二滩水力发电厂水轮发电机组励磁系统简介.doc

蝿膆膅虿蚅膅芈蒂羄膄莀蚇袀膃蒂蒀螆芃膂蚆蚂衿芄蒈薈袈莇蚄袆袇肆蒇袂袆艿螂螈袆莁薅蚄袅蒃莈羃袄膃薃衿袃芅莆螅羂莇薁蚁羁肇莄薇羀艿薀羅羀莂蒃袁罿蒄蚈螇羈膄蒁蚃羇芆蚆蕿羆莈葿袈肅肈蚅螄肄膀蒇蚀肄莃蚃蚆肃蒅薆羄肂膅荿袀肁芇薄螆肀荿莇蚂聿聿薂薈膈膁莅袇膈芃薁螃膇蒆莃蝿膆膅虿蚅膅芈蒂羄膄莀蚇袀膃蒂蒀螆芃膂蚆蚂衿芄蒈薈袈莇蚄袆袇肆蒇袂袆艿螂螈袆莁薅蚄袅蒃莈羃袄膃薃衿袃芅莆螅羂莇薁蚁羁肇莄薇羀艿薀羅羀莂蒃袁罿蒄蚈螇羈膄蒁蚃羇芆蚆蕿羆莈葿袈肅肈蚅螄肄膀蒇蚀肄莃蚃蚆肃蒅薆羄肂膅荿袀肁芇薄螆肀荿莇蚂聿聿薂薈膈膁莅袇膈芃薁螃膇蒆莃蝿膆膅虿蚅膅芈蒂羄膄莀蚇袀膃蒂蒀螆芃膂蚆蚂衿芄蒈薈袈莇蚄袆袇肆蒇袂袆艿螂螈袆莁薅蚄袅蒃莈羃袄膃薃衿袃芅莆螅羂莇薁蚁羁肇莄薇羀艿薀羅羀莂蒃袁罿蒄蚈螇羈膄蒁蚃羇芆蚆蕿羆莈葿袈肅肈蚅螄肄膀蒇蚀肄莃蚃蚆肃蒅薆羄肂膅荿袀肁芇薄螆肀荿莇蚂聿聿薂薈膈膁莅袇膈芃薁螃膇蒆莃蝿膆膅虿蚅膅芈蒂羄膄莀蚇袀膃蒂蒀螆芃膂蚆蚂衿芄蒈薈袈莇蚄袆袇肆蒇袂袆艿 二滩水电厂水轮发电机组励磁系统简介高劲松（葛洲坝水力发电厂 湖北宜昌 430002）【摘要】 本文介绍了二滩水电厂水轮发电机组励磁系统的结构、主要参数、主要装置，并就SILCO5型数字式励磁调节器硬件配置、软件功能、励磁工作站及特点进行了阐述。【关键词】 二滩水电厂 励磁系统 微机调节器 自并励 功能1. 概述二滩水电厂位于四川省攀枝花境内金沙江的最大支流雅砻江下游，是雅砻江流域梯级电厂中的一级，电厂的主要用途是调频、调峰。整个电厂总装机容量为6550MW，年发电量170亿千瓦时；首台机组于一九九八年八月十八日正式投产发电，所有机组于一九九九年十二月四日全部竣工发电。其中六台励磁系统装置全部引进加拿大通用电气公司（CGE）生产的“SILCO5”型励磁产品。经过一年多来的安装、调试及其后的运行实践证明，这套励磁系统设计思想比较先进，调试、维护非常方便，运行可靠，属当代比较先进的励磁机型之一。二滩水电厂励磁系统采用SILCO5型数字式自并励静止可控硅整流励磁系统，整个系统主要由微机调节器A柜、B柜，励磁变压器A、B、C柜，整流1&2桥柜，整流3&4桥柜，整流5&6桥柜，光字信号柜，继电器操作柜，风机柜，灭磁开关柜，起励柜，转子过电压保护柜以及转子接地检测等装置组成。下面予以分别介绍。2. 励磁系统主回路及主要参数励磁系统结构图见图1。 励磁变 PT 380VAC 启励变 微机调节器 CT FMK 31Z FFR VLR FDR 发电机 31Z 图1 二滩水电厂励磁系统结构图21 励磁系统主要参数励磁系统可向发电机励磁绕组连速提供378V励磁电压和3190A励磁电流，强励时可提供5800A强励电流、1259V强励电压、持速时间为60s，发电机带额定负载时的励磁电压为318V、励磁电流为2550A，发电机空载时的励磁电压为147V、励磁电流为1432A ，发电机额定定子电压为18KV、额定定子电流为19630A，整流桥阳极电压为1014V。22 励磁变压器励磁变压器为三个单相干式变压器，容量为4600KVA，变比为18KV/1014V，短路阻抗为11.53%，Y/接线，绝缘等级为H级，额定温升为80，每相变压器装有一个水银报警温度计，当温度达到190时发报警信号，超过220时作用于跳闸，每相变压器初级和次级还各装有两组电流互感器，用于励磁变差动速断保护和测量用。23 启励装置机组启励采用厂用交流电启励方式，即由厂用380V交流电经过启励变压器降压后，再经二极管三相全波整流后提供机组启励电源。