DVRB微机励磁控制柜说明书DFI.docx

1、DVRB微机励磁控制柜说明书DFI 0NQ.140.417DVR-2000B微机励磁控制柜使用维护说明书南京汽轮电机(集团)有限责任公司南京汽轮电力控制有限公司南京汽轮电机(集团)有限责任公司南京汽轮电力控制有限公司代号0NQ.140.417代替DVR-2000B微机励磁控制柜使用维护说明书共34页第1页编制丛钱尤 2006.03校对贾民健 2006.03审核鲁道直 2006.03标准审 定批 准第一章概述及适用范围31.1概述31.2适用范围41.3运行环境4第二章主要功能及技术指标52.1主要功能52.2主要技术指标6第三章主要配置93.1DVR-2000B电气配置93.2结构配置10第四

2、章基本原理134.1概述134.2工作原理144.3软件说明16第五章显示及操作说明215.1开机画面215.2主画面显示215.3主菜单显示235.4就地操作开关说明325.5主控操作开关说明325.6操作说明325.7日常维护34第一章 概述及适用范围1.1 概述DVR-2000B微机励磁调节器是我公司在引进的英国BRUSH公司的MAVR自动电压调节器技术的基础上，开发了适合我公司的三机同轴无刷励磁系统的微机励磁调节器。它继承了第一代DVR-2000A系列微机励磁调节器的全部调节、控制及限制保护功能，并结合了几百台套的现场运行经验的基础上开发研制的升级换代产品。B型调节器具有以下特点：1.

3、 模型清晰、准确调节器所采用的计算模型均经过计算机仿真和动态信号分析仪实测证明该模型在离散化过程中误差小，精度高。2. 测量精度高调节器采用每周波24点交流采样，快速傅立叶变换，完全消除了零漂等对测量精度的影响，同时采用高速14位A/D变换器，保证了测量通道的精度和快速性。3. 强大的网络功能调节器具有强大的通讯功能，双通道的调节器之间通过可靠的现场总线CAN-BUS进行连接，实现数据共享和协调控制。每个控制通道都提供两个独立、并进行隔离的RS232和485接口。非常方便的实现励磁调节器与上位管理机的通讯以及与电厂DCS系统的连接。4. 方便、友好的人机界面采用大屏幕液晶显示器（240*128

4、），采用树型菜单结构，方便直观，可以结合键盘进行参数整定，测量显示，试验控制等功能，并能在此屏幕上显示试验波形和故障波形，以及故障类型和事件SOE。5. 国内速度最快的励磁调节器调节器的CPU采用美国TI公司的32位DSP产品，主频最高可达150MHz，DSP强大的数据处理能力及快速的浮点计算为励磁调节器模型的精确数字化和励磁调节器其它辅助功能的实现提供了保证。6. 高度集成化的硬件设计调节器采用超大规模复杂可编程逻辑器件CPLD，该器件通过灵活编程能实现传统的数十个芯片组合才能完成的功能，一个芯片即完成了CPU的所有外围电路。硬件的简单大大的减少了装置的故障点，提高了系统的整体可靠性。7.

5、美观实用的机箱设计和先进、规范的生产工艺调节器采用标准的4U机箱，背插结构，使得信号流流向一致，减少了信号交叉的影响，提高了系统的抗干扰能力，机箱采用全封闭结构，机箱内集成了励磁调节器需要的所有板件，自成系统。主要板件全部采用多层电路板，表面贴装工艺。1.2 适用范围DVR-2000B微机励磁调节器适用于3MW135MW三机无刷励磁系统，其中单相永磁机的频率为400Hz。1.3 运行环境1、海拔高度不超过1000米。2、环境温度-1040。3、相对湿度不大于90%。4、没有火灾及爆炸危险的场所。5、无导电尘埃及化学腐蚀气体的场所。6、无强的电磁干扰的场所。第二章 主要功能及技术指标2.1 主要

