ex2100励磁系统说明

1、g GE工业系统集团工业系统集团GE 工业系统GE 技术规范 No. _, Revision 0 GE 技术规范技术规范EX2100MB多桥励磁系统多桥励磁系统g GE工业系统集团工业系统集团GE 工业系统GE 技术规范 No. _, Revision 0 第一章 第四节 目 录 1.前言前言11.1 多桥励磁系统概况多桥励磁系统概况32.EX2100 的额定值和硬件说明的额定值和硬件说明42.1遵守的规范遵守的规范42.2环境规范环境规范52.3外壳外壳62.4控制模块控制模块72.5冗余的控制系统冗余的控制系统82.6在线检修特性在线检修特性 (选项选项)82.7功率整流桥功率整流桥92.

2、8直流磁场断路器直流磁场断路器112.9励磁装置的电源模块励磁装置的电源模块122.10励磁装置的电源励磁装置的电源142.11灭磁模块灭磁模块142.12屏体加热器屏体加热器142.13轴电压抑制器轴电压抑制器142.14起磁装置起磁装置142.15PT 和和 CT 隔离开关隔离开关142.16励磁装置接点端子排励磁装置接点端子排142.17励磁装置端子排励磁装置端子排152.18控制人员接口（控制人员接口（COI）(选项选项)162.19VERSAMAX 远程远程 I/O 控制部件控制部件172.20电力系统稳定器电力系统稳定器173.EX2100 的软件功能的软件功能183.1 概述概述

3、183.2 软件变送器软件变送器193.3 自动电压调节器（自动电压调节器（AUTO REF）193.4 手动调节器参考值（手动调节器参考值（MANUAL REF）193.5 自动和手动给定值跟踪（自动和手动给定值跟踪（TRACKING 跟踪）跟踪）203.6 励磁装置励磁装置 AVR 的给定值（的给定值（EXASP）213.7 低励磁限制器（低励磁限制器（UEL）213.8 无功电流补偿（无功电流补偿（RCC/ARCC）213.9 电压互感器熔丝故障检测（电压互感器熔丝故障检测（PTFD）21g GE工业系统集团工业系统集团GE 工业系统GE 技术规范 No. _, Revision 0 3

4、.10 发电机转子绕组的温度计算发电机转子绕组的温度计算213.11 运行人员控制模拟器运行人员控制模拟器223.12 电压电压/频率限制器（频率限制器（V/HZ LIM）223.13 自动电压调节器（自动电压调节器（AVR）223.14 手动调节器（手动调节器（FVR 或或 FCR）223.15 过励磁限制器（过励磁限制器（OEL）233.16 手动范围限制器手动范围限制器233.17 无功功率无功功率 VAR/功率因数功率因数 PF 控制控制233.18 单元数据高速接口（单元数据高速接口（UDH）233.19DCS 接口（接口（MODBUS）243.20 电压电压/频率频率 V/HZ保护

5、（保护（24G）243.21 过励磁保护（过励磁保护（OET）243.22 发电机过电压跳闸（发电机过电压跳闸（59G）243.23 电压互感器熔丝熔断检测（电压互感器熔丝熔断检测（PTFD）243.24 励磁装置相不平衡（励磁装置相不平衡（EUT）253.25 空载过励磁保护（空载过励磁保护（OLOT）254.EX2100 的远方和就地的控制的远方和就地的控制/指示指示264.1 诊断接口键盘诊断接口键盘265.EX2100 的通讯接口的通讯接口275.1 单元数据高速接口（单元数据高速接口（UDH）275.2DCS 接口（接口（MODBUS）276EX2100 编程和维修工具编程和维修工具

6、286.1 编程工具编程工具287EX2100 的试验的试验297.1 工厂试验工厂试验297.2顾客见证试验顾客见证试验298 文件文件308.1 电子媒体电子媒体308.2 资料资料309.备件备件31g GE工业系统集团工业系统集团GE 工业系统GE 技术规范 No. _, Revision 0 10.对用户的要求对用户的要求3211X2100 和和 PPS 的的 IEEE 模型模型3311.1EX2100 的的 IEEE 模型模型3311.2EX2100 中中 PSS 的的 IEEE 模型模型34 参考文献GEH-6414 配置 EX2100 励磁控制的控制系统工具箱（PDF）GEA-

7、S1028EX2100 励磁控制销售简介（PDF）GEH-6632 EX2100 数字式励磁装置用户指南GEH-6633 EX2100 维修，零件更换，故障处理指南 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 11. 前言前言 EX2100 励磁系统是 GE 的最新的控制技术发展成果，可用于汽轮发电机、燃气发电机和水力发电机的新建和改造工程。GE 公司在最近的 40 年中，在 70 多个国家已经提供了6000 多套静态励磁系统。EX2100 是 GE 的第三代数字励磁系统。这种励磁系统提供的主要优点是： 在更快的响应，更好的调节，和没有热漂移等方面的性能都得到了

