发电机励磁调节器.docx

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发电机励磁调节器

SAVR-2000发电机励磁调节器

使用说明书

V2.0

第一部分:

前言……………………………………………………………………..

（2）

第二部分:

设备原理………………………………………………………………..（9）

第三部分:

设备安装………………………………………………………………..（17）

第四部分:

设备使用说明…………………………………………………………..（19）

第五部分:

设备投运及维护…………………………………………………………（34）

第一部分前言

一、概述

SAVR-2000发电机励磁调节器是以经典和现代控制理论与数字信号处理器DSP技术相结合的第二代微机励磁调节器。

它继承了第一代微机励磁调节器的全部调节、控制及限制保护功能，同时在计算速度、抗电磁干扰、可靠性等方面都有了极大的进步，是现代大、中型同步发电机组较为理想的励磁调节装置。

SAVR-2000适用于各种方式的可控硅励磁,是一种通用性极强的励磁调节装置。

作为更新换代产品已得到我国励磁行业的专家认可。

SAVR-2000发电机励磁调节器拥有32位总线的DSP（数字信号处理器）作为控制的核心，采用积木式双通道或多通道冗余结构，并配备大屏幕真彩液晶显示器。

基于上述硬件和我们多年的软件编制经验，SAVR-2000具有可靠性高、操作简单、维护方便、使用灵活等特点。

二、适用范围

SAVR-2000是双自动通道的励磁调节器，两个自动通道完全独立，配置在一个柜体之中，可适用于各种可控硅励磁系统。

图1-1～图1-6为SAVR-2000发电机励磁调节器的几种典型应用：

*自励方式

图1-1自并励可控硅励磁图1-2自复励可控硅励磁

*他励方式

图1-3有副励磁机的他励可控硅励磁

图1-4两机他励可控硅励磁

图1-5无刷励磁

*用于直流励磁方式

图1-6连续型直流机励磁方式

三、主要特点

1．多种运行方式

SAVR2000正常运行为主调节通道输出脉冲控制可控硅，从调节通道处于热备用状态。

从通道跟踪主通道的调节角度值及控制给定值，从通道输出脉冲被阻断在主/从切换输出之前。

主/从通道可实现手动/故障切换。

2．可靠性高

2．1先进的表贴（SMT）工艺：

SAVR-2000发电机励磁调节器采用先进的表面贴装集成芯片，在机械结构上采用全封闭无风扇结构，由柜体、插箱、插件屏蔽板构成了三重防护，提高了装置整体的可靠性。

2．2先进的测量方式：

在一个周期内（20ms）对三相定子电压及三相定子电流进行多点交流采样，并由软件实时计算出有功功率、无功功率及定子电压、电流的有效值。

因而响应速度快，测量精度不受波形影响。

2．3高集成度的接口电路：

SAVR-2000发电机励磁调节器以大规模可编程器件为外部接口电路，将脉冲形成及检测、频率与相位检测、A/B套切换等功能全部集成在一片大规模可编程器件中。

提高了装置整体的可靠性。

2．4分布式隔离电源：

SAVR-2000发电机励磁调节器采用了分布式隔离电源。

整个装置电源分为主机电源（+5V）、模拟量电源（+12V与-12V）；脉冲电源，脉冲检测电源，开出量电源，开入量电源（2路）。

各部分相互隔离。

提高了装置整体的可靠性。

2．5电磁兼容技术：

为加强装置的电磁兼容能力，SAVR-2000发电机励磁调节器在总体及局部设计上采用了多种措施，成为首家通过电磁兼容测试的励磁调节类电子装置。

能够抵御±2500V传导瞬变干扰、±8000V静电放电干扰及10V/M的空间电磁辐射。

2．6严格的质量保证体系:

