1、葛洲壩電廠勵磁系統(tǒng)介紹(2),2004年5月11日,編寫人鄒先明,葛洲壩電廠發(fā)電機轉子過電壓保護及滅磁回路,圖2-8 FMB32型轉子過壓保護及滅磁原理圖,葛洲壩二江電廠1F6F采用FMB32型滅磁及轉子過壓保護，該裝置由 合肥凱立公司生產(chǎn)，其接線原理圖如圖2-6。 正常勵磁時，發(fā)電機的勵磁電壓一般在500V以下，所有的ZnO非線性 電阻的漏電流都很小，相當于開路狀態(tài)。當有高電壓進入勵磁回路時，非線 性電阻動作，吸收過電壓能量。其中，F(xiàn)R4與FR5、電容C、電阻R2一起構成 尖峰電壓吸收器，吸收可控硅換相時的關斷尖峰電壓，電容吸收電壓的速度 很快，可吸收頻率很高的尖峰電壓，R2構成C的放電回路

2、，F(xiàn)R5作為C的保護。 FR3、R5、R1、D2、KPT、CF組成發(fā)電機非全相及大滑差運行時的過壓保護， 當發(fā)電機非全相運行或失步時，定子中的負序電流會在轉子中感應出100Hz 的過電壓，此時FR3投入運行，將轉子繞組兩端的電壓限制在安全范圍以內。 FR2為常規(guī)過壓保護。FR1、D1、Rz、ZTC和FMK一起組成了發(fā)電機的滅磁 系統(tǒng)。,發(fā)電機滅磁回路,圖2-9 葛洲壩電廠發(fā)電機滅磁回路原理圖,圖2-8中：Ud為功率柜整流輸出電壓，Uk為FMK分閘時建立的弧電壓， UR為ZnO電阻兩端的電壓，Ik為弧電流，IL為FMK分閘時的轉子電流，IR為 流過ZnO電阻的電流,移能滅磁成功的條件,（1）、發(fā)

3、電機正常停機時，逆變滅磁，滅磁時間稍長。 （2）、當發(fā)電機故障時，跳FMK，將轉子中的能量轉移到ZnO非線性電阻 FR1中消耗掉，這種滅磁系統(tǒng)稱為移能性滅磁系統(tǒng)。,從圖2-7中可以得到關系式（1）和（2），式（3）是ZnO電阻的V-A特性，這里一般取2540，C為常數(shù)，與ZnO電阻的串、并聯(lián)數(shù)有關。 UR=Uk-Ud （1） IK = IL -IR （2） IR=CUR （3） 由式（2）可知，當IR=IL時，Ik=0，即流過FMK斷口的電流為0，表明FMK熄弧，換流成功，轉子能量轉移到FR中消耗掉。,由式（1）、（2）、（3）可得： Ik=IL-C（Uk-Ud） =0 （4） 由式（4）可以

4、看到，要想移能成功，即Ik=0，則要求Uk滿足： UK=(IL/C )1/+Ud （5） 定性地講，就是要想移能滅磁成功，就要求FMK有足夠的建立弧電壓的 能力，要求滿足； UkmaxUd+UR殘 （6）,DM4磁場斷路器技術參數(shù)一覽表,型 號,圖2-10逆變滅磁錄波,圖2-11 跳FMK滅磁錄波,3、MEC-31勵磁調節(jié)器介紹,葛洲壩電廠大多數(shù)機組的勵磁調節(jié)器都是能達公司生產(chǎn)的MEC-31 多微機勵磁調節(jié)器。,3.1、MEC-31的基本工作原理,= -D（Kp P+K +Kv V）,MEC31系列多微機勵磁控制器通過測量系統(tǒng)不斷采集發(fā)電機三相交流定子電壓、 三相定子電流并計算出發(fā)電機端電壓U

5、g、定子電流 Ig、發(fā)電機有功功率 P、無功功率Q的當前值并與給定值進行比較。此外還采集勵磁電流當前值，測量并計算機組當前頻率值。根據(jù)采集數(shù)據(jù)，CPU可自動按線性最優(yōu)勵磁控制的原理和計算方法，每10ms計算并刷新一次可控硅控制角。其算法為：,式中： Kp功率增益 ； K 頻率增益； Kv電壓增益； D轉換系數(shù)； 控制角增量。 可控硅實際控制角 0 （3-2） 式中： 0更新之前的可控硅控制角。0可按式： 0(K)0(K1)KIVt(K) （3-3） 計算。,數(shù)字移相觸發(fā)器把控制角折算成對應的延時t，再折算成對應的計數(shù) 脈沖個數(shù)： N=t/Tc=（/360）*T*fc,式中：Tc計數(shù)脈沖周期 T