8、改进。 在通电时自检测，故障显示，和广泛的整流桥监测等方面有更好诊断技术。 更高的可靠性。 保护性能得到了改进。 以生动图表（屏幕显示）改进了用户界面，更便于查看运行中的系统信息。 EX2100 可以有几种配置，为全静态励磁系统提供实用的灵活性。这些系统可用于电势源（只有电压） ，或复合源（有电压和电流） 。 EX2100 的硬件包括一个控制块，电源块，用户界面子系统，操作员界面屏，控制电源输入模块和功率整流模块。功率整流模块是由整流桥界面子系统，功率整流桥，交流和直流过滤网络，和交流和/或直流隔离设备等所组成。 EX2100 支持 EthernetTM以太局域网（LAN）与以下设备进行通讯：

9、 控制系统工具箱（TOOLBOX） Mark VI 汽轮机控制系统和采用以太网全球数据（EGD）规约的 HMI（人机接口） 。 静态启动器 GE OnSiteTM 远程诊断中心在没有 HMI 的人机接口的情况下，EX2100 也可以支持一个 RS-232，或以太网ModBus 接口，接到用户的 DCS（分布式控制系统） 。EX2100 含有一个强大的诊断系统和一个控制模拟器，以支持快速安装，控制参数的调整和进行人员培训。在下一页中的图 1 是一张简化的单线图，它说明一个典型的 EX2100MB 系统。 本建议是秘密的提供给买方作为评估用，其内容是 GE 公司的专利。当接收本文件时，买方同意，除

10、买方组织内必须对它评估的人员之外不泄漏它的内容。在没有 GE 的事先的书面同意，本文件不能被复制。本文件中所列设备是以初步设计为基础，在最终完成设计时，将会有所改变。根据 GE 的书面要求，本文件将收回。 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 2GeneratorACLoadActive FieldGround DetectorDeexcitationShaft VoltageSuppressionPTCustomer I/OCurrentVoltageBridge I/OUnitDataHighwaySuppliesPowerControlDCAC(Ke

11、ypad)InterfaceDiagnosticI/OM1ControlGating SelectorTo BridgeFiringPPTAC BusLine FilterPowerConversionModules(Bridge #1)FlashingControlACDC CBShuntPT:CT:CB:I/O:PPT:Potential TransformerCurrent TransformerCircuit BreakerInput/OutputPower Potential TransformerCTNewControlM2ControlCDC BusNewDC+-Isolatio

12、n Switch5 PoleConversion(Bridge #2-3)ModulesPowerNewIsophase BusCT50515150CT5 极隔离开关为选项. 图 1. EX2100MB 多桥励磁系统典型单线图 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 31.1多桥励多桥励磁系统概况磁系统概况EX2100MB 是一种数字式，电势源的静态励磁系统，它采用了最新的硬件和软件科技成果，为满足用户和运行的需求，该产品具有完整的控制和保护功能。EX2100 可以配置多达 4 个三相全波的可逆变的可控硅整流桥，为主交流发电机的励磁绕组提供励磁功率。所有的控

13、制和保护功能都是由系统软件来完成。它没有移动部件。例如在老式励磁系统中的由电动机操作的整定器。数字技术结合 GE 的超过 45 年的静态励磁设计经验，使得 EX2100 具有 99.98%的可用率。EX2100MB 的基本配置是由冗余的控制器和与之相连的多个整流桥（或称为功率变换模块 PCM）所组成。冗余的控制器设计为 M1,M2 和 C。在基本的系统中，控制器 M1 被称为 Master 1（主站 1） ，控制器 M2 被称为 Master2（主站 2） ，而控制器 C 被称为主站监视器（Master Control Monitor） ，并由它决定是否应当进行主站的切换。由于 M1 或 M2

14、 都可以是工作的主站（Master） ，而 C 是主站监视器（Monitor） ，发电机电压和电流的测量信号都被连接到这三个控制器中的每一个。工作中的主站（Master）承担整个励磁系统的控制工作。备用的主站在功能上与工作中的主站是相同的，只是在备用状态下，它不对可控硅整流桥发送任何触发命令，它的自动电压调节器（AVR）回路不停的跟踪发电机的端电压，而手动电压调节器（FVR）则跟踪发电机的励磁电压。这样做是为了保证从某一主站到另一主站的平稳切换。在工作主站和备用主站中，AVR 之间和 FVR 之间分别进行自动跟踪。由于这种冗余的配置，当一个主站（Master） ，或一个监视器（Monitor）

15、故障而退出运行时，该励磁系统可以继续工作。当有在线（On-line）维修选项时，故障的控制设备可以拆下来，进行修理后， 再转为在线（On-line） ，而不必使整个励磁系统停运。采用在线（On-line）维修选项，每一个整流桥（PCM）/控制器（Controller）都有一套手动的隔离装置，可以隔离该装置的交直流电源。 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 42. EX2100 的额定值和硬件说明的额定值和硬件说明 该励磁系统的连续输出电流是_ ADC, 连续输出电压是_VDC，其强励能力为发电机额定励磁电压的_倍。2.1遵守的规范遵守的规范 EX2100

