号机励磁系统培训课件

1、 一、发电机励磁系统的作用及分类1、励磁系统作用1）、维持发电机或其他控制点(例如发电厂高压侧母线)的电压在给定水平2）、控制并联运行机组无功功率合理分配3）、提高电力系统的稳定性2、励磁系统分类1）他励交流励磁机系统 三机他励励磁系统 两机他励励磁系统 两机一变励磁系统 无刷励磁系统2）自并励励磁系统（主流）3）其它励磁系统 P棒励磁系统 直流励磁机励磁系统 谐波励磁系统 自并励励磁系统 这是自励系统中接线最简单的励磁方式。其典型原理图如下图所示。只用一台接在机端的励磁变压器ZB作为励磁电源，通过可控硅整流装置KZ直接控制发电机的励磁。这种励磁方式又称为简单自励系统，目前国内比较普遍地称为自

2、并励（自并激）方式。 自并激方式的优点是：设备和接线比较简单：由于无转动部分，具有较高的可靠性；造价低；励磁变压器放置自由，缩短了机组长度；励磁调节速度快。但对采用这种励磁方式，人们普遍有两点顾虑；第一，发电机近端短路时能否满足强励要求，机组是否失磁；第二，由于短路电流的迅速衰减，带时限的继电保护可能会拒绝动作。国内外的分析和试验表明，这些问题在技术上是可以解决的。自并励方式愈来愈普遍地得到采用。我国近年来在大型发电机上广泛采用自并励方式。二、发电机励磁系统的组成一）励磁控制装置 励磁控制装置包括自动电压调节器和起励控制回路。对于大型机组的自并激励磁系统中的自动电压调节器，多采用基于微处理器的

3、微机型数字电压调节器。励磁调节器测量发电机机端电压，并与给定值进行比较。Nes5100励磁调节器运行在自动方式和手动方式的基本工作原理相同，即通过比较测量反馈值与参考值（有别于设定值）的误差，计算出控制电压（自动方式下还经过一个欠励限制环节），再经过转子电压反馈产生可控硅的控制角，输出相对于同步电压理想自然换流点有一定相位滞后的触发脉冲。当机端电压高于给定值时，增大可控硅的控制角，减小励磁电流，使发电机机端电压回到设定值。当机端电压低于给定值时，减小可控硅的控制角， 增大励磁电流，维持发电机机端电压为设定值。NES5100励磁调节器的闭环调节功能励磁调节器工作的目标是保证被调节量实时跟踪对应的

4、参考量，也就是说，通过闭环控制使被调节量随其参考值增大而增大，随其参考值减小而减小，从而达到调节发电机工况的目的。闭环调节的基本规律为PID调节。程序的计算模块根据控制调节方式，对被调节量值与其参考值的差值进行PID计算，得到所需要的触发角度，最终控制励磁系统的输出。 电压闭环调节方式是最基本、最常用的励磁控制方式，也是励磁运行的主要运行方式即自动方式，电压闭环调节方式以发电机的机端电压作为调节变量，调节目的是维持发电机的机端电压与电压参考值一致，而电压参考值则主要由增磁命令（远方或就地）或减磁命令（远方或就地）进行增加或减小。发电机空载时，电压参考值变化，使机端电压也随之变化；发电机负载时，

5、电压参考值变化仍然使发电机电压随之变化，同时引起发电机无功功率更大范围变化。 在NES5100励磁调节器中，电压闭环调节方式遵循的调节规律可以通过内部软开关来选择，一种为IEEE标准模式，即串联PID模型，也称为暂态增益衰减模型，另一种为并联PID模型，即按偏差的比例、积分和微分进行控制的PID调节器。NES5100励磁调节器的手动调节功能励磁电流闭环调节方式是常规励磁控制方式即手动方式，主要在励磁试验时或电压环故障（PT断线）时使用，励磁电流闭环调节方式以发电机励磁电流作为调节变量，调节目的是维持发电机励磁电流与电流参考值一致，而励磁电流参考值则主要由增磁命令（远方或就地）或减磁命令（远方或

6、就地）进行增加或减小。 NES5100励磁调节器中励磁电流闭环调节方式采用的是并联PID模型，由于采用了微机作为励磁控制器的载体，早期的那些通过硬件才能够实现的比较、限制、保护等功能已经不再需要专门的硬件，都可以通过软件来方便灵活地实现，因此使得励磁控制器的硬件大为简化，可靠性得到大幅度提高。同时，由于采用软件代替硬件使原先半导体器件存在的零漂、电位器的不准确性、电容参数的变化等等问题不复存在，也使得励磁控制的调试维护工作变得方便、容易。二）、转子过电压保护与灭磁装置灭磁主要任务: 同步发电机安全可靠的灭磁，不仅关系到励磁系统本身安全，而且直接关系到整个电力系统安全运行。 发电机组正常停机时：

7、逆变灭磁。 发电机组事故停机时：事故停机灭磁，即 当发电机发生内部故障，在继电保护动作切断主断路器时，要求迅速地灭磁； 在发电机发生电气事故时，灭磁系统应迅速切断发电机励磁回路，并将储藏在励磁绕组中的磁场能量快速消耗在灭磁回路中。灭磁系统分类: 按开关功能分： 耗能型灭磁：灭磁开关将磁场能量消耗掉 移能型灭磁：灭磁开关不消耗磁场能量，磁场能量由专用的灭磁电阻来消耗按开关位置分： 直流灭磁开关灭磁：灭磁开关装设在直流侧 交流灭磁开关灭磁：灭磁开关装设在交流侧 跨接器灭磁：不使用灭磁开关而使用跨接器按灭磁电阻的种类分：氧化锌非线性电阻灭磁;碳化硅非线性电阻灭磁; 线性电阻灭磁直流开关灭磁原理为：灭

