GER3000系列励磁系统技术说明书

GER3000系列励磁系统技术说明书南京申瑞电力电子有限公司目 录一、GER-3000微机励磁调节装置技术说明11装置的特点及适用范围21.1主要特点21.2适用范围及使用环境21.2.1适用范围21.2.2使用环境42主要功能及技术参数42.1主要功能42.1.1调节及控制功能42.1.2限制和保护功能42.1.3辅助功能52.2主要技术参数52.2.1模数转换器输入参数52.2.2开关量输入输出容量52.2.3输出参数：52.2.4电源参数62.2.5指标参数63系统配置63.1电气配置63.1.1系统框图63.1.2操作回路配置63.1.3I/O口配置：（包括数模，模数）63.1.4硬件电气配置73.1.5软件基本配置83.2结构配置83.2.1机柜结构配置83.2.2插箱114基本工作原理124.1基本原理124.2EU-32控制器134.2.1中央处理单元134.2.2PSD及CPLD现场可编程外围芯片144.2.3A/D模数转换器144.2.4D/A数模转换器144.2.5光电隔离的开关量输入、输出144.2.6通讯接口144.2.7电源监视回路144.3电源系统144.4显示和操作155软件介绍155.1主程序的流程和功能155.1.1系统初始化155.1.2开机条件判别及开机前设置155.1.3中断165.1.4故障检测设置165.2采样中断程序流程和功能165.3控制调节程序的流程和功能 （图十一）176安装调试和维护手段17二、TYR系列可控硅整流装置技术说明181型号定义182使用条件183主要配置194原理及描述194.1主回路原理194.2可控硅元件的保护194.3可控硅元件的参数选择204.4可控硅元件的散热214.5并联支路的均流措施214.6辅助控制回路215装置的特点及技术参数225.1TYR-300L（/2）可控硅整流装置225.2TYR-600L（/2）可控硅整流装置235.3TYR-1000L可控硅整流装置245.4TYR-1500L可控硅整流桥245.5TYR-2000L可控硅整流桥256TYR系列可控硅整流装置一览表27三、LMC系列灭磁及过电压保护装置281型号定义282使用条件283主要配置284原理及描述294.1主回路结构294.2功能295灭磁电阻的选择和配置295.1非线性灭磁电阻295.2线性灭磁电阻306过电压保护电阻307设置开关负荷跳闸计数、过电压保护动作计数。308滑极过电压保护：309起励设备3110装置的特点及技术参数3110.1LMC-6003110.1.1主要配置：3110.1.2灭磁控制电压的整定3110.2LMC-16003210.2.1主要配置：3210.2.2灭磁控制电压的整定3210.3LMC-25003210.3.1主要配置：3210.3.2灭磁控制电压的整定3211LMC系列灭磁及过电压保护装置一览表33GER3000系列励磁系统技术说明书一、 GER3000微机励磁调节装置技术说明GER3000微机励磁调节器装置是以MCU、DSP为内核构成的系统芯片（SoC）为核心，配以超大规模现场可编程芯片而构成的新型励磁调节器。它不仅具有早期的微机型励磁调节器的全部调节、控制、限制、保护和容错等功能，而且在运算速度、硬件集成度、抗电磁干扰以及可靠性等方面有了极大的进步。该系统中，调节算法、励磁控制和限制保护等功能由嵌入式、模块化软件实现，交流信号、直流信号等经高速AD采样并经DSP计算实现采集，另外该系统能根据不同的应用对象，通过对采用的可编程芯片进行现场编程和配置，满足不同的系统配置的需要，具有极大的灵活性和适应性。该系统可广泛应用于水轮发电机组自并励、火力发电机组三机或自并励系统的可控硅励磁控制，也可应用于带直流励磁机或交流励磁机的开关式励磁控制，是一种通用性极强的励磁调节装置。本说明书将从GER3000微机励磁调节装置的功能、特点、软硬件配置、基本工作原理等几个方面介绍，以便用户对本产品有一较全面的了解。