16、 是按表 1 所列的标准的约束和条件来设计和执行的。表 1 EX2100 遵守的规范ANSI/IEEE 标准421.1 同步电机励磁系统的标准定义421.2 励磁控制系统的动态性能的标识，测试和评估导则421.3 同步电机励磁系统高电压试验的要求421.4 励磁系统规范的准备导则421.5 励磁系统关于系统稳定研究推荐的方法C57.12.01 干式配电和电力变压器的一般要求，包括固态浇注和/或树脂灌封的绕组C57.110 提供非正弦负荷电流时确定变压器容量推荐的方法C57.116 直接与发电机连接的变压器的 IEEE 导则C37.90.1 保护继电器和继电保护装置的冲击耐受能力（SWC）试验C

17、57.18.10 半导体电力整流变压器的要求和操作规程其它标准UL 508A 工业控制设备的安全标准UL 50BC 功率变换设备的标准CSA 22.2 NO.14 工业控制设备UL 796 印刷电路板IEC EN 55011 工业设备的辐射IEC EN 61000-4 工业设备的抗干扰性通用建筑法规（UBC）地震法规 2312 节第 4 部分NFPA NEC（国家电气法规）CEL 加拿大电气法规 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 52.2环境规范环境规范 GE 的 EX2100 数字式励磁系统是按室内工业环境中运行的条件来设计和制造的。 表 2 列出了

18、 EX2100 的环境限制。表 2 EX2100 的环境限制温度/湿度 最低温度-0 最高温度-40 最大温度变化率-0.1/min 最大相对湿度-95%（不结露） 最大相对湿度变化率-1%/min气体： 腐蚀性气体在 40和相对湿度为 50% 时的最大浓度（按照 EN50178:1994 A.6.1.4 节 A.2(m)表） 二氧化硫(SO2)-30PPB 硫化氢（H2S）-10PPB 氮雾（NOX）-30PPB 氯（Cl2）-10PPB 氟化氢（HF）-10PPB 氨（NH3）-500PPB 臭氧（O3）-5PPB微粒 微粒的大小对下列物质为 10-100m 氧化铝 墨水 沙粒/沙土尘埃

19、水泥 棉绒 金属氧化物煤/碳尘埃 纸煤烟地震 通用建筑法规（UBC）-地震法规 2312 第 4 部分震动 0.075mm 振幅，10Hz-57Hz；1G 57Hz-150Hz,正弦运动 最大 1.0G 水平，0.5G 垂直15-120Hz海拔 正常运行：3000ft. (101.3-89.8kpa) 扩展运行：3000-9999ft. (89.8-69.7kpa) 运输：15000ft. 最大（57.2kpa） 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 62.3外壳外壳图 2 提供了一张典型的 3 桥 EX2100MB 励磁装置的平面布置图。该励磁装置是按N

20、EMA1/IP20 单独直立。室内型楼板上安装的金属柜。该励磁装置是由多个金属柜用螺栓连在一起。交流和直流回路的进出线连接可以是从顶部和/或底部。连接到整流变（PPT）的交流回路，和连接到励磁绕组的直流回路，可以用母线或电缆。推荐采用母线。该设备是按运行于环境温度范围为 0-40而设计的。每一个柜子是由刚性，自立，封闭的盘所组成，带有全高的门，以便于接近内部的设备。某些柜子要求后面可以打开，其它的屏的背面不可以打开。每一个门配有适当的把手，三点门栓，并备有锁。整流桥的门和电源辅助柜没有设把手，而是用螺栓固定，以满足法规的要求。门的外表面的标准颜色是 ANSI-70（浅灰） 。外壳前面的最小间距

21、是 915mm，以便于门的打开和风扇的维修。EX2100MB 柜的高度是 2650mm，柜顶的最小间距是 153mm。以便于空气的排出（推荐采用 306mm 间距） 。 图 2 三桥 EX2100MB 的平面布置10001000100010001000100060023.61200 mm47.2 in60023.639.439.439.439.439.439.46000 mmShip Split236.4 inCtrlAc EntryDc EntryAuxDiscDiscDisc 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 72.4控制模块控制模块 控制模块（图

22、 3）是一个机箱和总线板，总线板用于与 I/O 板的连接。该机箱根据M1,M2,C 三个控制站的需要，被分为三个独立的供电区。每一个控制站由控制板和 I/O 处理器板组成。一个单一的控制器，如下所示，仅包含一个 M1 控制站。一个冗余的控制器包含所有三个控制站。控制器的设备最多为 5 块电路板： 主处理器板（ACLA） 数字信号处理器站（DSPX） IS 总线通讯板（EISB） 二个 I/O 板（EMIO 和 ESEL）这些板都是通过 VMK 总线板相互连接起来，并用电缆连接到与它们相对应的的 I/O端子板上。图 4 是典型的 EX2100 的通讯情况图 3 EX2100 的控制模块 第一章

23、第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 8 ACLAM1DSPXM1ACLAM2DSPXM2DSPXCEthernet Data Highway (EGD, Modbus)ISBusCommunicationwith Mark VI, HMI,and LCI Static StarterCommunication acrossVME backplaneSerialModbusSerialModbusDPMDPMHMI: Human Machine InterfaceLCI: Load Commutated Inverter(Static Starter)M1:Con