6、陽極電壓周期 fc計數(shù)脈沖頻率,在自然換流點，同步方波引起中斷，作為計時起點。CPU響應中斷后， 將N送入計數(shù)器，計數(shù)脈沖個數(shù)一到，立即輸出相應的觸發(fā)脈沖。 微機輸出六路雙窄脈沖（脈寬0.8ms可調），經(jīng)前置放大及切換電路到 脈沖放大電路，再經(jīng)過脈沖變壓器將新的控制脈沖送到可控硅的控制極，改 變SCR的導通角，從而達到自動調節(jié)勵磁系統(tǒng)工況的目的。 MEC-31勵磁調節(jié)器采用單相同步數(shù)字移相觸發(fā)器，對三相全控整流橋 來說，在一個周期內，首先給一個可控硅輸出正確的移相脈沖后，其他可控 硅只需按照脈沖觸發(fā)順序，每隔60輸出移相脈沖即可。正常運行時，默認 為A相同步，當同步斷線時，自動切換到另一相。,

7、圖3-1 MEC-31多微機勵磁調節(jié)器原理框圖,1 F設 備 技 術 規(guī) 范,3.2 MEC-31多微機勵磁調節(jié)器的主要功能,a、三種起勵方式 第一是恒機端電壓方式起勵。正常默認按額定機端電壓起勵，起勵電壓還可以可以通過小鍵盤的“+、-”人為給定，給定的最低電壓為30額定機端電壓。 第二是恒勵磁電流起勵。最小起勵給定值為5 額定勵磁電流。 第三是自動跟蹤母線電壓起勵。目前母線電壓未接入調節(jié)器，此功能未用。,b、三種運行方式 第一是恒極端電壓方式運行。它是對發(fā)電機端電壓偏差進行最優(yōu)調節(jié)，并自動完成調節(jié)器的全部功能，是調節(jié)器的主要運行方式。 第二是恒勵磁電流運行。它是對勵磁電流偏差進行比例調節(jié)，維

8、持勵磁電流的穩(wěn)定運行。一般是在恒極端電壓運行方式下出現(xiàn)強勵、PT斷線、功率柜故障等情況時，調節(jié)器自動切換到恒勵磁電流方式運行，故障消除后又自動恢復。 第三是恒無功方式運行。它是對發(fā)電機無功進行比例調節(jié)。當發(fā)電機過無功或欠勵限制動作后，調節(jié)器自動轉入恒無功方式運行，起穩(wěn)定無功的作用。,c、五種限制功能,（1）瞬時/延時過勵磁電流限制，即強勵限制 由于勵磁裝置強勵時，勵磁電流大大超過其額定值，故為了勵磁裝置 以及發(fā)電機轉子的安全，應對強勵的勵磁電流及強勵時間進行限制。 MEC勵磁調節(jié)器的強勵限制曲線是一個反時限的，當勵磁電流達到 2.4倍的額定轉子電流時，延時0秒，1.8倍時延時20秒，到1.1倍

9、時延時無窮 大。強勵限制動作后，調節(jié)器轉為恒勵磁電流方式運行，限制勵磁電流。 （2）功率柜停風或部分功率柜退出運行時的勵磁電流限制 當功率柜冷卻消失或部分功率柜故障時，勵磁裝置的輸出能力就會 下降，此時若發(fā)生強勵或勵磁電流太大，就有可能造成功率柜過載損壞， 因此，當上述故障發(fā)生時，調節(jié)器自動轉為恒勵磁電流方式運行，限制 勵磁電流。 （3）發(fā)電機過無功限制 當發(fā)電機無功超過給定的上限值時，勵磁調節(jié)器轉為恒無功方式運行， 此時，調節(jié)器只接受減磁命令，不接受增磁命令。,（4）發(fā)電機欠勵限制 發(fā)電機并網(wǎng)運行使，當勵磁電流減小時，發(fā)電機輸出的感性無功會減小， 至到發(fā)電機進相運行，向系統(tǒng)吸收感性無功。如果