6、功能 DVR-2000B微机励磁控制柜的基本任务是维持发电机的机端电压恒定、通过合理的调差设置保证并列运行的机组间无功功率的合理分配，通过快速的励磁响应提高电力系统的暂态稳定和静态稳定。除了以上基本的控制调节功能外，还具有故障录波、事件记录、系统自检等辅助功能。2.1.1调节及控制功能1、 自动运行方式即发电机恒机端电压PID调节；2、 手动运行方式即发电机恒励磁电流PID调节；3、 发电机恒功率因数运行；4、 发电机恒无功运行；5、 自动、手动之间相互跟踪，实现各种方式下无扰动切换；6、 通道之间相互跟踪，实现通道之间无扰动切换；7、 发电机恒定触发角运行；8、 无功调差调节，可任意设置正、

7、负调差方向，调差系数0-15%任意调节，级差0.1%；9、 完成发电机在空载、负载等工况下的机组稳定运行及无功的平滑调节；10、 参数的在线修改及记录，保证掉电数据不遗失；11、可通过串行口将DVR-2000B调节器接入电厂DCS系统，将调节过程中的数据实时传送到上位机；2.1.2限制和保护功能1、 PT断线保护 2、 V/Hz保护（伏赫比保护） 3、 过励限制与保护 4、欠励限制及保护5、空载过电压保护6、触发脉冲丢失的检测7、通讯故障检测8、可控硅故障检测9、电源检测10、旋转二极管故障报警2.1.3辅助功能1、故障录波功能。调节器记录故障前10秒故障后10秒的测量数据。记录的量包括，发电

8、机电压UG1，UG2，自动给定值UGREF，手动给定值IFREF，触发角ARF，有功功率P，无功功率Q，励磁电压Ufd，励磁电流 Ifd，发电机频率F0，本通道输出电流ILA，它通道输出电流ILB。基本涵盖了所有模拟量，故障波形能够在控制器自带的液晶显示器进行显示。故障录波的启动方式分为突变量启动和故障启动两种方式。2、试验录波功能，调节器能够通过手动启动的方式记录试验时的波形，如10%阶跃响应，自动升压，手动升压，零起升压，空载，短路，灭磁，手自动切换，通道切换，频率特性，强励，欠励，无功调差，甩负荷等记录时间为试验启动前1秒，试验启动后19秒的时间，记录的量同故障录波。显示方式同故障录波。

9、3、故障记录，能够按先进先出的原则记录20次故障动作值，及故障时间（精确到毫秒），及故障类型，所有信息均可在液晶显示或上位机上进行显示。4、事件记录，能够按先进先出的原则记录20次事件发生的类型和动作时间（精确到毫秒）例如灭磁开关的分合，通道的投入/退出，运行方式切换，手自动的切换。5、强大的通讯功能，调节器采用标准的MODBUS协议，可以通过灵活的通讯方式，RS232，RS485，CAN，进行通道之间的通讯以及励磁调节器与DCS系统或电厂其它监控系统的接口。6、软件电位器功能，所有模拟量的处理回路均取消电位器，改为能够在菜单上整定的软件电位器，调试工作由此变的更加轻松灵活。7、强大试验功能，

10、通过调节器上的键盘操作，方便的进行各项试验，如开关量传动试验、过励限制、欠励限制、阶跃响应试验、空载实验、短路试验、自动升压试验，灭磁试验等，并能进行自动录波。2.2 主要技术指标2.2.1模数转换器输入参数A/D 采样通道： 16 路模拟量输入一览：机端电压PT1： 额定值 105 V机端电压PT2： 额定值 105 V定子电流： 额定值 5A (可选特殊定货值 1A)励磁电流： 由本柜的LEM取样2.2.2 开关量输入输出容量16路光电隔离输入；10路开关量输出，其中2路光电隔离输出，8路继电器输出。触发脉冲：可供单相全控整流桥用的双脉冲，脉冲宽度100us，可同时触发5组以上并联运行的全

