RCS-941X励磁调节器员工培训讲义.doc

PRC 9400 励磁调节器励磁调节器 员工培训讲义员工培训讲义 南京南瑞继保电气有限公司南京南瑞继保电气有限公司 2009 年年 4 月月 2 目目 录录 1 概述概述 1 1 1 励磁系统的基本构成 2 1 2 励磁系统的分类 2 2 可控硅整流桥工作原理可控硅整流桥工作原理 6 2 1 可控硅基本原理 6 2 2 单相半波可控整流电路 6 2 3 三相桥式全控整流电路 8 2 3 1 三相桥式全控整流电路原理 8 2 3 2 电压和控制角的关系 9 2 3 3 三相桥式全控整流电路过电压保护 10 2 3 4 三相桥式全控整流的脉冲触发回路 11 3 励磁调节器工作原理励磁调节器工作原理 11 3 1 励磁调节器的硬件系统 13 3 2 励磁调节器的软件系统 14 3 2 1 励磁调节器起励方式 14 3 2 2 励磁控制闭环方式 14 3 2 3 低励磁限制及保护 16 3 2 4 过励磁限制及保护 17 4 励磁调节系统的灭磁励磁调节系统的灭磁 19 4 1 灭磁的基本原理 19 4 2 灭磁方式 20 NARI RELAYS PRC ER 励磁调节器柜 RCS 941X 励磁调节装置技术说明书 第 1 页 共 35 页 1 1 概述概述 同步电机运行时 必须在其转子励磁绕组中通入直流电流 以便建立磁场 这个电流称为励磁电流 而供给励磁电流的整个系统称为励磁系统 如图 1 1 和 图 1 2 所示 励磁系统是同步电机的重要组成部分 励磁系统和励磁元件的性能对电机 的运行性能有重要影响 励磁系统主要应满足如下要求 1 在正常运行条件下供给发电机的励磁电流 并能根据发电机负载情况作 相应的调整以维持发电机端电压或电网电压的数值 2 当电力系统发生短路故障或其他原因使系统电压严重下降时 能对发电 机进行强行励磁来提高电力系统的稳定性 3 当发电机突然甩负荷时能实行强行减磁以限制发电机端电压过度增高 4 当发电机内部发生短路故障时能进行快速灭磁和减磁以减少故障的损坏 程度 5 对两台以上并联运行发电机 励磁系统应能具有成组调节其无功功率的 能力 使无功功率得到合理的分配 6 励磁系统应有较快的反应速 运行可靠 线路和设备结构简单 维修调 整简便 电能损耗小 设备成本低 体积小 目前 励磁系统主要有两大类 一类是用直流发电机作为励磁电源的直流 励磁机励磁系统 另一类是用整流装置将交流变成直流后供给励磁的交流励磁 机整流励磁系统 图 1 1 励磁系统原理图 图 1 2 同步电机励磁绕组 FBK R IL U UFBK R 可 控 直 流 电 源 A X d q Ifd n O PRC ER 励磁调节柜 RCS 941X 励磁调节装置技术说明书 NARI RELAYS 第 2 页 共 35 页 1 1 励磁系统的基本构成励磁系统的基本构成 励磁系统主要由四部分组成 分别是功率部分 控制调节部分 灭磁部分 辅助部分 如图 1 3 所示 图 1 3 励磁系统的基本构成 1 1 功率部分 功率部分 励磁功率部分即励磁电源 根据励磁电源的来源不同 分为自励励磁和他 励励磁系统 自励指励磁电源由主发电机机端取得 他励指励磁电源由外部装 置提供 和主发电机无关 根据电源的性质分为直流励磁和交流励磁 直接由 直流发电机提供电源为直流励磁 由交流发电机或变压器提供交流电源 再通 过整流装置转化为直流的励磁系统称为交流励磁系统 2 2 控制调节部分 控制调节部分 发电机运行过程中 根据系统的需要不断的调节励磁电流 以维持系统的 平衡和稳定 控制调节部分称为励磁调节器 是整个励磁装置的指挥系统 为 了提高可靠性 一般采用双重化配置 一主机一从机 从机不断跟踪主机的工 作状态和参数 一旦主机出现故障 从机立即升级为主机状态 实现无扰动切 换 另外 励磁调节器还提供系统的保护和告警功能及后台通讯 故障录波功 能 3 3 灭磁部分 灭磁部分 所谓灭磁就是把转子励磁绕组中磁场储能尽快地减弱到可能小的程度 最 简单的办法是将励磁回路断开 但励磁绕组具有很大的电感 突然断开 会在 其两端产生很高的过电压并产生电弧 因此 在断开励磁电源的时要用灭磁开 