8、磁时，跳开直流开关 MK，直流开关断口产生电弧，电弧电压与可控硅 SCR输出的电压叠加，与转子的感应反电势相等， 该反电势同时加在灭磁电阻两端，即： 当UR大于灭磁电阻回路的转折电压时，灭磁电阻回路导通，消耗磁场能量而灭磁。第一阶段：灭磁开关分闸、拉弧、建立转子反电势。在这个阶段的初始时刻，灭磁开关主触头分断，在触头之间产生直流电弧，并由电弧电流在吹弧线圈中产生吹弧磁力，从而使直流电弧拉长并进入灭磁开关的灭弧栅。由于直流电弧被拉长后其弧电阻增加，促使灭磁开关主触头两端的电压升高，直至达到非线性电阻的动作值。由于灭磁开关分断，发电机励磁电流发生强烈变化，此时发电机转子将因电流变化而产生反电势，其

9、反电势的大小由转子电感和励磁电流的变化率所决定。当达到非线性电阻动作值时，由非线性电阻决定转子的两端电压。第二阶段：非线性电阻换流、移能，转子灭磁。在这个阶段的开始时刻，由于灭磁开关触头断开引起的转子反向过电压使非线性电阻由阻断变成导通，从而使原经过灭磁开关构成的励磁电流通路转换为由非线性电阻与转子之间构成通路，进而使灭磁开关断口熄弧，完成励磁电流由灭磁开关向非线性电阻的换流。完成换流以后，由于转子能量并没有消耗，故非线性电阻将维持导通状态，直至将转子的几乎全部能量都转移到非线性电阻之中，磁能变成热能。三、NES5100 发电机励磁调节器功能配置NES 5000是南瑞集团电气控制分公司的第三代

10、励磁调节器，适用于同步发电机静止励磁系统和三机励磁系统。NES 5000不仅包含了前两代励磁调节器SJ800和SAVR2000的核心技术，同时还吸收了目前数字控制领域内最先进的研究成果和工艺，如ARM技术、DSP数字信号处理技术。NES5000励磁调节器增添了新的精巧的解决方案和手段, 例如: 变量逻辑的组态技术、系统拓扑视图组态技术、以及完善的通讯功能和多种调试手段，采用基于OPC技术的Windows 界面的NES_HMI励磁智能监控软件系统，任何第三方支持OPC技术的监控软件均可方便对NES5000微机励磁调节器进行读操作和授权的写操作。NES5000励磁调节器柜是有两个或多个NES500

11、0励磁调节装置组成，每个调节装置作为一个独立的调节通道，可独立承担所有的励磁调节任务，各装置互为主从，组成冗余的两通道或多通道系统。典型励磁系统框图1、基本的调节和控制功能调节规律：PIDPSS；运行控制方式：恒机端电压闭环方式、恒转子电流闭环方式、定角度方式（试验）、恒无功功率运行（选用）、恒功率因数运行（选用）、系统电压跟踪（选用）；投励升压方式：手动零起升压、自动软起励升压、自动初值起励升压；另外还配置了调差功能2 、辅助的限制和保护功能本装置配置了完善的限制和保护功能，保证运行中机组的安全，保证机组与系统之间的运行稳定性。主要有： 最大励磁电流反时限限制 过励延时限制 欠励瞬时限制 V

12、/F限制 功率柜快速熔断器熔断、停风、部分柜切除时的励磁电流限制 PT断线限制及保护 空载过电压限制及保护3 、自检自诊断 为了保证励磁系统的运行可靠性，励磁调节装置不间断地检测自身各重要环节的状况，对异常或发生错误的环节进行及时的容错处理，对冗余的系统，闭锁发生异常或错误的通道。具体的自检和自诊断内容有： 电源电压过低、过高、或消失的检测 PT断线的检测 可控硅同步电压相序及发电机机端电压相序的检测 交流采样检测 可控硅触发脉冲号及数量的检测 控制角度的检测 双机通讯故障的检测 硬件和软件看门狗检测4 、容错控制根据调节装置自检的结果，对各种信息进行分析，取得正确的信息维持励磁系统的正常运行

13、。具体有： 机端电压测量容错 定子电流测量容错 转子电流测量容错 发电机频率测量容错 有功功率及无功功率测量容错 起励令及逆变令容错 增建磁信号容错 主断路器信号容错装置基本原理：励磁调节装置的主要任务是维持发电机机端电压水平稳定，从而维持机组的一定的负荷水平，同时对发电机定子和转子侧各电气量的进行测量及限制、保护处理，励磁调节装置还要对自己进行不断的自检和自诊断，发现异常和故障，及时报警并切换到备用通道。励磁调节装置需完成的主要工作如下：模拟量采集、闭环调节、脉冲输出、限制和保护、逻辑判断、参考值设定、双机通讯、自检和自诊断、人机对话、对外通讯等。 NES5000励磁调节器软件框图为了更好地

