小型发电机微机静止励磁装置

1、SEC1005型小型发电机微机静止励磁装置科大创新股份有限公司科聚分公司公司简介科大创新股份有限公司是中国科技大学、中国科学院等离子体物理研究所、中国科学院智能机械研究所等单位于1999年联合创办的股份制有限公司，坐落于景色优美的合肥国家高新技术产业开发区。科大创新股份有限公司是国家认定的高新技术企业和经国务院授权批准的博士后工作站。公司依托中国科技大学和中国科学院的科技优势和人才优势，主营电力、电子与工业过程自动化等方面的软件、设备、器械以及新型化工材料等产品，于2002年在上海证券交易所挂牌上市。科大创新公司科聚分公司前身是中科院等离子体物理研究所电器设备厂，创立于1986年，1994年改

2、制为合肥科聚高技术有限责任公司。科聚公司是国内最早利用国家自然科学基金和国家攻关项目的支持，对氧化锌压敏材料科学和工艺进行研究与开发应用的单位，在国内率先将高能氧化锌非线性电阻用于大中型发电机转子灭磁及过电压保护，并持续研究、开发了多代产品，为新型氧化锌移能灭磁技术在国内的推广应用做出了巨大贡献。公司曾承担了国家重大科技攻关项目“三峡水轮发电机灭磁及过电压保护”等多项研究课题，共获国家和省部级成果及科技进步奖14项，专利11项。经过多年持续不懈的努力，科聚公司又开发出富有特色的发电机励磁功率整流装置和大中小型发电机励磁调节器系列产品，其技术、性能和生产工艺均居国内领先水平，并取得了可喜的应用业

3、绩，为发电机励磁业界所瞩目。科聚分公司位于合肥高新技术开发区科学大道G-1区，占地面积12000m2，厂房8600m2。公司拥有国内独一无二的发电机转子1:1灭磁模拟试验室，具有5800安培功率柜温升试验系统和全套发电机励磁调节器的静态调试设备，可进行容量至60万kW发电机组的全套励磁设备的出厂试验。科大创新科聚分公司拥有一支高素质的员工队伍。现有员工100余名，其中研究员2人，高级工程师8名，工程师19名。75%以上员工具有大专以上学历，并拥有一支以多名博士和硕士为主要力量组成的研发队伍，致力于新技术、新材料、新产品的研究开发。科聚的产品已遍及全国各地，部分产品销往国外。高性能、高可靠的产品

4、得到了国内外电力界朋友的长期支持和厚爱，使科聚持续取得娇人的业绩并得以迅速成长。今天的科聚，正以创新的面貌和创新的风采展现在世人面前，坚持求实创新，服务社会和不断发展的理念，以更加先进优质的产品，更加满意周到的服务，回报长期支持科大创新和科聚电气事业发展的朋友和业界同仁！顾客满意是我们永恒的目标！产品说明书 科大创新 · 科聚电气1. 产品概述SEC1005型微机励磁装置是科大创新SEC1000系列发电机励磁产品中的一员，主要用作小型同步发电机的励磁及其自动调节。它和SEC2000等用于大中型同步发电机的励磁装置具有相同的核心控制单元，属高端的微机励磁产品。SEC1000系列产品采用

5、单通道微机励磁调节器，主要针对中小型发电机组设计，适合50MW及以下的汽轮发电机和100MW及以下的水轮发电机的励磁系统。 SEC1005型微机励磁装置专为15MW及以下小型同步发电机组励磁系统设计。产品以静止自并激励磁方式为主，适合额定励磁电流不超过500A，额定励磁电压不超过500V的各种机组。本产品同样可以用于励磁电流和励磁电压不超过上述范围的同步电动机的励磁，和用于发电机的产品略有差异。当产品应用于同步电动机时，产品的型号为SEC1005/SM。 产品通过参数的适当调整，也可适用于大中小各型同步发电机组的交流励磁机、直流励磁机和无刷励磁系统。2. 产品的主要技术性能2.1 产品满足的技

6、术条件GB/T 7409-1997 同步电机励磁系统GB 10585-1989 中小型同步电机励磁系统基本技术要求DL/T 583-1995 大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件GB 3797-89 电控设备第二部分：装有电子器件的电控设备GB/T 7894-2001 水轮发电机基本技术条件2.2 产品技术指标² 发电机容量适用范围：15MW及以下² 发电机励磁方式：可控硅静止自并激励磁² 额定励磁电流：500 A² 额定励磁电压：500 V² 强励顶值倍数：2倍² 强励允许时间：20秒² 励磁调节方式：AVR和F

