南瑞RCS-941X系列数字励磁调节装置技术说明书.pdf

zl_lcxt0104.0604 rcs-941x 系列 数 字 励 磁 调 节 装 置 技术说明书 南京南瑞继保电气有限公司版权所有 本公司保留对此说明书修改的权利，届时恕不另行通知。产品与说明书不符之处，以实 际产品为准。 更多产品信息，请访问互联网：/ 目 录 1. 概述概述 .1 1.1 应用范围.1 1.2 功能配置.1 1.2.1 基本的调节和控制功能 .1 1.2.2 辅助的限制和保护功能 .1 1.2.3 自检自诊断 .2 1.2.4 容错控制 .2 1.2.5 录波和记忆功能 .2 1.3 性能特征.3 2. 技术数据技术数据4 2.1 机械结构及性能.4 2.1.1 结构尺寸数据 .4 2.1.2 防护等级：ip40 .4 2.2 环境条件.4 2.3 额定电气参数.4 2.4 主要技术指标.5 2.5 抗干扰性能.5 2.6 绝缘耐压标准.6 2.7 通信接口.6 3. 硬件构成硬件构成7 3.1 结构和安装.7 3.2 硬件框图.8 3.3 装置面板布置.8 3.4 输入输出端子.9 3.4.1 装置端子接线 .9 3.4.2 调节器柜端子接线. .12 3.5 装置基本原理15 4. 功能配置功能配置.17 4.1 起励升压18 4.2 励磁控制闭环方式19 4.3 电力系统稳定器（pss）.20 4.4 调差功能21 4.5 低励磁限制及保护21 4.6 过励磁限制及保护22 4.7 伏赫兹（v/f）限制及保护.24 4.8 tv 断线保护 .25 4.9 转子温度测量（选用）25 5. 装置的使用装置的使用.26 5.1 安装26 5.2 用户选择26 5.3 投电和开机27 5.3.1 装置正常投励操作 27 5.3.2 装置逆变灭磁操作 27 6. 运行及注意事项运行及注意事项.28 6.1 正常运行28 6.1.1 正常状态 28 6.1.2 通道选择和双机切换操作 28 6.2 装置异常29 7. 订货指南订货指南.30 7.1 选型30 7.2 单装置30 7.3 屏柜31 nari- relays rcs-941x系列数字励磁调节装置技术说明书 1 1. 概述概述 prc-er 励磁调节器柜是由 2 个或多个 rcs-941x 数字励磁调节装置组成，每个调节 装置作为一个独立的调节通道，可独立承担所有的励磁调节任务，各装置互为主从，组 成冗余的两通道或多通道系统。各励磁调节通道间既可采用主备运行方式，也可采用并 列运行方式。 1.1 应用范围应用范围 prc-er 励磁调节柜及 rcs-941x 数字励磁调节装置适用于各种方式的可控硅励磁系 统，适用 10mw 到 800mw 各种容量机组。具体适用的励磁方式如下： 1) 自并励励磁系统 2) 两机他励可控硅励磁系统 3) 三机励磁系统 4) 无刷励磁系统 prc-er 励磁调节柜及 rcs-941x 数字励磁调节装置可用于新建机组配套的励磁系统 中，也可用于老机组的设备改造。 1.2 功能配置功能配置 1.2.1 基本的调节和控制功能基本的调节和控制功能 调节规律：调节规律：pid + pss； 运行控制方式：运行控制方式：恒机端电压闭环方式、恒转子电流闭环方式、开环运行(试验)、恒 无功功率运行（选用）、恒功率因数运行（选用）、系统电压跟踪（选用）； 投励升压方式：投励升压方式：手动零起升压、自动软起励升压、自动初值起励升压； 另外，还配置了调差功能。 1.2.2 辅助的限制和保护功能辅助的限制和保护功能 本装置配置了完善的限制和保护功能，保证运行中机组的安全，保证机组与系统之 间的运行稳定性。主要有： 负载最小励磁电流瞬时限制 无功功率欠励瞬时限制 进相定子过电流瞬时限制 负载最大励磁电流瞬时限制 场磁过电流反时限制 滞相定子过流过热限制 无功功率过励延时瞬时限制 伏赫兹（v/f）限制 空载最大励磁电流限制 励磁功率柜过电流限制及保护 空载过电压限制及保护 nari- relays rcs-941x系列数字励磁调节装置技术说明书 2 tv 断线限制及保护 低励磁保护 过励磁保护 伏赫兹（v/f）过磁通保护 转子过热限制及保护（选用） 1.2.3 自检自诊断自检自诊断 为了保证励磁系统的运行可靠性， 励磁调节装置不间断地检测自身各重要环节的状 况，对异常或发生错误的环节进行及时的容错处理，对冗余的系统，闭锁发生异常或错 误的通道。