南瑞电控公司自1997年通过ISO9001质量体系认证以来,建立并完善了一套严格的质量保证体系,从生产的角度提高了装置整体的可靠性。

3．可操作性强

3．1软面板技术：

SAVR-2000发电机励磁调节器采用了软面板技术，运用三维汉字图形界面，同时具备模拟显示及数字显示，操作相当简单，满足了新老运行人员的需要。

3．2在线帮助系统：

SAVR-2000发电机励磁调节器在运行监控软件系统中置入了在线帮助。

当鼠标移至屏幕上任何一个可操作位置时，软件系统将随即弹出该项操作的意义、方法以及可能产生的后果，供操作人员参考。

4．可维护性好

4．1故障定位专家系统：

SAVR-2000型发电机励磁调节器采用了人化设计方法，在系统中预设了故障定位专家系统。

当故障发生时，装置不仅能够给出故障种类，而且能够根据检修人员的需要，给出该种故障产生的原因及维护的方法。

4．2超前维护及预警系统：

SAVR-2000发电机励磁调节器在设计中贯穿了超前维护的概念，设置了预警系统，为电厂长期稳定创造了条件。

5．可扩展的现场总线：

SAVR-2000发电机励磁调节器内部备有CANBUS或PROFIBUS现场总线扩展口，能够与监控局域网方便连接，构成了多层次分布式的控制结构。

四、主要功能

SAVR-2000励磁调节器的根本任务是维持发电机的机端电压恒定，因此，它的基本功能是调节及控制机端电压；同时，作为计算机产品，它还具有实时故障诊断及容错功能，智能调试及计算机辅助分析功能。