24、trol Module Master #1M2:Control Module Maser #2C:Control Module ProtectionDPM:Dual-Ported MemoryEGD:Ethernet Global Data图 4 典型的 EX2100 通讯2.5冗余的控制系统冗余的控制系统EX2100MB 在应用中的可靠性是由冗余的控制系统所保证的。这种冗余的控制系统有三个控制站和三个冗余的电源，每一个电源用于一个控制站。这三个电源架也有三个接地监测模块。图 5 所示三个 EDCF（励磁直流反馈）板，如果需要，它也可以有三个EPCT（PT 和 CT 接口）板。为了与汽轮机控制

25、和人机接口（HMI）的通讯有冗余，用两根以太网电缆连接到 ACLA 控制器（一根接到 M1，另一根接到 M2） 。两个键盘如图示接到 M1 和 M2。冗余的控制功能所提供的冗余的主站，与冗余的可控硅整流桥相结合，显著的提高了系统的可靠性。如果工作中的（ACTIVE）主站故障，主控监视器（C- Controller）将自动地把控制器切换到备用的（BACKUP）主站上运行。运行人员可以选择 M1 或 M2 的任何一个作为工作的主站。由于整流桥的（n+1）冗余，和建立在励磁系统中的控制的冗余，本励磁系统在任何一个整流桥或任何一个控制主站退出运行时，能够提供满负荷电流和过负荷运行。(满负荷运行为 11

26、0%额定励磁电流, 过负荷运行为_%额定励磁电流运行_秒) 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 92.6在线检修特性在线检修特性 (选项选项)每一个整流桥（PCM）/控制器（Controller）模块都有一套手动的隔离装置，可以隔离该装置的交直流电源。这个特性可以保证对故障进行检修并恢复运行而不必停机。 图 5 典型的冗余控制 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 102.7功率整流桥功率整流桥EX2100MB 数字励磁系统中的多个三相全波、可逆变晶闸管整流桥（SCR）被用作标准的功率转换模块。图 6 表示一个典型的

27、 EX2100MB 系统（只表示一个整流桥） 。为得到最佳的性能，该可逆整流桥提供正向和反向强励电压。正向和反向顶值电压在 25 毫秒以内达到。在甩负荷和灭磁过程中，反向强励电压能提供快速灭磁。每一个晶闸管桥都有晶闸管保护回路，例如阻容保护、过滤器和快速熔断器（如图 6 所示） 。电感线圈设置在整流桥的交流桥臂中，以保证多桥之间的均流。阻容保护是从每一个可控硅元件的阳极接到阴极的 RC 回路。可控硅元件的阻容保护、交流侧的阻容保护，以及线路中的电感线圈，结合起来完成以下功能，以保证整流桥的正常运行。 限制通过可控硅元件的电流变化率，和提供一个电流“储存处” ，以利于起始导通。 限制跨于可控硅元

28、件上的电压变化率，并在可控硅元件的换相过程中，限制可控硅元件上出现的反向电压。对于本工程的应用，按照规范要求，强励顶值电流是_%的额定励磁电流，持续_秒，强励顶值电压是_%的额定励磁电压。图 6 典型的 SCR 回路 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 112.8直流磁场断路器直流磁场断路器直流磁场断路器是装在晶闸管桥输出正极，它布置在 EX2100MB 装置的 DC 进线柜中(DC Entry)。 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 122.9励磁装置的电源模块励磁装置的电源模块励磁系统的电源模块（EPSM）将由

29、励磁系统配电模块（EPDM）来的 125VDC 变换为励磁系统的控制系统机板所要求的电压。图 7 表示的是在典型的冗余控制系统中的 EPDM和 EPSM 的配置。EPSM 板有二个主要部分：其一是分段调节器（BUCK REGULATOR） ，它接受 125VDC 的输入，并供给一个多分接头切换的隔离变压器的原边。其二是变换部分，它产生+5，+15，-15，24，和 70VDC 电源输出。EPBP 电源总线板被用于安装和分配 EPSM 板的输入和输出，并安装电源接地检测模块。每一个控制站 M1,M2,C 都有一个独立的电源模块。这些模块布置在一个电源板中，安装在控制屏中控制机箱的下面。控制机箱的

30、总线板（EBKP）卡住这些控制板，并由 EPSM 提供+5，+15 和+24VDC 电源。电源也提供给 EBKP 以外的如下模块。+24V 用于灭磁模块，Crowbar(短接器)模块(可选项)，接地监测器和励磁电压/电流反馈模块（EDCF） 。单独的+70VDC 接到 EXTB 和 ECTB 板上的接点的一端。EPSM 是一种 6U（6 个单位） VME 型式的机板。其总线板上的连接器 P1 和 P2 将电源从电源板接到箱内，然后由其上的电缆将电源送到励磁控制系统机板的总线板（EBKP）上。 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 13图 7 典型的冗余控制

