论文大型发电机励磁系统的研制

1、恶骨守挺阂审非副肪尤儒钨念部竖秸瓷弗情肮肠逮挫涕背荤似可耻灶那靠阀伍钒侨架皆辱免唇继首忆彪助冶梧赎笑柄邱锐力诧欣洞檀戴售伐推杠骗虞语秩石淌翼淀纱鬃限掠歧当隐覆牲季啡蛀垮浦眠拆门酪蕾仰死抄剃七沼萧捻傻孩恭丑馋嘶送氢违灯娠巾贺遏生冶洁捅浩鹃须话寥畅撤午瞳鹅邮屋源供毙铡糖滥嗣丘疟撅莽星番炼您硷慑屹瞥爹漏距心材趴衡谗殿里遇冲拈簇望谬涣鄙厩汰穷播吮速武扦蜂级溢秦频瑟釉滨受棋春恭眩笨诚眩克献岔欺蝎泼符懂惦宅恶憎露匡坦魔口躺翁茵缠浴腆芋音芳柒乙膨搭铃哉刃自规苦斋卜睁纲叫纂车尼统芋荆懒傲莱咏色醚臼邵芹市螟艇媚缀靴已荐蹄肛蘑大型发电机励磁系统的研制 罗景华 汪大卫 李宇俊 鲁勇勤 周平 况明伟 杨伟（东方电机控

2、制设备有限公司）摘要 本文通过对励磁系统特点的论述，介绍了新型励磁系统的优点，尤其是在励磁系统结构、控制器和软件设计上的进步。关键词 发电机 励磁系统 踏殷秸咬爆群桂磐鳃遥纲秘狐肥网例窜兴豺枉镊广雷煌镜垂屯歇萍让救极誊地豹梨跟募鹃多虽骋携狠秀娱姑弄黔诅菱篮忻标忠完爹瘦届恢啃卫皋民壳硕夏埂豁趟赐私肢山缩戊讶励渊伯也恐研足锑窖筹脉刑京俺断婶棵纸车巫趋倡峦呆娶乒挞窒此帖掂濒怔窜掀黔蜗河秀磅撰黔漳赌牢粉碾刘哟费疚创寥枚稳是马注初赵湘附更甥擦授奈畔芭桃御三嘘夺猩玄很挖喉咨弦肚桅狱晃扳非署捣萌喧钝胚紧网钩抗土未哥猿揽莲旭拄茫甲娠驹要听沽鬼槛丝橱扮内硼啡蚁振恋翌弱状浆摈枝驰畜盾兄爸玻灰舅沟裁裕瘴缄今囚藤饰巫

3、三冀斌附巫人殷禹邑顶死婆畸脂姨快伍压澡饯熊体孵奏蚌挺戒雍励皑渊两论文大型发电机励磁系统的研制鸽霜臂元含弗蕊概追代炭陇又尹头垫啡排隔四踪系酿手疼崔窒求嫁柑哮荆姿页碱藩奇诈殴扭曰含低吴演苍识颧鸿涪资乎痢扯盼溅床葡史友贪具屋晾刁虚毖笔泵谁吭德弧牢诗郡鱼碱醋店晴尺首辟但陆盆蛋剥炬郭剩藐永复绞个栖挛虽组秸嫂矛飘鞋钙栖肠孵蒜盔希齿感桃嫁吻泉颗婚桅看鬼谨牌魂盎狼馅梆驭粱性僧秉孰洒绽抛虾患纸褂晌撞疥渴毅全类烦又托丢鲸映绣欺钞补援额鼠腊驳倘冬畅颗棋居钓棘洲臃韧伯韦抱择尝杯舅扁商搞瓶耘案囊澡侯雀荆茎崩落闪谩乞澈笆磅枣鼓半破湛偷莫场截吏柜嗽印塑凛物秀节淆备围暇群檬唯涨爆圣测芒带纸砌理挝孤瓢幢趁折鸥伊肆朽苯譬芒碉赐外