14、理解这些软件功能，我们将它们分成了不同的功能模块，并在后面加以简短的功能说明。一）、发电机电压给定和调节 给定调节利用模拟输入信号或者通过串行通讯线路，可控制AVR给定值的增、减或预置。给定有最大上限和最小下限，达到限制值后会发出指示信号。给定的变化速度可通过软件设定。NES5000调节器的自动通道有电压给定和电流给定两个给定单元，分别用于恒机端电压调节和恒励磁电流调节。恒机端电压调节称为AVR调节方式，恒励磁电流调节称为FCR调节方式。发电机起励建压后，两种运行方式是相互跟踪的，即备用方式跟踪运行方式，跟踪的依据是两种调节输出相等，且这种跟踪关系是不能人工解除的。两种运行方式可以人工切换，有

15、些情况下如PT故障也会自动切换。NES5000调节器还有一个独立的手动通道，从硬件通道到软件功能配置都是独立的，运行中当自动通道故障或人工切换，调节器能切换到手动通道运行。 调差功能 发电机无功调差功能是励磁调节发电机无功出力地重要参数，尤其是扩大单元接线的多台发电机运行，则尤为重要。发电机无功调差有两方面作用：一方面确定共母线机组稳态时无功按比例分配；一方面在系统波动时确定发电机组无功出力增量按比例分配。对于单元接线的发电机组，由于主变压器自然调差系数（变压器阻抗）较大，为了提高发电机组对系统的电压（无功）支撑能力，一般励磁调节装置中无功调差系数选择为负值（正值、零均可以），及补偿主变压器电

16、压降，但补偿压降不能超过主变实际压降。对于扩大单元接线的各发电机，励磁调节装置中无功调差系数必须选择为正值，且各发电机无功调差系数要整定。 软起励软起励功能是为了在起励时防止机端电压超调。励磁接收到开机令后即开始起励升压，当机端电压大于10%额定值后，调节器以一个可调整的速度逐步增加给定值使发电机电压逐渐上升直到额定值。 PID控制器电压闭环调节方式是最基本、最常用的励磁控制方式，也是励磁运行的主要运行方式，电压闭环调节方式以发电机端电压作为调节变量，调节目的是维持发电机端电压与电压参考值一致，而电压参考值则主要由增磁命令（远方或就地）和减磁命令（远方或就地）进行同时增加或减小。发电机空载时，

17、电压参考值变化，使机端电压也随之变化；发电机负载时，电压参考值变化仍然使发电机电压随之变化，同时引起发电机无功功率更大范围变化。在NES5000励磁调节装置中，电压闭环调节方式遵循的调节规律可以通过内部软开关来选择，一种为IEEE标准模式，即实际PID模型，也称为暂态增益衰减模型。另一种为并联PID模型，即按偏差的比例、积分和微分进行控制的PID调节器。励磁电流闭环调节方式是常规励磁控制方式，主要在励磁试验时或电压环故障（PT断线）时使用，励磁电流闭环调节方式以发电机励磁电流作为调节变量，调节目的是维持发电机励磁电流与电流参考值一致，而励磁电流参考值则主要由增磁命令（远方或就地）和减磁（远方或

18、就地）进行增加或减小。NES5000励磁调节装置中励磁电流闭环调节方式分为两种，一种为自动通道中的励磁电流闭环调节方式，采用的为并联PID模型。另一种即是纯手动通道中的励磁电流闭环调节方式，由于励磁电流响应时间常数较小，在此，励磁电流闭环调节方式遵循的调节规律为理想PI模型。 自动跟踪自动跟踪功能保证了从自动电压控制模式(AUTO)到磁场电流调节模式(MANUAL)的平稳切换。切换可能是由于故障引起的自动切换（如PT断相）或人工切换。在双自动通道配置中，跟踪通常是指两个独立的自动通道之间的跟踪，跟踪信号来源于运行通道控制信号和备用通道控制信号的差值。若两个通道都不能正常工作时，则切换到纯手动通

19、道，手动通道自动跟踪控制板。在自动通道故障时，自动跟踪保证了从自动通道切换到手动通道时波动较小。二）、限制器功能限制器的目的是维护发电机的安全稳定运行，以避免由于保护继电器的动作而出现的事故停机。1、限制器工作原理所有限制器都有一个实际值和一个预置值，实际值代表被限制的数值，而限制器应在预置值处激活（即起作用）。每个限制器都产生一个误差信号，来源于实际值和预置值之间的差值。当过励限制器起作用时，它将把励磁减少到最大允许的水平上，而当欠励限制器起作用时，它将把励磁增加到所需要的最小水平上。在正常运行过程中，发电机在功率圆的允许范围内工作。PID控制器的输入是机端电压偏差信号即主误差信号。如果由于

20、某些运行的原因，过励限制器的误差信号变得低于主误差信号，那么它就优先于主误差信号。这种原理也同样适用于欠励限制的情况，但显然在另一个方向上。过励限制器的误差信号、欠励限制器的误差信号和主误差信号都输出到优先权选择器，决定这些信号的优先权。2、低励磁限制发电机励磁不足反映在各个电气参量中，主要表现为：励磁电流低、进相深度大（负无功功率大）和定子电流增大，为保证发电机安全运行，针对反映低励磁的主要电气量有相应的限制手段，在NES5000调节器中，用P/Q限制来实现。P/Q限制器本质上是一个欠励限制器，用于防止发电机进入不稳定运行区域。发电机实际运行范围比发电机运行安全范围小得多，总留有足够的安全裕