关 同时还应将转子励磁绕组自动接入到放电电阻或其他吸能装置上去 把磁 场中储存的能量迅速消耗掉 完成这一过程的主要设备叫自动灭磁装置 4 辅助部分辅助部分 辅助部分包括发电机起励系统 冷却系统 后台监控系统等 1 2 励磁系统的分类励磁系统的分类 根据励磁系统的组成方式及原理 分为自并励励磁系统 两机他励励磁系 统 三机他励励磁系统 两机一变励磁系统 无刷励磁系统 直流励磁机励磁 调节 控制 器 同步发电机 监控 中控 功率电源 变流器 灭磁及保护 NARI RELAYS PRC ER 励磁调节器柜 RCS 941X 励磁调节装置技术说明书 第 3 页 共 35 页 系统 1 1 自并励励磁系统 自并励励磁系统 如图 1 4 所示 这是目前新投运的同步发电机最主要的励磁方式 励磁电 源由发电机机端取得 通过励磁变把高电压变为低电压 再送入到整流桥 从 整流桥送出的直流电经过灭磁开关送入发电机转子 图 1 4 自并励系统原理图 自并励系统的特点 简单 可靠 维护方便 属于快速励磁 强励要求高 需考虑发电机近端短路 需要初励电源 2 2 两机他励励磁系统 两机他励励磁系统 如图 1 5 所示 这是较早前发电机的励磁方式 励磁电源由和主发电机同 轴的交流励磁机 EX 提供 交流励磁机发出的交流电源送入整流柜 转为直流经 灭磁开关柜送入发电机转子 交流励磁机本身的励磁系统属于自并励方式 G PCS 9410A 调节器 整流柜 PCS 9420 灭磁柜 PCS 943X E ET T T TV V T TA A G PCS 9410A 调节器 整流柜 PCS 9420 灭磁柜 PCS 943X E ET T T TV V T TA A EX G PCS 9410B 调节器 TA TV TA TV PCS 943X 灭磁柜 PCS 9420 整流柜 PCS 9411A 恒压调节器 PCS 9420 整流柜 EXG PCS 9410B 调节器 TA ET PCS 943X 灭磁柜 PCS 9420 整流柜 PCS 9411A 恒压调节器 PCS 9420 整流柜 PRC ER 励磁调节柜 RCS 941X 励磁调节装置技术说明书 NARI RELAYS 第 4 页 共 35 页 图 1 5 两机他励励磁方式原理图 两机他励励磁方式的特点 励磁电源相对独立 属于快速励磁 交流励磁机容量很大 适用于大型机组励磁 多了一组自励恒压环节 3 3 三机他励励磁系统 三机他励励磁系统 如图 1 6 所示 这是较早前发电机最主要的励磁方式 永磁式副励磁机 PEX 和主励磁机 EX 与发电机同轴 副励磁机 PEX 的转子是一块永磁体 所以副励磁 机不需要励磁电源 当发电机转动时 副励磁机发出的交流电源送入二极管整 流柜 转变为直流后送入主励磁机 EX 的转子 即为主励磁机提供励磁电流 主 励磁机发出的交流电源送入整流柜 转变为直流后经灭磁柜送入发电机转子 图 1 6 三机他励励磁系统原理图 三机他励励磁方式的特点是 励磁电源独立 无需初励电源 响应 速度略慢 由于三机他励励磁方式响应速度慢 结构复杂 维护量大 所以现 今很多机组的励磁系统改造是把三机他励方式改为自并励方式 4 4 无刷励磁系统 无刷励磁系统 图 1 7 无刷励磁系统原理图 EX G P PE EX X PCS 9410C 调节器 PCS 9420 整流柜 PCS 9421 整流柜 T TV V T TA A PCS 943X 灭磁柜 EX G P PE EX X PCS 9410C 调节器 PCS 9420 整流柜 PCS 9421 整流柜 T TV V T TA A PCS 943X 灭磁柜 G N S PCS 9410D 调节器 PEX EX TV TA PCS 943X 灭磁柜 PCS 9420 整流柜 G N S PCS 9410D 调节器 EX TV TA PCS 943X 灭磁柜 PCS 9420 整流柜 NARI RELAYS PRC ER 励磁调节器柜 RCS 941X 励磁调节装置技术说明书 第 5 页 共 35 页 随着单机容量的不断增大 所需的励磁电流越来越大 在传统的励磁方式 下 