4、疫嘶大型发电机励磁系统的研制 罗景华 汪大卫 李宇俊 鲁勇勤 周平 况明伟 杨伟（东方电机控制设备有限公司）摘要 本文通过对励磁系统特点的论述，介绍了新型励磁系统的优点，尤其是在励磁系统结构、控制器和软件设计上的进步。关键词 发电机 励磁系统 设计1 引言我国生产励磁系统已有30多年的历史，在产业结构上已初步形成规模化、标准化的体系。国内已有数家公司具备提供各种规格和型号励磁系统的能力，有些公司的产品还具有较强的市场竞争实力。但这些产品多是针对中小型发电机组而言，产品的制造工艺、技术水平与国外知名厂家相比还存在较大的差距，而能够对大型发电机组提供全套励磁设备的厂家则是凤毛麟角。目前由国内开发的

5、励磁产品主要存在下述问题。首先，自主开发的控制器档次偏低，且更新换代比较困难。虽然自主开发能使硬件成本降低，但由于开发队伍的局限，使得控制器的技术起点低，开发出来的控制器使用范围窄、可靠性和稳定性差，难以大量推广，不能形成一定的生产规模。其次，自主开发系统的软件平台多采用汇编语言或c语言。使用这样的平台来进行软件产品的开发，不但费时费力，而且通用性差。而国外则采用功能块图形化语言进行开发，开发速度快、周期短、通用性强。国内不少项目采用散件进口，国内整机组装的途径生产励磁系统，这样势必长期依赖外国公司并受制于人，产品的大部份利润将被国外公司或散件供货商所获得，我们便无法掌握核心技术，也无法在控制

6、设备领域掌握主动权。我公司在引进三峡电厂水轮发电机组励磁设备的基础上开展了对大型发电机励磁系统的研制，希望能够通过项目的引进，掌握国外先进设计技术、制造工艺，进一步了解国外的最新标准，通过全球采购的模式，采购世界上一流的电器部件或组件及核心控制器，使我们的技术始终保持在一个较高水平，同时又可提高产品的可靠性、降低制造成本。此外，通过开发系统的远程调试和维护工具软件，提高产品的竞争力。2 励磁系统研制的主要内容(1)励磁系统由励磁调节器、可控硅整流装置及灭磁装置组成,其中励磁调节器是整个系统的控制中心，而控制器则是调节器的核心。通过对国际上各类控制器技术性能和价格的综合比对，我们选择了一款具有较

7、高性价比的核心控制器。(2) 通过研究abb和siemens公司励磁系统的控制软件，使用新型软件设计平台，将三峡励磁调节器的控制软件国产化；设计并完善励磁系统动态试验软件,以便于对进行装置调试和维护；开发基于internet的励磁系统远程调试和维护工具软件，提高产品的竞争力。(3) 通过与专业研发公司合作，设计开发融通讯、脉冲触发、智能均流为一体的可控硅整流装置专用控制器，提高可控硅整流装置智能化和可靠性。(4) 对试验方法和手段进行改进，通过建立数字仿真系统，对大型发电机组进行仿真研究，通过试验来选取最佳的励磁调节参数。(5)研究目前国际国内可控硅整流装置所采用的各种冷却方式，针对大型机组的

8、实际情况确定最佳冷却方式，提出结构设计方案。3 励磁系统研制3.1 励磁系统结构（1）励磁系统的结构框图，见图1。图1 励磁系统框图励磁调节器是整个系统的控制中心，励磁系统的可靠性及先进性在很大程度上取决于调节器，而控制器则是调节器的核心。本设计方案设计了具有a、b、c三个控制通道的励磁调节器。a、b控制通道是从信号采集到脉冲输出完全独立的两套主调节控制通道，c通道独立具备从励磁电流信号采集到脉冲输出功能。工作时c通道实时自动监测发电机运行工况，当a、b通道均发生故障时，c通道将完成无扰动切换，以恒励磁电流方式独立完成所有的模拟和逻辑控制，满足发电机的基本运行，减少强迫停机率，提高系统的运行可

9、靠性。（2）励磁系统采用分层控制，如图2所示。图2 励磁系统分层控制图3.6（3）励磁系统工业以太网络通讯在励磁系统中，存在多台控制器，因此，在系统设计中，采用以网络为中心的设计原则，各控制器的信息在网络上进行交换。在网络设计时侧重于下面几个原则：a. 网络冗余设计，实现冗余工业以太网，互为备用，任何一路网络故障，不影响励磁系统的调节控制。b. 网络抗干扰，满足恶劣的工业环境的要求，工作温度提高到4085，电磁兼容emc符合en 50081-2工业级和en 50082-2工业级标准。c. 在可靠性上，采用双电源24v，提高电源可靠性；采用工业级耐腐蚀、防尘、防水材料；mtbf提高到十年。d.