21、度，即实际的无功欠励限制曲线比进相允许曲线低得多。一般地，无功欠励曲线为直线或折线方式，NES5000励磁调节装置为四点折线，用四个无功功率值对应四个有功功率水平来设定限制曲线。如下图所示，图中0ABCDE围成的区域为进相允许范围，超出紫线区域为深度进相，发电机正常允许应避免进入该范围。无功功率欠励限制原理为：装置实时检测发电机有功功率和无功功率，根据点与直线位置计算公式，判断实际允许点离欠励限制曲线的远近（模值）和内外（符号），当运行点越过欠励限制曲线，装置即以无功功率作为被调节量，调节偏差即为运行点至欠励曲线的距离，从而保证发电机允许点回到安全允许区域。另外，根据发电机进相运行控制原理，发

22、电机允许进相范围与发电机端电压成一定比例关系，为了保证发电机任何时候都具有足够的安全裕度，欠励限制曲线也按照相似的关系，根据发电机电压进行调整。3 、过励磁限制发电机过激磁也反映为各个电气参量变化，主要表现为：励磁电流高、无功功率过负荷和定子过电流，为保证发电机安全运行，针对反映过励磁的主要电气量有相应的限制手段，主要包括：励磁过流过热限制、无功功率过励限制、瞬时强励限制和V/F限制。 励磁过流过热限制励磁过流过热限制也称为励磁过电流反时限限制，主要用来防止转子回路过热。发电机磁场过流过热是发电机运行过程中常见工况，当系统电压较低时，发电机输出无功过大，发电机励磁电流超过其最大允许长期连续运行

23、电流，必须对励磁电流进行限制，防止长时过流导致过热损坏发电机励磁绕组。励磁绕组发热与励磁电流平方和维持时间的乘积成正比关系，即磁场电流及其允许运行时间成反时曲线，电流越小，允许允许时间越长。发电机磁场热量的累积需要一定的时间，同样，磁场热量的散发（冷却）也需要一定的时间。发电机磁场发生过电流过热，励磁调节装置磁场电流反时限制动作，将磁场电流迅速调节到长期允许运行值，磁场电流降低，磁场电流反时限制返回。磁场电流虽然下降至安全值，但由于过流造成的热集聚短时内还没有回到长期允许安全值，即磁场未冷到过流发生前的水平，如果此时由于某种原因，发电机磁场又发生过电流，励磁调节装置仍按照以前限制曲线所确定的时

24、间控制，则发电机组磁场所累积的热量将超出磁场允许的热量，磁场将由于过热损坏。因此，当两次过电流间隔小于磁场冷却时间时，磁场过电流允许时间必须相应减小，以有效防止磁场过热。励磁过电流反时限动作原理如下：励磁装置检测发电机励磁电流，当励磁电流超过励磁电流过流反时限启动值时，励磁装置根据励磁电流进行计时，当励磁热容量超过磁场绕组允许热容量时，限制动作，将发电机励磁电流调节至长期运行允许值。当励磁电流低于启动值后，励磁装置根据励磁电流计算其冷却速度，并计算剩余能容，如果剩余能容不为零时，励磁电流再次超过启动电流时，则动作时间要相应缩短，以保证发电机磁场绕组不因过热而损坏。过励过程可能是一种近似恒定过励

25、过程，例如调节器故障引起过励，有可能是这种过程，过渡过程结束后，为固定值。过励也可能是一种逐步发生、逐步增大过励值的慢过程。如系统电压逐步下降，可以导致发电机的从小于到等于，再大于。过励值也在不断变化。无功功率过励延时限制在NES5000调节器中，无功功率过励延时限制亦通过P/Q限制来实现。发电机无功功率过励区域与无功功率欠励区域一样，均比发电机允许安全范围小得多，总留有足够的安全裕度，即实际的无功功率过励限制曲线比过励允许曲线低。一般地，无功功率过励曲线为直线或折线方式，NES5000励磁调节装置无功功率过励曲线为四点折线，如图所示。图中0ABCDE围成的区域为实际允许运行范围，外部为过励范

26、围，发电机应避免进入长时间停留在该范围。无功功率过励限制原理为：装置实时检测发电机有功功率和无功功率，根据点与直线位置计算公式，判断实际运行点离过励限制曲线的远近（模值）和内外（符号），当运行点越过过励限制曲线进入图中过励区域，过励限制即启动计时，延时时间到后，装置即以无功功率作为被调节量，调节偏差即为运行点至欠励曲线的距离，从而保证发电机允许点回到安全运行区域内。 瞬时强励限制瞬时过励限制，或者称为强励顶值限制。其作用是防止在调节过程中发电机转子电流瞬时超过容许的强励顶值。其与前述过励限制有两点不同：1其定值是强励容许值，不是长期允许值；2动作是瞬时的，不是按发热积累考虑的延时。 伏赫兹（V

27、/F）限制发电机运行时，发电机端电压与发电机频率的比值有一个安全工作范围，当伏赫兹比值超过安全范围时，容易导致发电机及主变过激磁和过热现象，因此当伏赫兹比值超出安全范围时，必须限制发电机端电压幅值，控制发电机端电压随发电机频率变化而变化，维持伏赫兹比值在安全范围内，此项功能称为伏赫兹（V/F）限制。实际应用中一般取1.1为伏赫兹比值安全范围，当伏赫兹比值超出1.1时，伏赫兹限制启动，调低发电机端电压并预留一定的安全裕度。另外，发电机空载时，当发电机频率低于整定值时（45Hz），实际发电机组不允许继续维持机端电压，此时，需发出逆变脉冲，励磁系统逆变灭磁。伏赫兹（V/F）限制动作条件为过电压或低频