与本说明书有关的技术文件：1.GER3000微机励磁调节装置电路原理图2.GER3000微机励磁调节器配线表3.EU30 控制器操作说明书1 装置的特点及适用范围1.1 主要特点采用了现场网络技术和智能化的设计思想，改变了传统励磁系统结构和数据信息交互方式，大大简化了励磁设备之间的连接，增大了数据和信号的传递，节省了联接电缆，使设备可靠性得到提高，维护更加容易。 1） 调节控制及限制保护功能完备，调试维护手段丰富。2） 由于控制和信息的传递由网络系统通过通信网互联而实现，与传统的双通道励磁系统结构相比，其控制系统是一个开放的系统，接口和规约是标准和通一的，信息是透明的，能实现励磁系统与计算机监控系统的通信。3） A、B两套系统之间采用通信网络联结，系统结构简单，可靠性高。双通道控制系统间的通信更全面而真实，系统的冗余度和可靠性更高。4） 采用交、直流双重供电系统及进口工业电源，提高供电可靠性。5） 印制板采用多层表面贴装工艺，硬件实现了真正的模块化，即插即用，随时升级。控制器结构采用全密封设计，精心设计了抗干扰组件，具有很强的抗震动能力和抗电磁干扰能力。6） 工业级大屏幕液晶显示器，汉化树形菜单。可方便显示主接线图参数、故障报告、告警信息、定值整定、录波图形、装置内部的测量值、参数、状态等，包括开入开出，电压电流的有效值、相位、功率、触发角、各种限制保护标志等。采用五健组合键盘，对装置操作自如、易学易用。7） 交流量采集。采用高性能处理器和高速、高分辨率的AD转换器，实现每周波36点采样，结合专用的测量PT,CT，及数字信号处理器（DSP）进行交流量采样计算，保证了测量的高精度及响应速度。8） 能迅速地对电源、硬件、软件的故障进行自诊断及处理，并可进行100个事件的记录和故障录波。9） EXsoft V1.0 励磁控制软件包，作为励磁的专用软件产品，提供了各种励磁调节控制，限制保护，人机接口，通信规约，调试诊断，动态录波等模块。1.2 适用范围及使用环境1.2.1 适用范围GER3000微机励磁调节装置适用于各种可控硅励磁系统，以下几个例子（图一至图四）说明GER3000微机励磁调节装置几类典型使用。用户可根据发电机的实际情况设计具体的方案。1.2.2 使用环境1) 使用地点的海拨高度不大于3000米。2) 环境温度为-35+553) 环境相对湿度不大于90%4) 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值以下。2 主要功能及技术参数2.1 主要功能GER3000微机励磁调节装置满足各种励磁方式的调节控制功能,和各种工况下的限制保护功能,而且具有强大的在线智能调试、录波和诊断分析等辅助功能。2.1.1 调节及控制功能1) 发电机恒机端电压的PID调节规律2) 发电机恒励磁电流的PID调节规律3) 发电机恒定可控硅触发角运行（他励方式时可选用）4) 不同起励方式的选择：100%UFN起励、零起升压及软起励。自励起励时可自动点初励5) 无功调差调节，可任意设定正、负调差方式，且调差率大小连续可调6) 保证机组突甩负荷时机端电压能迅速稳定在额定电压7) 保证机组无冲击地进行手动（电流闭环）/自动（电压闭环）的切换和双机切换8) 软件数字整定和比较功能，数字整定的速度可现场设定9) 保证发电机稳定运行于空载、发电、调相、停机等工况。10) 可通过串行通讯方式或其它通讯方式接入厂内监控系统11) 电力系统稳定器（PSS）附加控制12) 发电机恒无功运行（选用）2.1.2 限制和保护功能1) 低励无功瞬时限制及保护，限制定值可实时现场设定2) 过励无功延时限制及保护，限制定值可实时现场设定3) 发电机励磁电流强励反时限限制及保护，限制定值可实时现场设定4) 最大励磁电流瞬时限制及保护5) V/F（低频过磁通）限制及保护，当机组转速下降时，如仍维持发电机电压额定将引起发电机及出口变压器过磁通，为保证机组安全运行，在转速下降时，调节器将自动降低发电机电压，转速过低时调节器自动逆变灭磁，限制和保护定值可实时现场设定。6) 空载过电压限制及保护，发电机空载运行时，当机端电压超过过压保护设定值时，调节器自动逆变灭磁，过压保护定值可实时现场设定。