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GEX-2000发电机励磁调节器技术说明书北京科电亿恒电力技术有限公司58GEX-2000 发电机励磁调节器技术说明书 目 录第一章 前 言1第二章 装置主要特点22.1 装置特点22.2 装置适用范围4第三章 主要功能及技术指标73.1 装置主要功能73.1.1 调节及控制功能73.1.2 限制和保护功能83.1.3 其它辅助功能83.2 主要技术指标93.2.1 模数转换器输入参数93.2.2 开关量输入输出容量103.2.3 输出参数：103.2.4 网络接口103.2.5 电源参数103.2.6 指标参数11第四章系统配置124.1 电气配置124.1.1 励磁系统框图124.1.2 输入输出接口示意图124.1.3 硬件组成134.1.4 软件组成134.2 结构配置134.2.1 机柜构成134.2.2 分层介绍14第五章 基本原理195.1 基本原理195.2 单板原理205.3 软件说明235.3.1 主调度程序245.3.2 中断程序24第六章键盘、显示及操作316.1 键盘操作说明316.2 主画面显示326.3 主菜单显示336.3.1 测量显示346.3.2 参数设置356.3.3 保护投退396.3.4 开入状态396.3.5 传动试验406.3.6 系统试验416.3.7 故障追忆416.3.8 故障波形426.3.9 事件记录436.3.10 精度调整436.3.11 机组参数446.3.12 系统设置446.3.13 试验选项456.3.14 其它试验46第七章 上位机监控程序477.1 主画面477.2 状态显示487.3 故障记录及SOE507.4 参数设置507.5 波形分析527.6 试验功能527.7 系统选项53附录一： DCS 关于励磁系统设计指南54附录二： 开停机步骤及注意事项55附录三： PSS 试验方法及试验步骤57第一章 前 言 GEX-2000 微机励磁调节器为依托中国电力科学研究院的技术，由北京科电亿恒电力技术有限公司研制、开发并生产的新一代微机励磁调节器。它具有完善的调节、控制及限制保护功能，并且在计算速度、抗电磁干扰、可靠性以及使用的方便性上都有了很大的提高。GEX-2000适用于从100MW以上从三机励磁到自并励等各种方式的可控硅励磁，是现代大、中型同步发电机理想的励磁调节装置。 GEX-2000 发电机励磁调节器采用美国TI公司最新的高速32位DSP作为核心，配以大规模的可编程逻辑器件CPLD作为辅助元件，将控制系统基本缩小为一个片上系统，大大提高了系统的可靠性。同时外挂的平板机和大屏幕液晶显示器将人机交互提高到了一个更新的高度，给用户的使用提供了极大的方便。 值得一提的是，随着全国联网的基本完成，电力系统稳定的要求对励磁系统提出了更高的指标。GEX-2000采用改进型的PSS-2A 电力系统稳定器的模型，完全解决了单一采用电功率信号的PSS-1A模型带来的反调问题。目前这一技术已经成功投入运行，取得了明显的效果。 本说明书主要介绍了GEX-2000 发电机励磁调节器的功能、特点、工作原理等，以便用户有一个更全面、详细的了解。本手册有关技术文件：（1） GEX-2000发电机励磁调节器逻辑原理图（2） GEX-2000发电机励磁调节器装置配线图（3） ESM V1.0 发电机励磁系统管理软件包使用说明第二章 装置主要特点GEX-2000 微机励磁调节器作为新一代微机励磁产品，它是将励磁系统的最新研究成果与第一代励磁调节器的多年运行经验相结合，并充分应用了最新的计算机控制技术、数字信号处理器（DSP）技术和先进的网络与通讯技术而研制成功的更新换代产品。2.1 装置特点GEX-2000具有以下特点：1、 模型清晰、准确GEX-2000励磁控制系统采用串联校正加转子电压硬负反馈，所采用的计算模型均经过计算机仿真和动态信号分析仪实测证明该模型在离散化过程中误差小，精度高。