7、CR两种运行方式可选² 励磁调节算法：全数字式PID+PSS² 电压调节范围：10% 140%² 电压调差范围：+15% -15%，每级±0.33%可调；² 电压调节精度：误差 < 0.5%² 电压响应时间： 上升 £ 0.1秒，下降 £ 0.15秒² 频率特性： 频率每变化1%，机端电压变化不大于 ±0.25%² 功率整流方式：三相可控硅全控整流桥² 功率桥冷却方式：自冷 + 辅助风冷² 灭磁方式：逆变灭磁 + 灭磁开关快速移能灭磁² 过电压保护：

8、交流侧三相阻断型阻容吸收 + 直流侧氧化锌非线性电阻限压吸能 ² 系统强迫停机率：< 0.1% 以上参数中，额定励磁电压、额定励磁电流、强励顶值倍数、强励允许时间等均指产品所具有的额定输出能力。产品出厂时，将根据机组的实际运行要求在微机控制器内设定与机组相匹配的额定参数，保证机组的正常运行。2.3 产品应用的环境条件 海拔高度：£ 2500 m 环境温度：0°C +40°C 空气相对湿度：£ 90%，无冷凝 空气成分：不含腐蚀性气体 空间环境：户内，无淋水，无强烈的基础震动 地震烈度： 8度及以下地区3. 产品的主要功能与特点3.1 产品

9、电气结构原理 SEC1005型静止微机励磁装置内含微机励磁调节器、硅整流桥、灭磁电路、起励电路以及二次控制电路、脉冲触发电路等，置于一个尺寸为800 ´ 800 ´ 2200的屏体内。 产品的功率整流电路一般为三相可控硅全控整流桥。电气原理如图1所示。对于励磁电流不超过300A的励磁系统，如1MW容量以下的水轮发电机的励磁和大中型发电机的交、直流励磁机的励磁等场合，另一种可选的方案是采用大功率半导体开关进行励磁电流的调节。如图2所示为三相二极管功率整流桥加IGBT开关装置的励磁主电路。励磁调节器的PWM输出直接驱动IGBT大功率管进行开关式励磁调节，可省去灭磁开关QF（注：

10、因具体设计不同，实际供货产品可能略有差异）。图1 励磁屏主电路原理图GS：主发电机 GCB：发电机出口断路器 TE：励磁变压器 TA：电流互感器 TV1、TV2：电压互感器 TS：同步变压器 AVR：励磁调节器 SCR：可控硅整流桥FV：过电压保护 QF：灭磁开关 Rm：灭磁电阻 PA、PV1、PV2：表计图2 使用IGBT开关的励磁主电路3.2 励磁调节器介绍3.2.1 高性能的硬件集成系统SEC1005型励磁装置的核心硬件系统，是采用工业控制上先进的高性能MCU + DSP芯片构建的系统级励磁调节器专业处理内核，实时完成励磁系统的信号采集、处理、调节算法、控制保护、移相脉冲生成、通讯、人机

11、接口、通道切换和故障自诊断等多项任务。核心电路采用多层电路板设计，表面贴装工艺。精心的设计，实现了现代数字励磁调节器先进的设计理念和高可靠运行要求的完美结合。整个微机励磁控制器由3块电路板构成：系统板、信号采样板和脉冲功放板，集成安装在在一个很小的控制机箱内，构成了一个小体积、高集成的励磁控制器。控制器可直接与系统PT、CT相连，通过直接对三相交流电气参量的高速连续采样，直接测量发电机的各种电气运行参数，通过核心调节软件直接输出6路可控硅移相触发脉冲或1路用于开关式励磁调节的PWM斩波信号，可直接驱动三相可控硅全控整流桥或IGBT开关，不需专用的移相脉冲形成电路。人机接口采用LCD液晶大屏幕，

12、下拉式菜单，全汉字信息显示，五键式操作的方式，直观易用。全系统的高集成设计，凸显微电子技术和现代控制理论的高度结合。每套控制器均独立装设RS232/485通讯接口和工业现场总线CAN总线，可方便地与发电机监控系统(LCU)以及DCS系统相连，可实现远程计算机的自动控制。硬件、软件系统在设计上采用了多重抗干扰技术，可适应恶劣电磁污染的工业环境，使之能在发电机现场轻松运行。系统设有机端电压调节的自动通道（AVR）和用于磁场电流调节的手动通道（FCR），FCR可自动跟踪AVR的调节参数，实现从自动到手动的无扰动切换。励磁控制器的电源系统，采用交直流双套电源供电，提高了电源的可靠性。3.2.2 稳定可