7) PT断线检测和保护，可通过两组PT电压比较和每组PT三相之间电压互相比较判定PT是否断线。PT断线时调节器可自动切换至手动稳定运行。8) 可控硅整流柜快速熔断器熔断、停风、部分整流柜切除时限制励磁电流最大值。9) 电源、硬件、软件故障检测和处理功能。10) 可控硅脉冲检测和故障处理功能。2.1.3 辅助功能1) 每个控制器上装有液晶显示器和五键组合键盘，可实时地显示励磁系统当前的工况下各种参数，在线修改参数设定值，查看事件和故障记录，及对发电机进行扰动试验。2) 通过外接计算机，同时配置EXsoft V1.0 励磁控制软件包，可以对装置进行调试及录波数据的调出和分析。2.2 主要技术参数2.2.1 模数转换器输入参数AD采样通道： 12路信号输入量参数：机端电压UF（励磁PT来） 额定值100伏机端电压UF（仪用PT来） 额定值100伏系统电压US（系统PT来） 额定值100伏 定子电流IF（定子CT来） 额定值5A 转子电流IL（转子CT来） 额定值5A2.2.2 开关量输入输出容量 输入 16路光电隔离 输出 16路光电隔离2.2.3 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5组脉冲变压器回路负载，满足各种额定励磁电流的要求。2.2.4 电源参数 交、直流并联供电。交流输入220V15%，直流输入220V20%。 稳压电源A套和B套的电源完全独立2.2.5 指标参数1) 可控硅控制角分辨率：0.005/码2) A/D转换量分辨率：2-14，12路。3) 控制计算调节速度：20毫秒4) 调压范围：5%130%5) 调压精度：0.5%6) 移相范围：0-180度。上下限值可程序设置7) 调差：软件无功调差、正负大小任选级差为0.01%。8) 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%。9) 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。10) 自并激励磁系统：上升0.08S11) 下降0.97）可控硅控制角范围5-1508）快熔熔断器数量39）快熔熔断器参数200A10）快熔信号接点1NO/NC11）冷却方式强迫风冷12）风机电源AC380V13）风机型式轴流式14）风机噪音75dB 15）脉冲电源DC24V16）脉冲变压器变比300/15017）脉冲变压器耐压3000V18）交流侧刀闸HD11-300/219）直流侧开关NSF30020）屏柜尺寸800(W)X600(D)X2260(H)，800(W)X800(D)X2260(H)5.2 TYR-600L（/2）可控硅整流装置 以下为单桥的配置 ,双桥时元件数量应乘以2。（1） 每桥大功率可控硅元件六只，每个元件配装在SF-15型铝散热器上；（2） 单桥时可控硅输出额定电流600A，双桥时可控硅输出额定电流1200A；（3） 交流侧配空气开关一台，直流侧配隔离刀开关一台；（4） 交、直流组合式阻容吸收保护；（5） 快速熔断器过流保护及快熔指示；（6） 配有低噪声轴流冷却风机。风机电源采用双路供电。供电电源取自两路相互备用的厂用电或者励磁变和厂用电；（7） 采用两桥并联运行时，正常情况下均流系数不小于0.9。 （8） 主要技术参数1）可控硅数量62）额定正向平均电流600A3）反向峰值电压2000V3500V4）额定输出电流600A5）并联支路均流系数0.96）可控硅控制角范围5-1507）快熔熔断器数量68）快熔熔断器参数500A9）快熔信号接点1NO/NC10）冷却方式强迫风冷11）风机电源AC380V12）风机型式轴流式13）风机噪音75dB 14）脉冲电源DC24V15）脉冲变压器变比300/15016）脉冲变压器耐压3000V/15000V17）交流侧开关DZ20-600A/218）直流侧刀闸HD11-600/219）屏柜尺寸800(W)X800(D)X2260(H)，800(W)X1000(D)X2260(H)5.3 TYR-1000L可控硅整流装置（1） 大功率可控硅元件六只，每个元件配装在SF-16型铝散热器上。