具体的自检和自诊断内容有： 电源电压过低、过高、或消失的检测 tv 断线的检测 可控硅同步电压相序及发电机机端电压相序的检测 交流采样检测 可控硅触发脉冲序号及数量的检测 控制角度的检测 双机通讯故障的检测 硬件和软件看门狗（watchdog）检测 1.2.4 容错控制容错控制 根据调节装置自检的结果， 对各种信息进行分析， 取得正确的信息维持励磁系统的 正常运行。具体有： 机端电压测量容错 定子电流测量容错 转子电流测量容错 发电机频率测量容错 有功功率及无功功率测量容错 投励令及逆变令容错 增、减磁信号容错 主断路器信号容错 1.2.5 录波和记忆功能录波和记忆功能 调节装置配置了录波功能，每组波形记录所有模拟量和所有的开关量 20 秒内的数 值及变位信息，装置内存可最大储存多达 8 组的波形,停电不丢失，且记录波形实时上 送给后台储存，永不丢失。录波保存有 3 种形式，分别是： 故障或异常自动保存：故障或异常自动保存： 由故障信号和异常信号自动保存， 记录在故障或异常 发生前 5 秒和后 15 秒的波形和异常状态，完全保护故障现场，有利于故障 的分析和事故的追忆； 手动保存：手动保存：由人为操作，记录及显示任何一段 20 秒时间内的数据； 试验自动保存：试验自动保存：由阶跃实验、发电机甩负荷试验自动保存，记录试验过程的 机组参数数据； nari- relays rcs-941x系列数字励磁调节装置技术说明书 3 操作信号记忆：操作信号记忆：自动记录输入命令及输出信号信息，自动记录 128 路信号， 1024 组操作信息，包括操作方向及操作时间。 1.3 性能特征性能特征 prc-er 励磁调节柜及 rcs-941x 数字励磁调节装置是以励磁系统控制理论、现代数 字信号处理最新技术以及数字通信技术相结合的新一代微机励磁调节器，是南瑞继保电 气有限公司通用控制平台上的面向机组控制的闭环控制调节器。它严格按照国际标准、 国家标准以及行业标准设计励磁系统的全部调节、控制及限制保护功能，同时在计算速 度、电磁兼容性、可靠性等方面有了更新的提高，是适用于中大型同步发电机组的励磁 调节器。 prc-er 励磁调节柜及 rcs-941x 数字励磁调节装置以超级哈佛结构总线（sharc）的 dsp（数字信号处理器）作为计算控制的核心，实现励磁控制的所有功能；以 arm 为通 讯中心，实现多种方式的对外通讯；人机联系既有液晶+键盘的装置接口，还有工作站 型的后台接口；采用积木式双通道或多通道冗余结构，构置成冗余系统；功能软件有着 多年的运行经验，工程设计和实施有着丰富的实践经验，基于这些因素，prc-er 励磁 调节柜及 rcs-941x 数字励磁调节装置是一种可靠性高、性能优越、功能丰富、操作简 单、维护方便、使用灵活的新型调节器。 nari- relays rcs-941x系列数字励磁调节装置技术说明书 4 2. 技术数据技术数据 2.1 机械结构及性能机械结构及性能 2.1.1 结构尺寸数据结构尺寸数据 1) prc-er 励磁调节柜，采用标准尺寸的机柜，尺寸有以下几种可选： （高）（深）宽） 2300 2200 1200 1000 800 600 ( 1000 800 单位：mm a) 一般选择原则：一般选择原则：根据厂房布置的整体统一规划，进行选择。 b) 机柜宽度：机柜宽度：当励磁调节器作为全套励磁系统之一供货，并且安装在一起时， 励磁调节器柜结构尺寸与系统其他机柜的宽度一致，一般选择机柜宽度为 1000mm；当励磁调节器独立供货时，机柜宽度一般选择 800mm。 c) 机柜深度：机柜深度：调节器独立供货或独立布置时，深度可选 600mm 或 800mm，当随 整套系统供货并安装在一起时， 深度与其他柜一致， 可选 1000mm 或 1200mm。 d) 机柜高度：机柜高度：2200mm 或 2300mm，任选。 2) rcs-941x 数字励磁调节装置的结构尺寸是： 482.6（宽） 177（高） 291（深） 单位：mm 2.1.2 防护等级：防护等级：ip40 能承受严酷等级为级的振动，冲击。 2.2 环境条件环境条件 1) 海拔不超过 2000m; 2) 正常工作温度: -1040，贮存及运输温度: -2570； 3) 环境相对湿度： 95（无凝结） 4) 安装地点周围，无爆炸危险及足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体 5) 抗地震能力：当振动频率为 10hz 150 hz 时，振动加速度不大于 5m/s 2 (或 地面水平加速度 0.3g，垂直加速度：0.15g ) 2.3 额定电气参数额定电气参数 1) 电源参数 交、直流并联供电。