28、率。发电机负载时，由于发电机频率即为系统频率，实际负载伏赫兹（V/F）限制主要为过电压限制。发电机空载时，由于发电机电压和频率的比值与发电机励磁电流成比例关系，实际空载伏赫兹（V/F）限制主要为过电流限制。四、NES5100 发电机励磁调节器硬件和软件配置一）、配置概要1.1 整柜配置NES5100 发电机励磁调节机柜采用拼装式结构。前门单开，后门双开，前后门均为扑门结构，柜前门为有机玻璃，前后门均配有带锁门把；柜内为立柱加插箱形式，以四根立柱为主体，形成内框架；柜外表采用喷塑工艺，亚光橘纹，可按色卡配色。柜内配置为：两套或三套互为独立、互为备用的调节控制单元（插箱），每套含有自动和手动控制环

29、节再加独立手动控制环节；显示操作层，可采用彩色液晶显示工控机或显示操作模块；可编程逻辑控制器PLC（选用）。装置与外部连接的总端子排设再内框架后部两侧，沿后立柱设走线槽。机柜底部开有电缆走线孔，提供用户将现场信号和装置输出信号引入或引出。机柜后部内侧下方，装有两只隔离变压器，用于调节器交流电源隔离。上方设有空气开关，用于投切电源。1.2电气配置参数1.2.1 电源参数每套均是交、直流并联供电。交流输入220V ±15% （或110V ±15% ），直流输入220V ± 20%（或110V ± 20%）。显示操作模块电源为+24V供电，装置内配置相应电源转

30、换模块。网络路由器为220V供电。每套调节单元的电源各自独立。每套电源配置如下：芯片工作电源：+1.8V，+3.3V，+5V，+12V，-12V各一路；开出信号电源：+24V一路；开入信号电源：+24V一路；脉冲电源：+24V一路；通讯电源：+5V一路。1.2.2 模数转换输入参数24 路模拟量采样通道：定子电压3 相交流，线电压额定值100V，3 通道同步电压3 相交流，线电压额定值100V，3 通道系统电压3 相交流，线电压额定值100V，3 通道PT2 电压3 相交流，线电压额定值100V，单通道定子电流3 相交流，输入范围为05A，3 通道转子电流3 相方波，输入范围为05A，交流采样

31、，由励磁变压器低压侧的电流互感器来，3 通道噪声信号输入范围05V，单通道Eq测量单通道工作电源芯片工作电源检测，5 通道1.2.3 数模转换输出参数单路或4路14 位D/A转换通道，可编程定义输出信号；输出参数范围：05V信号，可外配变送器端子转换为420mA信号输出。1.2.4 开关量开入开出参数23 路无源开入信号输入（最大可扩展至46 路），其中有6 路直接开入CPU板，开入信号电源由调节器提供；16 路继电器开出信号输出（最大可扩展至32 路），开出信号为无源干节点，节点容量为220V/1A。可配置端子继电器隔离所有开入开出信号。1.2.5 脉冲输出参数输出脉冲：可输出六相双脉冲供三

32、相全控整流桥用；触发功率：每相脉冲可供10 组脉冲变压器回路负载。1.3指标参数可控硅控制角分辨率：最高可达40MHzA/D 转换量分辨率：16 位采样采样方式：直接交流采样，每周期采样36 点控制计算调节速度：3.3 毫秒调压范围：5130调压精度：<0.1%移相范围：0180 度，上下限值可程序设置调差：由软件设置无功调差率，正负及大小任选，级差为±0.1%频率特性：发电机频率每变化1，发电机端电压变化不大于额定值的±0.1%增减调节速度：可编程，满足不大于1每秒，不小于0.3%每秒电压响应时间：上升<0.08S，下降<0.15S频率相应范围：5500

33、Hz故障和试验自动记录波形性能参数：步长：3.3ms录波模拟量通道数：15录波开关量通道数：80事故前记录时间：10s事故后记录时间：10s二）、调节单元硬件配置2.1 简述NES5100 励磁调节控制单元以ARM 芯片为自动通道计算控制核心，FPGA为I/O 中心、DSP为纯手动通道计算控制核心，构成了三CPU 系统。以ARM为主，配置A/D、D/A、FPGA、ETHNET、FLASH、CAN、DSP 从而构成励磁调节CPU板；加上模拟量板、开关量板、同步板、脉冲放大板，电源板等构成励磁调节控制单元。外部电流和电压输入经模拟量板的隔离互感器隔离变换后，由低通滤波器输入至模数变换器，经采样处理

34、后，形成各种采集量。控制信号、现场状态信号由开关量板进入，经光电隔离后形成可读信号。输出状态信号由开关量板继电器输出。控制脉冲由脉冲板隔离放大后输出。以 ARM 为中心的CPU板完成励磁调节器的对外通讯功能，包括RS485、RS232、LAN等。ARM 和DSP 之间通过串口交换信息。通道之间通过双CAN网络通讯，双CAN网络互为热备用。板间通过总线背板交换信息，有部分使用SPI 通讯。NES5100励磁调节控制单元硬件框图2.2 NES5000励磁调节装置由以下单板或元件组成： EX01 脉冲电源板：该板为双路供电，AC220V、DC220V（或DC110V）输入，DC24V输出，用来提供脉