由于要把直流电流送入到高速旋转的发电机转子绕组 需要通过电刷和滑 环来完成 如果励磁电流过大 电刷和滑环发热严重 影响发电机的运行可靠 性 为此 可将交流励磁机作成旋转电枢式的三相同步发电机 定子旋转而转 子不动 旋转电枢和二极管整流桥随发电机转子一起旋转 这样就取消了电刷 和滑环这个薄弱环节 如图 1 7 所示 虚线框内为旋转部分 包括副励磁机 PEX 的转子 主励磁 机 EX 的电枢 二极管整流桥 发电机转子 无刷励磁系统的特点 无滑环 无碳刷 无电流限制 适用于恶劣环境 大容量机组 不能直接灭磁 旋转器件要求高 离心力大 故障监测难 响应速度略慢 5 5 直流励磁机励磁系统 直流励磁机励磁系统 如图 1 8 所示 直接由直流发电机提供直流电流 经灭磁开关送入到发电 机转子绕组 由于直流发电机存在换向器这个薄弱环节 不能输出大的电流 所以只能用在较小容量的发电机组 直流励磁方式的特点 励磁电源相对独立 励磁电压平稳 容量有限 维护 量大 响应速度慢 图 1 8 直流励磁机励磁方式原理图 F F PCS 9410A 调节器 G DEX ET TV TA PCS 9420 整流柜 PCS 943X 灭磁柜 F F PCS 9410A 调节器 G DEX ET TV TA PCS 9420 整流柜 PCS 943X 灭磁柜 PRC ER 励磁调节柜 RCS 941X 励磁调节装置技术说明书 NARI RELAYS 第 6 页 共 35 页 2 2 可控硅整流桥工作原理可控硅整流桥工作原理 2 1 可控硅基本原理可控硅基本原理 可控硅是硅晶体闸流管的简称 是目前工业中实现 大容量功率变换和控制的主要电力电子器件 如图 2 1 所示 可控硅有三个极 分别是阳极 a 阴 极 k 门极 g 可控硅的导通规律如下 当可控硅承受反向阳极电压时 不论门极承受何种 电 压 可控硅都处于关断状态 当可控硅承受正向阳极电压时 仅在门极承受正向 电压的情况下可控硅才奶导通 正向阳极电压和正向门极电压两者缺一不可 可控硅一旦导通 门极就失去控制作用 不论门极电压是正还是负 可控硅保持导通 故导通的控制信号只须正向脉冲电压 触发脉冲 即可 要使可控硅关断 必须去掉阳极正向电压 使通过可控硅的电流降低到一定数值以下 能保持可控硅导通的最小电流 称为维持电流 总结以上规律可得 可控硅导通的条件 Uak 0 且 Ugk 0 可控硅截止的条件 Uak 0 且 Iak0 时 如 a 30o 电压波形如图 2 5 所示 由于发电机转子为电 感性负载 输出直流电压和控制角的关系如下 图2 5三相全控桥a 30度时波形 uAuB uC wt wt uABuACuBCuCAuCBuAB a 30o PRC ER 励磁调节柜 RCS 941X 励磁调节装置技术说明书 NARI RELAYS 第 10 页 共 35 页 aU wtwtdUU L a a d cos35 1 sin23 3 1 2 2 3 2 3 为变压器二次绕组的线电压有效值 L U2 由上式可知 只要控制脉冲触发角 a 的大小 即可控制整流桥输出电压的 大小 也即控制了励磁电流的大小 而励磁调节器正是依此原理工作的 2 3 3 三相桥式全控整流电路过电压保护三相桥式全控整流电路过电压保护 在晶闸管运行时在交流侧会出现过电 压 必须对过电压进行限制 否则会对晶 闸管造成损坏 过电压的类型有如下几种 1 晶闸管关断过电压 换相过电压 2 反向电流迅速恢复 载流子消失 3 交流侧操作过电压 4 变压器合闸静电感应过电压 5 并联负载拉闸过电压 6 变压器分闸过电压 7 雷击或电网侵入的过电压 8 浪涌电压 能量较大 为了限制晶闸管交流侧的过电压 可以采用阻容吸收回路 由于电容电压不 能突变 并联电容可以有效限制过电压的产生 同时串联电阻 可以限制电流 突变量 阻容吸收回路如图 2 6 所示 对于大容量晶闸管 三相阻容吸收设备庞大 改用整流阻断式阻容吸收 电 容数量小 体积小 同时 为了限制雷击或电网侵入的过电压 在交流侧并联 非线性电阻 RCS9421 整流柜所用过电压吸收回路如图 2 7 所示 A B C 图2 6晶闸管交流侧限制过电 压的阻容吸收回路 A A uA uB