启励回路由启励变压器、二极管整流器、限流电阻和启励接触器组成。启励变变比为380V/55V，容量为17KVA，Y/接线。启励电流大约为350A，启励时间为5s。24 可控硅整流器整流器为可控硅三相全控桥整流，冷却方式为强迫风冷。共有六个并联桥，每个桥臂装有一个可控硅、快速熔断器、阻容保护、导通检测传感器等，每个并联桥交流进线A、B、C三相分别装有均流电抗器。单桥额定电流为500A，整流桥裕度为（N+1）桥，当一桥退出时，可满足强励需要；二桥退出时，限制强励，可满足额定励磁容量需要；三桥故障时，作用于跳闸。导通检测传感器将检测结果分别送给两套微机控制器，用于故障判断和限制励磁电流。25 灭磁装置机组正常停机时采用逆变灭磁方式；事故灭磁采用快速磁场断路器与非线性电阻（碳化硅）灭磁方式，即跳灭磁开关，灭磁开关副触头接通非线性电阻FDR灭磁；非线性电阻（FDR）同时用作励磁绕组过电压保护。磁场断路器型号为AMF1A“X”，有两个主断口（并联使用），一个副断口（常闭），额定电压为1500V，额定电流为4200/2100A，最大分断电压为4600V，最大分断电流为31000A，分闸时间为5070ms，合闸时间为150ms。非线性电阻FDR为SiC压敏电阻，型号为9RV6A251，共有144片分六组并联，每组SiC参数为400VDC，540KW/S（在最大励磁电流时）。26 过电压保护261 交流侧过电压保护（1） 线地电容保护：限制由发电机定子线圈，雷击等外部因素产生的感应过电压，采用0.1uF电容，接在励磁变低压侧。（2） 交流线线RC滤波器：限制由线路冲击电压或开关闭合引起的通过励磁变压器的瞬态操作过电压。R为15电阻，C为2.0uF，接在励磁变低压侧。262 直流侧过电压保护（1） 转子侧过电压保护：由跨接器，非线性电阻（FDR），跨接器过流保护等组成。当转子出现正向过电压（整定为3000V）时，跨接器动作，将非线性电阻并入转子两端，从而起到消能降压的作用。跨接器过流保护由DCCT，工作电源和过流继电器组成，当流过跨接器的电流达到动作值（整定为200A）时，将作用于跳闸。（2） 整流侧过电压保护：由碳化硅非线性电阻（VLR）并接在直流正负极之间，当跳开灭磁开关后，直流整流侧出现的过电压由VLR来降压消能。VLR为SiC压敏电阻，型号为9RV6A54。2 7 转子接地检测回路转子接地探测器由探测器电源、检测电路以及检测继电器三大部分组成。原理简图见图2，当发生转子一点接地时，在电阻RFGD上将产生一个接地电流，检测继电器64F通过测量RFGD上电压大小和方向的变化，即可判断出转子接地情况。 + 20K 转 250 子 绕 250 50VDC 组 20K 500 RFGD 64F -图2 转子接地检测回路简图2 8 风机回路在装置柜体内部，构成一条封闭的风道，空气经过过滤网由风机抽入，并吹向风道。风机柜有两台功率为73KW，转速为1450r/min的轴流式风机。正常工作时，一台工作，另一台备用，可人为或自动切换，当一台风机发生故障时，将自动切换并报警，当风压低于0.25P时,将强投两台风机,当风压仍未达要求时,将延时30s后跳闸。29 控制电源SILCO5励磁系统操作、信号电源采用125VDC电源，为双电源供给，一路由自用电降压为208VAC后，再经整流滤波后获得；另一路由220V蓄电池直流经电源变换板后获得。2 10 励磁PT、CT发电机出口装设有两套PT，分别供两套励磁调节器采样用；另装设一套CT，由两台励磁调节器串联使用。PT变比为18KV/100V；CT变比为24000A/5A，50VA，0.2级。