EXC9000型励磁系统课件

广州擎天实业有限公司2009.1

EXC9000型励磁系统介绍内容一、系统概述二、调节器三、功率整流系统四、灭磁系统五、对外接口六、项目配置七、其它一、系统概述概述主要功能特点核心技术设计原则适用范围与使用环境遵循标准概述EXC9000型全数字式静态励磁系统是广州擎天实业有限公司开发的第四代微机励磁系统。其主要特点是功能软件化、系统数字化。该系统的数字化不仅体现在调节器，也体现在功率柜和灭磁柜。励磁系统的各个部分均能实现智能检测、智能显示、智能控制、信息智能传输和智能测试，极大地提高了装置的可靠性和工艺水平。该励磁系统于2005年获得广东省科技进步二等奖，并于2006年通过华北电网公司入网检测。自2003年研制成功推向市场以来，已有国内外上百家电厂数百台机组应用了本系统。一、系统概述功能特点全数字化系统CAN总线技术用于励磁系统内部互联

友好完善的人机界面灵活多样的对外接口方式完善的调试软件良好的电磁兼容性能独立的三通道,两种不同的调节器组态多CPU架构模式，电路表面贴装工艺和无风扇全中文三维人机界面一、系统概述功能特点先进可靠的核心控制器件高速交流采样技术完善的故障检测系统高频脉冲列触发技术，实现残压起励功率柜智能化智能化动态均流技术高耐压的脉冲变压器强大的停风机运行能力独特的可控硅跨接器完善的通讯功能智能化调试

一、系统概述核心技术多CPU架构技术PSS2A多变量PSS技术DSP数字信号处理技术高频脉冲列触发技术低残压快速起励技术可控硅整流桥智能均流技术CAN现场总线技术组态编程技术智能控制技术一、系统概述设计原则系统把可靠性作为首要追求目标，在确保可靠性的前提下提高产品技术的先进性。一、系统概述适用范围与使用环境适用于各种容量等级的励磁系统：大中型汽轮发电机自并励励磁系统；大中型水轮发电机自并励励磁系统；抽水蓄能机组励磁系统；直流励磁机励磁系统；带励磁机的三机励磁系统；安装地点：室内海拔高度：≤3000m环境温度：-15°C~+45°C空气相对湿度,最湿月的月平均最大相对湿度为90%,同时该月的月平均最低温度为+25℃。无爆炸危险及干净的环境中。空气中无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体及导电尘埃，以及在无较大振动或颠簸的地方。地震烈度按8度设防

一、系统概述遵循标准

一、系统概述GB/T7409-2007《大、中型同步发电机励磁系统技术条件》DL/T650-1998《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》DL/T583-1995《大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件》DL/T843-2003《大型汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件》二、调节器--系统组成--硬件配置软件设计控制规律功能实现人机界面通信规约起励电气制动电磁兼容系统组成二、励磁调节器全数字化系统二、励磁调节器现场总线现场总线用于励磁系统内部进行数据交换，实现了全数字化减少柜间接线，节省安装空间，提高工艺水平，安装、运行、维护方便实现了分散控制，提高可靠性励磁系统数字化的发展方向客观上需要一种智能的连接方式将励磁系统的各个部分集成在一起。二、励磁调节器CAN总线多主总线，无主站从站之分自动重发故障节点自动脱落通讯速度快，最快可达1Mbit/s可靠性高，抗干扰能力强，最远传输距离可达11km二、励磁调节器双微机双通道（同行业其它厂家采用）调节通道配置二、励磁调节器微机/微机/模拟三通道（我公司最先采用）调节通道配置

C通道的励磁调节从实现的原理和实现的途径与数字式调节器完全不同，因而能起到很好的后备作用，显著提高了调节器的安全性和可靠性，还特别方便于发电机组和励磁的试验和维护。

二、励磁调节器两种调节模式对比数字式(A/B通道)模拟式(C通道)调节原理数字式PID+PSSPID调节电路反馈量机端电压励磁电流移相软件移相硬件移相脉冲形成软件控制硬件控制给定软件寄存器数字电位器同步信号中断信号硬件捕获二、励磁调节器由单CPU模式向多CPU模式发展主CPU调节、逻辑控制、通讯DSP采样FPGA输出脉冲、脉冲闭锁优点：（1）极大地提高了调节器的运算速度和响应的快速性，提高了系统的调节精度（2）可以运行复杂的控制程序，能满足电网对励磁控制的高性能要求。调节器的硬件—多CPU模式二、励磁调节器技术指标