uC 非线性电阻 可控硅整流桥 整流阻断式 阻容吸收 Ud 图2 7过电压吸收回路 NARI RELAYS PRC ER 励磁调节器柜 RCS 941X 励磁调节装置技术说明书 第 11 页 共 35 页 2 3 4 三相桥式全控整流的脉冲触发回路三相桥式全控整流的脉冲触发回路 脉冲触发电路的任务是产 生可以改变相位的脉冲 用来 触发整流桥中的可控硅 使其 控制角随控制量的变化而改变 从而达到自动调节励磁的目的 脉冲触发电路一般由同步 隔离 移相 脉冲形成 脉冲 功率放大等几个基本环节组成 为了改进触发脉冲的质量 有 的还需另外加上整形 放大 反馈等辅助环节 对脉冲触发单元的基本要 求 1 和移相触发脉冲必须与受控的可控硅主电路的电源同步 即具有相同的频率 和一定的相位关系 2 应保证在整个移相范围内各相触发脉冲的控制角 a 一致 否则将使整流桥输 出电压的谐波分量增大 一般各相脉冲的相位偏差不应大于 5o 3 触发脉冲的数目及移相范围 应满足整流电路和调压范围的要 4 触发脉冲应有足够功率输出 5 应采取抗干扰措施 提高抗干扰能力 应能适应在允许的电网电压波动畸变 的条件下正常工作 3 3 励磁调节器工作原理励磁调节器工作原理 励磁调节装置的主要任务是维持发电机机端电压水平稳定 从而维持机组 的一定的负荷水平 同时对发电机定子及转子侧各电气量的负荷进行限制和保 护处理 励磁调节装置还要对自己进行不断的自检和自诊断 发现异常和故障 及时报警并切换到备用通道 励磁调节装置需完成的主要工作如下 1 1 模拟量采集 模拟量采集 采集发电机机端交流电压 Uga Ugb Ugc 定子交流电流 Iga Igb Igc 励磁电流 Ifa Ifb Ifc 磁场电压 Ufd 等模拟量 计算出发电机定子电压 发 电机定子电流 发电机有功功率 发电机无功功率 发电机功率因数 发电机 励磁电流 发电机转子电压 具体如下 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 10V 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 一个周波内 20ms 采样 36 个点 计算出机端电压基波的幅值及频率 定子电流 有功功率 无功功率 功率因 数及励磁电流 2 2 闭环调节 闭环调节 励磁调节装置工作的目标是保证被调节量实时跟踪对应的参考量 也就是 说 通过闭环控制使被调节量测量值随其参考值增大而增大 随其参考值减小 而减小 从而达到调节发电机工况的目的 闭环调节的基本规律为 PID 调节规 Dy 1 uA uB uC 可控硅整流桥 同步变压 器Tsyn 隔离变 压器 Yd11 触 发 脉 冲 板 Ud 图2 8脉冲触发电路原理图 PRC ER 励磁调节柜 RCS 941X 励磁调节装置技术说明书 NARI RELAYS 第 12 页 共 35 页 律 程序的计算模块根据控制调节方式 对被调测量值与其参考值的差值进行 PID 计算 得到所需要的触发角度 最终控制励磁系统的输出 3 3 脉冲输出 脉冲输出 闭环调节模块计算得到的触发角度 经相控脉冲形成环节 产生所要求触 发角度的相控脉冲 由功率放大环节放大后输出至整流桥 4 4 限制和保护 限制和保护 调节装置将采样及计算所得到的机组参数模拟量测量值 与调节装置预先 整定的限制保护值相比较 分析发电机组的实时工况 判断发电机的工作区域 对过负荷和欠负荷工况进行限制 防止发电机进入不安全或不稳定区域 从而 保护机组的安全可靠运行 5 5 逻辑判断 逻辑判断 在正常运行时 励磁调节装置不断地根据现场输入的操作命令和状态信号 进行逻辑组合 辨识励磁系统的工作状态或识别现场的控制需求 并自动做出 相应的处理 是否进入励磁运行 是否进行自动升压 是否进行手动升压 是否进行逆变灭磁 是否进行增磁或减磁 是空载还是负载状态 是否进行系统电压跟踪 是否切换闭环控制方式 是否投入 PSS 附加控制 是否进入备励运行及工励跟踪状态 6 6 参考值设定 参考值设定 正常运行时 励磁调节装置不断地检测增减控制命令 并按照增减的控制 命令持续时间 励磁闭环控制方式 