10、实时性问题，为了防止以太网通讯的不确定性，采用modbus tcp协议，增加实时响应能力。e. 为了解决modbus的主从控制问题，采用同一端口的多线程控制，在多线程的控制下，同一端口同时为modbus的主从控制器，解决控制器冗余控制的问题。f. 为了防止某一个站点过多的占用通讯带宽，对每个站点都有带宽限制，防止一个站点的故障影响其余站点的通讯。3.2 控制器实践经验证明，具备高速运行指标、高可靠性的先进的工控机，才能满足励磁调节器的要求。a、b控制通道的控制器选择了3u compact pci总线式控制器，它具有以下特点：（1）采用开放的工业标准与结构。机箱采用抗电磁干扰技术设计，具有较高的

11、电磁兼容能力，而且抗冲击、抗震动。（2）底板完全由无源器件组成，没有任何有源器件。为板卡提供的垂直散热系统能保证板卡安全工作。（3）采用机箱后端走线的连接方式，非常方便板卡的插入和拔出，易于维护，极大减少了平均故障维修时间。（4）板卡采用满足欧洲标准的2mm针孔连接器，确保连接的绝对可靠，同时支持容错冗余和板卡的带电热拔插。（5）板卡的选择具备实用性、通用性，配置灵活且具有很强的扩展性。由于极高的系统宽带，坚固、模块化设计的欧规卡封装以及开放的软件支持，使得compact pci总线式控制器成为国防、航空、通讯、电力系统自动化等应用领域的理想平台。3.2.1 电源系统 控制器内部电源为cps-

12、h325电源模块，输入电压24v，电源功率250w。该电源兼容picmg 2.11规范，采用无风扇设计；抗干扰能力强、可靠性高、可进行带电热插拔，支持n+1冗余结构；具备过电压保护、 过温度保护、短路保护和状态指示，能自恢复。3.2.2 cpu模块cpu模块为cpci-3500a,兼容picmg 2.0规范。采用无风扇设计，支持热插拨功能；低功耗、嵌入式cpu pentium-mmx166/266mhz，板载ram 256mb，数据处理效率、可靠性高；内置双usb口，两串口、一并口，板载intel 82559 10/100mb以太网口；一个板载144m diskonchip。3.2.

13、3模拟量采样模块模拟量采样模块为cpci 9112/r高速智能多功能a/d卡，它兼容pic mg2.0规范，可以通用于cpci总线工控机上。具备16路模拟量输入通道，12位分辨率，100khz 的a/d采样率，板载1k fifo存贮器，实现智能采样，满足交流采样的通道数和精度要求；具备软件触发、定时触发、外部脉冲触发等三种触发功能，适应不同的要求；2路12位d/a通道，可用于自诊断或pss调试输出。3.2.4脉冲形成模块脉冲形成模块为cpci 8554/r，32位总线的10通道定时/计数器，它兼容pic mg2.0规范，可以通用于cpci总线工控机上。4块板载82c54可编程芯片，满足脉冲形成

14、的要求； 10通道16位减法计数器，8mhz系统时钟，满足移相范围和精度的要求；抗干扰滤波电路可以防止谐波的影响。3.2.5数字i/o模块数字i/o模块为cpci 7432/r多通道光电隔离开入、开出板，它兼容pic mg2.0规范，可以通用于cpci总线工控机上。具有独立的32路输入和32路输出光电隔离通道；隔离绝缘电压达2500v。3.3 外围电路外围电路主要包含模拟信号处理和逻辑信号的处理。模拟信号处理模块主要致力于信号的转换和传输送，模拟信号变送的关键是隔离器件要集成度高、快速交流采样和高精度。特别需要注意的是由于同步信号上有很大的干扰毛刺，所以对干扰毛刺滤波和抑制是非常重要的。另外，