3 微机调节器31 概述SILCO5励磁系统设有两套完全独立的微机励磁控制器。正常运行时，一套控制器工作，另一套处于热备用，即两套控制器同时接收输入的控制与调节信号，但只有处于工作状态的控制器有输出信号和触发脉冲，当发生故障时能自动切换，由于两套控制器之间采用热备用的方式，从而保证了控制器切换过程中不会引起发电机端电压的波动。每套励磁控制器又设有自动电压调节器（AVR或称为自动）和励磁电压调节器（FVR或称为手动）。AVR属PI型控制器，具有高静态增益，其反馈量为发电机端电压，为发电机电压闭环调节通道，调节范围70%110%，是励磁调节器的主通道；FVR属I型控制器，其反馈量为转子电压，为励磁电压闭环调节通道，调节范围0130%，是励磁调节器的备用通道，它还作为发电机零起升压和升流时的励磁调节方式。AVR方式和FVR方式可人为或故障（如PT断线）时自动切换。AVR和FVR都是采用微处理器来构成，其所有的调节功能和控制功能都是用软件来实现的。32 微机调节器的硬件简介每套微机控制器硬件系统中包括两个以Intel 80C 188CPU为核心的微处理器扩展系统，控制器的硬件结构见图3，其主要构成有：调节器板、顺控器板、变换器板、转换接口板、I/O接口A板 、I/O接口B板、电压衰减板、开关电源板、脉冲开关板、变送器板、触发脉冲放大板等，导通传感器板。现分别予以介绍： 接 口 工作站顺控器 板变换器 板 I/O A板 CT测量 A、D量 PT测量 输入 I/O B板调节器 板 脉冲开关板 转换接口板 与 输出 脉冲放大板 导通 检测转子电压测量 开关电源板源板 至SCR 图3 励磁控制器结构图调节器板和顺控器板：均采用Intel 80C 188CPU,工作频率为8MHz，除CPU外，还装有扩展系统的其它元件，如电可擦除只读存贮器（EEPROM）、只读存贮器（ROM）、随机存贮器（RAM），不停电随机存贮器（NOVRAM）等。 调节器板的主要功能是：l 处理各种反馈信号和软件参数整定l 完成调节功能l 产生可控硅触发脉冲l 完成各种保护及限制的计算l 循环目录下的数据采集和产生测试信号l 对本板主要硬件具有自诊断能力顺控器板的主要功能是：l 驱动一个4*40的字符的液晶显示器l 用可编程控制器来接受外部输入信号并控制励磁系统l 使用一个高速的数据传输装置与调节器通讯l 经由一个RS232接口与工作站通讯，用来编制或修改程序、故障检测器信息等。 转换器板：主要功能是完成发电机电压、电流量的测量和变换任务，即把PT和CT信号进行电压变换、整流、滤波，然后把信号送入采样/保持器及共用的多路转换器，经A/D转换后送入调节器板进行数字处理。转换接口板：功能恰似于一个接口板，对同步电压、励磁电压、励磁电流等许多反馈信号进行转换、放大、滤波等变换处理后送入调节器，另外还接收可控硅桥臂导通检测信号和送出调节器来的脉冲信号。 I/OA板和I/OB板：一同被用作顺控器器板和调节器板与外部设备之间的I/O接口区，主要由光电隔离阻件和模拟量输入、输出端子，开关量输入、输出端子等组成；光电隔离组件分成输入型和输出型。模拟量输出可在工作站设置。 电压衰减板：把励磁电压经高阻分压衰减到小于50VDC ，通过转换接口板送入调节器板，同时也把交流同步电压衰减到约17V后经转换接口板送入调节器板。开关电源板：将125VDC电源变为15V、+5VDC电源作为调节器的内部工作电源。脉冲开关板：两套调节器共一块，由开关继电器控制两套调节器的脉冲输出只有一套能输出到脉冲放大板。