励磁系统.docx

励磁系统.docx

《励磁系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《励磁系统.docx（86页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

励磁系统

发电机控制盘励磁系统操作维护手册

注:

非专业人员翻译,部分专业术语未能正确翻译

图例及约定

SApparentpower视在功率

PActivepower有功功率

QReactivepower无功功率

V，UVoltage电压

ICurrent电流

UGGeneratorvoltage发电机电压

IGGeneratorcurrent发电机电流

IWGeneratoractivecurrent发电机有功电流

IbGeneratorreactivecurrent发电机无功电流

FgGeneratorfrequency发电机频率

3phThreephase三相

DCdirectcurrent直流

Ccommand命令

AAnnunciation报警

Bcommand（befehl）命令参考数字信号

NBNocommand无命令参考数字信号

MAnnunciation（Meldung）报警参考数字信号

NMNoannunciation无报警参考数字信号

下标n意指正常，如UGN指的是发电机正常电压

发电机控制盘励磁系统操作维护手册

1、介绍

THYNE4励磁系统由完整的电源回路和数字调整、控制功能组成。

本操作手册将帮助使用系统中全部功能，并提供安装、调试及维护的相关信息。

如有问题，请联系我们位于维也纳的办公室。

2、产品声明及GE标准（略）

3、励磁系统基本原理

对于并网操作发电机，要求有直流通过转子线圈产生转子磁场。

直流电由励磁系统产生。

励磁系统有好几种：

有的使用旋转机械，有的使用静态原件。

静态励磁系统通过励磁变压器连接到一个电源，如果这个电源是发电机绕组自已发出的，这就是我们所称的并励（shuntfieldexcitationsystem），如果励磁变压器连接到一外部电源如交流发电机的转子或是厂用电，这种励磁命名为他励。

励磁变压器的输出电压经过整流和调整后，经过转刷加入励磁绕组。

另一种选择是导向励磁机械：

可以是带旋转二极管的无刷交流励磁机，或者（特别是老电厂）直流励磁机。

导向励磁机可以看作是励磁电流放大器，为转子提供所需的直流，导向励磁的调整通过带全控桥的电压调整装置完成。

励磁的任务：

产生并调整发电机电压：

未连接到电网或孤网运行机组；

产生和调整无功：

与其它机组并网运行。

保持电压水平在电网电压的水平，并网运行时，转子电流减少过多时，发电机装置的稳定性也减小。

这将导致失去同步，因而在一个相对较短的时间内由于额外的电源在发电机绕组流动而损坏发电机。

发电机转速和有功输出由原动机单独确定。

下图表示出了对发电机装置稳定操作所允许的负荷范围.

