 、增减磁调节试验。按主机箱面板“增磁”“减磁”钮，励磁可在其额定值的10130范围内调节； 、双机切换试验。手动按主机箱面板“切换”钮，即可将a套切至b套或由b套切至a套，切换过程励磁平稳无抖动。自动切换为在软、硬件或电源故障情况下切换，可通过切断

28、交流或直流电源开关做此试验。 、励磁故障及报警试验。 、按下快熔报警器上的微动开关，报警铃响、快熔断指示灯点亮且励磁故障指示灯亮；若备用通道正常切换至备用通道，若备用通道故障则动作于跳闸停机。 、切空气开关，报警铃响、空开跳指示灯点亮且励磁故障指示灯亮；若备用通道正常切换至备用通道，若备用通道故障则动作于跳闸停机。 、灭磁试验。按显示操作板“手灭”钮进行灭磁，此时励磁电压表回零，电流表指示逐渐减小至零。控制开关kk由“调试”转“零”位，亦进行灭磁。5.2.5静态“工作”位试验 、投励试验 “kk”控制开关打“工作”位，开/闭环旋钮置“开环”位，手动投励，励磁电流、电压表均有指示；励磁故障灯点亮并提示pt断线。 、联动试验短接励磁装置合闸允许接点，断开装置输出跳闸接点，电机断路器置试验位，进行跳、合闸操作（包括励磁事故跳闸），以检查装置外配线的正确性。以上试验完毕后，装置进入等待电机开机状态。注：在做联动试验时，请将装置上的“开环/闭环”旋钮置于“开环”位，试验中装置会报警并提示pt回路故障，此属于正常。六、励磁装置的运行操作与维护6.1开机操作新安装的励磁装置按照5.2节所述对整机进行全面调试，合格后方可进行开机操作，正常停机后开机按下述步骤进行