发电机工况和预置的增减速度等要求 修 改被调节量的参考值 从而实现被调节量的增加或减小 7 7 双机通讯 双机通讯 从通道自动跟踪主通道的被调节量的参考值和输出的控制值 正常运行中 一个自动通道为主通道运行 另外自动通道为从通道运行 为保证通道间切换时无扰动 从通道通过双机通讯 交换控制信息 自动跟踪 主通道的工况 基本原理为 主通道将本通道控制信息由通讯口 RS422 串口或 CanBus 现场总线 发出 从通道通过通讯口 RS422 串口或 CanBus 现场总线 接收主通道的控制信息 再通过容错处理 作为从通道的控制信息 通过双机 通讯 从通道不间断地跟踪主通道的控制信息 实现在任何方式下进行主从通 道切换 发电机工况均无波动 8 8 自检和自诊断 自检和自诊断 励磁调节装置在运行中 不间断地对装置硬件和软件进行自检和自诊断 及时的发现故障或异常 并做出容错处理 发出告警信息及切换至完好的从通 道运行 具体来讲 调节装置对电源 硬件 软件 信号进行检测 自动对异 常或故障进行判断和处理 防止因励磁系统异常导致发电机事故的发生 9 9 人机对话 人机对话 励磁调节装置设置了中文人机界面实现人机信息交换 该人机对话界面提 NARI RELAYS PRC ER 励磁调节器柜 RCS 941X 励磁调节装置技术说明书 第 13 页 共 35 页 供数据读取 励磁定值修改 试验操作 录波自动或手动保存等功能 通过这 样的人机界面 可以获取调节装置所有的模拟量数据信息 获取所有的开关量 信息 获取调节装置当前的自检和自诊断结果信息 也可读取和修改调节装置 的所有的限制和保护定值 1010 对外通讯 对外通讯 励磁调节装置对外通讯接口包括以太网 RS232 RS485 和 GPS 对时接口 并 适用 103 规约 ModBus 规约等通讯协议 3 1 励磁调节器的硬件系统励磁调节器的硬件系统 如图 3 1 所示硬件系统原理图 以自并励方式为例 励磁调节器采用双重化 配置 一主机一从机 正常运行时从机跟踪主机的运行参数和状态 一旦主机 发生故障 从机立即转为主机方式 实现无扰动切换 提高了系统运行的可靠 性 发电机机端电压和电流分别通过 TV1 TV2 TA1 送入调节器 这样调节器就 可以测量出电压 电流 有功功率 无功功率 功率因数 根据这些参数对励 磁电流进行调节 ET 为励磁变 通过 ET 将发电机机端上万伏高电压变为几百伏的低电压送入 整流桥 整流桥交流侧的电流通过 TA2 测量 交流侧的电流有效值 I2 和直流侧 电流 Id 关系为 d II816 0 2 测量出交流侧电流后可计算出直流侧电流 也即励磁电流 电源系统 信 号 测 量 系 统 脉 冲 形 成 单 元 AVR FCR PSS 辅助控制单元 励磁限制功能单元 励磁保护功能单元 装置检测单元 逻辑控制单元 通道自动跟踪及切换单元 电源系统 信 号 测 量 系 统 脉 冲 形 成 单 元 AVR FCR PSS 辅助控制单元 励磁限制功能单元 励磁保护功能单元 装置检测单元 逻辑控制单元 通道自动跟踪及切换单元 Ext I O 图3 1 励磁调节器硬件系统原理图 G ET TV1 TV2 TA1 Tsyn TA2 uABC Ud 整 流 桥 灭 磁 开 关 Id PRC ER 励磁调节柜 RCS 941X 励磁调节装置技术说明书 NARI RELAYS 第 14 页 共 35 页 Tsyn为同步变压器 通过同步变把交流侧电压送入调节器 为触发脉冲的触 发角提供参考相量 3 2 励磁调节器的软件系统励磁调节器的软件系统 3 2 1 励磁调节器起励方式励磁调节器起励方式 当发电机起动后 转速接近额定转速时 投入励磁电流 给发电机励磁 发电机开始建立电压 励磁电流的投入方式称为起励方式 主要的起励方式有 人工零起升压 自动定压起励升压 自动软起程控升压三种方式 1 1 人工零起升压 人工零起升压 升压前如果励磁定值中 自动起励升压功能 已设置为 0 或收到的投励命 令为 就地手动升压 命令 则发电机进行最小值起励升压 人工零起升压方 式 最小值起励升压 人工零起升压 