4。

BASICSOFTHETHYNE4SYSTEM

THYNE4SYSTEM是结构紧凑的静态和数字化励磁系统，适用于中、小型带交流或直流励磁装置的并网交流发电机。

核心元件是THYNE4设备，包含有完整的单相或三相全控桥电源回路和GMR3微处理器来完成全部的控制和调整功能。

励磁柜内有全部电源回路（除励磁变压器之外）、自动电压调整器和全部程序（控制单个元件所需的）。

系统也包含有带报警指示就地控制盘，可以进行就地操作和快速的故障处理。

THYNE4励磁系统支持所有标准励磁系统，如发电机并励、它励或PMG（永励机）。

就地控制和报警装置使操作员能够就地控制励磁系统、读取实际测量值、提供快速精确的分析并修复故障元件。

THYNE4系统的组成：

全控桥

DC过电压限制器

AC过电压限制器

磁场闪动（有外部电源时不提供）。

电流强制

带限制器的电压调整器

其它调整器：

无功调整器和有功调整器

励磁电流调整器

电压调整器和电流调整器的自动跟随和切换

一体化内部控制程序数字化音序器

就地控制和报警装置

带保险的励磁电源

实际电压值（由PT测量）

发电机电流（CT测量）

5系统特性

--通过外部励磁变压器供电的并励或者从MCC来的辅助电源

--正常的频率范围50—400Hz操作范围10—400Hz

--一体化的基于微处理器的GMR3数字化程序和调整

--手动励磁电流调整方式

--标准设计中有下列限制器：

最大励磁电流限制器（带瞬时和延时反应）

过磁通限制器（V/Hz）

定子电压限制器

欠励限制器

二极管开路或短路故障监测（有旋转二极管的交流励磁机）

软起动特性：

如以确定的提升速率开始提高发电机电压而无需调整

手动和自动的无扰切换

发电机并励的初始励磁效果

电流强制，当从励磁电源从一个电源切换到另一个电源时

手动操作链接：

并励系统为的测试目的而切换到外部测试电源

就地操作的操作和指示设备（在设备或励磁柜中）及相应的反馈，如励磁ON和OFF，设定值RASIS和LOWER，操作方式选择和复位报警。

上述的控制单元有包含有一个用于操作命令的键盘和一个用于报警和测量值显示的4行LC。

LCD显示下列测量值

发电机电压

发电机电流

励磁电流

发电机有功

发电机无功

发电机功率因数

实时报警显示

蓄电池和励磁电源的冗余电源

用于遥控的无源输入、输出通信界面端口

6THYNE4励磁系统描述

THYNE4可通过对两种不同回路的电源供给使用统一的硬件和软件而闻名。

除电源回路外，它包含有电压调整器、励磁电流调整器、其它调整器和全部半自动系统。

6．1电源供给

6．1．1带励磁变压器的并励系统（GENERATORSHUNTFIELD）

对于并励系统，励磁电流通过励磁变压器从发电机端的单相/三相或者是从厂用电系统接入。

经晶闸管整流的电压加入地励磁场。

内部调整匹配变压器连接到励磁系统的交流电源，从其第一个次级为晶闸管切换提供同步电压，第二变压器输出通过整流供给调整系统的24VDC产生。

变压器为干式变压器。

系统支持机械布置的交流励磁机。

磁场和转子大小可在下列范围内操作：

励磁电压正和负

励磁电流正

转子电流和电压正

6．1．2由厂用电供给的外部电源和测试电源

第一次试运行，如短路和开路测试、热运行、保护和励磁设定和接下来的定期检查，需要一个独立于发电机电压输出的外部测试电源。

为此目的可用从厂用电系统来的外部电源。

同时手动操作链接应准备好。

励磁电流可以手动方式用电流调整器从0调整到正常电流。

如果一交流电源供电可靠，它可通过低压励磁变压器用作正常运行时的励磁。

外部供电电源提供和发电机并励相同的励磁电压和励磁系统动态特性。

6．2直流过电压器限制器

一个电压敏感型半导体与励磁机并联，并网机械由于短路引起的暂态电压被限制。

为正常停机期间，为了断开停止励磁接触器的接点，晶闸管桥全部调整到转换模式从而衰减励磁电流，经过一段延时后接触器断开。

保护跳闸期间，接触器立即断开。

6．2．1磁场闪动

并励并网发电机在起动期间的初始励磁只能用其它的测量进行保护，因为剩余电压不足以提供要求的能量。

所需的能量由电池系统通过二极管（一个限制电阻和起动继电器）加入到励磁回路，在初始励磁时，接触器是闭合的，一旦晶闸管回路接管励磁电流立即打开。

晶闸管回路调整到设定值。

对于一个励磁变压器连接到厂用电或PMG的励磁系统无需要初始励磁。

6．3电流强制

对于外部供电的励磁系统，电源由MCC交流回路供给，如果由于某种原因此电压不适合，连接到这个母线低电压继电器必须从正常电源切换到一个独立于公用电源的单独电源，在切换期间，连接到125V直流电源的单相晶闸管接收到一个触发脉冲而保持励磁电流在正常值的2/3，此用于起动晶闸管的电压降的探测由电压调整器实现。

