北京科电GEX技术说明书出

1、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

2、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

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

4、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

5、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.

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、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。 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

12、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）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

13、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

14、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

15、，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：通过此软件完成励磁系统实时数据显示、故

16、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）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。输出参数：触发脉冲：可供三相全控整流

17、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：DC220V±20%或DC110

18、V±20% 辅助交流电源：厂用AC220V±15% 电源功率： 小于400瓦3.2.6指标参数GEX-2000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：48度/码4. A/D 转换量分辨率：2-14，16路。5. 控制计算调节速度：毫秒6. 调压范围：5%130%7. 调压精度：<0.5%8. 移相范围：0150 度，上下限值可程序设置9. 调差：软件无功调差、正负大小任选级差为±1%。10. 频率特性：频率每变化1%，发电机端电压变化不大小额定值

19、的±0.25%。11. 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。12. 在空载额定电压情况下，当发电机给定阶跃为±10%时，发电机电压超调量小于阶跃量的30%，振荡次数小于2次，调节时间小于5秒。13. 当发电机零起升压时，机端电压超调量不超过额定电压的10%，振荡次数小于2次，调节时间小于5秒14. 工作方式：双柜均流（三机系统），主备用（自励方式）15. 励磁系统装设电力系统稳定器（PSS），其有效频率范围为0.12.5Hz.。同时，设置必要的保护和控制回路。16. 励磁系统的年强行退出比不大于0.0517. 励磁系统抗国标严酷等级为3级电磁干扰

20、试验标准，在受到上述级别的干扰时不应发生误调、失调、误动、拒动等情况。第四章 系统配置电气配置GEX-2000以简单、可靠为原则，针对不同励磁方式进行相应的励磁系统配置。本章就以三机励励磁系统为例作详细介绍。.1 励磁系统框图图 4-1 是GEX-2000 应用于三机励磁方式时的系统方框图。在这种方式下调节器工作在主、备用方式，主、备通道相互通讯，备用通道作为热备用跟踪工作通道，并能进行无扰动切换。对于三机励磁系统，用户也可以选择GEX-2000配置为双柜均流方式。在这种方式下，单柜运行即能满足发电机各种运行工况的要求，双柜均流提高了系统的可靠性。4.1.2输入输出接口示意图 模拟量量程为&#

21、177;5V，操作回路统一使用24V电源。有关信号示意如下： 仪表PT D/A 1 灭磁开关 自动运行 量测PT D/A 2 置 位 手动运行 定子电流 4-20mA 功率柜故障 PSS投入转子(输出)电流 4-20mA 增 磁 恒无功转子(输出)电压 减 磁 恒功率因数测试信号 RS-232 PSS 投/退 限制保护系统电压 RS-485 通道投/退（可选） CAN 运行/跟踪 跳开关 脉冲输出 图 4-1 输入输出接口模拟量输入 信号输出开关量输入 开关量 输出 硬件组成GEX-2000 发电机励磁调节器控制器是一个高度集成化的控制器，包含了从开关电源到脉冲放大等几乎所有的功能插件。每一个

22、控制通道具体包括： 1、开关电源组件1 （+5V，±12V） 2、开关电源组件2 （24V1，24V2） 3、主机板 4、开关量输入输出板 5、脉冲放大板 6、模拟量信号处理板 7、PT/CT及同步变压器板 8、总线后底板 9、键盘及液晶显示面板4.1.4 软件组成GEX-2000 发电机励磁调节器控制器有以下两个软件包支持： 1、EXPID V1.0 发电机励磁控制与调节软件包 2、发电机励磁系统管理软件包4.2 结构配置4.2.1 机柜构成GEX-2000 发电机微机励磁调节装置采用拼装柜结构，柜体平整美观，且柜体强度大大优于焊接柜，柜体前后设门。柜体表面采用喷塑工艺，颜色由买方

23、选择色标。柜内配线走向按强弱电分开，避免相互干扰。控制电缆电流回路用2.5mm的导线，其它用1.5mm导线。导线颜色按国标规定进行区分，交流按黄绿红区分，所有的线缆不允许分支和绞接。所有的线号及号牌用专用的打号机打印，要做到整齐一致、有序可查。水平接地铜母线尺寸不小于6×25mm2，每个屏的接地由螺栓接地母线连至裸露的金属来实现。在母线两端提供接线柱来连接从电站接地网来的120mm2/2×60mm2(4/OAWG)铜芯接地电缆。在励磁柜上提供每个屏蔽设备用的接地端子。柜内可加装防潮加热器以及有门控开关控制的照明设备。调节器柜带透明玻璃前门，便于监视。柜内20%的空端子预留。