31、电源配电模块接线图 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 142.10 励磁装置的电源励磁装置的电源 控制电源可以从一个 125V 直流电源和一个或二个交流电源获得。交流电源通过一个外部的 ac/dc 变换模块后，所得到的 125Vdc 通过二极管隔离与其它直流电源结合起来，在 EPDM 板上构成总的直流电源。该电源向控制模块和门脉冲放大器板供电。EPDM板的输出都设有熔丝，通过开关，并有 LED 状态指示灯。整流桥冷却系统用的交流电源，是经过布置在励磁系统中的断路器引来。2.11灭磁模块灭磁模块 灭磁装置的功能，是在停机时消耗发电机磁场中的能量。从控制器

32、、磁场断路器和励磁过电压来的信号，都可触发一个可控硅，该可控硅与一个放电电感线圈(或者电阻)相串联，为灭磁和抑制过电压提供一个放电通路。2.12屏体加热器屏体加热器 屏体加热器保持外屏内的温度至少比环境温度高 5，以防止结露。该加热器由厂用交流电源供电，加热器的额定电压为 240VAC，以获得最大的可用率。2.13轴电压抑制器轴电压抑制器 轴电压抑制器限制将转轴对地电压（由晶闸管换流所引起的）限制到小于 7V（峰值对零） 。轴电压若不能有效地控制，可能损伤油膜和轴承。轴电压抑制器是励磁装置的一部分。2.14起磁装置起磁装置 在顺序启动时，起磁装置为发电机的转子绕组提供大约 15%到 20%的空

33、载励磁电流，起磁电源为 380V AC。2.15PT和和CT隔离开关隔离开关 这些刀型开关可用于隔离由电压调节器来的 PT 和 CT 的反馈信号。CT 的隔离开关都是短路型的，以防止当开关断开时，意外造成 CT 地开路。2.16励磁装置接点端子排励磁装置接点端子排 ECTB 板安装励磁系统输入输出接点端子排，该板有 2 个跳闸输出接点，供跳机用； 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 154 个由 EMIO 板控制的通用 C 型继电器输出接点；6 个辅助输入接点，接在 ECTB 板上的 70V 的电压上。同时，52G 和 86G 辅助输入接点也有 ECTB

34、 供电并监测。在冗余的方式下，70Vdc 电源来自 M1 和 M2 的电源。2.17励磁装置端子排励磁装置端子排EXTB 板安装辅助继电器的输入输出接点和信号处理回路。EXTB 通过 EBKP 的总线板上的电缆连接到 EMIO。磁场断路器 41，起励接触器 53A 和 53B 的辅助继电器都安装在这块板上，再加上跳闸继电器的 41T 和灭磁继电器 KDEP 的辅助继电器。从 EDEX 板来的灭磁的状态信号都在EXTB 板上进行处理，并送到 EMIO。3 个由 41，53A 和 53B 来的输入接点，都接在EXTB 板上的 70Vdc 电压上。接点的电源来自 M1 和 M2 的冗余电源，而结果的

35、状态信号都被送到在控制机箱中的 EMIO 板。为了控制励磁回路中的磁场断路器，EXTB 可以有不同的组合。 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 162.18 控制人员接口（控制人员接口（COI）(选项选项)作为选项, 可提供一个（1）控制人员接口（COI） 。COI 为发电机励磁装置提供方便的彩色的触摸屏接口。COI 的某些特性，包括以下各项一个触摸屏 PC内含 Windows NT4.0EGD 数据通讯硬件，生产软件的配置在交货运输以前正式要求的屏幕的生成和下载通过工具盒经以太网进行屏幕中的一个页面如下所示 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范

36、No_, Revision 0 172.19 Versamax 远程远程I/O控制部件控制部件 Versamax 提供进入 EX2100 系统 I/O 的多种形式。每一个现场控制功能块是由一个母线接口单元（BIU） ，多达 4 个现场端子排，8 个现场 I/O 模块所组成。应用 Versamax 控制模块和 EX2100，系统可以设计得准确地满足你的应用中的需要，并且当你的应用需要改变时，该系统可以很方便地升级。2.20电力系统稳定器电力系统稳定器PSS 对自动电压调节器提供一种附加的输入，以改善电力系统的动态性能。许多不同的量可以用于 PSS，就如轴的转速，频率，同步发电机的电功率，加速功率

37、，或者是这些信号的某种组合。在 EX2100 中提供的 PSS，是一种多输入系统，它采用同步发电机电功率和内部频率（它近似于转子速度） ，以得到一个与转子转速成正比的信号。这是从加速功率的积分而得出来的，但是其轴系扭振信号已大大的削弱。要实现 PSS 要求三相 PT 和二相 CT 都接到 EX2100。 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 183.EX2100 的软件功能的软件功能3.1概述概述EX2100 软件是为了获得高性能而设计的，而其结构安排则是为了便于用户和现场工程师理解、安装、试运行、调试和维护本励磁系统。下面软件功能框图所示的各部分表示了主

38、要的软件功能。 Generator Field Voltage/Current Sensing DC Regulator AC Regulator Exciter Bridge AC Voltage adjust DC Voltage adjust Exciter System Stabilizer Circuits Over-excitation Limiter Under-excitation Limiter V/Hz Limiter & Protection Voltage Sensing & Load Compensation Power System Stabiliz