强制回路只有在线运行时起作用，这就意味着发电机同期并入电网后接触器闭合将电池电压接入强制晶闸管，如果接触器打开晶闸管将无法导通。

6．3自动电压调整器和门控GMR3

6．3．1概述

GMRS是个多处理器的电压调整器，用于同期发电的单相和三相机组，有很大的频率范围。

它由完整的电压调整器、起动电路（单相或三相操作）、控制逻辑（励磁系统正常操作所需）组成。

6．3．1．1操作原理

具体来说：

系统由一个主处理器MRB、3个子处理器（PGSA、B、C）、足够数量的数字和模拟I/O、机组电气量测量值和选通脉冲处理卡PGS组成。

此调整器由电压调整器和一个主控（电压）回路和从属（励磁电流）控制回路。

匹配变压器用来实现实际值的隔离（定子电压UG、定子电流IG、励磁机电流IP、晶闸管电压USYN）。

这些值变换成低电压通过电缆进入PGS卡。

在PGS卡，这些测量值进入子处理器进行处理。

C子处理器计算用来调整同期机组所需的参数。

通过一个双端口RAM（DPRC）将结果传入主处理器（双端器RAM是一个存储设备，提供两个处理器通道，相互独立）。

主处理器包含有正常操作所需的电压回路、限制器、其它调整器、全部控制逻辑的程序（自动操作模式）。

所有数字I/O和其它特殊系统的模拟I/O通过Ethernet-bus连接到主处理器。

电器回路的输出值通过PGS卡上的双端器RAMDPRB发送到B子处理器。

B子处理器包含有励磁电流回路（手动操作方式），根据主处理器提供的实际励磁电流和信息，此回路计算晶闸管的导通角，此导通角通过DPRA传送给A子处理器。

A子处理器计算触发脉冲，在PGS模块上的晶体管放大此脉冲，通过电缆提供给起动变压器（所有的晶闸管共用一个起动变压器），PGS前面板上的一个开关用来手动测试触发脉冲。