1．调节及控制功能

◆具有控制结构自适应和参数自适应的调节功能，配备在线专家系统。

◆全中文信息集成显示，模拟、数字显示一体化。

◆具备实时数据库及历史数据库，能够进行事件录波辅助分析，并给出有效提示。

◆保证发电机按要求升压、并网、增减无功负荷及逆变停机。

◆保证发电机稳定运行于空载、发电、调相、停机等工况。

◆可按要求选择起励方式：

（1）100%额定电压起励

（2）零起升压（3）软起励

◆保证机组在突甩负荷时机端电压迅速稳定在额定电压。

◆保证无冲击地进行手动/自动的切换及双机切换。

◆可任意设定正、负调差方式，且调差率大小可选择

◆软件数字整定和比较功能

◆恒发电机机端电压的PID调节规律。

◆恒发电机转子电流的PID调节规律。

◆发电机恒定触发角运行（选用）

◆发电机恒功率因数运行（选用）

◆发电机恒无功运行（选用）

◆系统电压跟踪方式（选用）

◆转子过热保护（选用）

◆电力系统稳定器（PSS）附加控制（选用）

◆线性最优励磁调节规律（选用）

◆非线性自适应励磁调节规律（选用）

◆主备励无扰动切换（选用）

◆水轮发电机机组用电气制动方式停机（选用）

2．实时故障诊断及异常状态的限制功能

◆电源电压过低或消失的检测

◆PT断线的检测

◆可控硅同步电压信号断线检测

◆可控硅脉冲丢失的检测

◆控制角的检测：

◆发电机机端电压及可控硅阳极电压相序的检测

◆通迅故障的检测

◆看门狗（WatchDog）电路监测主CPU电路

◆欠励瞬时限制及保护

◆过励延时限制及保护

◆发电机强励的反时限限制及保护

◆最大励磁电流瞬时限制及保护

◆可控硅整流柜快速熔断器熔断、停风、部分柜切除时的励磁电流限制

◆V/F限制及保护：

当机组转速下降时，如仍维持发电机电压恒定将引起转子过磁通。

为保护机组安全，调节器将自动降低发电机电压；如转速过低，调节器将自动逆变灭磁。

◆空载过压限制及保护

3．调节器模拟量及开关量的容错

◆机端电压容错：

DSP实时自动诊断机组三相电压，可自动辨别PT断线还是机端短路，并作出故障类别提示以保证全部调节任务的正常完成且不造成负荷冲击。

◆定子电流容错

◆转子电流容错

◆发电机频率容错

◆有功功率及无功功率容错

◆开机令及停机令容错

◆增、减磁信号容错

◆油开关信号容错

4．智能调试及计算机辅助分析功能：

◆智能化调试：

　调试软面板技术；

全中文图形化调试界面；

　在线帮助系统；

　◆计算机辅助分析系统：

　各项试验专用数据库；

　故障录波与计算机辅助分析

　以工况转换为依据，进行不间断录波，形成历史数据库；

　故障产生时，计算机进行辅助分析，给出故障产生原因；

　计算机对历史数据库中的数据可进行辅助分析，推测系统工作状态；

◆调试专家系统：

可自动进行各项试验，计算机辅助选择相应参数；

　产生试验数据并给出试验结果；

　对试验过程及结论作出评价；

5．调节器维护时系统自检查功能：

◆　存储系统（FLASHRAM，RAM）检查诊断；

◆　闭环系统功能块检查诊断；

◆　输出功能检查诊断；

◆　数字给定检查诊断；

◆　开关量输入检查诊断；

◆　内部参数检查诊断；

◆通信检查诊断；

五、主要技术参数

1．模数转换器输入参数

模拟通道：

16通道8路无相差同步采样

信号输入量参数：

◆机端电压Uf额定值100伏

◆定子电流If额定值5A

◆励磁电流IL额定值5A（交流侧，由互感器来）

◆转子电压IL-实际值（选用）

◆转子电流UL-75mV（直流侧，由分流器来，选用）

2．开关量输入输出容量

◆CPU16路光电隔离输入（可扩至32路）；

◆CPU16路继电器输出　（可扩至32路），节点容量1A/DC220V；

3．输出参数

◆输出脉冲：

可供三相全控整流桥用的六相双脉冲

◆触发功率：

每相脉冲可供10组脉冲变压器回路负载。

4．电源参数

◆交、直流并联供电。

交流输入220V±15%，直流输入220V±20%。

◆稳压电源：

A套和B套的电源各自独立。

◆功率消耗：

小于400瓦。

六、主要指标参数

◆可控硅控制角α分辨率：

最高可达40MHZ

◆A/D转换量分辨率：

2-14，8路同步采样

◆控制计算调节速度：

20毫秒（典型）

◆调压范围：

5%～130%

◆调压精度：

<0.5%

◆移相范围：

0-180度，上下限值可程序设置

◆调差：

由软件设置无功调差率，正负及大小任选，级差为±0.33%。

◆频率特性：

频率每变化1%，发电机端电压变化不大小额定值的±0.25%。

◆整定值调节速度：

可编程，满足不大于1%每秒，不少于0.3%每秒。

◆响应时间

自并激励磁系统：

上升<0.08S

下降<0.15S

交流励磁机励磁系统：