2、 PSS-2A模型国内首家研制成功经过多年研制成功的改进型PSS-2A电力系统稳定器模块在GEX-2000微机励磁调节器应用，开创了国内调节器的先河，使得GEX-2000微机励磁调节器更有利于提高励磁系统对电力系统稳定的贡献。3、 测量精度高GEX-2000 发电机励磁调节器采用每周波24点交流采样，快速傅立叶变换，完全消除了零漂等对测量精度的影响，同时采用高速14位A/D变换器，保证了测量通道的精度和快速性。4、 强大的网络功能GEX-2000 发电机励磁调节器具有强大的通讯功能，双通道、调节器及功率柜之间通过可靠的现场总线CAN-BUS进行连接，实现数据共享和协调控制。每个控制通道都提供两个独立并进行隔离的RS232和485接口，非常方便的实现调节器与上位管理机的通讯以及与电厂DCS系统的连接。5、 方便、友好的人机界面GEX-2000 发电机励磁调节器采用大屏幕液晶显示器（240*128），采用树型菜单结构，方便直观，可以结合键盘进行参数整定、测量显示、试验控制等功能，并能在此屏幕上显示试验波形和故障波形，以及故障类型和事件SOE。同时选用ESM-V1.0软件包可以在上位机上更加方便的实现上述功能。6、 方便实用的上位机软件ESM-V1.0为GEX-2000微机励磁调节器专门配套使用的上位机管理软件，该软件实现了励磁系统实时数据的的显示、参数整定、故障记录、历史趋势曲线显示、故障波形显示、定值报告、试验报告的自动生成系统及打印输出等系统性功能。7、 国内速度最快的励磁调节器GEX-2000 采用美国TI公司的32位DSP产品，最高速度可达150MHz，DSP强大的数据处理能力及快速的浮点计算为励磁调节器模型的精准数字化和励磁调节器其它辅助功能的实现提供了保证。8、 高度集成化的硬件设计GEX-2000 采用超大规模逻辑器件CPLD，该器件通过灵活编程能实现传统的数十个芯片组合才能完成的功能，一个芯片即完成了CPU的所有外围电路。硬件的简单大大的减少了装置的故障点，提高了系统的整体可靠性。9、 美观实用的机箱设计和先进、规范的生产工艺GEX-2000 采用标准的4U机箱，背插结构，使得信号流流向一致，减少了信号交叉的影响，提高了系统的抗干扰能力，机箱采用全封闭结构，机箱内集成了调节器需要的所有板件，自成系统。主要板件全部采用多层板，表面贴装工艺。10、独特的抗干扰设计GEX-2000通过精心的设计，合理的处理接地、滤波、屏蔽等方面的细节，使得装置的抗干扰能力达到严酷等级三级以上的IEC标准。11、运行方式灵活多样GEX-2000 可以工作在双柜均流工作方式，也可以工作在主/备用工作方式，用户可根据具体情况自行选择。2.2 装置适用范围GEX-2000 发电机励磁调节器适用于各种可控硅励磁系统，包括自并励励磁系统、二机自并励励磁系统、带永磁机的三机（无刷）励磁系统、二机它励可控硅励磁系统等。下图给出了几个典型应用的例子。2.3 使用环境1、海拔高度：不超过3000米2、环境温度：-10403、相对湿度：不大于90%4、没有火灾及爆炸危险的场所5、无导电尘埃及化学腐蚀气体的场所6、无强的电磁干扰的场所第三章 主要功能及技术指标3.1 装置主要功能GEX-2000 发电机励磁调节器的基本任务是维持发电机的机端电压恒定，通过合理的调差设置来保证并列运行的机组间无功功率的合理分配，通过快速的励磁响应以提高电力系统的暂态稳定和静态稳定。除了以上基本的控制调节功能外，GEX-2000还具有故障录波、事件记录、系统自检、智能调试等辅助功能。3.1.1 调节及控制功能1. 自动运行方式即发电机恒机端电压PID调节2. 手动运行方式即发电机恒励磁电流PID调节3. 自动/手动之间相互跟踪，实现各种方式下无扰动切换4. 