486DX5-133MHZCPUDSP处理器：TMS320VC33-120MHZA/D转换 分辨率：16bit

通道数：34路。32路开关量输入（24路光隔输入/8路TTL电平输入）、24路开关量输出（8路光隔输出/16路TTL电平输出）4路模拟量输出（12位，0~10V）可控硅控制角分辨率：0.0027移相范围：0~180二、励磁调节器智能型故障检测系统独立于调节器智能化可检测的故障调节器软件故障调节器硬件故障调节器电源故障脉冲故障检测系统本身的故障，并报警返回二、励磁调节器程序结构优化，实现多流程控制采用结构化程序语言功能完善调节器软件二、励磁调节器DSP每周期32点向量采样用于计算机端电压、机端电流、有功、无功和机端频率。此外，DSP还采集励磁电压、励磁电流、系统电压、控制信号等直流量。通过双口RAM，DSP将采样结果传送到主CPU板。采用移窗算法克服采样环节时间常数最小采样周期可以缩减到5ms，最大限度满足高精度调节的要求。发电机参数的测量二、励磁调节器数学模型—电压调节器电压调节器的作用是维持机端电压恒定，因此其反馈量为发电机端电压。为使励磁系统有良好的静、动态性能，电压调节器采用两级超前／滞后校正环节。

二、励磁调节器数学模型—电流调节器励磁电流调节器用励磁电流作反馈量，励磁电流调节器的数学模型与电压调节器相似，仅少一级超前／滞后校正环节。二、励磁调节器自动运行方式二、励磁调节器手动运行方式二、励磁调节器电力系统稳定器（PSS-1A）以电功率为反馈量国内其它厂家普遍采用存在反调调节原动机时闭锁PSS输出或减小增益，降低了PSS的工作效能。二、励磁调节器PSS-2A（加速功率型PSS）由电功率型向加速功率型发展有助于电网稳定，已成为上网的必要条件有助于减小“反调”，利于机组安全USTS+s.TW11+s.TW1s.TW31+s.TW3Ks21+s.T7s.TW21+s.TW2s.TW41+s.TW4()()1819+×+×éëêùûúsTsTMNKs3++-1+s.T11+s.T2Ks11+s.T31+s.T4USTmaxUSTmaxUSTminUSTmin角速度电功率S二、励磁调节器PSS－2A现场投运介绍

四川紫坪铺电厂的负载4％阶跃试验（已投入PSS功能）。二、励磁调节器PSS－2A现场投运介绍

四川紫坪铺电厂的负载4％阶跃试验（未投入PSS功能）。二、励磁调节器PSS－2A现场投运介绍

四川紫坪铺电厂的负载反调试验（PSS-2A）。二、励磁调节器PSS－2A现场投运介绍

四川紫坪铺电厂的负载反调试验（PSS-1A）。二、励磁调节器软启动程序tUGIf起励根据整定值爬升稳定运行二、励磁调节器V/Hz限制器fUG整定点UG常规点f

常规UG最小整定点UG最大整定点V/Hz设定范围容许的运行范围二、励磁调节器调差+Q-QUＳ１UＳ２Q１Q２保证并联运行机组间无功合理分配二、励磁调节器限制器最大励磁电流限制最小励磁电流限制定子电流限制欠励有功无功限制P+Q-Q1/Xd二、励磁调节器过励限制器强励顶值电流限制长期允许运行最大电流限制反时限电流限制二、励磁调节器欠励限制器五点拟合与发电机电压水平有关二、励磁调节器定子电流限制器反时限特性可区分过励与欠励二、励磁调节器附加控制器恒无功控制恒功率因素控制QBUSQGENPFGENPFBUSQcontrolDischargeP.FcontrolBUS1)GeneratorS恒功率因素恒无功无功释放整定点AVR整定值二、励磁调节器叠加的恒无功控制进入方式现地操作远方接点远方串行通讯设定值现地操作远方接点远方４～２０mA信号远方串行通讯二、励磁调节器叠加的恒功率因数控制进入方式现地操作远方接点远方串行通讯设定值现地操作远方接点远方４～２０mA信号远方串行通讯二、励磁调节器转子温度的测量Rf=f(Uf,Uf,Lrotor,Ubrush)UfIf=0oC0-235oCRotoractual转子电阻Rf二、励磁调节器容错控制检测容错