上升>2倍/秒

高起始响应励磁系统：

上升<0.1秒

下降<0.15秒

七、使用环境

◆使用地点的海拨高度不大于2500米。

◆环境温度为0℃～+40℃。

◆环境相对湿度不大于90%，无冷凝。

◆使用环境的周围介质无爆炸危险，不应含有腐蚀性气体，所含导电尘埃的浓度不应使绝缘水平降低到允许极限值以下。

第二部分设备原理

一、电气配置

图2-1显示了SAVR-2000发电机励磁调节器的通道配置情况。

模拟通道共有16个模拟量输入通道，输入信号范围±5V，精度14位。

A/D分两次转换16个通道，每次同时转换8个通道。

外部的控制命令和状态通过光电隔离传入至CPU；CPU的控制命令通过光隔发出。

对于开入量，调节器自带24V电源，外界只需提供无源节点即可。

对开出量，调节器通过继电器提供无源节点，节点容量为DC220V/1A。

通常配置为16点开入，16点开出，也可按用户需要扩至32点开入，32点开出。

图2-1SAVR-2000通道配置

SAVR-2000通用型调节器由以下单板或元件组成

◆MBD2011块×2套模拟信号输入板

◆MBD2021块×2套主机板

◆MBD2031块×2套（可扩至2×2）开关量输入输出板

◆MBD2041块×2套脉冲放大板

◆MBD2051块×2套主机电源板

◆MBD2061块×2套脉冲电源板

◆MBD2071块×2套双路供电板

◆总线背板1块×2套

◆工控机1台

二、结构配置

1.机柜

本装置采用拼装式结构，柜内为立柱加插箱形式，以四根内立柱为主体，形成内框架，柜体外形尺寸为800×600×2260mm（也可由用户自定），柜前门设有玻璃观察窗。

柜内分四层：

工控机层，A套插箱层，B套插箱层，继电器层。

装置与外部连接的总端子排设在内框架后部两侧，沿后立柱设走线槽。

机柜前门开有观察窗。

可监视装置运行是否正常，前后门都配有带锁门把。

机柜底部开有电缆走线孔，提供用户将现场信号和装置输出信号引入或引出。

如图2-2，2-3所示。

2.工控机层

工控机层安装一台液晶显示工控机作为装置与用户的人机界面。

该软件系统以WindowNT为操作系统，配以三维中文图形化界面，为用户提供了十分友好的人机接口。

3.A、B套主机插箱层

图2-2SAVR-2000型机柜正视图

图2-3SAVR-2000型机柜背视图

A、B套主机插箱层是两套完全独立的可以互换的控制插箱，两套插箱之间依靠同步串行口进行通讯，以实现互为跟踪，互为热备用的功能。

同时通过节点将已方状态通知对方，以达到自动切换的目的。

当两套均正常工作时，按任一套上的切换按钮，即将此套定为主套。

当某一套出现故障时，即自动切换至另一套。

同时两套系统间的操作电源及脉冲电源通过外部端子并联输出。

4.其他部件：

包括继电器层，同步背板等。

三、装置基本原理

1．装置基本原理

励磁调节器的主要任务是维持发电机机端电压恒定。

为此，SAVR-2000励磁调节器需采集发电机机端交流电压Ua、Ub、UC，定子交流电流Ia、Ib、Ic，转子电流等模拟量。

调节器通过模拟信号板将高压（100V）、大电流（5A）信号进行隔离并转换为±5V电压信号，然后传输到主CPU板上的A/D转换器，将模拟信号转换为数字信号。

通常在一个周波内（20ms）进行多点采样，然后计算出机端电压等测量量。

为了能准确测量有功及无功，需对电压及电流进行瞬态无相差采样，即可计算出有功及无功。

在正常运行时，DSP根据现场的操作信号进行逻辑判断，判别是否应该进入用户程序。

一旦开机条件具备，应用程序运行。

程序的计算模块根据工控机的控制调节方式的选择而进行计算，如

按机端电压偏差进行PID调节（即恒机端电压运行方式），则DSP转入电压偏差PID调节子模块，

计算程序算出触发角，并将此角度送至大规模可编程逻辑芯片上的计数器产生延时脉冲，脉冲经放大板驱动后即完成一次调节控制。

在控制调节的空闲时间，调节器进行各种限制判别、故障检测、联机调试、录波等工作；在双自动通道系统中，备用通道自动跟踪主通道的电压给定值和触发角。

2．单板原理

主机插箱的正视图如图2-4所示。

①MBD207面板上的开关用于控制MBD206、MBD205的输入电源，自上而下三个灯分别表示：

交流220V输入，直流220V输入，直流220V输出。

②MBD206面板上的开关用于控制脉冲电源及操作电源的输出，自上而下三个灯分别表示：

脉冲电源，开出继电器操作电源，开入电源（I）。

③MBD205面板上的开关用于控制主机电源的输出，自上而下的三个灯分别表示：

+5V，-12V，+12V。

④MBD201面板上的三个灯分别表示+5V，+12V，-12V，在灯的下方有一个测试窗，将窗的罩盖取下，可见一个DB37芯的并行口，通过专用测试盒可以测量各点信号。