交流输入 220v15%，直流输入 220v20%，或 110v20% 稳压电源：a 套和 b 套的电源各自独立。每套电源配置如下： 1 路 cpu 工作电源：+5v，+15v，-15v 1 路开出继电器电源：+24v 1 路光耦输入电源：+24v 1 路脉冲电源：+24v nari- relays rcs-941x系列数字励磁调节装置技术说明书 5 2) 模拟量输入参数（20 通道） 机端电压 ug 3 相交流，线电压额定值 100v 系统电压 usys 单相交流，线电压额定值 100v 同步电压 usyn 3 相交流，线电压额定值 100v 定子电流 ig 3 相交流，输入范围：05a 励磁电流 if 3 相方波，输入范围：05a（交流侧，由励磁变压器低压侧的 电流互感器来） 励磁电压 uf 直流，05v 或 420ma 白噪声信号 05v 3) 数模转换器输出 模拟通道：4 路 12 位 d/a 转换，可编程定义输出信号 输出参数范围：420ma 4) 开关量输入输出容量 24 路光电隔离输入，输入回路电源 24v 由调节器提供； 8 路继电器输出，信号输出为干节点，节点容量 1a/dc220v； 5) 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：每相脉冲可驱动 10 组脉冲变压器。 2.4 主要技术指标主要技术指标 可控硅控制角 分辨率：最高可达 40mhz，即 0.00045 度/码 a/d 转换量分辨率：14 位采样，分辨率为：2 -14标幺/每码； 采样方式：直接交流采样，20 路同步采样，每周期采样 36 点； 控制计算调节速度：20 毫秒（典型）； 调压范围：5%130%； 调压精度：20%额定电压）。 如果发电机是初始投励升压，励磁调节装置根据预置的起励升压方式，控制发电机 电压。 2) 最小值起励升压最小值起励升压 升压前励磁定值中软起励使能已设置为 0000。 最小起励升压方式指投励后， 发电机 电压自动升至定值中空载电压最小给定值（注：一般设置为机端额定空载电压的 5%，如 果发电机残压大于 5%ugn，则必须将该定值重新设置为大于机端残压值，方能进行最小 起励升压） 。满足初始投励条件后，rcs-941x 进入发电机空载升压控制流程，自动控制 发电机电压升至空载电压最小给定值，稳定后，操作增磁命令，逐步升高发电机压至需 要值 3) 定值起励升压定值起励升压 升压前励磁定值中软起励使能设置为 0001，升压方式设置为 0001，定值升压终值 设置需求值（缺省为 90%额定电压） 。定值起励升压方式指投励后，发电机端电压自动升 至所设定的终值电压。满足初始投励条件后，rcs-941x 进入发电机空载升压控制流程， 自动设定电压参考值，进行运算，输出所需要角度的可控硅触发脉冲，增加发电机励磁 电流，升高发电机端电压。 4) 软起励升压软起励升压 升压前励磁定值中软起励使能设置为 0001，升压方式设置为 0000，软起励升压终 值设置需求值（缺省为 90%额定电压） 。软起励升压方式指投励后，发电机端电压自动缓 慢调节发电机电压，直至升高到设定的终值电压。满足初始投励条件后，rcs-941x 进入 发电机空载升压控制流程，自动调整电压参考值，进行运算，输出所需要角度的可控硅 触发脉冲，增加发电机励磁电流，升高发电机端电压。 5) 系统电压跟踪（同期）系统电压跟踪（同期） 有些发电机组准同期装置没有自动调节电压功能，为适应这类准同期并网时的调压 要求；或者为减少发电机组并网的时间，要求励磁调节装置自动快速将电压调节到与系 统侧电压一致。为此，励磁调节装置需设置系统电压跟踪（同期调压）功能，要使用系 统电压跟踪功能，必须满足条件：系统侧电压（100v 线电压）和系统电压跟踪（同期） nari- relays rcs-941x系列数字励磁调节装置技术说明书 19 命令。发电机空载运行，在并网之前，励磁调节装置接收到系统电压跟踪（同期）命令， 励磁调节装置根据出口开关系统侧电压（系统电压） ，自动整定电压参考值，从而调节 发电机主变高压侧电压与系统侧电压基本一致，为同期作好准备。 4.2 励磁控制闭环方式励磁控制闭环方式 励磁控制闭环方式决定励磁调节装置调节的电气量，即励磁调节装置根据该电气量 的变化，按照一定规律进行计算，得到所需的触发角度，从而使得该电气量与参考值的 偏差逐渐减小，直至该电气量稳定在参考目标值上不变，最终达到该电气量可调可控的 目标。