24、标准柜体外形尺寸为800×600×2260mm（也可由用户自定），柜子设上下通风窗。4.2.2 分层介绍图 4-3 为自并励机柜正面及背面的视图。1、表计层在柜体的第一层，正面布置的是有关表计，一般装设发电机机端电压表，和转子电流表，对于双柜均流的调节器，装设发电机电压表和本柜输出电流表，便于运行或就地试验监视。表计层的背面，导轨安装信号扩充继电器，用于开关量输出的接点扩充。2、平板电脑层（选配件）平板电脑为选配件。对于选择平板电脑的 GEX-2000 励磁调节器，将平板电脑安装在本层上。平板电脑为触摸屏操作，该电脑配以ESM V1.0 发电机励磁系统管理软件，便能很方便的

25、对励磁调节器的运行进行实时监视、故障记录、波形显示、报表生成、打印输出、试验向导等各种功能。3、操作层（1）主备用工作方式，图 4-3 正视图本层安装4个操作开关，用于在现地对调节器进行操作。通道选择开关用来选择调节器的投入/退出以及当前运行的通道，运行时可以通过此开关进行通道之间无扰动切换。方式选择用来选择调节器工作方式，包括手动运行/自动运行/自动运行+PSS。增/减 开关为自复归型开关，用来调整发电机电压或无功功率的大小,为了防止增/减磁开关节点粘连,程序设置若连续增/减超过三秒,即闭锁增减命令,将开关复归一次,闭锁命令方能解除。主控/就地开关用来选择调节器接受就地命令还是主控的命令，若

26、该开关打到主控位置，上述三个开关作用全部失效，调节器受主控制台上的开关控制；该开关打到就地位置，调节器接受屏上操作开关的命令，主控室相应的操作开关失去作用。运行中进行主控就地切换操作前，应先将主控就地相应的开关位置先对应成一致状态。 交流电源 直流电源 1ZJ 2ZJ 3ZJ 4ZJ 5ZJ 6ZJ COM1 COM2 J1 J2 J3 J4 J5 J6 J7 J8J1 J2 J3 J4 J5 J6 J7 J8 强电 弱电端子 端子 DYB LEM FL1 电源变 输出测量 分流器 背 视 图 正 视 图 子AV a) 柜体表面采用喷塑工艺，颜色由买方提供色标。b) 柜内配线走向按强弱电分开，

27、避免相互干扰。c) 控制电缆电流回路用2.5mm的导线，其它用1.5平方的导线。导线的颜色按国标规定进行区分，交流按黄绿红区分，所有的线缆不允许分支和绞接。d) 所有的线号及号牌用专用的打印机打印，要做到整齐一致。e) 水平接地铜母线尺寸不小于6×25mm2，每个屏的接地是由螺栓接地母线连至裸露的金属来实现。在母线两端应提供接线柱来连接从电站接地网来的120mm2/2×60mm2(4/OAWG)铜芯接地电缆。在励磁柜上提供每个屏蔽设备用的接地端子。f) 柜内可以加装防潮加热器g) 柜内有照明设备h) 调节器柜带玻璃前门，便于监视i) 预留20%的空端子GEX-2000 发电

28、机励磁调节器EE 机端电压 励磁电流 触摸屏（选件） 通道选择 主控/就地 方式选择 增/减 控制器 A 控制器 B 功率单元 A 功率单元 B 1KK1 1KK2 2KK1 2KK2 图 4-3 GEX-2000 励磁调节器布置图 4、控制层控制层是 GEX-2000 发电机微机励磁调节器的核心层（主控单元），它集成了励磁调节器几乎所有的功能板件。控制器采用4U标准机箱，表面氧化处理，美观大方。插件板采用背插方式。图 4-4 a/b为 GEX-2000 控制器的前后视图。在调节器的面板上布置了240*128大屏幕液晶显示器、键盘控制器以及运行指示灯，在面板右下方为RS232接口。图 4-4a