可控硅输出额定电流1000A。（2） 交流、直流侧配隔离开关；（3） 交、直流组合式阻容吸收保护；（4） 快速熔断器过流保护及快熔熔断指示；（5） 配有低噪声冷却风机。风机电源采用双路供电。供电电源取自两路相互备用的厂用电或者励磁变和厂用电；（6） 采用两桥并联运行时，正常情况下均流系数不小于0.9。（7） 主要技术参数1）可控硅数量62）额定正向平均电流1200A3）反向峰值电压20003500V4）额定输出电流1200A5）并联支路均流系数0.96）可控硅控制角范围5-1507）快熔熔断器数量68）快熔熔断器参数1000A9）快熔信号接点1NO/NC10）冷却方式强迫风冷11）风机电源AC380V12）风机型式轴流式13）风机噪音75dB 14）脉冲电源DC24V15）脉冲变压器变比300/15016）脉冲变压器耐压15000V17）交流侧刀闸HD11-1000/318）直流侧刀闸HD11-1000/219）屏柜尺寸800(W)X1000(D)X2260(H)，1000(W)X1000(D)X2260(H)5.4 TYR-1500L可控硅整流桥 （1） 大功率可控硅元件六只，每个元件配装在SF-17型散热器上。可控硅输出额定电流1500A。（2） 交流、直流侧配隔离开关；（3） 交、直流组合式阻容吸收保护；（4） 快速熔断器过流保护及快熔熔断指示；（5） 配有低噪声冷却风机。风机电源采用双路供电。供电电源取自两路相互备用的厂用电或者励磁变和厂用电；（6） 设散热器温度及风压监测，及时掌握功率柜运行工况的变化。在故障发生时及时报警指示。（7） 采用两桥并联运行时，正常情况下均流系数不小于0.9。 （8） 主要技术参数1）可控硅数量62）额定正向平均电流1500A3）反向峰值电压30004500V4）额定输出电流1500A5）并联支路均流系数0.96）可控硅控制角范围5-1507）快熔熔断器数量68）快熔熔断器参数1400A9）快熔信号接点1NO/NC10）冷却方式强迫风冷11）风机电源AC380V12）风机型式离心式13）风机噪音75dB 14）脉冲电源DC24V15）脉冲变压器变比300/15016）脉冲变压器耐压15000V17）交流侧刀闸HD11-1500/318）直流侧刀闸HD11-1500/219）屏柜尺寸1000(W)X1000(D)X2260(H)5.5 TYR-2000L可控硅整流桥 （1） 大功率可控硅元件六只，每个元件配装在88E型散热器上。可控硅输出额定电流2000A。（2） 交流、直流侧配隔离开关；（3） 交、直流组合式阻容吸收过电压保护；（4） 快速熔断器过流保护及快熔熔断指示；（5） 配有低噪声冷却风机。风机电源采用双路供电。供电电源取自两路相互备用的厂用，或励磁变和厂用电；（6） 设散热器温度及风压监测，及时掌握功率柜运行工况的变化。在故障发生时及时报警指示。（7） 采用两桥并联运行时，正常情况下均流系数不小于0.9。 （8） 主要技术参数1）可控硅数量62）额定正向平均电流2000A3）反向峰值电压30005500V4）额定输出电流2000A5）并联支路均流系数0.96）可控硅控制角范围5-1507）快熔熔断器数量68）快熔熔断器参数1800A9）快熔信号接点1NO/NC10）冷却方式强迫风冷11）风机电源AC380V12）风机型式离心式13）风机噪音75dB 14）脉冲电源DC24V15）脉冲变压器变比300/15016）脉冲变压器耐压15000V17）交流侧刀闸HD11-2000/318）直流侧刀闸HD11-2000/219）屏柜尺寸1000(W)X1000(D)X2260(H)6 TYR系列可控硅整流装置一览表分 类设 备 型 号额定输出电流（A）模块系列TYR-150L150A TYR-150L/2 250ATYR-300L300ATYR-300L/2500A铝散热器系列TYR-600L600ATYR-600L/21200A TYR-1000L1000A TYR-1500L1500A TYR-2000L2000A 热管散热器系列TYR-2000R2000A 三、 LMC系列灭磁及过电压保护装置 LMC系列灭磁及过电压保护装置，主要由灭磁开关、灭磁电阻、过电压保护及起励装置组成。