本励磁调节装置共设置五种方式：电压闭环、励磁电流闭环、恒输出调节、恒无 功功率调节、恒功率因数调节，具体使用哪一种调节方式要根据现场要求确定。 1) 机端电压闭环调节机端电压闭环调节 电压闭环调节方式是最基本、最常用的励磁控制方式，也是励磁运行的主要运行方 式，电压闭环调节方式以发电机端电压作为调节变量，调节目的是维持发电机端电压与 电压参考值一致，而电压参考值则主要由增磁命令（远方或就地）和减磁命令（远方或 就地）进行增加或减小。发电机空载时，电压参考变化，使机端电压也随之变化；发电 机负载时，电压参考值变化仍然使发电机电压随之变化，同时引起发电机无功功率更大 范围变化。 电压闭环调节方式遵循的调节规律为 ieee 标准模式，即实际 pid 模型，也称为 暂态增益衰减模型（tgr） ，如下图所示： g(s) ug euuk ugr ugm kr(1+ta*s)(1+tc*s) (1+tb*s)(1+td*s) 注： ugr：电压参考值 ugm：电压测量值 eu：电压偏差值 kr：开环增益系数 ta,tb,tc,td：时间常数 uk：励磁电压控制值 g(s)：发电机传递函数 ug：发电机端电压 图 4-2 电压环调节传递函数框图 2) 励励磁电流闭环磁电流闭环调节调节 励磁电流闭环调节方式是常规励磁控制方式，主要在励磁试验时或电压环故障（tv 断线）时使用，励磁电流闭环调节方式以发电机励磁电流作为调节变量，调节目的是维 持发电机励磁电流与电流参考值一致，而励磁电流参考值则主要由增磁命令（远方或就 地）和减磁命令（远方或就地）进行增加或减小。 由于励磁电流响应时间常数较小，一般地，励磁电流闭环调节方式遵循的调节规律 为理想 pi 模型，传递函数框图如下图： nari- relays rcs-941x系列数字励磁调节装置技术说明书 20 g(s) if eifuk ifr ifm 注： ifr：电压参考值 ifm：电压测量值 eif：电压偏差值 kp：比例系数 i：积分常数 uk：励磁电压控制值 g(s)：发电机传递函数 if：发电机励磁电流 kp+ki/s 图 4-3 电流环调节传递函数框图 3) 恒输出恒输出调节方式调节方式 恒输出调节方式实际是一种开环调节方式，它不以任何的电气量为调节对象，不管 发电机工况如何变化，总是维持恒定的输出，输出变化主要由增磁命令（远方或就地） 和减磁命令（远方或就地）进行增加或减小。实际上，恒输出调节方式仅作为现场他励 零起升压和零起升流试验使用，静态调试也作为匹配同步补偿角的手段来使用。恒输出 调节方式没有调节参考值，变化大小仅取决于增（减）磁命令的时间。 4) 恒无恒无功功功功率率调节方式调节方式 恒无功功率闭环调节方式与前面所述的机端电压闭环调节方式及励磁电流闭环调 节方式不同，恒无功功率调节调节采用双环调节（无功环作为外环，电压环作为内环） 的方式，无功功率的变化，经计算后作用于电压参考值变化，再经电压调节 tgr 环节计 算，输出控制脉冲。无功闭环调节方式保证发电机稳态保持一定的无功功率不变，暂态 时保持一定的电压水平不变，从而保证在不改变发电机对电网电压水平支撑能力的前提 下，发电机保持相对恒定的无功功率输出。无功闭环调节运行在小型水电机组及同步电 动机上应用比较普遍。恒无功功率调节传递函数模型如下图所示。 qr qm pi ugm ugr tgrg(s) ug q eq euukdu 图 4-4 恒无功功率调节传递函数框图 5) 恒恒功功率因率因数调节方式数调节方式 恒功率因数调节方式与恒无功功率调节方式基本相同，均采用双环调节模式，功率 因数环作为外环，电压环作为内环，这里不再重复。 4.3 电力系统稳定器（电力系统稳定器（pss） 电力系统稳定器（pss）附加控制是励磁调节装置中重要的稳定控制功能，特别地， 随着自并激静止励磁系统的广泛应用，pss 附加控制更成为励磁系统不可或缺的功能之 nari- relays rcs-941x系列数字励磁调节装置技术说明书 21 一。良好的 pss 附加控制能增加弱阻尼或负阻尼励磁控制系统的正阻尼系数，能够有效 抑制电力系统低频振荡，从而提高发电机组（线路）最大输出能力。 电力系统低频振荡是发生在弱联系的互联电网之间或发电机群与电网之间，或发电 机群与发电机群之间的一种有功振荡，其振荡频率在 0.2 2hz 之间。低频功率振荡发 生可能会引起联络线过流跳闸或造成系统与系统或机组与系统之间的失步而解列， 造成 电网事故扩大化，解决低频振荡问题是电网安全运行的重要课题。 