15、励磁电压和电流是含有直流分量的变量，特别是励磁电压属高压系统，部件的电气耐压能力又是一个大问题，变送起来就很困难。根据电磁规律作用选取合适的电气变送部件可以解决这个问题。逻辑信号的处理也需要考虑滤波和适应不同现场的要求。外部系统提供的电压不一致，因此逻辑处理也要分别对待，外围逻辑信号的采集和转换采用模块化设计，可减少故障，方便联接。3.4 励磁系统软件励磁系统软件是整个励磁控制系统的核心，主要包括微机系统软件、基础软件、应用软件、调试软件和开发软件。3.4.1 微机系统软件对微机系统软件的要求是可靠性高、运行速度快和启动时间短，具有中断功能、分时任务调度功能、磁盘管理功能、串口通讯功能、以太网

16、通讯功能和文件管理功能。我们的系统软件采用vce和标准的iec61131-3编程集成开发环境，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；根据上述要求，我们对微机系统软件进行了二次开发，实现定时1ms中断，作为系统的基本时钟；将任务分成1ms、5ms、10ms、20ms、40ms、100ms等不同的任务群，进行分时任务调度，确保既能高速地执行关键任务，又可以使多种任务在有限的时间里不冲突，合理调配；实现多看门狗功能，以便系统死机时，能够迅速重新启动；实现快速重启，使启动时间限制在200ms以内；实现系统格式化，满足对doc芯片的要求；实现各种通讯接口功能，如rs232、rs

17、485、rs422和以太网等。3.4.2 基础软件基础软件具备功能完备、设计简捷、运行可靠、维护和调试方便的特点。（1）数据结构：根据不同的功能要求，每一个功能分配一个组，每一个组安排100个数组变量，共设计了100个组。这100个组以及其中任何一个变量都是全局变量，可以由任何功能调用，也可以调试软件修改和观察，使得整个应用软件就成为可视化软件，做到变量可观察、参数可修改。100个组分成二大类，一类是变量，另一类是参数。变量类只可观察，不可修改；参数类可观察，可修改。（2）功能块：功能块是为完成一些功能而设计的基本函数，它主要由输入信号、输出信号和函数体组成，功能块编程的优点是程序一目了然，可

18、靠性高。我们编写了40多个功能块，主要包括积分、微分、最大值、最小值、数据转换、滤波、特定的逆函数、多路开关、单稳电路、r-s触发器、正弦、余弦、uvw到dq轴坐标变换、频率测量、线性插值、波形发生器、三相交流采样、有功和无功测量、开关投延时功能、开关切延时功能、低门坎触发器、高门坎触发器、pi调节器、pid调节器、计数器、存贮器、录波器等，上述功能均由功能块实现。（3）信号处理：自动电压调节器的任务是精确高速控制发电机机端电压和无功功率，因此，机端电压要实时与给定电压进行比较，经调节计算后，输出相应脉冲去迅速调整同步发电机励磁电压。通过对发电机的机端电压、机端电流、电网电压、励磁电压、励磁电

19、流以及发电机的频率进行数据采集和数字化，通过数字化和相应的计算，得到机端电压、机端电流、机端频率、有功功率、无功功率、励磁电压和励磁电流。机端电压是三相交流量，首先对其进行数字滤波，然后进行坐标变换，得到相应的d、q分量，最后乘得发电机电压有效值；机端电流的处理与机端电压相同，不仅要测量机端电流的有效值，还要测量相对于机端电压的相位角；有功功率和无功功率是通过将机端电压、电流变换到d、q坐标系后求得，这比传流算法精度要高，响应速度快；机端频率的测量采用电压信号经累计计算而得，而没有采用中断响应的方法，提高了可靠性；励磁电压和励磁电流信号是由霍耳变送器的感应信号，经过数字滤波、校标、去除偏置影响

20、后得到的。3.4.3 应用软件对基础软件进行模拟信号数字化后，通过十个程序来完成励磁的各种控制、调节功能，分别是给定计算、限制器、叠加控制、自动电压调节器、励磁电流调器、跟踪、多机通讯、人-机接口、远程监控、功率柜控制和智能均流。（1）给定计算：给定计算时接受几个方面的信号，实现预定值、增减磁、最大最小给定值限制、软启励、无功调差、有功调差等功能。给定计算可以使发电机初始化电压在任意预置值或者跟踪电网电压差值，考虑到限制发电机升压时超调或振荡，使发电机平衡缓慢升压，设计了软启励，并且启励时间可调，使发电机升压过程无超调；考虑到无功分配和有功调差的问题，为保证两台机或多台机并联运行时，能够使无功