39、er 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 193.2软件变送器软件变送器 精巧复杂的软件变送系统集成于高性能的 EX2100 系统中。发电机的电压互感器（PT）和电流互感器（CT）是自动调节器、大多数限制器以及保护功能所需的控制信号源。该系统同时对交流波形进行高速采样，并且软件中采用先进的数学计算方法，产生所需的各种数字式变量。软件变送器系统的输出包括以下各项： 发电机电压 发电机有功电流（相有功功率的平均值） 发电机无功电流（相无功功率的平均值） 发电机频率（电流） 滑差（表示转子转速变化的信号）变送器系统使用上述输出，再计算出以下各项： 发电机的有功

40、率和无功功率 发电机磁通量的数值（V/HZ） 相角和功率因数 自动调节器给定值（AUTO REF）3.3自动电压调节器（自动电压调节器（AUTO REF）本功能提供发电机端电压的自动控制在 0.10%范围内（从空载到满额定负载） 。控制范围的限制一般是 70%-110%的额定电压。其上限和下限可以调节。本功能块为自动电压调节器（AVR）产生给定值。操作员的命令（增磁和减磁）可直接输入，或通过数据通讯从某一 HMI 操作员站、电厂的 DCS、远方调度系统输入。本功能块可以设置上限和下限值、预置和增磁/减磁的速率。3.4手动调节器参考值（手动调节器参考值（MANUAL REF）本功能块为手动电压调

41、接器（MVR）产生给定值。操作员的命令（增磁和减磁）可直接输入，或通过数据通讯从某一 HMI 操作员站、电厂的 DCS、远方调度系统输入。本功能块可以设置上限和下限值、预置和增磁/减磁的速率。 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 20AUTOREFPSSUELAVRPowerSystemStabilizerUnderExcitationLimitGeneratorTerminalVoltageWattsAVRSetpointandTracking(VMAG)AutomaticVoltageRegulatorFVRTrackValueSetpointEXA

42、SPExciter AVRSetpoint.SetpointV/Hz Limit;ReactiveCurrentCompen-sation.FrequencyVMAGVMAGSlipExternalRaise/LowerMANUALREFFVRField VoltageRegulatorFCRField CurrentRegulatorMin.Field Voltage Regulator SetpointFiringCommdtoBridgeField Volts from Bridge OutputFCR Setpoint(User Input) Field Current from Br

43、idge DC ShuntExternalRaise/LowerWattsVARsReactiveCurrent3.5自动和手动给定值跟踪（自动和手动给定值跟踪（TRACKING跟踪）跟踪）这些软件的功能是，调整非工作的调节器的输出，以自动地跟踪工作中的调节器。也就是说，当自动调节器正在控制发电机时，手动调节器跟踪。而当手动调节器正在控制发电机时，自动调节器跟踪。这就实现了，当从某一调节器切换到另一调节器时的平稳过渡。 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 213.6励磁装置励磁装置AVR的给定值（的给定值（EXASP）励磁装置 AVR 的给定值功能块在综

44、合一系列功能后形成一个给定值，输入到 AVR，其变化则支持调节器的跟踪。从该功能输出的给定值是以下各项的总和： 从 PSS 功能块来的稳定信号 AVR REF（AVR 参考值）功能块的输出 从 UEL（低励磁限制）功能块来的限制信号 从 RCC（无功电流补偿）功能块来的输出 发电机频率和电压相结合而构成的 V/HZ 限制器信号 外部测试信号，如白噪音和阶跃信号的输入3.7低励磁限制器（低励磁限制器（UEL）UEL 是一种辅助的控制，以限制自动电压调节器低励时的无功电流。UEL 防止励磁电流降低到低于小信号（静态）稳定极限，或者定子铁芯端部发热极限。UEL 的工作区域确定在发电机容量曲线上。3.

45、8无功电流补偿（无功电流补偿（RCC/ARCC）无功电流补偿（RCC） （或并联运行）模式，使得并联运行的发电机之间可以按比例分配无功电流。当运行于有功无功电流补偿（ARCC）模式时，可以按远离发电机端的某一点的电压来调节，以补偿线路压降。3.9电压互感器熔丝故障检测（电压互感器熔丝故障检测（PTFD）本功能将测量的三相反馈电压与 PPT（励磁变压器）副边来三相电压进行比较。如果测量的电压消失，或者它是单相的，这时就会切换到手动调节模式，并提供一个报警输出。如果整流桥的电源是从某一厂用母线段输入的，则必须提供某种与运行的发电机端电压相关其它的三相电压信号的作为参考。3.10发电机转子绕组的温度

46、计算发电机转子绕组的温度计算这项功能以转子绕组上的电压除以转子绕组中的电流来测量转子绕组的电阻。按照已知的 25C 时的转子绕组电阻，和铜导体的电阻随温度线性变化的规律，用运算方法计算其运行温度。它有一个可调整的高温报警输出接点。 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 223.11运行人员控制模拟器运行人员控制模拟器励磁系统软件中含有一个精确的发电机模型。它可以配置成很近似地描述发电机的实际运行状态。在机组停运时，可以用它进行人员的培训和对调节器、限制器和保护功能进行校验。3.12电压电压/频率限制器（频率限制器（V/Hz Lim）本功能的作用是按照在 E