13、靠的软件控制算法励磁调节器采用数字式 PID控制算法，算法稳定可靠，满足并超过励磁标准规定的各项精度指标。方便易用的人机操作界面，可通过LCD液晶面板定制调节算法中的各个可调参数，并可将控制算法灵活配置成P、PI、PD和PID调节器，适合各种不同应用场合的需要。SEC1005的控制器可根据用户需要，设定以下任一种运行方式：² 恒机端电压的闭环PID调节(AVR方式或称自动方式)² 恒励磁电流的闭环PID调节（FCR方式或称手动方式）² 给定可控硅触发角的开环运行方式（用于调试）产品用于同步电动机励磁时，还可以选定以下任一种运行方式：² 恒输出无功的闭环P

14、ID调节 ² 恒功率因数的闭环PID调节控制软件支持-15% +15%范围内的电压调差，调差率大小任意可调，可直接通过屏幕操作设定。电力系统稳定器PSS作为内附的全软件产品固化在励磁控制器内，用户可根据发电机的运行要求，通过软件或外部切换开关将其投入或切除。当PSS投入时，调节器的控制算法为PID + PSS。软件支持交流采样算法和直接移相脉冲生成技术。CPU通过对机端三相电压，定子电流的多点连续测量，计算出系统的U、I有效值，有功功率P，无功功率Q，功率因数cosj和频率f等量，进行PID调节运算和处理。控制器还通过对三相同步信号的直接采样，自动生成三相可控硅功率桥所需的六路移相触

15、发脉冲，省去了普通控制器必需的移相脉冲生成电路。软件的I/O处理节省了大量的硬件电路，算法简单独特，不仅提高了控制响应速度和测量精度，也避免了复杂硬件电路可能产生的故障，提高了可靠性。软件还支持逆变灭磁功能（只对可控硅全控桥励磁系统），逆变灭磁可避免灭磁开关直接分断励磁电流，减少触头烧蚀，从而提高了产品的可维护性，延长了产品寿命。3.2.3 励磁调节器的主要附加功能励磁限制保护器：² 最大励磁电流瞬时限制² 强励反时限限制² 欠励限制² 过磁通限制(V/F限制器)² 机端过电压限制励磁系统检测与自诊断： ² PT断线检测²

16、整流桥触发脉冲检测² 调节器电源异常或故障检测² 操作容错诊断智能调试辅助功能：² 自动录波功能² 操作时间自动记录功能² 操作员密码锁功能3.2.4 起励SEC1005励磁装置设计了独特的发电机起励方式。调节器接受开机命令后，首先尝试残压起励的方式，这在一般情况下，均可成功建压而顺利进入运行状态。装置还专门设计了一套依靠直流220V电源的起励电路。当发电机残压起励不成功时，将直接接通外部起励电路。起励方式可选零起升压、软起励或100%全压起励的方式，适合于各种机组起励的需要，灵活可靠。3.3 三相功率整流桥励磁电源的功率整流部分采用三相全控桥

17、式整流电路（较小的机组亦可选用半控整流桥或不可控整流桥+IGBT开关），大功率半导体整流元件均选用优质大规格元件，设计裕量较大。功率桥的冷却方式采用自冷+辅助风冷的冷却方式。风机置于柜顶，仅在负荷较大、环境温度较高的情况下才启动运行，加强冷却效果；其他情况下风机停止，功率桥处于自冷状态。众所周知，强迫风冷设计的缺陷有两点：一是风机连续运转可靠性低，二是风机长期运转会给柜内带来大量积尘，影响电器的绝缘。这种自冷为主的工作方式在很大程度上改善了上述不足，使得励磁装置内功率桥的运行可靠性大大提高。整流桥的桥臂为单元件，无串并联支路。整流桥额定输出电流为500A，并可提供1000A/20s输出的发电机