包括模拟量检测容错和开关量检测容错等，如对PT断线的检测、对PT相序和CT相序的检测，增、减磁接点防粘连，油开关信号容错，开停机信号容错等。控制容错

包括过励限制动作限制增磁，欠励限制动作限制减磁，防止空载误强励，过励/欠励优先权判断，PSS输出故障等。二、励磁调节器故障录波和故障记录故障录波的触发条件可以通过调试软件在线设定，比如强励动作、灭磁开关跳闸、甩负荷、PT断线等。一旦满足触发条件，调节器将自动启动录波功能，将事件发生前后一段时间（可设定）的数据永久保存直至下次故障。保存的数据可通过调试软件读出后进行分析。二、励磁调节器人机界面的功能显示操作报警故障记录、追忆、录波故障处理专家调试系统二、励磁调节器智能触摸屏采用原装进口日本DIGITAL公司的工业专用Pro-face彩色液晶显示屏。长寿命。自带内部时钟，具有GPS对时功能。有掉电记忆区，具备故障追忆功能。二、励磁调节器彩色液晶显示器

30万像素TFT真彩液晶触摸屏4MBFLASHEPROM闪存二、励磁调节器彩色液晶显示器

多重画面功能选择二、励磁调节器彩色液晶显示器

开关量监测二、励磁调节器彩色液晶显示器

功能设置画面二、励磁调节器彩色液晶显示器

故障记录画面

日期时间故障恢复04/06/2311:40A套脉冲故障11:4104/06/2311:40A套脉冲故障11:4104/06/2311:40A套脉冲故障11:4104/06/2311:40A套脉冲故障11:4104/06/2311:40A套脉冲故障11:4104/06/2311:40A套脉冲故障11:4104/06/2311:40A套脉冲故障11:4104/06/2311:40A套脉冲故障11:4104/06/2311:40A套脉冲故障11:4104/06/2311:40A套脉冲故障11:41上下返回二、励磁调节器组态编程技术

使用图形语言自由定义I/O输出，是本项目取得的重大技术进步。不同客户或不同机组对I/O输出要求通常是五花八门的，I/O输出定义最终要通过修改程序来实现。修改程序有多种方法，如修改汇编或高级语言的源代码，然后通过编译后送到目标系统运行。另一种方法是依赖操作系统，通过修改梯形图或组态软件方式。这两种方法让客户直接使用都是不合适的，因为都要求操作者对本系统及编程很熟悉。本项目的一个创新点是开发了一种工具，我们称之为图形语言，在本工具的支持下，画出逻辑原理图，就会自动生成I/O输出定义文件，使用者无需掌握计算机编程知识。二、励磁调节器组态编程技术二、励磁调节器功能强大的调试软件

EXC9000励磁系统配置了功能强大、完善的调试软件，可以很方便地完成辅助调试、参数整定及在线修改、故障监测、录波、机组试验等功能。

二、励磁调节器调试软件在同一画面中实现波形监视、参数在线修改、录波数据分析和事件监视功能，方便现场试验。波形可以保存为数据文件，方便以后分析。波形可以保存为彩色图片、黑白图片。程序自动分析两个数据点之间的时间间隔。增强波形分析能力。

继续二、励磁调节器调试软件实现参数分组，并配备配置软件。可以设置参数的限制值和默认值。增加命令功能，可以用调试软件直接控制调节器各种功能的投退。增加事件记录功能，配合调试软件，可以上载调节器内部的事件记录。配备专用工具，可以方便地设置调节器自动录波的触发条件。

继续二、励磁调节器软件具备完善的示波器功能。可以同时显示11路模拟信号，每一路信号可以独立进行开关操作、颜色设置、缩放、平移等操作；每个模拟通道具备6500点的存储深度和10ms/点的分辨率；丰富的波形转储功能，可以将波形存储为数据文件、单色波形和彩色波形的BMP文件。参数操纵功能。可以上载、下载励磁调节器的参数表；参数表具备版本控制功能，可以自动验证参数的有效性；每个参数都具备一组约束条件，可以有效防止错误参数的输入；参数表分组功能，方便用户从数量众多的参数表中寻找特定的参数；参数对比功能，可以将当前参数表中的参数与默认值或者存储在文件中的参数表进行对比；参数转储功能，可以将参数转存为数据文件或者文本文件。二、励磁调节器