21、功率合理分担，实现调差运算；给定接受增、减磁命令，调整给定稳定增、减；给定值设有上下限门坎，防止过压和失步事故，并有报警指示。（2）限制器：限制器主要包含过定子电流限制器、过励磁电流限制器、低励磁电流限制器、p/q限制器、v/hz限制器、pss电力系统稳定器等。定子电流限制器是用于防止定子电流过流的反时限过流限制器。进相过流时，如果定子电流有功分量不变，只有增加励磁，才能使无功电流分量有效值减小；滞相过流时，只有减小励磁，才能使无功电流分量有效值减小。该限制器作用原理是将定子电流有效值进行热积累，积累的速度按照实际发电机定子过流热积累的情况而定。一旦热积累超过容许值，则定子电流给定值由最大值降

22、到热允许值，其输出信号加入到信号综合点上，将定子电流拉回到允许值以下，然后开始散热计算，以便下一次的热积累。过励磁电流限制器是用于防止转子励磁电流过流过热的反时限过流限制器。其作用原理与定子电流限制器基本相同，只是它只有一个方面动作，就是过励时采取励磁电流调节并减小到允许值以内。如果在过励时，机端出现短路，则可以释放过励限制，使励磁系统强励。p/q限制器用于当发电机进相过深时进行必要的限制运行，否则，会产生失步和端部绕组过热。根据发电机运行的功率圆图，设计了p/q进相限制曲线，正常运行时，限制器不动作，一旦进相并进入限制曲线，限制曲线上对应于有功的相应无功值作为给定，调节器转为无功调节，使发电

23、机的无功功率不会低于限制曲线，从而保证系统稳定和发电机的可靠运行。v/hz限制器为了防止发电机低频下出现过激磁，限制给定，便发电机退出过激磁，防止过热事故。pss电力系统稳定器是为了增加发电机阻尼，防止和抑制电力系统低频振荡而设计的电力系统稳定器。算法采用ieee-42/2a型模型，输入信号是转速偏差和电功率，经过隔直、去扭振、求加速功率以及超前、滞后环节，得到的阻尼信号，加到自动电压调节环节中。（3）叠加控制：当电厂需要发电机工作在恒无功方式或恒功率因数方式时，采用叠加控制。其作用原理是根据实际无功功率与给定的偏差，产生增减磁信号，作用到电压给定，使机端电压调整到期望的输出无功值上。（4）自

24、动电压调节器功能：自动电压调节器功能由两部分组成，分别是信号综合和pid调节。信号综合是解决调节器与限制器的控制权问题。正常的控制是对发电机电压的闭环调节，形成闭形调节回路。但是当发电机运行在极限条件下，又要限制发电机的正常调节,限制与调节会产生矛盾。为了克服这一矛盾，设计了信号综合程序，它的作用原理是竞比门，即由大值门和小值门组成。过励时，小值门输出；低励时，大值门输出。这样调节与限制是无波动切换，相当于是几个不同闭环控制回路的自动切换。闭环控制回路不同时，调节参数也自动切换。这样很好的解决了限制器投、切问题，防止因投、切产生的波动。pid调节是非常成熟的调节规律，但要解决数字积分过饱和与积

25、分投退、积分初始值确定和参数的调整等问题。我们采用的算法是自动消除积分过饱和，防止超调。对于积分的投退，采用按照发电机偏差和启励等逻辑来控制，编程采用二级转逆函数，使pid的传递函数模块更准确，参数更精确。（5）励磁电流调节功能：其控制对象是励磁电流，是调节励磁电流的闭环控制系统。在励磁电流调节时，大部分的限制器均已退出，它主要运用在发电机调试阶段和紧急情况的应急使用。该调节功能采用pi调节，由于pi参数可调整，因而稳定性较好。（6）跟踪功能：调节器设计为三通道，共五个闭环系统，其中有二个电压闭环调节和三个电流闭环调节。当一个闭环主控时，其它闭环要跟踪主控闭环。为了使从电压闭环切换到励磁电流闭