11、控桥。脉冲电源24V，脉冲变压器变比为3：12.2.3 网络接口串口1：RS-232 （隔离）串口2：RS-485 （隔离）CAN总线：CANH,CANL（隔离）通讯协议：标准Modbus协议2.2.4 电源参数工作交流电源：永磁发电机输出，频率：400Hz。工作直流电源：DC220V20%，,2A (或特殊定货值DC110V20%，2A)2.2.5 指标参数DVR-2000B微机励磁控制柜全面符合或优于GB/T 7409.3-1997 大、中型同步发电机励磁系统技术要求。具体指标参数如下：（1） CPU类型：32位高速DSP芯片（2） CPU速度：最高150MHz（3） 可控硅控制角分辨率：

12、0.0048度/码（4） A/D 转换量分辨率：2-14，16 路。（5） 控制计算调节速度：3.3 ms（6） 调压范围：10%130%（7） 调压精度：0.5%（8） 移相范围：0170。上下限值可程序设置（9） 调差：软件无功调差、正负大小任选级差为1%。（10）频率特性：频率每变化1%，发电机端电压变化不大于额定值的0.25%。（11）整定值调节速度：可编程，满足不大于1% /s，不少于0.3% /s。（12）在空载额定电压情况下，当发电机给定阶跃为10%时，发电机电压超调量小于阶跃量的30%，振荡次数小于2次，调节时间小于5s。（13）当发电机零起升压时，机端电压超调量不超过额定电压

13、的10%，振荡次数小于2次，调节时间小于10s。（14）工作方式：主、备用。第三章 主要配置3.1 DVR-2000B电气配置DVR-2000B微机励磁控制系统以简单、可靠为原则，可针对不同的励磁方式进行相应的励磁系统配置。本章就以三机无刷励磁系统为例作一介绍。3.1.1 励磁系统工作方式图 4-1 是DVR-2000B微机励磁控制系统应用于三机无刷励磁方式时的系统方框图。在无刷励磁方式下励磁调节器工作在主、备用方式。主、备通道相互通讯，备用通道作为热备用跟踪工作通道，并能进行无扰动切换。在这种方式下，单通道运行即能满足发电机各种运行工况的要求，双通道配置则大大提高了系统的可靠性。3.1.2

14、输入输出接口示意图模拟量量程为5V，操作回路统一使用24V电源。有关信号示意如下。 仪表PT D/A 1 灭磁开关 自动运行 量测PT D/A 2 零起升压 手动运行 定子电流 功率单元故障 励磁电流 增磁/减磁 恒无功 恒无功/恒功率因数 恒功率因数测试信号 RS-232 限制保护系统电压 RS-485 通道投/退（可选） CAN 运行/跟踪 跳开关 脉冲输出 图 4-1 输入输出接口开关量输入 开关量 输出模拟量输入 信号 输出3.1.3 主要组成DVR-2000B微机励磁调节器是一个高度集成化的控制器，包含了从开关电源到脉冲放大等几乎所有的功能插件。每个通道具体包括：1、开关电源组件1

15、（+5V，12V，24V2） (电源)2、开关电源组件2 （24V1） (电源)3、主机板 4、开关量输入输出板 (开入开出)5、脉冲放大板6、模拟量信号处理板 (信号处理)7、PT/CT及同步变压器板 (PT/CT)8、功率板9、总线后底板10、键盘及液晶显示面板3.2 结构配置3.2.1 柜体构成励磁控制柜采用拼装柜结构，柜体平整美观，且柜体强度大大优于焊接柜，柜体前后设门。柜体表面采用喷塑工艺，颜色由用户提供色标。柜内配线走向按强、弱电分开，避免相互干扰。励磁主电流回路用2.5mm2的导线，其它用1.5mm2的导线。所有的线号及号牌用专用的打印机打印，做到整齐一致。水平接地铜母线尺寸不小