根据机组的大小和灭磁方式的不同, 采用不同规格的灭磁开关和灭磁电阻,装置的系统结构和配置也不相同。1 型号定义LMC -xxxx/ XR/DMX 灭磁开关DMXDM8ABB灭磁电阻型式 XR线性电阻 ZnO非线性电阻开关额定电流 600A,800A,1000A,1250A,1600A,2500A,3500A灭磁装置型号名LMC灭磁装置（开关及电阻合柜）LMK灭磁开关柜 LMR灭磁电阻柜2 使用条件1） 周围空气温度不高于+55，不低于-35。2） 海拔高度不超过3000米。3） 使用场所：空气清洁的室内。4） 设备安装时与垂直面的倾斜度不超过5%。5） 设备应安装在无剧烈震动和冲击的地方，以及不足使电器元件受到腐蚀的场所。6） 有特殊要求时可与制造厂协商解决。3 主要配置灭磁开关一台，开关操作逻辑一套 灭磁电阻一套 过电压保护电阻及触发装置二套 灭磁开关及过电压保护动作记录装置一套 转子电压、电流表计 起励装置一套4 原理及描述4.1 主回路结构励磁系统装设快速直流磁场断路器和灭磁电阻（线性或非线性）来实现转子绕组的快速灭磁，其中磁场断路器的作用是快速分断磁场电流并在断口快速建立弧电压，灭磁电阻的作用是在灭磁开关建压过程中使灭磁电阻导通消耗磁场能量，同时使磁场开关断口熄弧。图 灭磁回路结构图（非线性电阻）图中RV1为灭磁用非线性电阻，RV2、RV3分别为转子侧和可控硅侧过电压保护用非线性电阻，RD1,RD2,RD3为串联快熔。FMK为灭磁开关。4.2 功能励磁系统在发电机正常停机时采用逆变灭磁，无需跳灭磁开关，转子磁场能量转移到交流电源系统；在事故状态下跳灭磁开关，将转子磁场能量转移到非线性电阻上灭磁。灭磁装置可保证在任何需要灭磁的情况下（包括发电机空载强励情况）都能快速可靠的灭磁励磁系统在灭磁时，其绕组两端的反向电压瞬时值在30%至50%耐电压试验幅值之间。当转子发生短时过电压时，过压保护装置将动作，同时给出指示及信号节点。计数器将记录动作的次数。在机组正常运行的工况下，非线性电阻的漏电流小于10mA。由于有二极管的“反顶”，可确保无过热现象。非线性电阻有足够的容量，允许连续工作。5 灭磁电阻的选择和配置5.1 非线性灭磁电阻氧化锌非线性电阻的V-A特性具有如图所示特性： 图 非线性电阻V/A特性 非线性电阻的配置可保证在最严重灭磁工况下，需要非线性电阻承受的耗能容量不超过其工作耗能容量的80，同时当装置内20的非线性电阻组件退出运行时，仍能满足最严重灭磁工况下的灭磁要求。 除机组内部故障或空载误强励下灭磁外，其它工况下允许连续两次灭磁。非线性电阻的使用寿命不少于10年，并不限制灭磁次数。5.2 线性灭磁电阻线性电阻一般为发电机转子电阻的35倍。6 过电压保护电阻1） 采用氧化锌非线性电阻2） 灭磁开关前后各一组3） 每一组保护配置一路触发装置 7 设置开关负荷跳闸计数、过电压保护动作计数。8 滑极过电压保护：当发电机因失磁或低励造成失步后，转子相对定子磁场产生滑行，这样就会在转子绕组中感应出频率同滑差频率的交流电压信号，当交流电压同可控硅输出电压同向时，该感应电压能量会经过可控硅整流桥进行释放，当交流电压同可控硅输出电压反向时，因可控硅电流方向的不可逆性，该能量无释放回路，感应电压快速上升，会达到转子绕组耐压试验电压的数倍，严重威胁转子和转子所连设备的安全。在灭磁非线性电阻上加上过电压触发跨接器，当发生滑极运行时，转子上的过电压会触发跨接器，导通非线性电阻释放过电压能量。9 起励设备起励设备集中装于灭磁柜中。起励方式可采用：1、残压起励；2、直流220V经限流电阻进行起励；3、交流220V经变压器降压进行起励。当机组残压比较高，能够保证可控硅可靠导通时，可用残压起励，它不需要额外的起励设备。为了保证机组每次能快速、可靠地完成起励，采用厂用直流220V电源经限流电阻提供初始励磁电