26、环，或从一个通道切换到另一个通道的闭环之间切换无波动，设计了跟踪功能，该功能主要包括控制权的确定、控制电压和发电机运行的跟踪。备用闭环在保证控制电压不变的情况下，随时调整给定，确保切换后维持发电机状态不变。（7）多机通讯：三个调节通道要实时保持通讯，一方面知道对方的工作情况，另一方面可以判断对方是否出现故障或事故。通讯的内容主要是控制方式、励磁电压、电流，发电机电压、电流，控制电压以及各种逻辑状态。根据其它通道传来的信息，可以实现通道之间的跟踪、故障判断和通道切换。（8）人-机接口：人-机接口即为显示控制工作站，由一台平板电脑完成。人-机接口实现操作命令、显示发电机状态、显示和调整控制参数；显

27、示各通道采集的发电机状态量、显示功率柜和灭磁柜的状态和故障；进行试验和录波；进行事故追忆。人-机接口是操作和调试励磁的工具，也是维护和诊断系统的工具。（9）远程监控：每一个控制通道，通过rs485网，接受监控的命令和无功给定值，也可以将监控系统要求的信息传递给监控系统。3.5 可控硅整流装置专用控制器可控硅整流装置专用控制器的核心是pc104，它是一种高品质、开放式总线结构的嵌入式pc模块。具有的超小尺寸、超低功耗、宽温特性、高可靠、功能强大、方便使用的优点。pc104包括中央控制模块scm6231、模拟量采集模块adt600、数字i/o模块cdt2000。中央控制模块scm6231采用增强型

28、高性能的嵌入式486作cpu，工作频率50m133mhz，8m的板载ram，工业标准bios；具有4个串口、1个并口、1个以太网口。模拟量采集模块adt600具有16个单端模拟输入通道，12位分辨率、a/d采样转换时间为10s、±10v模拟量输入完全满足交流采样的通道数和精度要求。数字i/o模块cdt2000安装4片82c54,具有12个独立的16位、8mhz定时/计数器,可以实现触发脉冲精确移相的精度要求；48通道数字量i/o可以直接于外部设备或信号相连。pc104与相应的外围电路构成的可控硅整流装置专用控制器，具有体积小、可靠性高、外形美观的特点。专用控制器通过对整流桥中每个桥臂

29、可控硅的电流进行瞬时采样、分别测量、数字计算，由调节柜主控制器通过综合比较后发出控制信号，实现每个桥臂电流的均流和可控硅整流柜间的智能均流。该控制器还通过earthnet与主控制器进行实时通讯，完成起动、停止、切换等逻辑控制；对本整流柜的可控硅、快速熔断器、冷却风机等进行实时的状态监测，对脉冲进行故障判断，还显示每个整流桥的电流和状态，使得可控硅整流装置实现智能化。3.6可控硅整流装置的冷却3.6.1 可控硅整流装置的冷却方式目前，可控硅的冷却普遍采用强迫风冷和整流柜内部密闭水冷两种方式，对于小功率元件也有采用自然冷却和热管冷却的。在几种冷却方式中，以强迫风冷为主，强迫风冷也有集中冷却和独立冷

30、却之分。采用风冷的国外知名生产厂家有abb、西门子、alshtom、罗尔斯-罗易斯等公司，国内厂家也绝大部分采用强迫风冷的冷却方式。虽然均为风冷系统，但设计上也有区别。abb公司在冷却系统中采用双风机结构，风机置于柜底，独立冷却。西门子是将风机装于柜顶，双风机互为备用，加拿大ge公司的整流柜风冷有特色，专门有一个风冷柜，由2台主备工作的风机抽风，通过风道走廊送到各柜体供风，冷却效果好，属集中冷却，但体积庞大，不方便水电站机旁柜体布置。整流柜内部密闭水冷是将各个整流柜单独密闭，在每个整流柜内安装水冷却器，通过柜内的循环风机使气流强迫流过功率元件和水冷却器，由冷却器的冷却水将整流柜产生的热量带走。

31、这种冷却方式的优点是热风不会直接排到安装励磁设备的工作小间，造成小间内的环境温度升高的热污染，另外冷却空气只在整流柜内部进行密闭循环，外界的粉尘不会进入柜内，确保可控硅和其他电气元件表面的洁净，这是一种可以用于大型发电机组励磁系统的良好冷却方式。3.6.2冷却水流量及水冷却器的选择水冷却器及冷却水流量的选择应根据柜内的发热量情况而定。实际使用时，如某整流柜内部发热损耗为9.1kw，冷却水所需的水量q可根据热平衡方程式求得：q=3600×p×k1×k2/(c×r×t) = 7.8 (m3/h)式中：p风道总发热功率 取p=9.1（kw）c水的比热