16、于625mm2，每个柜的接地是由螺栓接地母线连至裸露的金属来实现。在母线两端应提供接线柱来连接从电站接地网来的120mm2/260mm2(4/OAWG)铜芯接地电缆。在励磁柜上提供每个屏蔽设备用的接地端子。励磁控制柜带玻璃前门，便于监视。标准柜体外形尺寸为8006002260mm（由用户在合同中确定），柜体设上下通风孔网。3.2.2 分层介绍励磁柜结构详见励磁控制柜装配图1）、表计层表计层装设发电机机端电压表，永磁机电压表，励磁电流表，便于运行或就地试验监视。2）、操作层本层安装6个操作开关，用于在就地对调节器进行操作，1QK通道选择开关：可以通过此开关进行通道间的切换，选择通道A（运行）或通

17、道B（运行）。 2QK主控/就地开关: 用来选择DVR-2000B微机励磁调节器接受就地开关的命令还是主控开关的命令，该开关打到主控位置，本柜操作开关失效，DVR-2000B调节器受主控开关的控制；该开关打到就地位置，DVR-2000B调节器接受本柜开关的命令，主控室的对应开关失去作用。运行中如果进行主控/就地切换时，应先将主控和就地的开关位置先对应成一致状态。3QK方式选择开关: 用来选择DVR-2000B调节器在自动运行、手动运行工作方式。4QK方式选择开关: 用来选择DVR-2000B调节器在恒电压运行、恒功率因数运行、恒无功运行工作方式。5QK增/减磁开关: 为自复归开关，用来调整发电

18、机电压或无功功率的大小, 6QK通道投/退开关: 用来选择DVR-2000B调节器投入运行还是退出运行的操作开关。3）、控制层控制层是励磁调节器的主控单元，它集成了几乎所有的功能板件。采用4U标准机箱，表面氧化处理，美观大方。插件板采用背插方式。图 3-1A 为调节器的前视图。图 3-1B 为后视图。在面板上布置了240*128大屏幕液晶显示器，键盘控制器以及运行指示灯。在面板右下方为RS232接口。图3-1A DVR-2000B微机励磁调节器前视图图 3-1B DVR-2000B微机励磁调节器的后视图从图3-1B看出，调节器的插件板从机箱的后部插入，从左至右一共10块独立的插件板组成，其中含

19、可扩展的备板两块。机箱内的插件板需要严格按顺序插入对应的导轨内，插错顺序，会导致插件板损坏。4、开关层有交流电源开关1QS、直流电源开关2QS、通道A输入开关1KKA、通道B输入开关1KKB。5、其它器件包括电源变压器、LEM、熔断器、瓷管电阻、二极管、分流器FL1、FL2（15A/75mV），继电器1K、2K、3K、4K、5K等.电源变压器T将给调节器供电的中频交流电隔离、降压，整流后与厂用直流电经过逆止二极管并联，给调节器供电。LEM是用于调节器励磁输出电流的测量。FL1用于本柜的励磁输出电流表的显示，FL2用于发电机中控盘或DCS的显示。 第四章 基本原理4.1概述DVR-2000B微机

20、励磁控制柜的输入电气信号有发电机量测PT电压，仪表PT电压及从发电机电流互感器来的三相定子电流信号。各路信号经各自的信号处理及变换电路对信号滤波、隔离放大，变换成适合于 AD采样的信号。这些信号送入AD变换器，由程序控制依次进行模数转换成数字量，存放在存贮器中，供DVR-2000B微机励磁调节器使用。DVR-2000B微机励磁调节器需要直流电源作为后备工作电源。DVR-2000B微机励磁调节器输出的电流、电压为直流量。利用以上采集到的数据，通过软件计算可以得到发电机的运行工况，励磁系统参数，调节器输出参数等全部信息，如交流量采用24点快速傅立叶变换（FFT）计算出发电机三相电压有效值，三相电流