10、進相太深，則有可能使發(fā) 電機失去穩(wěn)定而被迫停機。故勵磁調節(jié)器設定了一條欠勵限制曲線，當發(fā)電機 向系統(tǒng)吸收感性無功達到限值時，調節(jié)器轉恒無功方式運行，且只接受增磁 命令，不接受減磁命令。 （5）V/F限制 V/F限制就是在發(fā)電機空載時，當發(fā)電機頻率下降時，自動降低機端電壓 給定值，防止勵磁過流。,3.3 MEC-31勵磁調節(jié)器的硬件配置,該裝置配備了三套STD總線的微型工控機系統(tǒng)。其中、機內部配件 完全相同，可以自動切換為主、從機運行。機是備用機，當、機全部 故障時可自動投入機運行。,a、CPU板 采用NEC V40 （pd70208）CPU，集成多種外圍器件，且軟件與8088指 令兼容，主頻8

11、MHz；EPROM 256K，SRAM128512KB可選，其中有一片 DS1245一個128KB帶電保護的RAM盤；具有三個16位定時/計數(shù)器，八級中斷 輸入，一個RS232串行口和一個82C55A并行口。,b、智能式12位同步采集A/D板 采用80381CPU，主頻12MHz，8KB EPROM；采用A/D轉換芯片AD574A， 轉換時間為25s，精度12位，4組6路多路開關和6個帶調零的采樣保持器 LF398，可以同時采集一組6路模擬信號，分次可采集四組共24路模擬輸入信 號，特別適用于采集同步性要求高的場合，如采集三相電壓和電流波形。,c、光電隔離開關量輸入板 采用TLO512-4光隔

12、，通過它使STD總線與設備間實現(xiàn)完全的電隔離，共 有32路開關量，采用單端輸入方式，工作模式為CPU掃描輸入。,e、兩塊雙異步通訊板 每個微機系統(tǒng)都有兩塊雙異步通訊板，其中一塊進行、機之間 的通訊，通訊的主要目的是將在線機運行的控制角傳送給另外兩臺備用機。 另一塊跟裝有MEC調試軟件的PC機通訊。 每塊雙異步通訊板，提供兩個獨立的采用8250芯片控制的RS232或RS422 或RS485串口通訊摸板，且波特率可選，最高可選19200，獨立的查詢式中斷 邏輯。,f、8253計數(shù)器/定時器板 提供四片獨立的16位計數(shù)器芯片8253，計數(shù)器的計數(shù)頻率可達2MHz。 8253計數(shù)器可由程序確定多種不同

13、的工作方式，使用十分廣泛。,g、總線信號匹配板 其作用是降低電源尖峰和瞬時干擾以及降低總線上的其他噪聲。摸板 在所有地址線、數(shù)據(jù)線和控制線上各加了RC網(wǎng)絡，在信號躍變時起作用。,h、8位LED顯示/觸摸鍵盤多功能接口板 這是一塊多功能人機對話接口板，采用可編程數(shù)碼顯示和鍵盤輸入芯片 8279，使用戶編制相應的程序十分方便。,i、同步測量板 首先利用阻容將三相同步電壓進行濾波，對濾波產(chǎn)生的相位移，在軟件 中進行補償，接著采用324運放，將正弦波變?yōu)榉讲ǎ摲讲ǖ纳仙鼐褪?數(shù)字移相器的同步中斷信號。,j、脈沖檢測板 正常運行時，每個移相脈沖每隔360（20ms）重復出現(xiàn)一次，如果一 個周期過去后

14、，該移相脈沖沒有再出現(xiàn)，就可認定該脈沖丟失。脈沖丟失 后，在線機通過脈沖檢測板發(fā)出信號，并進行切換。 在脈沖檢測板中，還有一個單穩(wěn)觸發(fā)器接收微機的Watchdog信號，單穩(wěn) 時間約為20ms，即如果Watchdog信號經(jīng)過20ms后沒有再去觸發(fā)該單穩(wěn)觸發(fā) 器，就發(fā)出軟件故障信號。在MEC中，Watchdog信號被放置在正常運行的 軟件流程中，只要程序正常運行，該信號就不停發(fā)出。 另外，脈沖檢測板還對STD總線電源進行檢測，如果任一電壓消失，該 板發(fā)出故障信號，并進行切換。,3.4 測量系統(tǒng),MEC-31勵磁調節(jié)器的測量系統(tǒng)主要采用交流模擬信號直接采樣方式， 也有信號采用直流采樣。簡述如下：,a