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 也可按要 求整定 如果发电机残压或初励输出电压大于 5 UGN 则必须将该定值重新设置 为大于机端残压值或初励输出电压值 方能进行最小起励升压 2 2 自动定压起励升压 自动定压起励升压 升压前如果励磁定值中 自动起励升压功能 已设置为 1 辅助控制定值中 自动起升压方式 已设置为 1 且 定压升压电压终值 已设置需求值 缺省 为 90 额定电压 且收到的投励命令为 远控自动升压 命令且处于恒电压闭 环运行 则发电机进行定压起励升压方式 定压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 3 3 自动软起程控升压 自动软起程控升压 升压前如果励磁定值中 自动起励升压功能 已设置为 1 辅助控制定值中 自动起升压方式 已设置为 0 且 程控升压电压终值 已设置需求值 缺省 为 95 额定电压 且收到的投励命令为 远控自动升压 命令且处于恒电压闭 环运行 则发电机进行软起程控升压方式 软起程控升压方式指投励后 先进 行人工零起升压 当发电机电压升压空载电压参考最小值时 一般保留 1 的裕 度 自动按设定的速度 时间 匀速增加电压参考值 调节器根据发电机电压 测量值及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 机励磁电流缓慢增加 发电机端电压自动缓慢增加 直至发电机端电压升高到 定值 程控升压电压终值 设定的终值电压 3 2 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 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 恒功率因数调节及卸无功调节 具体使用哪一种调节方式要根据现场要求确定 1 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 NARI RELAYS PRC ER 励磁调节器柜 RCS 941X 励磁调节装置技术说明书 第 15 页 共 35 页 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 Eu Uk 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 触发角度余弦值 图3 2 电压环调节传递函数框图 1 1 2 2 励磁电流闭环调节 励磁电流闭环调节 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 Eif 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 触发角度余弦值 Kp Ki s Uk 1 1 图 3 3 电流环调节传递函数框图 3 3 恒输出调节方式 恒输出调节方式 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 PRC ER 励磁调节柜 RCS 941X 励磁调节装置技术说明书 NARI RELAYS 第 16 页 共 35 页 决于增 减 磁命令的时间 4 4 恒无功功率调节方式 恒无功功率调节方式 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 TGR Eq EuUkDu 图 3 4 恒无功功率调节传递函数框图 5 5 恒功率因数调节方式 恒功率因数调节方式 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 3 2 3 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 进相深度大 负无功 功率大 定子电流增大和励磁电流低 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 无功功率欠励限制 QUEL 进相定子过电流限制 IUEL 和最小励磁电流 限制 MFCL 