35、冲电源； EX02 系统电源板：该板为双路供电，AC220V、DC220V（或DC110V）输入，输出+12V、-12V、+5V和两路24V用于开关量输入输出电源； EX03 CPU板：这是NES5000的核心控制板，主要功能有： 将模拟量板送来的模拟信号进行A/D变换采样； 根据A/D采样的结果及开入信号逻辑判断进行控制计算，并产生小脉冲； 根据逻辑判断程序发开出信号到开关量板； 测频及脉冲回读检测； 双套切换逻辑和手自动切换逻辑的实现； 通讯功能 EX04 模拟量板：该板的主要功能进行信号调理，调理的信号包括机端电压、系统电压、同步电压、定子电流、转子电流等，调理过程是将高压（100V）、

36、大电流（5A）信号进行隔离并转换为±10V电压信号，然后传输到主CPU板，该板还包括D/A输出部分，有4路12位的D/A输出； EX05 同步电压板：该板的主要功能就是将功率柜送来的高压（100V）左右的同步电压信号进行变换，然后传输到主CPU板，在本板上，根据同步频率的不同，要选择不同的跳线和不同的阻容吸收元件的参数； EX06 开关量板：该板上有20路开关量输入通道，通过光耦隔离输入，16路开关量输出，经过光耦隔离后通过继电器接点输出；开关量板具有很强的显示功能，每一个开关量的状态都可以通过面板上的灯的状态来显示，从而可以直观地观察开关量的状态； EX07 开关量扩展板：该板和E

37、X06板的硬件是一样的，所以功能配置亦是一样； EX08 脉冲放大板： 该板的主要功能是将主CPU板上形成的小脉冲通过光电隔离及电平转换送至6片CMOS管放大，然后输出。脉冲切换继电器主要控制脉冲是否输出。常闭节点可保证在操作电源消失时仍然能输出脉冲。该板的另一功能是将发出的脉冲进行取样，并回读至主CPU板，以检查脉冲是否丢失。脉冲板还包括电源检测和故障开出功能，电源检测用于对系统的+5V、±12V、24V电源进行检测，若检测到本套电源掉电或故障，则立即开出故障进行双机切换，以保证系统的可靠性。 EX09背板：上下两块背板的主要功能是实现各板件之间的数据和信号的传递。另外外部进入的信

38、号也通过背板进入插箱，所以在背板上装有多组端子，其中包括大电流端子。所选用的大电流端子可保证误拔时不会使电流回路开路，避免由此引起的事故。五、NES5100励磁系统界面操作监控 系统拓扑 模型视图 参数设置 故障日志调试 过欠励 录波 示波器 阶跃试验 模式切换 参数比较工具 下载文件生成点击桌面上“opc.exe” 正常启动后会自动最小化到系统托盘图标。注意：如果“opc.exe”不能正常启动，请检查工控机的IP地址是否正确、网线是否插好、两套程序内IP地址是否重复、“config.ini”文件内设置是否正确、确认所传数据文件同opcconfig文件夹中数据库统一。 启动opc服务器成功后，

39、点击桌面上“client.exe”，看到如图1的界面，界面左侧有三个菜单“监控”、“调试”、“工具”。主界面打开时默认在“监控”菜单“系统拓扑”。 界面各部分介绍 1监控 1.1 系统拓扑 在图1中，点击“观测选择”中可以选择A/B套，单击时可以显示另一套信息。模拟量区显示A/B套的模拟量信息：“通讯状态”窗口中字体为绿色时表示通讯正常，字体为红色时表示通讯故障。“机组状态”显示发电机当前工作状态。“闭环方式”显示励磁调节器当前的控制方式。“触发角度”显示励磁调节器触发角度。“功率因数”显示发电机的功率因数。“机组频率”显示发电机机端频率的测量值，单位为“Hz”。“机端电压”显示发电机定子电压

40、（PT1）的测量值，单位为“%”。 “电压给定”显示发电机定子电压的给定值，单位为“%”。“有功功率”显示发电机有功功率的测量值，单位为“MW”。“转子电流”显示发电机转子电流的测量值，单位为“A”。“电流给定”显示发电机转子电流的给定值，单位为“A”。“无功功率”表示发电机无功功率的测量值，单位为“MVar”。系统拓扑中有系统接线的示意图，并且有形象的图形标识，点击图形若可以凸现或者变亮的表示可以观测图形的内部相关数据。 双击调节器图片，弹出励磁调节器界面，可以查看励磁系统的实时信息，包括数据显示、开入开出、检测报警，如图所示。双击功率柜图片，弹出功率柜界面，可以查看功率柜状态信息，包括风机

41、是否运行、功率柜是否故障等信息。双击发电机定子图片，弹出发电机定子界面，可以查看发电机有关信息，如定子电压、定子电流、有功功率、无功功率等。双击发电机转子图片，弹出发电机转子界面，可以查看发电机转子有关信息，如转子电流、转子温度等。1.2 参数设置界面Ø 参数显示有三种显示方式：百分值、实际值和码值。Ø 百分值：参数达到额定时，显示100。如机端电压、定子电流、有功功率、无功功率、转子电流等达到额定时均显示100。Ø 实际值：显示参数的实际值。Ø 码值：显示程序内部计算时参数所对应的数值。如机端电压、定子电流、有功功率、无功功率、转子电流这些参数达到额定