本励磁调节装置中的 pss 附加控制采用全数字 pss 模块，应用 ieee 标准 pss 模型， 并可根据实际系统需要选用三阶超前滞后线性数学模型，传递函数框图如下： upss - pe 注： pe：电功率 twq,tw2：隔直时间常数 ks：放大系数 t1t8：相频调节时间常数 usm：输出限制幅值 k(p)：故障保护系数 upss：pss输出 tw1*s 1+tw1*s tw1*s 1+tw1*s tw2*s 1+tw2*s ks 1+t1*s 1+t2*s 1+t3*s 1+t4*s 1+t5*s 1+t6*s 1 1+t8*s usm - usm k(p) 图 4-5 pss 传递函数框图 4.4 调差功能调差功能 发电机无功调差功能是励磁调节发电机无功出力的重要参数，尤其是扩大单元接线 的多台发电机运行，则更为重要。发电机无功调差有两方面作用：一方面确定共母线机 组稳态时无功按比例分配；一方面在系统波动时确定发电机组无功出力增量按比例分 配。对于单元接线的发电机组，由于主变压器自然调差系数（变压器阻抗）较大，为了 提高发电机组对系统的电压（无功）支撑能力，一般励磁调节装置中无功调差系数选择 为负值（正值、零均可以） ，即补偿主变压器电压降，但补偿压降不能超过主变实际压 降。对于扩大单元接线的各发电机，励磁调节装置中无功调差系数必须选择为正值，且 各发电机无功调差系数要保持一致。 4.5 低励磁限制及保护低励磁限制及保护 发电机励磁不足反映在各个电气参量中，主要 表现为： 励磁电流低、 进相深度大 （负无功功率大） 和定子电流增大， 为保证发电机安全运行， 针对反 映低励磁的主要电气量有相应的限制手段， 主要包 括：最小励磁电流限制（mfcl） 、无功功率欠励限 制（quel）和进相定子过电流限制（iuel） 。 1) 最小最小励励磁电流磁电流限制限制 当发电机有功功率较小时，即使无功功率进相 a b c de o p q (q,p) nari- relays rcs-941x系列数字励磁调节装置技术说明书 22 未至失稳的深度，但当发电机励磁电流小到一定值时，由于发电机转子电磁转矩与励磁 电流的关系，此时发电机将不能维持足够的电磁转矩，发电机也将失去稳定。最小励磁 电流限制原理为：调节装置检测发电机励磁电流，当励磁电流低于最小励磁电流限制整 定值，即以励磁电流作为被调节量，参考值即为最小励磁电流限制整定值，从而保证励 磁电流不会低于该整定值。 2) 无功功率欠励限制无功功率欠励限制 发电机实际运行范围比发电机运行安全范围小得多，总留有足够的安全裕度，即实 际的无功欠励限制曲线比进相允许曲线（弧线）低得多。一般地，无功欠励曲线为直线 或折线方式，本励磁调节装置无功欠励曲线为四点折线，如右图所示。图中 oabcde 围 成的区域为进相允许范围，外部橙色区域为深度进相，发电机正常运行应避免进入该范 围。 无功功率欠励限制原理为：装置实时检测发电机有功功率和无功功率，根据点与直 线位置计算公式，判断实际运行点离欠励限制曲线的远近（模值）和内外（符号） ，当 运行点越过欠励限制曲线进入图中橙色区域，装置即以无功功率作为被调节量，调节偏 差即为运行点至欠励曲线的距离，从而保证发电机运行点回到安全运行区域。 另外，根据发电机进相运行控制原理，发电机允许进相范围与发电机端电压成一定 比例关系，为了保证发电机任何时候都具有足够的安全裕度，欠励限制曲线也按照相似 的关系，根据发电机电压进行调整。 3) 进相定子过电流限制进相定子过电流限制 发电机进相运行时，随着进相深度增加，发电机定子电流随之增大，因此，发电机 进相运行时，发电机定子电流也是决定发电机失稳的一个判据，只要有效限制进相定子 电流的幅值，就能限制发电机进相深度，防止发电机失稳，同时，进相定子过流限制也 作为无功欠励限制的后备。 进相定子过电流限制工作原理为： 装置检测发电机定子电流， 当进相定子电流大于限制整定值，即以定子电流作为被调节量，参考值即为进相定子过 电流限制整定值，从而保证进相定子电流不会高于该整定值。 4) 低励磁保护低励磁保护 如果励磁调节装置控制失灵，发电机励磁电流下降，进入进相运行，即使低励磁限 制功能正确动作，也无法将发电机从低励磁工况调节回正常工况，此时，故障励磁装置 必须退出运行，同时将调节器主通道切换至另外的完好调节装置，从而保证发电机及励 磁系统安全稳定运行。 低励磁保护整定值比低励磁限制整定值要低，主要以励磁电流为判据，当励磁电流 低于低励磁保护整定值，低励磁保护启动并进行计时，延时时间到后，低励磁保护动作 出口，调节器执行主从切换，闭锁故障通道输出。 