通道之间相互跟踪，实现通道之间无扰动切换5. 发电机恒定触发角运行6. 无功调差调节，可任意设置正、负调差方向，调差系数0-15%任意调节，级差0.1%。7. 静止励磁系统的起励控制8. 完成发电机在空载、负载等工况下的机组稳定运行及无功的平滑调节9. 参数的在线修改及记录，保证掉电数据不遗失10. 可通过串行口或以太网将GEX-2000发电机励磁系统接入电厂DCS系统，将调节过程中的数据实时传送到上位机，并接受上位机的控制命令11. 电力系统稳定器（PSS）附加控制12. 发电机恒功率因数运行（选用）13. 发电机恒无功运行（选用）14. 水轮发电机组电气制动方式停机（选用）3.1.2 限制和保护功能 1、PT断线保护，通过两组PT间进行比较，或同一PT不同相之间的电压比较判断PT断线，励磁PT断线切手动，仪表PT断线发信号。2、V/Hz保护（压/频保护），保护发电机和主变过磁通，实施V/Hz分段限制和保护3、过励限制与保护，保护发电机转子，分段实施过励限制和保护4、欠励限制及保护5、空载过电压保护6、触发脉冲丢失的检测7、通讯故障检测8、可控硅故障检测9、电源检测，监视CPU电源和24V操作电源是否正常10、整流柜停风或部分整流柜退出运行时进行励磁电流限制11、所有的限制及保护定值以及每一种保护的投退均可在现场进行整定3.1.3 其它辅助功能 1、故障录波功能：GEX-2000 发电机励磁调节器记录故障前10秒故障后10秒的测量数据，记录的量包括，发电机电压UG1、UG2、自动给定值UGREF、手动给定值IFREF、触发角ARF、有功功率P、无功功率Q、转子电压Ufd、转子电流 Ifd、发电机频率F0、本柜输出电流ILA、它柜输出电流ILB。基本涵盖了所有模拟量，故障波形能够在控制器自带的液晶显示器进行显示，也可以通过串口上传到笔记本电脑，在EMS V1.0上进行显示，处理并打印。 2、试验录波功能：GEX-2000 发电机励磁调节器能够通过手动启动的方式记录试验时的波形，如10%阶跃响应，灭磁，甩负荷等波形，记录时间为试验启动前1秒，试验启动后19秒的时间，记录的量同故障录波，显示方式同故障录波。 3、故障记录：能够按先进先出的原则记录20次故障动作值、故障时间（精确到毫秒）、故障类型，所有信息均可在液晶显示或上位机上进行显示。 4、事件记录：能够按先进先出的原则记录20次事件发生的类型和动作时间（精确到毫秒）例如灭磁开关的分合，通道的投入/退出，运行方式的转换等。 5、通讯功能：GEX-2000采用标准的MODBUS协议，可以通过灵活的通讯方式，如RS232，RS485，CAN等，进行通道之间的通讯以及励磁调节器与DCS系统或电厂其它监控系统的接口。 6、软件电位器功能：所有模拟量的处理回路均取消电位器，使用能够在菜单上整定的软件电位器，调试工作由此变的更加轻松灵活。 7、试验功能：通过控制器上的键盘操作，方便的进行调节器的各项试验，如开关量传动试验、过励限制、欠励限制、阶跃响应试验、PSS的有补偿试验、PSS无补偿试验、交流励磁机时间常数试验等，并能进行自动录波。 8、完善的励磁系统管理软件ESM V1.0：通过此软件完成励磁系统实时数据显示、故障记录、波形分析、试验向导、报告生成，数据远传、远程诊断等功能。有关此软件的详细说明见ESM V1.0发电机励磁系统管理软件包使用说明。3.2 主要技术指标3.2.1 模数转换器输入参数A/D采样通道：16路模拟量输入一览：机端电压PT1：额定值100V机端电压PT2：额定值100V系统电压：额定值100V(可选)定子电流：额定值5A/1A转子电流：75mv(由分流器来)转子电压：实际电压励磁机励磁电流：75mv（由分流器来）备用测试信号：-2V+2V（不隔离）3.2.2 开关量输入输出容量16路光电隔离输入；10路开关量输出，其中2路光电隔离输出，8路继电器输出，可扩充到18路。