IWN卡上的数字I/O用来监督此调整器。

所有调整所需模拟输入和输出在PGS卡上，其它I/O用于控制和过程命令、反馈和报警。

他们通过一带SAT总线模块的EtherentLINK接入调整器。

6．3．1．2调整器组件

不同的调整器卡安装在一个19”的架子上，在背后，它们通过印刷线连接，电源和所有的外部输入和输出通过盘前的连接器连接。

在标准配置中，下面的板安装在一个调整器内：

--电源板IWN_B（位置-A37）

带有8个数字输入/输出（内部使用）

主板MRB（位置-A45）

带有程序和设定参数使用的RAM、串行维护适配器（前面）

子处理器和信号处理板PGS（位置–A29）

连接测量值，隔离触发脉冲，有3个带程序内存的子处理器ABC

通信板LCOM（位置–A450

前面有一个EthernetLAN型的RJ45适配器，2个串行维护适配器

通信板COM4（位置–A17）

一个RS485串行适配器（MODBUS通信）

一个RS232串行适配器（MODBUS通信）

一个串行维护适配器

实际值输入卡IWK2

包含有隔离和匹配PT和CT

6．3．1．3程序范围

程序的组成如下：

操作系统

主处理器板MRB调整器程序（带设定值）

不同子处理器程序PGS

通信程序：

LCOM和COM4卡。

所有的程序均存储在EPROM中，所有可调整的参数也存储在EPROM中。

操作系统提供输入、输出转换，调整调整器程序的顺序、与子处理器数据交换、通过串行接口与调整器通信。

不同的监视功能允许选择错误监测。

另外，操作系统包含一个编辑顺，可用来编辑调整器程序。

对于操作，一个操作终端或兼容的PC可通过主处理器板或通信板上的RS232-C端口连入。

子处理器板上的程序包含编译的测量值和实际值的计算（C处理器），励磁电流调整器（B处理器）、触发脉冲发生（A处理器）。

通信卡上的程序包括EthernetIEC104协议和与主处理器进行数据交换。

调整器程序有下列特点：

定子电流限限制：

对于过励、欠励操作，根据过电流延时（反时特性）

负载角限制器无延时（欠励限制器）

电压限制器最大/最小均有延时

磁通（电压频率）限制器带延时

电源系统稳定器

无功或功率因数调整（可调设定值）

由于调整器持续保持平衡，任何时候在不同模式间可进行无扰切换。

现场特殊功能

系统功能所需的不同的控制任务与调整器软件一体化，编入在一个独立的程序段中。

6．3．2硬件描述

调整器由满足需要的印刷版放在19“的架子上组成，在调整器的背面，所有的单元通过印刷线连接，一些模块的其它连接通过单独的插接件连接，电源主I/O通过前面板上的连接头用电缆连接。