变送器板：两套调节器共一块，由小型继电器控制，将“在线”调节器采集计算后的励磁电压、励磁电流、发电机有功、转子温度等电压量变换为420mA的电流量送给远方监控用。 脉冲放大器板：由一个高达40MHz的高频开关电源为本板提供功率放大，而调节器的输出脉冲作为控制信号，通过光电耦合控制开关电源输出，从而得到1200、幅值为12V的方波脉冲。导通传感板：主要由霍尔元件和电子元件组成，霍尔元件用来检测可控硅交流母线周围的磁通，从而监测整流桥臂电流是否存在，电子元件则把磁通的存在与否转换成电平信号输出，高电平表示无磁通而低电平则表示有磁通存在。33 微机调节器软件功能简介 控制器软件包括调节器软件和顺控器软件两部分，几乎全部功能都是由软件实现。调节器软件功能分为标准软件功能和辅助软件功能两部分，辅助软件功能可借助计算机工作站的“软件连片”进行投退选用。顺控器为可编程控制器，应用软件为梯形图软件，用户可根据需要进行编辑。现分别介绍一下软件功能。调节器标准软件有以下主要功能：l 自动电压调节器（AVR）l 磁场电压调节器（FVR）l 瞬态增益衰减（TGR）l 手动和自动跟踪（M&AFUP）l AVR、FVR给定值上升/下降斜率和极限l 最大励磁限制器（MXEL）l 发电机电压检测器（GVL）l 故障过电流保护（FOC）l 发电机磁场I2t限制l 发电机磁场过电压保护（FOV）l 逆变限制l 发电机端电压限制（TVL）l 瞬时数据记录器功能l 测试信号功能（TS）l 可分配的D/A输出通道调节器辅助软件功能：l 电力系统稳定器（PSS）l 最小励磁限制器（MNEL）l 无功电流补偿（RCC）l V/Hz限制（VHz）l 发电机过电流限制器（GOC）l 功率因数调节器（PF）l 无功功率调节器（Var）l PT故障检测（PTFD）顺控器软件主要功能：l 编辑操作逻辑梯形图程序l 故障检测液晶显示l 与计算机工作站接口l 数据自动传输通讯4 计算机工作站计算机工作站为人机交流提供了良好界面，是励磁系统的一个重要部分，是维护与调试中不可缺少的工具。计算机工作站采用IBM或IBM兼容个人计算机，通过RS232接口同控制器人机接口相连，其主要功能有：l 通过工作站可将所有的软件装入控制器或从控制器中卸载l 在工作站中进行软件编辑并保存入数据磁盘l 所有配置能借助打印机打印出文本文件l 在线修改调节器和顺控器的参数l 在工作站终端，通过调制解调器和电话线可对数字控制系统进行远程访问l 在线对励磁控制器进行测试l 通过工作站对励磁系统进行模拟调试工作站有两种工作方式，一种是在线工作方式，一种是离线工作方式。离线时，可编辑所有软件，其结果仅存在工作站的存储器中；在线时，用户可通过工作站将已编辑好的程序装入控制器，随时监视顺控器梯形图中继电器的状态，并可编辑梯形图，修改参数整定值，强制输入、输出接点、继电器等动作，从而检验相关逻辑回路及操作回路是否正常，并且还可在励磁装置运行中实时监测有关测量值，加入试验信号，完成有关功能的测试等，在线时所作的修改仅保存在顺控器的存储器中，必需将其拷贝到磁盘上。5 特点二滩水电厂SILCO5励磁系统有如下几个主要特点：l 采用双微机硬件系统，一旦一套微机硬件发生故障，可自动切换到另一套硬件系统工作；应用微机技术和数字控制实现励磁系统的控制，大大提高了励磁控制器的性能， 电压调节器精度可达0.1%，增益为10200可调。l 利用手动环节可调节励磁电压从0V至顶值，可控硅整流器在阳极电压160V时仍能正常工作，就可在励磁变高压侧引入6KV交流电，利用励磁系统进行发电机