42、时，其对应的码值为4096。1.3 故障日志界面 类型选择：需要查询日志类别，故障、告警、限制或全部。调节器选择：需要查询的调节器。A套、B套或全部。查询区间：需要查询的起始时间和结束时间。以上设置好后点击查询，在日志显示区显示所查询的信息。六、NES5100励磁系统静态、动态试验静态试验包括发电机机组参数装置通电前检查电源负载阻值测量 装置通电及通电后的检查 小电流试验 模拟量校验 开关量校验 调节器功能模拟试验 动态试验包括: 空载试验部分和并网试验部分空载试验：短路升流试验 空载升压试验 零起升压试验 电压阶跃响应试验 “电压闭环”“电流闭环”切换试验 转子电流阶跃试验 电流闭环下的A/

43、B套切换试验 空载单套PT断线试验 空载双套PT断线试验 自动升压、逆变灭磁试验 空载V/F限制试验并网试验：负载P、Q测量校验 负载切换试验过励试验欠励试验 均流试验 甩负荷试验 PSS试验开机前，核对程序和参数是否正确，特别是补偿角度，采样系数等。检查端子联片是否投入，特别是PT、CT和同步端子。检查并再次确认主回路接线正确。 在config.ini中，将自动录波退出。脉冲强制输出开关拨在非强制输出位置，开关位置应在上方。 零起升压试验 零起升压是针对调节器性能的第一个试验，只有在零起升压试验正确的基础上，才能进行后续相关试验。整流装置和灭磁开关的操作同上。调节器的操作如下: 调节器设为电

44、压闭环控制方式。退出系统电压跟踪功能。如下图 暂时退出软起励功能，通过“就地减磁”按钮将电压给定值降为10。 退出“系统跟踪”软压板（一般水电厂使用）。按调节器“就地建压” 按钮，调节器电压稳定后，再通过“增磁” 按钮升至需要的数值。零起升压正常后，将“起励定子电压给定值”返回（一般设定为100），修改了“起励定子电压给定值”后，必须经过一次开停机，或者写入flash关电重启后才有效。 七、运行操作一)、电源投入NES 5100励磁调节器一般由两路独立的交流电源和一路直流电源供电。两路独立的交流电源分别为A、B套调节器的交流工作电源，一路直流电源为A、B套调节器共用（可根据现场条件调整）。任何

45、一路输入电源消失均不影响调节器的正常工作。另外刚开机和交换机均采用交流电源，条件允许的话，可以用第三路独立的交流电源。或者用AB套调节器的交流电源。正常运行情况下，调节器交流输入电源开关直流输出电源开关，工控机电源开关均处于合闸状态。二)、零起升压机组第一次起动或大修之后一般采用零起升压方式。可操作如下：1） 调节器设为电压闭环控制方式。退出系统电压跟踪功能。2） 采用软起励的机组暂时退出软起励功能，未采用软起励的机组应通过“就地减磁”按钮将电压给定值降为10%。3） 自动或人工起励，发电机应建压在预置的设定值并保持稳定。4） 对发电机或主变进行零起升压。注：1，可设定的电压给定预置值的最小下

46、线的大小取决于可控硅正常换流的最低阳极电压。2，如果发电机不能建压或发电机电压向上攀升不能控制，应立即灭磁开关灭磁。停机检查励磁整流变压器原边的高压保险有否熔断和整流桥的交流输入与发电机的相位、相序是否一致，并且应是正相序。3，零起升压正常后，将“起励定子电压给定值”返回（一般设定为100%），修改“起励定子电压给定值”后，必须经过一次开停机，或者写入flash关电重启后才有效。三)、正常开机零起升压正常后，即可进行正常开机。调节器上电后，即对发电机电压给定值进行预置，励磁系统接到以下命令时，发电机电压到预置值：1） 调节器接到开机建压令，且发电机转速达到95%，由调节器输入输出起励命令使发电

47、机起励升压。2） 人工按“就地建压”按钮，且发电机转速达到95%。四）、空载运行正常开机建压后，即可进行下列操作。就地控制：操作调节器面板上的“就地增磁”、“就地减磁”按钮，可对发电机电压进行调节。远方控制：操作中控室的励磁调节把手或按钮，或通过监控系统可实现对发电机电压得调节。五）、自动准同期调节器可通过常规接点的方式接受自动同期装置或上位机的调节励磁的命令，以调节发电机的电压。调节器预留系统电压跟踪功能，供有需要的机组采用。空载时机端电压在90%-110%之间自动投入，并网后自动闭锁该功能。调节器海可以通过串行通讯或CAN通讯的方式接收上位机调节励磁的命令，已调节发电机的电压。六）并网运行

48、机组并网运行以后，通过调节励磁电流的大小实现对无功功率的调节。控制励磁的操作方法同空载运行时一样。调节器通过调节控制、限制保护来保证发电机励磁安全稳定地运行。七）停机操作1，正常停机灭磁发电机停机时，停机继电器接点动作信号输入到励磁调节器后，调节器自动逆变灭磁。2，人工逆变灭磁按下逆变灭磁按钮，如果发电机已解列，调节器自动逆变灭磁。3，事故停机灭磁发电机事故停机，通过保护或监控系统引入动作接点，分断灭磁开关灭磁。八）通道切换1，自动切换主通道故障（PT断线、电源故障、同步相序故障、脉冲计数故障、脉冲回读故障等）时，自动切换到从通道。2，人工切换操作调节器面板上“置主开关”后切换到从通道。人工切