1 无功功率欠励限制无功功率欠励限制 无功功率欠励限制为发电机低励磁限制的 主要功能 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 励磁调节装置无功欠励曲线为四 点折线方式 如右图所示 图中 OABCDE 围 A B C DE O P Q Q P NARI RELAYS PRC ER 励磁调节器柜 RCS 941X 励磁调节装置技术说明书 第 17 页 共 35 页 成的区域为进相允许范围 外部区域为深度进相 发电机正常运行应避免进入 该范围 无功低励限制动作后 发出低励限制信号 当无功功率高于限制值 5 额定无功率后 限制信号返回 2 最小励磁电流限制最小励磁电流限制 最小励磁电流限制主要为发电机失磁限制 其限制曲线在无功功率低励限制 曲线基础上增加一定的裕度 也可以作为无功功率欠励限制无法正确动作时后 备限制 最小励磁电流限制动作后 发出低励限制信号 当励磁电流高于限制 值 5 额定励磁电流后 限制信号返回 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 进 相定子过流限制动作后 发出低励限制信号 当定子电流低于限制值 2 5 额定 定子电流后 限制信号返回 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 各种低 励限制功能无法将发电机从低励磁工况调节回正常工况 此时 运行励磁装置 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 低励磁保护动作后 保护动作信号为自保持信号 将保护功能退出后 信号 即可返回 3 2 4 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 励磁过流过热限 制 无功功率过励限制和滞相定子过电流限制 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 PRC ER 励磁调节柜 RCS 941X 励磁调节装置技术说明书 NARI RELAYS 第 18 页 共 35 页 最大励磁电流限制动作后 发出过励限制信号 当励磁电流小于限制值 2 5 额 定励磁电流后 限制信号返回 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 励磁绕组长期运行允许值 励磁装 置根据励磁电流进行计时励磁绕组热容 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 励磁过流过热限制动作后 发出过励限制 信号 当励磁电流小于启动值 2 5 额定励磁电流后 限制信号返回 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 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 A B C Q E D P Q P O NARI RELAYS PRC ER 励磁调节器柜 RCS 941X 励磁调节装置技术说明书 第 19 页 共 35 页 中 OABCDE 围成的区域为实际允许运行范围 外部区域为过励范围 发电机正 常运行应避免进入长时间停留在该范围 无功功率限制动作后 发出过励限制 信号 当无功功率小于限制值 5 额定无功功率后 限制信号返回 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与励磁过流过热限制一样 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 滞相定子过电流限 制动作后 发出过励限制信号 当定子电流小于限制值 2 5 额定定子电流后 限制信号返回 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 各种过励磁限制功能无法将发电机从过励磁工况调节 回正常工况 此时 运行励磁装置必须退出运行 同时将调节器主通道切换