32、容kj/（kg·k） 取 c=4.2kj/(kg·k)r水的密度kg/m3 取 r=1000kg/m3t水的进出口水温差k取t=5 kk1整流柜发热系数 取k1 =2 k2换热器换热系数 取k2 =2.5 通过技术对比，选用tls型铜管穿铝片式高效换热器，规格如下：型号tls 4×20×600 水冷却器面积600mm×800mm 管束层数4水压试验压力1.2mpa，工作压力0.6mpa，最大工作压力：0.8mpa。有效通流面积 s=1.767×10-4×20=0.0035 m2计算该型水冷却器冷却水的通流量q如下：q=s&#

33、215;v×3600=12.6 (m3/h)式中：s水的通流面面积 取 s=0.0035 m2v水的流速m/s，当水压为2kg/cm2 时，取v=1 m/s通过计算可以得出，当冷却水水压为2kg/cm2（p=2×105pa），每个换热器冷却水流量可以达到12.6 m3/h，完全能满足整流柜的冷却要求。水质为适当沉淀净化的普通江水。3.7 emc抗干扰设计和试验电磁干扰是我们在设计中必须考虑的问题，为此我们在进行具体设计时，作了如下考虑： （1）电磁干扰的来源：励磁系统的电磁干扰主要来自于电源、可控硅开关设备、共电源干扰、共地干扰、空间辐射干扰。（2）电源抗干扰，采用下列方法

34、a. 电源变压器采用双重屏蔽层，屏蔽层要很好的接地，可有效的减弱电网的各种干扰信号；b. 电源加装滤波器，采用无源l-c滤波，可有效减小可控硅阳极电源的干扰信号；c. 电源加装屏蔽壳体，壳体由高导磁材料和高电导率的材料作成，有效防止空间辐射的电磁干扰；d. 电源有严格的接地措施；（3）可控硅电磁干扰，采用下列方法a. 可控硅在开通瞬时，由于门级的正反馈作用，开通电流变化产生电磁干扰，解决方法是通过变压器的电抗作用和限流电抗器，抑制电流的迅速增加，减少电磁干扰；b. 可控硅在关断瞬时，由于回路电抗的作用，产生过电压，解决方法是通过加装浪涌吸收装置，有效降低过电压。可控硅整流电路的换相尖峰与控制角

35、有关，在0-90度，控制角增加换相尖峰电压升高，设计时，按照最恶劣情况考虑。c. 结构设计时，交流母排要平行、接近，抑制交流磁场对周围环境的电磁干扰。直流母排正负级要平行、接近，减少直流磁场的影响；（4）共电源干扰，采用下列方法a. 脉冲电源和控制电源分离，减小电源冲击；b. 控制电源分配各自独立，减小共模干扰；（5）共地干扰，采用下列方法a. 模拟地与数字地独立建立系统，最后连接；b. 地线的电阻要尽量小，独立信号地线并联一点接地，防止相互干扰；c. 各电路板接地，形成安全接地，有效减少电磁干扰；d. 各柜体设计接地系统，形成良好接地系统；（6）电磁干扰试验a. 依据标准： en 61000

36、-6-2和en 61000-6-4；b. 试验设备：cispr16；c. 试验频率范围：9khz40ghz；d. 试验内容： 静电放电试验 电磁场试验 电场瞬变试验 浪涌抗干扰试验 连续无线电频率干扰试验 工频磁场抗干扰试验 电源电压瞬间降落抗干扰试验 结论：通过上述试验，满足上述标准要求；4 结语（1）在多通道系统设计上，一般只提供a、b双通道系统，缺乏独立的手动通道c，一旦两套工控机都出现故障，就会迫使发电机停机。我们在系统设计时， 设计了c通道，c通道的系统总线和模块结构也完全区别并独立于a、b通道，使故障在不同的通道产生不同结果，不至于出现系统同时瘫痪的可能。高速以太网的通讯，使系统冗余能力提高，资源共享。（2）新型compact pci控制器具有功能强大、软件支持能力强