47、X2100 中可编程的整定，限制发电机电压与频率的比值。该功能使用从软件变送器来的二个输入，即发电机电压和频率的平均值，而且它的 V/Hz 比值是可整定的。一般认为，在额定频率时，发电机端电压在额定值的5%范围内运行是可以接受的。3.13自动电压调节器（自动电压调节器（AVR）AVR 的功能是，在负荷和运行条件改变时，维持发电机端子电压恒定。其偏差值（发电机电压平均值减去由 EXASP 功能模块来的综合给定值）输入到无差式比例-积分（PI）调节器。在大多数应用中，在 AVR 为可用时，AVR 控制器的输出是直接控制可控硅整流桥门极触发用的脉冲发生器。 在某些要求有内部闭环调节器的应用中，例如在

48、复合源（电压和电流源）励磁装置和某些高顶值的励磁装置中，手动调节器利用由 AVR 的输出作为给定输入。本功能提供发电机端电压的自动控制在 0.10%范围内（从空载到满负荷负载） 。控制范围的限制一般是 70%-110%的额定电压。其上限和下限可以调节。3.14手动调节器（手动调节器（FVR或或FCR） 手动调节器的功能是控制发电机的励磁电压或励磁电流，而放开发电机的输出电压。手动调节器与 AVR 一样，采用无差式比例-积分（PI）调节器，当它是可用时，它的控制输出是直接控制可控硅整流桥门极触发用的脉冲发生器。手动调节器有二个输入：给定或参考值在大多数应用中，手动调节器的给定仅仅来自手动给定功能

49、块，在运行人员选择手动或控制方式切换之后，只由它控制功率整流桥。对于要求有内部闭环调节与 AVR 一起使用的情况下，当 AVR 正在控制发电机时，手动调节器的给定来自 AVR 控制器的输出。 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 23发电机磁场反馈（简要说明手动调节器的型式） 在大多数应用中，典型的手动调节器是励磁电压调节器（FVR） ，并采用发电机励磁电压作为反馈输入。虽然 FVR 确实允许励磁电流作为励磁绕组电阻的函数而变化，GE 还是选择 FVR 作为它的标准的手动调节器，以使手动调节器完全独立于过励磁限制器。励磁电流调节器（FCR）是手动调节器的特

50、殊应用，并采用发电机励磁电流作为反馈输入。虽然它确实在励磁绕组温度变化时，调节得到恒定的励磁电流，GE 并不选择 FCR 作为它的标准的手动调节器。因为它不利于从过励磁限制器来的信号的独立性。3.15过励磁限制器（过励磁限制器（OEL）本功能保护发电机励磁绕组不会因为有不正常的大励磁电流而造成损伤。这种大电流，超过一定的时限，能使励磁绕组过热并造成损伤。发电机磁场绕组都是按 ANSI 标准C50.13 的规定而设计的，它规定了设计时应执行的过电压对时间的函数。该标准用曲线来描述了作为时间和电流的函数的励磁绕组的发热情况，OEL 的设计近似于励磁电压对时间的曲线。OEL 输出直接控制功率整流桥的

51、触发脉冲发生器，因此，不论是在自动调节器节模式或是在手动调节模式，它都能保护发电机励磁绕组不受损伤。该功能在正常运行状态下并不工作。该功能使励磁装置能够对发电机任何的故障状态响应，在没有电流限制的情况下工作约一秒，在此时间以后，一个二段式电流限制器就被启动。第一段通常将励磁电流限制在某一高值。第二段为对加于励磁绕组的热负荷按已知的励磁绕组的热时间常数进行积分，直到达到励磁绕组的热限制值，此时，OEL 切换到较低的限制值，当事故过去以后，积分器按照励磁绕组的放出热量。冷却时间常数比加热时间常数要长。电流的限制值是可以按照发电机的运行模式来整定的。当发电机解列时，就采用空载限制，而当电机并网运行时

52、，就采用负荷限制。3.16手动范围限制器手动范围限制器 当选择手动调节器（FVR 或 FCR）时，本功能限制 EX2100 的低励磁运行。当机组运行于所要求的励磁电压限值之下时，手动范围限制器不允许手动调节器去跟踪自动调节器。3.17无功功率无功功率VAR/功率因数功率因数PF控制控制本功能的实现是由减小 AVR 给定值的变化率来实现的。VAR/PF 是由运行人员的命令来选择的，而且 Var/pf 的值是用增/减磁按钮来控制的。当励磁装置与汽轮机控制系统Mark有通讯时，本功能一般是包括在 Mark系统中。 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 243.1

53、8单元数据高速接口（单元数据高速接口（UDH）单元数据高速通路（UDH）将励磁装置与汽轮机控制系统，人机接口（HMI）或人机接口的监视/数据服务器，以及 GE Fanuc PLC 控制连接起来。UDH 是基于以太网全球数据（EGD）规约。UDH 提供了进入励磁装置的数据窗口，通过它可以监测和控制各种变量。它也支持GE 控制系统工具盒（toolbox）的配置和励磁装置的维修工具。3.19 DCS接口（接口（ModBus） 本励磁装置能支持 ModBus RTU 子数据链，以便与用户的 DCS 系统接口。该数据链可以是基于 RS-232C，或采用 TCP/IP 支持的通过以太网的 10baseT