4.6 过励磁限制及保护过励磁限制及保护 发电机过激磁也反映为各个电气参量变化，主要表现为：励磁电流高、无功率功率 过负荷和定子过电流，为保证发电机安全运行，针对反映过励磁的主要电气量有相应的 限制手段，主要包括：最大励磁电流限制（maxxl） 、励磁过流过热限制（invxl） 、无功 功率过励限制（qoxl）和滞相定子过电流限制（ioxl） 。 nari- relays rcs-941x系列数字励磁调节装置技术说明书 23 1) 最大励磁电流限制最大励磁电流限制 最大励磁电流限制分为两种：一种为防止发电机过电压的空载最大励磁电流限制； 另一种为防止励磁绕组侧过电流的负载最大励磁电流限制。 空载最大励磁电流限制主要目的为有效防止发电机空载误强励情况发生。发电机空 载误强励危害很大，一方面易造成发电机及变压器（主变或励磁变）过电压损坏，尤其 是机端励磁变励磁系统，励磁变过电压又进一步提高误强励倍数；另一方面空载误强励 致使发电机磁场深饱和，磁场绕组储存能量极大，容易造成灭磁系统故障损坏，延长误 强励持续时间，造成事故扩大。 负载最大励磁电流限制主要目的为防止发电机转子侧故障发生强励电流，发电机运 行过程中，励磁功率柜直流侧发生故障或磁场绕组发生匝间短路，发电机励磁电流迅速 上升，如果不对该电流进行有效的抑制，故障点会进一步扩大，发展为电弧短路，将对 发电机造成更大危害，同时故障电流也会损坏励磁系统的设备。 最大励磁电流限制与一般过电流限制不同，为瞬时动作限制。空载最大限制电流限 制与负载最大励磁电流限制除整定值不同外，其动作原理、动作时间均相同。动作原理 为：励磁装置检测发电机励磁电流，当励磁电流超过最大励磁电流限制整定值时，该限 制立即动作，将发电机励磁电流作为被调节量，参考值即为最大励磁电流整定值，最大 励磁电流限制增益系数较大，因此，励磁调节装置在偏差很小时就可发出强减脉冲，从 而限制发电机最大励磁电流不超过整定值。 2) 励磁过流过热限制励磁过流过热限制 励磁过流过热限制也称为励磁过电流反时限制。发电机磁场过流过热是发电机运行 过程中常见工况，当系统电压较低时，发电机 输出无功过大， 发电机励磁电流超过其最大允 许长期连续运行电流， 必须对励磁电流进行限 制， 防止长时过流导致过热损坏发电机励磁绕 组。 励磁绕组发热与励磁电流平方和维持时间 的乘积成正比关系， 即磁场电流及其允许运行 时间成反时曲线，如右图所示，图中纵坐标为 过电流倍数，横坐标为允许运行时间（秒）， 电流越小，允许运行时间越长。 发电机磁场热量的累积需要一定的时间， 同样，磁场热量的散发（冷却）也需要一定的 时间。发电机磁场发生过电流过热，励磁调节装置磁场电流反时限制动作，将磁场电流 迅速调节到长期允许运行值，磁场电流降低，磁场电流反时限制返回。磁场电流虽然下 降至安全值，但由于过流造成的热积聚短时内还没有回到长期允许安全值，即磁场未冷 却到过流发生前的水平，如果此时由于某种原因，发电机磁场又发生过电流，励磁调节 装置仍按照上图曲线所确定的时间控制，则发电机组磁场所累积的热量将超出磁场允许 的热量，磁场将由于过热损坏。因此，当两次过电流间隔时间小于磁场冷却时间时，磁 场过电流允许时间必须相应减小，以有效防止磁场过热。 励磁过电流反时限制动作原理如下：励磁装置检测发电机励磁电流，当励磁电流超 过励磁电流过流反时限制启动值时，励磁装置根据励磁电流进行计时，当励磁热容超过 磁场绕组允许热容量时，限制动作，将发电机励磁电流调节至长期运行允许值；当励磁 电流低于启动值后，励磁装置根据励磁电流计算其冷却速度，并计算剩余能容，如果剩 余能容不为零时，励磁电流再次超过启动电流时，则动作时间要相应缩短，以保证发电 机磁场绕组不因过热而损坏。 nari- relays rcs-941x系列数字励磁调节装置技术说明书 24 3) 无功功率过励延时限制无功功率过励延时限制 发电机无功功率过励区域与无功功率欠励区域一样，均比发电机运行安全范围小得 多，总留有足够的安全裕度，即实际的无功功率过励限制 曲线比过励允许曲线（弧线）低。一般地，无功功率过励 曲线为直线或折线方式，本励磁调节装置无功功率过励曲 线为四点折线， 如右图所示。 图中 oabcde 围成的区域为实 际允许运行范围，外部橙色区域为过励范围，发电机正常 运行应避免进入长时间停留在该范围。 无功功率过励限制为延时限制，一般动作延时时间为 20 秒。无功功率过励限制原理为：装置实时检测发电机有 功功率和无功功率，根据点与直线位置计算公式，判断实 际运行点离过励限制曲线的远近（模值）和内外（符号） ， 当运行点越过过励限制曲线进入图中橙色区域，过励限制 即启动计时，延时时间到后，装置即以无功功率作为被调节量，调节偏差即为运行点至 欠励曲线的距离，从而保证发电机运行点回到安全运行区域内。 