另外还可见到五个可调电位器，自上而下分别为W1-W5，主要用于经过整流的模拟量的整定（如系统电压）。

具体定义见MBD201板原理图。

⑤MBD202面板上共有8只灯，分别表示：

+5V，+12V，-12V，主/从，运行闪烁，故障，运行，调试。

“主/从”表示该套是主套还是从套，亮表示主套。

“运行闪烁”表示CPU运行状态，其闪烁的频率随运行状态的不同而变化。

通常，负载运行时为1次/3秒，空载运行时为1次/1秒，待机运行时为3次/1秒。

录波停止时为1次/6秒。

“故障”表示该套运行不正常或外界回路有故障。

“运行”及“调试”分别表示该套是自动运行状态还是人工调试状态，它由面板上的“运行/调试”开关位置决定。

通常应置于“运行”。

除了灯以外，MBD202板上的主从切换按钮用于两套间的人工切换。

该按钮为自复位式按钮，当该套正常运行时，按下切换按钮即可设置该套为主机方式。

打开测试窗的罩盖，可见一个DB9芯的插头，它主要用于调试时通讯；在其下方的按钮是复位按键，它可以复位CPU。

⑥MBD203板的上面三个灯分别表示：

开入24V电源（I），开出电源及故障。

当主CPU板检测到调节器故障及硬件看门狗动作时，该故障灯亮。

下面两排灯分别表示开入开出的状态，亮表示通，灭表示断。

X1-X16为开入信号，Y1-Y16为开出信号。

⑦脉冲放大板

MBD204板上的三个灯分别表示脉冲电源，脉冲输出和脉冲故障。

其中脉冲输出灯亮表示该套为主套，脉冲由此套供给；脉冲故障表示该插件输入的未经放大的脉冲信号故障或脉冲电源有问题。

各单板的作用及其原理简单阐述如下：

①模拟信号板（MBD201）

该板主要的作用是进行电平隔离及变换。

它通过48芯的J2口将100V的电压及5A电流信号、同步信号信号引入隔离变压器，在变压器副方通过运放将信号放大变为电压信号；再通过96芯J1口将上述弱电信号传输至主机。