21、有效值，有功功率P，无功功率Q。主控室对励磁调节器工作方式的选择，增、减励磁操作，和灭磁开关等状态量作为开关量输入信号以及故障告警等开关量输出信号是经过光电隔离与CPU接口的。调节器共有16路开关量输入，10路开关量输出通道。励磁调节器的功率输出部件为单相半控晶闸管整流桥。为了保证其输出直流电压连续可调，要求控制角在0170度之间变化。调节器中由脉冲同步电路来保证各晶闸管的依次导通，用大规模逻辑器件直接将数字控制量转换成相应控制角的触发脉冲信号。300Hz的中断控制程序,计算发电机电压与参考电压之差,并进行PID运算后综合附加调差信号得到一个控制量去改变晶闸管的导通角。这就是DVR-2000B

22、微机励磁调节器的主调节环。PID参数的正确选择，将直接影响DVR-2000B微机励磁调节器的静态和动态特性。调节器中的保护功能模块如失脉冲检测，低励磁限制，过励限制，V/Hz限制，PT断线保护等都是用软件来实现的。调节器的安装地点环境比较恶劣，电磁干扰相当严重。对于微机型励磁调节器来说抗干扰能力是十分重要的。本调节器有独特的抗干扰措施，如控制板核心部件采用双层屏蔽，每个输入、输出电路均采用光电或电磁隔离电路，电源用开关电源隔离等措施，另外还设软件自复归电路。当程序万一在大干扰的作用下跑飞或进入死循环时，该电路将自动复归使程序重新从头开始执行，恢复正常工作状态。调节器的前面板设有操作显示界面供人

23、机对话使用。人机界面采用液晶显示，汉化菜单，所有计算机采集到的模拟量值均以有名值显示在液晶显示器上，便于运行人员的监视。另外开关量输入的实时状态显示，开关量强制输出，控制和保护参数设定，故障录波数据的提取等功能均可在此人机对话窗口上实现。调节器的工作电源也是独立的，采用开关电源。输出电压有：+5V、12V电源供主机板，运算放大器用；24V1供脉冲回路，24V2供继电器及操作回路用。电源采用两路供电：一路来自永磁机电源整流，另一路后备电源，来自厂用直流电。两路电源通过逆止二极管并联运行，任何一路失电，调节器仍能正常工作。4.2 工作原理作为同步发电机励磁系统，其可靠性对于机组和电网的安全稳定至关

24、重要，因此调节器在设计时就将系统的可靠性作为第一重要的内容，因此搭建一个稳定的硬件测控平台是提高系统可靠性的基础。 电源系统为了提高系统的可靠性，系统的供电电源由两路冗余，来自永磁机输出的交流电源经过隔离变压器隔离后，经过整流变为直流，并与经过二极管和来自厂用蓄电池的直流电并联运行，共同为机箱内的开关电源供电，为了提高系统的抗干扰能力，按照不同的功能将系统电源分为3部分，1) CPU电源：5V，12V，其中DSP芯片的内核电压1.8V，外设电压3.3V,低压系统保证了高速CPU低功耗和高可靠性。2) 操作电源：24V2，用于开关量的输入输出，对于双通道的励磁系统，其两个通道的24V2经过二极管

25、并联，提供操作信号。两个通道的0V2直接并联。这样就保证了24V2电源的冗余。3) 脉冲电源：24V1，用于脉冲放大和触发回路以上电源系统相互独立，避免干扰的产生。 主机板（CPU）此板为系统的中枢，我们选用当前最流行，并且经过多年运行经验的DSP芯片和大规模复杂可编程逻辑阵列CPLD组成这块板，由于采用了可编程逻辑阵列，使我们的系统具有一定的开放性用户可以根据自己的现场实际，进行逻辑组态，并且大大简化了电路，从而做到了总线不出板，提高系统可靠性。本板由以下部分组成。 DSP（数字信号处理器）：本系统采用的芯片为著名的DSP厂商Texas Instrments（美国德州仪器公司）专门为控制领域