下面是功能卡件的概述，详细描述见独立的描述章节。

6．3．2．1电源板IWN-B

IWN-B模块为氖GMR3卡件提供电源，其余的I/O为内部使用。

电压

调整器要求24VDC电源，为冗余供电：

一路从晶闸管经匹配变压器和二极管整流器供给；另一路由电池供电。

电子调整器电源

从冗余电源供给的电源（正常24VDC范围18-32）通过前面板上的连接器反馈给调整器IWN-B模块的DC/DC变换器，它提供电子调整器所需的电源。

5V：

供给所有功能组的过程数字信号

±：

供给所有功能组过程模拟信号

±15V：

供给安装在IWK上或外部的霍尔型变压器

在架子的后部，这些电压经印刷线连接入单独的卡件，调整器的接地线连接到调整器的外壳。

脉冲放大器电源

脉冲放大器安装在晶闸管的附近，需要24VDC电源。

冗余调整器电源经过PGS卡供经脉冲放大器，24VDC接地连接到调整器接地和调整器外壳。

数字输入：

PRINT有8个数字输入，全部经过光电藕合，每4个输入共用一个电源，所有的连接经过前面板的连接器用电缆接入端子排。

使用24VDC作为藕合电压，软件通过变量EOO到E07读取这些输入。

数字输出：

Print有8个数字输出，每个输出通过印刷电路继电器，每4个输出共用一个电源，所有的连接经过前面板的连接器用电缆接入端子排。

使用24VDC作为查询电压，软件通过变量AOO到A07激励这些输出。

6．3．2．2主处理器卡MRB

操作系统及主调整器程序在此卡上。

此卡有一个INTEL处理器和EPROM，除了工作存储器（内存储器）外，EEPROM用来存储现场参数。

此卡只能安装在调整器的A13位置。

在卡件的有面板上有RS232-C串行适配器，维护时用来连接一个操作终端或兼容的PC机。

从前面板上可以处理8个DIP开关，正常操作时，除开关4外的所有开关（从上到下连续数）必须在右侧（NORM位），开关4必须在左位。

LED显示不同的系统状态。

6．3．2．3脉冲发生和信号处理卡PGS

此卡含有3个独立的信号处理器A、B、C及相应的周边设备。

每个处理器执行相应的软件定义的任务。

双端器的RAM用来和主处理器进行数据交换。

他们带有存储器，因此2个处理器可进行读写。

这些处理器是不相连的。

子处理器可独立于主处理器工作，也就是说主处理故障时子处理仍能够继续工作。

多达4个带双端口RAM数据交换的子处理器卡（PGSLCOMCOM4）可同时在一个调整器中使用。

系统信号通过前面板上的2个连接器接入。

信号处理执行以下任务：

读取实际值；

读取6个自由的模拟值

输出触发脉冲

允许手动设定操作。

注意：

所有的模拟信号和触发脉冲电气地连接到处理器的接地。

模拟信号也可能通过隔离变送器或变压器连接。

实际值

调整和触发最大要求的8个测量值，通过隔离变压器读取：

同期（晶闸管）电压：

US1（L1-L3）

同期（晶闸管）电压：

US2（L2-L3）

定子电压：

UG1（L1-L3）

定子电压：

UG2（L2-L3）

定子电流IG1（L1）

定子电流IG2（L2）

励磁电流IP1

励磁电流IP2（可用作励磁电压）

测量的物理值经过滤后转换成数字值，另外通过设定跳线可以匹配不同的输入信号水平。

单相或本相信号可以被处理，三相信号通过两个对地测量通道进行记录，测量单相信号时，独立测量的第二个通道不被使用。

励磁电流总是经过一个通道转换成直流电压值。

根据现情况，可以有下面的组合情况：

三相整流桥

US1：

晶闸管电压L1-L3

US2：

晶闸管电压L2-L3

单相整流桥

US1：

晶闸管电压L-N

带三相测量的三相原动机

UG1：

定子电压L1-L3

UG2：

定子电压L2-L3

IG1：

定子电流L1

IG2；定子电流L2

带单相测量的三相原动机

UG1：

定子电压L1-L3

UG2：

未用

IG1：

未用

IG2：

定子电流L2

单相机械

UG1：

定子电压L-N

UG2：

未用

IG1：

定子电流L

IG2：

未用

自由模拟输入

PGS卡有6个供现场使用的模拟输入（ANA1-ANA6），可用作执行用户定义的特殊功能，DC或AC均可执行，但必须经过外部隔离变送器输入。

通过输入回路，电压分配、整流并加上偏移值后进入A/D转换。

跳线执行对不同的输入信号水平进行调整功能。

模拟输入ANA1到ANA14有一12位的分辨率，输入ANA5和ANA6有一10位的分辨率。

软件通过参数V511到V516使用这6个模拟信号。

脉冲输出

用来控制电源整流晶闸管触发脉冲在PGS卡上放大后，与供脉冲放大器的25VDC输助电压一起供给前面板上部的连接器。

最大6个脉冲可用。

通过印刷板上的跳线器，可用选用脉冲放大器（变压器和放大器串行连接）或脉冲变压器（无放大器）。

晶闸管桥路只有在使用脉冲放大器时才可使用并与脉冲放大器平行连接。

触发触发脉冲可被软件或可选的触发脉冲阻止继电器抑制。

前面板上的开关

前面板上的开关允许进行手动设定操作，当开关HST在“1”位时，晶闸管全控桥的导通角要通控制键“±”手动调整，设定触发角在测量SLEEVE“A-PWM”（0-5V对应0-180度）中测量。

在手动设定操作时，可选项触发阻止继电器无效，触发脉冲的触发不受触发阻止继电器位置的影响。

6．3．2．4实际值读取IWK2

此卡件安装在调整器背面保护盒后，它包含匹配和隔离最大9个实际测量值所需的部件，外部信号接入IWK的端子排，内部信号通过电缆接入PGS进行下一步的处理。

IWK的主要元件有：

2个PT：

同期电压US1和US2

2个PT：

定子电压UG1和UG2

2个CT：

定子电流IG1和IG2

1个回路：

为一个霍尔传感器提供电源以测量励磁回路中的励磁电流IP1

2个CT和一个整流器位于晶闸管桥路的AC侧用来测量励磁电流IP1。

1个PT：

用来测量网络电压UN。

6个自由模拟值中的4个（ANA1、ANA4、ANA5、ANA6）通过IWK单元而不进行处理。

1个输入（ANA2）为网络电压保留，另一个输入（ANA3）为励磁电压保留（由霍尔型变压器测量）。

此调整器为在19“的架子安装满足现场要求所需的印刷电路板，在调整器的背面，所有的单元通过印刷线连接，对其它一些模块的连接通过独立的拔接插头进行边接，电源供应和所有I/O通过前面板上的连接器用电缆连接。