4) 滞相定子过电流限制滞相定子过电流限制 滞相定子过电流限制也是一种典型的过流过热限制，限制原理可以采用定时延时限 制，也可以采用反时延时限制。本装置中滞相定子过电流限制采用反时延时限制方式， 动作原理与励磁过电流反时限制一致，这里不再重复，他们不同之处在于各自的整定值 不同。 5) 过励磁保护过励磁保护 如果励磁调节装置控制失灵， 导致可控硅整流桥全开通， 发电机励磁电流急剧上升， 进入过励运行，即使各种过励磁限制功能正确动作，也无法将发电机从过励磁工况调节 回正常工况，此时，故障励磁装置必须退出运行，同时将调节器主通道切换至另外的完 好励磁调节装置，从而保证发电机及励磁系统安全稳定运行。 过励磁保护整定值比过励磁限制整定值要高，主要以励磁电流为判据，当励磁电流 高于过励磁保护整定值，过励磁保护启动并进行计时，延时时间到后，过励磁保护动作 出口，调节器执行主从通道切换，闭锁故障调节装置通道输出。 4.7 伏赫兹（伏赫兹（v/f）限制及保护）限制及保护 1) 伏赫兹（伏赫兹（v/f）限制）限制 发电机运行时，发电机端电压与发电机频率的比值有一个安全工作范围，当伏赫兹 比值超过安全范围时，容易导致发电机及主变 过激磁和过热现象，因此当伏赫兹比值超出安 全范围时，必须限制发电机端电压幅值，控制 发电机端电压随发电机频率变化而变化，维持 伏赫兹比值在安全范围内，此项功能称为伏赫 兹限制（hxl）。 实际应用中取一般取 1.1 为伏赫兹比值安 全范围，当伏赫兹比值超出 1.1 时，伏赫兹限 制启动，调低发电机端电压并预留一定的安全 裕度（1.05）。另外，发电机空载时，当发电 机频率低于整定值时（45hz 或 40hz）时，实际 f u 启动区 逆变区 安全运行区 启动区 不安全区 a b c q e d p (q,p) o nari- relays rcs-941x系列数字励磁调节装置技术说明书 25 发电机组不允许继续维持机端电压，此时，需发出逆变触冲，励磁系统逆变灭磁。 伏赫兹（v/f）限制动作条件为过电压或低频率。发电机负载时，由于发电机频率即 为系统频率，实际负载伏赫兹（v/f）限制主要为过电压限制。发电机空载时，由于发 电机电压和频率的比值与发电机励磁电流成比例关系，实际空载伏赫兹（v/f）限制主 要为过电流限制。 2) 伏赫兹保护伏赫兹保护 由于伏赫兹 （v/f） 实质上表现为空载过激磁和负载过电压， 当励磁装置控制失灵时， 如果发电机励磁电流上升，伏赫兹（v/f）值必然超出安全范围，即使伏赫兹（v/f）限 制功能正确动作，也无法将发电机从过励磁工况调节回正常工况，此时，故障励磁装置 必须退出运行，同时将调节器主通道切换至另外的完好励磁调节装置，从而保证发电机 及励磁系统安全稳定运行。 伏赫兹（v/f）保护整定范围比伏赫兹限制整定范围要大，其动作延时时间也比伏赫 兹延时时间长。当伏赫兹（v/f）值高于伏赫兹（v/f）保护整定值，伏赫兹（v/f）保 护启动并进行计时，延时时间到后，伏赫兹（v/f）保护动作出口，调节器执行主从通 道切换，闭锁故障调节装置通道输出。 4.8 tv 断线保护断线保护 发电机端tv断线为电厂常见故障之一， 同时tv断线也是误强励发生主要诱因之一。 励磁系统对 tv 断线的处理要求要迅速（0.06 秒）又要准确，如果判断时间过长，实际 tv 断线时，如果不能及时进行容错控制，发电机励磁电流很快上升直至强励（1 秒）。 本励磁装置对 tv 断线判断方法采用三种方法：双 tv 比较法、负序比较法和冗余判 别法，保证各种 tv 断线均能被正确而迅速地判别出，tv 断线保护采用两种方法：主从 切换和控制方式切换。双 tv 比较方法是常规 tv 断线判断方法，即同时测量两个 tv 的 输出值，正常情况下，两个输出值基本相同，一旦两个输出值差别较大，则判断输出低 的 tv 断线。负序比较法主要针对单 tv 或双 tv 同时断线而设计，采样系统计算发电机 定子三相电压的正序分量和负序分量，定子三相电流的正序分量和负序分量，当 tv 断 线时，出现电压负序分量，但没有电流负序分量。冗余判别法针对 tv 全部断线（tv 高 压熔丝未投）而设计，发电机运行时，发电机定子电压，励磁电流是互相依存的，如果 励磁电流比较大，但定子电压却没有测量值。可以判断为 tv 信号丢失。 