26、推出的C2系列芯片作为主CPU，此CPU具有以下特点：1) 最高工作频率达到150MHz，每个指令的执行周期只有6.67ns2) 32位的数据线，24位地址线使得它的寻址空间达到了4M3) 哈佛结构，高速的流水线指令操作，进一步提高了运行速度4) 强大的外设功能：一个增强型的CAN总线驱动器一个串行外设接口（SPI）两个串型通讯接口（SCI）三个32位的定时/计数器片上128K16位的FLASH5) A/D转换：16路高速（400KSPS）高精度（14位）A/D，同步采样，能避免由于采样速度造成的相移，提高了精度。采样频率为0.833ms。6) 两路可编程的D/A输出，为PSS参数整定和DVR

27、调节器模型的辨识提供硬件接口。7) 大规模复杂可编程逻辑阵列CPLD：完成脉冲形成、开关量输入输出、以及其它的逻辑操作和译码功能。8） 外扩存储器：一片128K的程序存储器用于调试时，下载程序。一片128K的数据存储器用于进行故障录波的数据存储。16K位的串行EEPROM存储参数和重要的故障数据。9） 看门狗电路：采用专门的看门狗监视芯片。10）通讯部分：本板提供一路RS485，一路CAN-BUS，其隔离和电平变换采用模块化产品。RS485从端子输出，CAN 通过端子输出。11）时钟电路：时钟采用DS1305，时钟芯片。12）四路光耦隔离的开关量输入，要求操作电源电压等级为24V。13) 四路

28、光耦隔离的开关量输出，输出为本通道24V2 有源信号。 信号处理板该板的主要功能是进行电平变换和隔离，由于采用交流采样，所以电流、电压回路经过高精度小型CT和PT隔离后，进行滤波和电平转换适配到A/D测量范围内进入主机板。直流量(励磁电流)经过滤波和电平转换后进行采样。同时将同步信号整形为方波，供主机板CPU产生脉冲。 开关量输入继电器输出板本板将16路开关量输入信号经过光电隔离后，进入测控CPU板，进行状态判断。另外所有的电源检测电路也在这块板上。将10路开关量输出信号经过光电隔离后驱动继电器，进行信号输出。 脉冲放大板本板将主CPU板产生的双窄脉冲进行功率放大输出，每一路脉冲功率可驱动5组

29、以上并联的可控硅桥。同时本板上有脉冲指示灯，用于显示脉冲是否正常，本板上可以通过跨接器选择脉冲变压器是内置式，还是外置式。 PT/CT 板PT/CT板将发电机量测PT、仪表PT、系统PT、同步电压信号采用小型化的电压互感器进行隔离后，适配为A/D量程内的弱电信号。将定子电流互感器来的信号经过内部小型电流互感器隔离后，适配为A/D量程内的弱电信号。4.3 软件说明4.3.1 主调度程序主调度程序主要完成下列功能：1) 初始化处理打开调节器工作电源，首先进行硬件和软件的初始化，硬件初始化包括对CPU及其他智能芯片的初始化，软件初始化是指对一些变量置初值。 2) 键盘分析及液晶显示在程序每个循环周期

30、内，对小键盘进行采样，不同的键按下，对应不同的处理子程序，同时在液晶显示器上显示不同的菜单指示。通过键盘和液晶显示的配合，可以完成人机对话，包括：运行参数的实时显示、开关量状态的在线监视、用于调试的开关量强制输出、以及参数修改，事故追忆及故障数据的提取和显示。4.3.2 中断程序作为中断服务程序：主控制程序具有最高的中断优先级，中断周期为0.833毫秒。在中断程序中完成以下功能：1. 交流、直流采样模拟输入量有发电机测量 PT输出电压和仪表 PT输出电压以及发电机定子电流(均为三相)，另外还有励磁调节器的输出电流等，在主控制程序中进行模拟量的采样，每个周波采集24点。2. FFT快速傅立叶变换及其它数据处理32位DSP芯片通过FFT变换分别算出发电机三相电压，三相电流有功功率，无功功率。3. 调差计算按照设定好的调差系数和调差极性进行调差计算，将附加调差给定加（减）到给定值上。 其中：K为调差系数，Uref为电压参考值，Uref_tiaocha为附加调差给定值。4. 控制规律的实现