49、换之前须对比两套调节器的电压给定值、电流给定值相同且机端电压偏差在0.2%以内且转子电流偏差在0.5%以内；触发角度近似相等。九）控制模式选择1，各种控制模式介绍NES5100励磁调节器有恒电压调节（自动）、恒电流调节（手动）、定角度（试验用）、恒无功调节（试用）、恒功率因数调节（选用）5种控制模式，以满足电站不同的运行要求。在电压调节模式下又有系统电压跟踪和不跟踪两种情况。每种调节模式下的调整目标是不同的，调节模式可以在远方通过控制信号的输入来选择，也可以在工控机界面中选择。1）恒电压调节模式提示：无“控制方式切换”信号时，自动进入电压调节模式。电压调节模式为励磁调节的主运行方式，又称自动方

50、式。在电压调节模式下，励磁调节器自动维持机端电压为给定值。在此模式下，通过对考虑调差影响的发电机电压和给定电压进行比较：当考虑调差影响的发电机高于给定电压时，调节器将增大可控硅的触发角以降低励磁电压（励磁电流）；反之，当考虑调差影响的发电机低于给定电压时，调节器将减小可控硅的触发角以降低励磁电压（励磁电流）；从而达到控制机端电压为给定水平的目的。当调差系数为正时：如果发电机发出无功，发电机的机端电压小于发电机的机端电压给定值；相反，如果发电机从系统吸收无功，发电机的机端电压大于发电机的机端电压给定值；当调差系数为负时：如果发电机发出无功，发电机的机端电压大于发电机的机端电压给定值；相反，如果发

51、电机从系统吸收无功，发电机的机端电压小于发电机的机端电压给定值。在电压调节模式下，若发电机未与系统并列（空载），调整电压给定值将改变发电机的机端电压，当给定电压增加时，机端电压增加。若发电机与系统并列时，调整给定电压将导致发电机的无功变化，增加给定电压时，发电机输出的无功功率将增大。系统电压跟踪方式在电压调节模式下，工控机界面“软压板”中“系统电压跟踪功能”置“1”时，当空载时机端电压在90%-110%间进入系统电压跟踪调节方式。发电机并网后，自动转为电压调节模式。在系统电压跟踪方式下，调节器自动将系统电压作为电压给定值，从而达到快速跟踪系统电压的目的。若选择该功能，当开机建压后，发电机机端电

52、压自动上升到与系统电压一致，这样可以加快发电机与系统并列的速度。2）恒电流调节模式提示：PT断线故障时，该套调节器自动进入电流调节模式。在电流调节模式下，励磁调节器自动维持励磁电流为给定值。由于电流调节模式不考虑机端电压的变化，故又称手动方式。在此模式下，通过对发电机励磁电流和给定电流进行比较：当发电机励磁电流高于给定电流时，调节器将增大可控硅的触发角度以降低励磁电压（励磁电流）；反之，当发电机励磁电流低于给定电流时，调节器将减小可控硅的触发角度以增大励磁电压（励磁电流）；从而达到控制励磁电流为给定水平的目的。当发电机与系统并列时，发电机的无功功率参与调节。在电流调节模式下，若发电机未与系统并

53、列（空载），调整电流给定值将改变发电机的励磁电流，当给定电流增加时，机端电压增加。发电机与系统并列时，调整定值电流将导致发电机的无功变化，增加给定电流时，发电机输出的无功功率将增大。3）定角度调节模式为开环控制模式，该控制方式只适用于它励励磁方式。通常只在小电流试验、它励源升压或升流试验时才采用。正常运行时，禁止使用该调节模式。4）恒无功调节模式提示：只有发电机与系统并列，且通过用户选择无功调节模式才能进入该模式。在无功调节模式下，励磁调节器自动维持发电机无功功率为给定值。在此模式下，通过对发电机无功功率和给定无功功率进行比较：当发电机输出的无功功率高于给定无功功率时，调节器将减小电压给定值，

54、从而增大可控硅的触发角度以降低励磁电压（励磁电流）；反之，当发电机输出的无功功率低于给定无功功率时，调节器将减小可控硅的触发角度以增大励磁电压（励磁电流）；从而达到控制发电机无功功率为给定水平的目的。5）恒功率因数调节模式提示：只有发电机与系统并列，且通过用户选择功率因数调节模式才能进入该模式。在功率因数调节模式下，励磁调节器自动维持发电机功率因数为给定值。在此模式下，通过对发电机功率因数和给定功率因数进行比较：当发电机功率因数高于给定功率因数时，调节器将增大电压给定值，从而减小可控硅的触发角度以增大励磁电压（励磁电流）；反之，当发电机功率因数低于给定功率因数时，调节器将增大可控硅的触发角度以减小励磁电压（励磁电流）；从而达到控制发电机功率因数为给定水平的目的。2，控制模式间的转换与跟踪1） 励磁PT断线时，该套调节器自动转为电流闭环运行模式。2） 空载状态下，没有无功调节和功率因数调节模式。3） 在电压调节和无功调节模式下，电流给定自动跟踪励磁电流。4） 励磁PT断线时