54、硬件。命令和数据两者都能支持。3.20电压电压/频率频率 V/Hz保护（保护（24G） 本功能用作 V/Hz 限制器的后备。有或没有 C 控制器，都能支持本功能。该保护方案由两个电压/频率的比值组成。一个比值整定为超过 1.1 V/Hz 的标么值，保护具有反时限特性，另一个比值整定为 1.18 V/Hz 的标么值，保护具有 2sec 延时。跳闸和延时整定点两者都是可调整的。在运行中，这意味着：从 1.0 到 1.10 标么值，不出现报警或跳闸。从 1.10 到不超过 1.18 标么值，报警被激活，跳闸时间与 V/Hz 值的大小成反比。在 1.18 标么值，跳闸时间是 45sec（从 6-60s

55、ec 可调） 。如果 V/Hz 超过 1.18 标么值，不论是立即超过或是在反时限的过程中，跳闸将在2sec（从 1.7-2.8sec 可调）以内发生。3.21过励磁保护（过励磁保护（OET） 本功能是用作过励磁限制的后备，有或没有 C 控制器都支持本功能，如果出现过励磁状态，而且过励磁限制器又不能限制它，就发出跳闸信号。这一功能近似于 ANSI 标准C50.13 所定义的励磁电压对时间的关系曲线。3.22发电机过电压跳闸（发电机过电压跳闸（59G） 本功能监测发电机电枢电压，当检测到不可接受的高电压时，发出跳闸信号。3.23电压互感器熔丝熔断检测（电压互感器熔丝熔断检测（PTFD） 本功能检

56、测自动电压调节器的 PT 反馈电压是否丢失。如果测量的电压丢失，或者它 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 25变成单相，就将功能切换至于手动调节器，并提供一个报警输出。如果整流变压器（PPT）是由厂用母线供电，而不是由发电机端子供电，那就必须提供第二套 PT 信号，以独立地监测发电机端子的电压。3.24励磁装置相不平衡（励磁装置相不平衡（EUT）本功能监视励磁变压器的二次侧的三相电压。如果存在电压相间不平衡状态，就发出报警，并在一段延时后，发出跳闸信号。3.25空载过励磁保护（空载过励磁保护（OLOT）本功能是在发电机解列情况下，用于过励磁限制的后备。

57、如果发电机解列后的励磁电流超过 120%的空载励磁电流，不论是自动调节器方式，还是手动调节器方式，而限制器又不能限制其过励磁状态，本功能在一段延时后将发出跳闸信号。 第一章 第四节GE 工业系统GE 技术规范 No_, Revision 0 264.EX2100 的远方和就地的控制的远方和就地的控制/指示指示4.1诊断接口键盘诊断接口键盘就地的控制和指示，将通过安装在 EX2100 柜门上的、紧凑的、多功能的操作人员键盘（图 8）所提供的就地控制和诊断功能来完成，M1 和 M2 控制器每一个都有它自己键盘。起动/停止命令、调节器切换命令和调节器的选择，都能从键盘发出。该键盘也有表计显示，指明励

58、磁系统的状态，例如发电机的 MW 和 MVAR 值，励磁电流和励磁电压及调节器的平衡。诊断显示，例如报警历史记录、整定、应用数据和 I/O 接口显示，为运行人员提供了励磁系统的信息。 Exciter Health & State Icons Run (Green) Stop (Red) Reset Faults Command Menu Voltage Level Exciter Control Status Menu Enter Escape Navigation FVR Feedback 0.0 Volts FldCurrAmps 0.00 Amps EX2100 Excitati

59、on Control g -30% 0% 150% Auto Man On Off 100% Vmag Freq_Hz Imag Watts Bal Meter Vars 00.00 0.00 0.00 60.00 0.00 0.00 -30% 0% 150% 100% : : 显示：Status 屏显示，提供表示励磁装置功能和数据的模拟量和数字量。Menu 屏显示，提供对参数，范例，和故障的文本式访问。按钮：按功能组编号Navigation 使用菜单的按钮Excitar Control 励磁装置控制按钮Run 和 Stop 运行和停止按钮图 8 EX2100 键盘 第一章 第四节GE 工业系

60、统GE 技术规范 No_, Revision 0 275.EX2100 的通讯接口的通讯接口5.1单元数据高速接口（单元数据高速接口（UDH）单元数据高速接口（UDH）将励磁装置与汽轮机控制系统，人机接口（HMI）或人机接口页面/数据服务器，以及 GE Fanuc PLC 控制连接起来。UDH 是基于以太网全球数据（EGD）规约。UDH 提供了进入励磁装置的数据窗口，通过它可以监测和控制各种变量。它也支持GE 控制系统工具盒（toolbox）的配置和励磁装置的维护工具。5.2DCS接口（接口（ModBus） 本励磁装置能支持 ModBus RTU 子数据链，以便与用户的 DCS 系统接口。该数据链可以是基于 RS-