3.2.3 输出参数：触发脉冲：可供三相全控整流桥用的六相双脉冲，脉冲宽度100uS,可同时触发4组以下并联运行的三相全控桥；同时可提供单相全（半）控桥触发脉冲。D/A输出：2路隔离的D/A转换器，每一路D/A输出均可以在菜单具体选择要输出的变量。D/A量程：-2V+2V（隔离）420mA（可选）:每一个控制器均可输出2路420mA信号（隔离），可在菜单选择任意输出变量。3.2.4 网络接口 串口1：RS-232 （隔离） 串口2：RS-485 （隔离） CAN总线：CANH、CANL（隔离）通讯协议：标准modbus协议3.2.5 电源参数 工作交流电源：来自励磁变副边或永磁机输出（三机） 工作直流电源：DC220V20%或DC110V20% 辅助交流电源：厂用AC220V15% 电源功率： 小于400瓦3.2.6 指标参数GEX-2000 发电机励磁调节器全面满足或优于GB/T 7409.3-1997对大、中型同步发电机励磁系统技术要求。具体指标参数如下：1. CPU类型：32位高速DSP芯片2. CPU速度：最高150MHz3. 可控硅控制角分辨率：0.0048度/码4. A/D 转换量分辨率：2-14，16 路。5. 控制计算调节速度：3.3 毫秒6. 调压范围：5%130%7. 调压精度：50%，发信号，限制增磁 H080%，切手动运行，并且手动运行给定值设为90%Ifdn H010%，可以复归过励信号 V/Hz 限制和保护V/Hz是为了防止发电机及其出口变压器出现磁饱和。限制和保护的原则是： (a) 当 V/Hz设定值时，闭锁增磁,发过 V/Hz信号，限制增磁。(b) 当 V/Hz(设定值时+0.05)，面板 V/Hz故障指示灯亮，过V/Hz继电器动作，励磁调节器转为手动方式运行。切手动1S后，如果V/Hz仍然动作，则本通道退出运行。 (c ) 当频率大于45Hz，小于47.5Hz，等比例减小自动运行电压给定值。(d) 当频率低于45Hz时，立即退出运行。 系统自检保护系统自检功能含存储器校验、电源检测、可控硅故障，通讯故障等、当有故障发生时，发通道故障信号，同时本通道退出运行。对于主备用系统，备用通道自投。8. 故障录波记录故障前10秒，故障后10秒所有采集到的模拟量数据。GEX-2000 按先进先出的原则记录5组录波数据，波形能显示在液晶屏幕上，也可以上传到上位机进行分析打印。9. 试验录波能够记录试验启动前1秒，后19秒的通道的录波数据，记录通道为12个，波形能显示在液晶屏幕上，也可以上传到上位机进行分析打印。在菜单上能设定阶跃响试验的阶跃量和阶跃时间。10. 事件记忆SOE按照时间的先后记录20组事件发生的时间（精确到毫秒），包括：运行操作信号如通道投入、退出；开关量输入信号，如：灭磁开关的合、分闸； 11. 故障追忆按照时间先后记录20 组故障发生的时刻（精确到毫秒），故障动作值。12. 试验功能通过此功能可以设置信号相加点的位置，PSS有补偿试验使能，PSS无补偿试验使能，可以设定调节器按恒定触发角输出，输出触发角大小在设定的最小触发角到设定的最大触发角范围内任意可调。通过这种操作可以测定交流励磁机的时间常数。13. 跟踪切换手动运行方式时，自动通道实时跟踪发电机电压；自动运行时，手动通道延时30秒跟踪转子电流（或输出电流）。两种运行方式之间能进行无扰动切换。双自动通道之间通过CAN总线高速通讯将双方的运行数据进行交换，完成备用通道对运行通道的跟踪，同时，调节器根据转子电流计算出对应的触发角，这两种跟踪方式的跟踪结果实时进行比较，以防止由于通讯过程中可能发生的误码，导致错误跟踪，进一步保证了系统的可靠性。在通道进行人为切换试验前，先检查备用通道的工作状态应该在跟踪状态，跟踪通道的显示的触发角和运行通道的触发角基本相等，自动电压给定值UGR基本相等，IFR也基本相等。14. 运行方式的选择调节器具有以下四种运行方式选择： 恒