4.9 转子温度测量（选用）转子温度测量（选用） 利用发电机转子电阻与温度的关系，通过检测发电机转子电阻相对特定温度 t0下转 子电阻 r0的变化，计算出发电机转子的温度 t。而发电机转子的实际电阻 r 与发电机转 子电压 ufd（直流信号）及转子电流 ifd（直流信号）相关： lfdfdfd riur=/ (4-1) 其中，rl为线路电阻。 由此，励磁装置实时检测和推算出转子实时温度。公式如下： ()5 .2345 .234 / 0 0 +=t r iu t fdfd (4-2) nari- relays rcs-941x系列数字励磁调节装置技术说明书 26 5. 装置的使用装置的使用 5.1 安装安装 本装置可以组屏安装，也可就地安装到其他柜中。采用螺丝固定。 配线要求： 严格按图纸进行安装配线 输入模拟量用屏蔽电缆配线， 电流回路电缆的截面 2.5mm 2， 屏蔽线良好接地 供电电源回路用电缆的截面 2.5mm 2 脉冲输出信号用双绞屏蔽电缆，屏蔽线良好接地 其余回路采用不小于 1.0mm 2的导线 强电与弱电信号不能共用一根电缆，走向分开 高频信号回路采用同轴电缆 通讯回路按各自的标准配线 5.2 用户选择用户选择 为了实现某些逻辑功能，在插件内设置了一些跳线，其各自的意义如下： 表 5-1 插件内的跳线 所在插件 跳线 意义 jp1 jp2 acf jp3 每个跳线的 1 和 2 连接表示同步电压频率 为中频（350hz，400hz，500hz） ；2 和 3 连接表示同步电压频率为工频（50hz） 。 j4 1 和 2 连接线表示励磁频率为中频； 不连接 表示励磁频率为工频。 cpu j3 1 和 2 连接表示允许修改程序； 不连接 表示禁止修改程序 一般出厂时已设置好硬件跳线。 nari- relays rcs-941x系列数字励磁调节装置技术说明书 27 5.3 投电和开机投电和开机 5.3.1 装置正常投励操作装置正常投励操作 1) 装置投电装置投电 在确认所有安装工作全部到位，接线全部正确，供电电源符合装置要求，装置内 部无异常的条件下，可以投入电源。投入电源操作按下述步骤进行： a) 除 dcp、dcs 板外，拔出所有其它插件板； b) 合上调节器柜内正上方的供电交流电源开关和供电直流电源开关； c) 合装置上 dcp、dcs 插件面板上的电源开关，测量各等级电源值：+5v、+15v、 -15v、+24v(继电器电源)、+24v（光耦电源）、+24v（脉冲电源）应在正常 范围内；关掉装置上 dcp、dcs 插件面板上的电源开关； d) 插入所有的插件、插头，再开启装置上 dcp、dcs 插件面板上的电源开关， 装置即进入运行。 2) 投励操作投励操作 装置在投励前无脉冲输出，处于等待投励状态，一旦投励条件满足（各电厂投励 条件有些不同）将进入投励升压操作。操作步骤如下： a) 远方自动投励操作 按电厂发电机正常投励操作顺序投励，本装置按照预置起励升压方式，将发电机 电压自动升到设定机端电压值（如设定为额定电压），利用中控室“增磁”、“减磁” 把手或调节装置“就地增磁”、“就地减磁”把手调整发电机端电压，以便于同期并网 带负荷。 b) 就地投励操作： 待现场满足机组起励升压条件，灭磁开关及励磁回路相应开关均合闸。首先通过 调节器“就地增磁”、“就地减磁”把手调整发电机端电压参考值，然后按励磁调节器 “就地投励”把手，发电机即起励升压至相应值。 5.3.2 装置逆变灭磁操作装置逆变灭磁操作 1) 自动逆变自动逆变 发电机解列后，调节器收到中控或监控逆变命令后自动发出逆变脉冲，将发电机电 压降至 0，励磁调节调节装置回到初始设置状态，等待下次投励。 2) 就地停机就地停机 发电机解列后，操作调节器柜上的“就地逆变”把手，调节器发出逆变脉冲，将发 电机电压降至 0，励磁调节装置回到初始设置状态，等待下次投励。 nari- relays rcs-941x系列数字励磁调节装置技术说明书 28 6. 运行及注意事项运行及注意事项 6.1 正常运行正常运行 6.1.1 正常状态正常状态 正常运行时，装置的状态如下： 装置面板上指示灯：运行闪烁灯闪亮 装置面板上指示灯：告警灯熄灭 装置面板上指示灯：故障灯熄灭 装置面板上指示灯：限制灯熄灭 装置面板上指示灯：保护灯熄灭 6.1.2 通道选择和双机切换操作通道选择和双机切换操作 在 a、 b 套各自的面板上 “主(从)” 状态指示灯， 代表 a、 b 套的主(从)状态。 “主(从)” 灯亮代表该套为主通道，灯熄灭代表该套为从通道。通道选择和双机切换操作如下： 1) 运行通道的强制选择运行通道的强制选择 将通道选择开关置于