18、强行励磁能力。功率整流桥的每一桥臂元件均串联一个快速熔断器，在桥臂元件发生过电流时迅速将其切断；交流侧还集中设置了三相阻断型阻容吸收器，可有效吸收可控硅功率桥产生的换相尖峰过电压；加上直流侧设置的无间隙氧化锌过电压专用保护器，可确保功率桥的安全。3.4 灭磁与转子过电压保护SEC1005励磁装置的灭磁方式主要采用逆变灭磁+灭磁开关快速移能灭磁的方案。在采用可控硅功率桥的励磁装置中，电路以逆变灭磁为主。励磁调节器在接到停机令后，立即将可控硅功率桥的触发角推到逆变区，使得磁场能量迅速反馈到交流电源侧吸收。灭磁开关正常停机时可延迟于逆变灭磁跳闸，保护灭磁开关的触头免受烧蚀，延长开关的使用寿命；在事故

19、灭磁情况下，继电保护立即动作于灭磁开关跳闸，分断磁场电流并迅速在灭弧栅中建立很高的换流弧电压。当该电压使转子绕阻的端电压高于非线性电阻的导通电压时，非线性电阻导通换流，可实现快速灭磁。磁场电流可在不到0.5秒的时间内衰减到零。在较小机组中亦可选用IGBT开关式励磁调节的方式，不设灭磁开关。励磁调节器通过切断PWM的输出直接关断IGBT功率开关。IGBT开关截止后，磁场电流经续流二极管续流耗能，亦可达到灭磁的目的。灭磁电阻采用高能氧化锌非线性电阻，其非线性系数a高达2540，具有优良的限压保护特性，因此氧化锌灭磁电阻还可兼作发电机转子绕组和功率整流桥的过电压保护。3.5 装置的外形、面板布置及安

20、装 装置采用专用屏体，内结构作加强设计，内外表面喷塑处理。前门单开，后门双开。微机控制器及各仪表指示灯均安装于前门面板，操作维护方便。装置外壳防护等级为IP20。 整个励磁屏的外形尺寸为：宽´深´高 = 800´800´2200，颜色为浅驼灰，如图3所示。 屏面设有：² 表计：交流电压表、励磁电压表、励磁电流表和集中显示器² 指示灯：灭磁开关状态、风机状态，报警信号灯² 励磁控制器单元² 各种切换把手：灭磁开关分/合；自动/手动调节方式选择；定触发角方式投/切；调差投/切等² 按钮：开机、停机、增磁、减磁

21、柜内布线规范、工整，所有内部继电器等全部采用DIN卡槽式安装，特别便于测试、检修和更换。 4. 产品的成套性与订货4.1 供货设备图3 励磁屏外形图4.1.1 励磁屏 原则上每台发电机配备SEC1005励磁屏1面，为了增加设备的可靠性，也可配备两台励磁屏并联运行，形成独立的全套备用励磁系统。并联运行的励磁产品在技术上有更多和更严格的要求，产品订货时应在合同中特别注明。4.1.2 励磁变压器 在发电机端自并激励磁系统中，为保证励磁系统供货的成套性，本公司可为用户设计计算并选配励磁电源变压器，以及励磁电源变压器至励磁屏的连接电缆。4.2 备品备件 根据订货合同要求提供。4.3 设备随行资料SEC1

22、005微机励磁装置使用说明书微机励磁控制器用户手册SEC1005微机励磁装置调试大纲 SEC1005微机励磁装置电气设计图纸² 励磁装置原理图，含一次系统图、二次原理图、元件选型表² 励磁装置接线图，外引端子图SEC1005微机励磁装置出厂试验报告产品检验合格证4.4 订货须知 SEC1005励磁装置的正常供货周期为2个月，为确保产品的及时使用，用户应提前23个月以上订货。 SEC1005型励磁屏的外形尺寸、颜色、内部电路以及励磁调节器内部参数的出厂设置等可按用户要求进行局部变动，因此，用户订货时如有要求，应和本公司技术人员充分沟通，并订立技术协议，确保供货产品的适用性。订货时应提供发电机组的有关技术数据，包括发电机容量、励磁方式、额定电压、额定电流、额定功率因数、额定励磁电压、额定励磁电流、强励顶值倍数以及发电机有关阻抗参数，如Xd、Xq、Xd、Xq以及Td0等，确保产品设计的合理性和励磁调节器的正确配置。5. 设备的质量承诺与售后服务5.1 技术支持 遵循科大创新“顾客第一”的服务宗旨，搞好技术支持工作：本公司对所有产品的售前、售中及售后均提供优质的技术支持工作。对每套设备的初次安装调试，本公司均安排技术人员到达现场协助用户对产品进行安装调试；在此过程中，将对用户提供细致、周到的技术服务，并对用户进行各种技术细节和运行维护知识的讲解与培训，