15、、定子電壓Ut交流采樣 定子電壓Ut經(jīng)PT降壓后進入調節(jié)器內的電壓變換器，其副邊地一繞組 輸出三相交流電壓，經(jīng)濾波板后進入A/D板,b、定子電流It交流采樣 定子電流It經(jīng)CT變換后，進入調節(jié)器內的電流變換器，其副邊繞組 輸出三相交流電流，該電流經(jīng)電阻變換成三相電壓信號，再經(jīng)濾波板 進入A/D板進行交流采樣。,C、勵磁電流If直溜采樣 整流橋陽極電流互感器的二次電流經(jīng)調節(jié)器內的電流變換器，其副 邊繞組輸出三相交流電流，經(jīng)三相整流濾波變換成一個直流電壓，再進入 A/D板進行直流采樣,d、母線電壓直流采樣,母線電壓互感器二次電壓送入調節(jié)器內母線PT，降壓后再經(jīng)單相整流濾波 后進入A/D板進行直流采

16、樣。,e、定子比較電壓直流采樣,此電壓作為主機PT斷線的依據(jù)，它是調節(jié)器內的電壓變換器副邊第二繞組 輸出電壓，經(jīng)三相整流濾波后進入A/D板進行直流采樣。,f、同步電壓測量及變換,勵磁可控硅陽極電壓經(jīng)陽極電壓互感器降壓后，再經(jīng)調節(jié)器內的同步變壓 器隔離和分配，其同電壓信號的三個相電壓分別經(jīng)濾波整形后成為同步方波， 然后進入計算機中斷。,g、機組頻率測量,它利用STD同步摸板中的同步方波信號，采用數(shù)字測頻方法發(fā)電機的頻 率，供控制及顯示用。,3.5 電源系統(tǒng),MEC-31的三套微機電源（+5V，12V）系統(tǒng)各自獨立，但裝置的 DC24V操作電源由這三套電源的+24V電源并聯(lián)輸出。調節(jié)器的脈沖放大

17、電源則采用雙重交流供電方式。,a、三套微機電源系統(tǒng),機采用廠用220V交流電源和勵磁自用電源雙重供電，經(jīng)雙重供電板 整流濾波后提供給開關穩(wěn)壓電源，穩(wěn)壓電源輸出的+5V，12V 電源提供 給本機使用， +24V電源經(jīng)二極管后并入裝置的DC24V系統(tǒng)。機采用廠用 220V交流電源和蓄電池220V直流雙重供電方式，其余部分與機相同。 機自用交流電源和蓄電池220V直流雙重供電方式，其余部分與機相同。,b、公用公用電源系統(tǒng),DC24V操作電源系統(tǒng)由三套主機共給。+30V脈沖放大電源由廠用交流 和勵磁自用電源雙重供電，采用三相整流濾波電路，直流側并聯(lián)輸出。,3.6 檢測、切換、報警系統(tǒng),MEC-31裝置

18、的檢測系統(tǒng)有三個： 一是對調節(jié)器輸出脈沖進行檢測，當被檢測的六路脈沖任一路丟失， 且脈沖丟失的時間超過脈沖檢測板中單穩(wěn)觸發(fā)騎的穩(wěn)定時間，檢測電路自 動翻轉，并通過切換電路自動進行微機之間的切換和報警。 二是裝置穩(wěn)壓電源檢測，它分別對微機系統(tǒng)的+5V，12V 電源進行 自動檢測，當任意一路穩(wěn)壓電源降低到脈沖檢測板中整定值以下時，檢測 電路動作并通過切換電路自動進行微機之間的切換和報警。 三是裝置的程序監(jiān)視檢測，采用Wachdog等技術，對A/D轉換、脈沖、 定時等重要軟件進行監(jiān)視。當這些軟件在運行中發(fā)生故障時，CPU對脈沖 檢測板進行置位，使其動作并通過切換電路自動進行微機之間的切換和報 警，然后對CPU進行復位。,微機間的切換除