下面是这些卡件功能的总体概述。

6．3．2．5通过LAN与周边设备的通讯

网络符合TCP/IP协议，提供与外围设备的通讯。

调整器印刷电路板LCOM通过Ethernet可作为TM1703微终端一个控制器，TM1703微终端提供由一主控元件和多个I/O模块组成的标准遥控系统。

主控元件作为I/O模块的连接界面和电源供应，同时提供一个基于TCP/IP协议的LAN/WAN通讯界面。

主控元件有一个一体化的用于配置、诊断和测试的WEBSERVER，从而允许使用标准的WEB浏览器进行操作。

简单应用程序可使用文本编缉器以结构表型式进行创建。

程序和参数存储在放在主控元件中的SIM卡中。

下面模块的使用与现场配置无关，每一个模块组件最大有8个I/O模块，必须连接到电源和一个主控模块：

主控模块ET10TX/

6数字输入

经光电隔离的电流回路

信号电压24-60VDC

输入状态由LED指示

1数字继电输出（命令）

电路隔离

输出状态由LED指示

1数字继电输出（命令、监控、错误）

电气隔离

可作为命令输出、监控指示或错误指示

如作为命令输出，输出状态由LED指示

通过内部端子模块总线连接其它I/O模块

最大8个I/O

1个LAN/WAN界面

LED功能和错误指示

使用电源模块PS-6620供电

数字输入模块DI-61002X824-60VDC

16位输入

光电隔离

信号电压24-60VDC

可移式螺丝端子排

LED指示输入状态

数字输入模块DI-61012X8110/220DC

16位输入

光电隔离

信号电压110/220VDC

可移式螺丝端子排

LED指示输入状态

数字输出模块DO-62128X24220VDC/230VAC

8继电输出

电气隔离

开关电压24-220VDC/230VAC

输出可切换DC和AC电压

可移式螺丝端子排

LED指示输出功能和状态

模拟输入模块AI-63004X00-20Ma

4个模拟输入

光电隔离

获取电流±20mA

可移式螺丝端子排

LED功能指示

模拟输入模块AI-63104XPT100

4路模拟输入

光电隔离

通过PT100电阻（2线、3线、4线）获取温度

可移式螺丝端子排

LED功能指示

模拟输出模块AO-63804X0-20mA

4路模拟输出

光电隔离

输出电流±20mA

可移式螺丝端子排

LED功能指示

6．3．3软件描述

软件包含下列程序元件：

带编辑和监视功能的操作系统

带现场专用设定值的调整程序

子处理器使用的子程序

操作系统和调整器程序运行在主处理板MRB上，PGS板的上子处理器和LCOM使用的子程序是独立功能单元，他们处理主处理器不能处理的任务（如产生触发脉冲、实际值计算、网络通讯）

所有的程序存储在EPROM中，现场专用参数保存在EEPROM中并可随时修改。

6．3．3．1操作系统ECS

操作系统ECS运行在主处理卡MRB上，它提供输入、输出转换、调整调整器程序的执行，与子处理器进行数据交换。

通过MRB卡的串行服务适配器与调整器进行通讯。

不同的监测功能允许可选错误监测，另外操作系统包含有一个编缉器，帮助产生、改变和列出用户程序。

实际上，调整器是自由可编程控制和调整系统，可用功能语言编程，使用这种语言，预定义的软件模块（功能块）通过链接表接入用户程序，操作系统包含有一个含有许多模拟和数字模块的模块库来优化运行时间。

这些模块有利用调整和控制任务的执行。

程序执行控制

一个微处理器只能顺序执行单个功能，运行一个程序一次所需的时间称为执行时间，一旦到达程序结束，整个过程重新开始。

由于系统用作调整任务，它必须根据预设定的时间周期运行一些程序（运行周期）。

这是通过每10秒运行一次实现的，例如，整个程序的运行时间必须小于10秒。

执行顺序

扫描输入

设定输出（根据上一程序周期的结果）

执行程序（新输出状态在下个程序中设定）

程序的最大尺寸受程序循环时间的限制，为了能够在短周期内使用复杂的程序，用户程序可以分为最大有不同执行速度的8个任务，单独固定循环时间可Ta可在1-65535ms内选择。

这些任务的编号为1-8，较低编号的任务有较高的优先权和较短的周期时间。

有较高优先权的任务会