同时将同步信号整型成为方波，供主CPU板产生脉冲。

②主CPU板（MBD202）

该板是主控板。

它包括：

一片DSP，一片大规模可编程逻辑芯片，两片14位高速A/D转换器，一个异步串口，一个同步串口，以及可扩展的并行口。

主CPU板是整个装置的核心，其性能优劣是装置能否长期稳定运行的关键。

因此，SAVR-2000发电机励磁调节器主机板无论从设计开发上还是在制造工艺上都力求精益求精，成为优良品质的重要保证。

DSP（数字信号处理器）是整个系统的核心，大规模可编程逻辑芯片辅助DSP对外操作。

③开关信号板（MBD203）

J2口将外部16路开入量引入，通过光隔进行电气隔离，并通过J1口传送至主CPU板；同时主CPU板发出的16路开出信号由J1口输入，经光电隔离后传送至J2口。

开关信号板上还有两套串口，一套用于与上位机通讯，另一套用于与工控机通讯。

④脉冲放大板（MBD204）

由J1口将主CPU板上形成的小脉冲通过光电隔离及电平转换送至6片CMOS管放大，通过J2输出。

脉冲切换继电器主要控制脉冲是否输出。

常闭节点可保证在操作电源消失时仍然能输出脉冲。

该板的另一功能是将发出的脉冲进行取样，并回读至主CPU板，以检查脉冲是否丢失。

⑤脉冲电源板（MBD206）

脉冲电源板输出5路相互隔离的电源。

◆脉冲电源VX：

该电源通常为24V、50W，特殊情况应在订货时说明。

◆脉冲检测电源+24V，该电源与脉冲电源共地，当脉冲电源也为+24V时，两电源并接。

◆开入电源（I）（Ⅱ）：

它提供开入信号的+24V电源。

电源（I）用于X1-X8，电源（Ⅱ）用于X9-X16。

◆开出电源：

它提供操作逻辑电源及开出继电器与光隔的电源。

⑥系统电源（MBD205）

它提供+5V及±12V三路电源，其中+5V与±12V不共地。

+5V主要为DSP、大规模可编程逻辑芯片等数字芯片提供电源。

±12V主要为运放等模拟芯片提供电源，最后在A/D芯片上三个电源的地连接。

⑦双重供电板（MBD207）

MBD207为交直流供电板，通过J2口输入DC220V及AC220V电源，AC220V经隔离变压器隔离后进行整流，然后与DC220V并接。

DC220V及AC220V任一路输入电源掉电时均可保证无扰动输出直流220V，供MBD206及MBD205板用。

第三部分设备安装

一、安装前的准备工作

装置在安装前，首先要开箱检查，准备必要的材料和工具。

1．开箱检查的程序和主要内容

·首先检查经运输后的包装箱有无严重的外部损伤，在无严重损伤时，小心打开包装箱。

·核对装相物体的品种和数量是否与包装清单符合。

·对设备的外观进行检查，应无严重的伤痕。

·打开装置前，开门检查内部有无电气和机械损伤。

·检查随箱技术资料是否完整。

2．信号电缆准备

当装置就位以后，首先应将有关电缆引到装置盘后，对这些电缆有如下要求：

·模拟输入量用铅皮电缆引到盘后端子排。

·输入/输出开关量用铅皮电缆引到盘后端子排。

·脉冲输出信号用双绞屏蔽电缆引出到功率柜。

·强电与弱电信号不能共用一根电缆，走向分开。

3．安装前的技术准备

·熟悉本装置的全部技术资料

·阅读产品使用说明

·制定装置安装方案，绘制必要的操作回路原理图和配线端子图

二、设备的安装

SAVR-2000屏体、尺寸根据用户的要求设计。

每块屏上均有吊装环，现场安装时应注意按照国标《电气二次盘柜配线及安装规程》执行，设有地角螺丝用于固定及接地使用，每块屏体均有明显的接地特征，由可按现场实际情况更换，安装时必须保证按地铜板和电厂大地网可靠连接，连接电缆面积不应小于14mm2的铅线，连接电缆长度要尽可能的短，应保证接地电阻小于0.5Ω。

1．调节器电源配置的要求：

交流电源220V：

两路，容量大于3A小于5A

直流电源220V：

一路，容量大于3A小于5A

（针对某些三机励磁厂家用户采用中频机作为调节器电源的设计，中频机电源经整流后作为调节器电源。

）

2．模拟量测量信号

模拟量测量信号包括定子量测量和转子量测量，输入信号如下：

2.1机端电压信号输入两路

专用PT输入：

线电压100V，三相，Y/Y-12接线

仪用PT输入：

线电压100V，三相，Y/Y-12或V/V接线

请注意：

三相相序不能接反。

2.2定子电流信号输入一路：

三相

定子A相电流输入：

小于5A

定子B相电流输入：

小于5A

定子C相电流输入：

小于5A

请注意同名端不能反接。

2.3转子电流输入一路：

三相

转子回路整流桥前交流CT三相，小于5A，请注意同名端不能反接。

3．控制信号与故障输入信号

主要有：

增磁、减磁、开机令、停机令、95%转速令、油开关合、功率柜故障、灭磁开关合、PSS投入等，上述信号可根据实际情况接至端子。

由于采用调节器自带24V开入电源，故只需现场提供无源接点即可。

4．调节器的开出信号

调节器开出信号主要有：

调节器故障、限制、初励等，应根据具体情况接至端子。

5．功率柜脉冲触发信号

针对SAVR-2000型调节器，脉冲输出配线见端子接线说明，配线需用双绞屏蔽电缆，屏蔽层接地。

当需驱动较多的整流桥时，可从航空插头配线，在定货时应说明。

以上的设备安装部分内容，是由现场技术人员完成。

由于各电厂有自己的特点和要求，需要在SAVR-2000调节器条件许可的情况下自行调整，设计出适合于本厂的安装方案。

第四部分设备使用说明

一、SAVR-2000发电机励磁调节器使用说明

1．装置的投电

在装置安装检查无误后，即可首先进行装置投电操作，操作步骤如下：

1.1合机柜后上方梅兰开关DK1，DK2，DK3（AC，DC电源开关）；

1.2合A套交直流供电板（MBD207）前面板电源开关；

1.3合A套24V电源板（MBD206）前面板电源开关；

1.4合A套系统电源板（MBD205）前面板电源开关。

1.5合B套交直流供电板（MBD207）前面板电源开关；

1.6合B套24V电源板（MBD206）前面板电源开关；

1.7合B套系统电源板（MBD205）前面板电源开关。

主从套状态如图示（4-1，4-2）

主CPU板（MBD2