命令接口。使用Debug软件，用户可以方便地控制励磁调节器执行各种操作。包括执行各种模式切换、阶跃试验、设置励磁调节器事件记录和录波功能的触发条件等。更新程序功能。通过与励磁调节器配合，可以下载各种文件到励磁调节器，执行调节器软件的更新操作。二、励磁调节器二、励磁调节器二、励磁调节器二、励磁调节器调节器外形及内部布置二、励磁调节器三、功率整流系统系统组成功能特点智能控制元器件结构工艺单柜组成6个可控硅组件6个带接点指示的快速熔断器1套集中阻断式阻容保护装置两套互为备用的的风机组两个风速开关，分别用于两台风机启停监测一块智能检测单元一块脉冲功放单元一块带触摸键的LCD显示器三个电流传感器两个测温电阻，分别用于进风口和出风口温度检测三、功率整流系统普通功率柜存在的主要问题功率柜的检测功能很少，往往只检测风机接触器的接点和快速熔断器的接点，至于其它信号如桥臂电流的大小、风量的大小、风温的高低、风机是否断相、触发脉冲是否正常等则少有检测，甚至不检测。功率柜的状况一般采用继电器接点方式传输，导致柜内布线复杂、工艺较差。而且，功率柜的模拟量信息如输出电流、桥臂电流、风温等则无法传输。对于风机的控制不够灵活，尤其是采用双风机冷却的功率柜，只能由人工指定主、备用风机，风机的使用效率和使用寿命极度不合理。三、功率整流系统智能化功率柜的研究工况检测智能化工况显示智能化信息传输智能化风机控制智能化智能化退柜三、功率整流系统智能检测单元8路继电器输出（其中4对接点有公共点）8路光耦输入6路A/D2路测温输入（带恒流源）2路D/A1路跨接器动作检测回路2路串行口CAN总线接口5个按键接口1个液晶显示器驱动接口时钟芯片JTAG编程口片上系统三、功率整流系统工况检测智能化单桥总输出电流桥臂电流六相脉冲快熔状态风温风机开停状态风压检测脉冲电源投切状态

返回三、功率整流系统工况显示智能化三、功率整流系统功率柜界面设计三、功率整流系统故障记录及其说明

返回三、功率整流系统信息传输实现智能化三、功率整流系统风机控制智能化风机自动开停双风机——任意选择主备用

返回三、功率整流系统动态均流常规并联运行的功率柜，目前一般只能采用硅元件参数选配方式均流，对备件的质量和数量提出了更高的要求;随着时间的推移，硅元件的特性有可能发生变化，功率柜主回路的接触电阻也有可能发生变化，这些因素都会引起电流分配的变化，造成各功率柜输出电流不平衡。动态均流技术是我公司的一项专利，采用这项技术，不需要其它任何辅助措施（如长电缆、硅元件参数选配等）可以确保均流系数大于97%。而且,当一个或多个功率柜退出后,运行的功率柜之间仍可实现动态均流。三、功率整流系统StStSt电流均分线来自AVR的触发脉冲+-12n动态均流三、功率整流系统动态均流回路原理图三、功率整流系统高频脉冲列触发技术

采用60KHZ高频脉冲列触发取代双窄脉冲触发，保证可控硅被可靠触发，也是实现动态均流和残压起励的基础；三、功率整流系统脉冲变压器连接强电和弱电回路的关键部件耐压达15000V,国内最高水平三、功率整流系统集中式阻容保护三相共用RC防止电容能量释放到励磁回路避免产生振荡三、功率整流系统风道结构每个功率柜独立的风道采用半敞开式强迫风冷方式进风口采用空调滤尘网硅组件布置采用并联结构流阻小无温差提高停风机输出能力三、功率整流系统四、灭磁系统直流灭磁四、灭磁系统灭磁方式正常停机逆变灭磁事故停机跳灭磁开关将能量转移到灭磁电阻进行灭磁灭磁电阻：ZnO或者SiC四、灭磁系统直流断路器（灭磁开关）自并励励磁系统仍应在直流側装备灭磁开关（尤其是采用ZnO非线性电阻灭磁），以确保在任何需要灭磁的工况下（包括空载误强励），保证快速可靠灭磁。根据用户需求及机组参数选择不同类型的灭磁开关四、灭磁系统过压保护四、灭磁系统BOD可控硅触发器的核心器件为折返二极管（BOD），BOD的主要特点是当该管阳极与阴极间电压差值达到其本身的转折电压时导通，低于转折值时阻断。通常，转子过电压保护回路中可控硅的触发是由电阻分压的方法来实现的，该方法的主要弊端是如果硅元件的特性参数变化，为了维持一定的导通电压值，就需要重新选配串联电阻，给维护带来不便。而采用BOD器件用于可控硅跨接器触发，可以精确地整定过电压保护动作值，无须特别维护。四、灭磁系统独特的分灭磁开关切脉冲技术