29、GEX-2000 微机励磁控制器前面板图图 4-4bGEX-2000 微机励磁控制器后面板图如图 4-4a所示主控单元的面板的左上角为调节器的型号标识，左下角为公司名称；中部为大屏幕液晶显示器和操作键盘，具体内容见第六章 键盘、显示及操作；在面板的右侧为运行指示区，从上到下依次为：自动运行、手动运行、PSS运行（对于100MW以下发电机组，无需配置PSS，此处为备用）、恒无功、恒功率因数（对于100MW以上机组，无此运行方式，此处为备用）、通道故障，以上六个指示灯除了“通道故障”指示灯为红色以外，其余的指示灯正常状态均为绿灯显示。通道故障指示灯在所有的保护和限制动作时均会动作，具体的动作类型在

30、液晶显示的最上面一行进行显示，如果有几个保护同时动作时，此处只显示最后动作的故障类型，更加详细的动作类型、动作时间以及动作值可以在【菜单故障追忆】中进行查询。从图4-4b看出，控制器的插件板从机箱的后部插入，从左至右一共10块独立的插件板组成，其中含可扩展的备板两块。机箱内的插件板需要严格按顺序插入对应的导轨内，插错顺序，会导致插件板损坏。5、功率单元层GEX-2000 发电机微机励磁调节器针对三机系统为双调节通道，双功率单元配置，每一个调节通道对应控制相应的功率单元，正常工作时，只有一组调节通道和其相应的功率单元工作，另外的调节通道和功率单元处于热备用状态。可控硅均采用模块结构，打开功率单元

31、的盖板，可以对功率单元进行检查，松掉后面板的螺丝，既可方便的拆卸和更换可控硅。每个功率单元的交流进入和直流输出均经过开关隔离，便于运行中拉掉开关可以将整个功率单元拆卸下来进行更换或检修。对于带大功率整流柜的静止励磁系统,功率柜需要单独配置。具体配置需根据机组励磁电流的大小,按n-1的原则进行配置（即停用其中一个功率柜后，其余的功率柜完全满足包括强励在内的所有运行工况）。工作方式为n个功率柜均流运行,其中任一主控单元可以最多带四个均流运行的整流柜。6、电源开关层GEX-2000 发电机微机励磁调节器采用双路供电，交、直流2路工作电源分别经过空气开关为控制单元内的开关电源进行供电。7、变压器层包括

32、电源变压器和同步变压器。电源变压器将给调节器供电的交流电变到副边为165V±5%，整流后为DC220V，与厂用直流经过逆止二极管并联给调节器提供工作电源。对于功率电源电压高于220V的励磁系统，同步信号需经过同步变压器降压。同步变压器装在机柜内，变压器副边电压降为100V，然后改信号作为同步信号进入PTCT卡，变压器的接线方式Y/Y0，如果功率电压低于220V，则同步信号直接进入控制单元的PTCT卡；在PTCT卡上，有三个小变压器对同步信号进行隔离。第五章基本原理5.1 基本原理发电机微机励磁调节器的主要作用是维持发电机的电压稳定，同时可以通过微机励磁调节器的作用，使得并联运行的机组

33、进行无功功率的合理分配；对于电力系统的暂态稳定和动态稳定的提高，励磁调节器的作用同样非常重要。调节器的输入电气信号有发电机量测PT电压、仪表PT电压及从发电机电流互感器传来的三相定子电流信号。直流信号有发电机转子电流及调节器输出电流和反映装置电源电压的信号。各路信号经各自的信号处理及变换电路对信号滤波、隔离放大，变换成适合于 A/D采样的信号。这些信号送入A/D变换器，由程序控制依次进行模数转换成数字量，存放在存贮器中，供调节器使用。利用以上采集到的数据，通过软件计算可以得到发电机的运行工况、励磁系统参数、调节器输出参数等全部信息，如交流量采用24点快速傅立叶变换（FFT）计算出发电机三相电压

34、有效值、三相电流有效值、有功功率P、无功功率Q等。主控或就地对调节器工作方式的选择，增、减励磁操作，灭磁开关等状态量作为开关量输入信号以及故障告警等开关量输出信号是经过光电隔离与CPU接口的。同时反映调节器的状态的运行指示信号，故障指示信号，以开关量输出的方式，经过光耦和继电器隔离后进入电厂的声光报警系统。同时，调节器提供通讯接口，可以和发电厂的DCS（ECS）系统进行通讯。DVR -2100 发电机励磁调节器共有16路开关量输入，10路开关量输出通道，开关量输入输出的通道数量可以根据用户需要进一步进行扩充。调节器柜的功率输出部件为三相全控晶闸管整流桥或者单相全（半）控桥。为了保证其输出直流电

35、压连续可调及逆变运行，要求控制角在10170度之间变化。在上下限的范围内，用户可以根据具体需要，在菜单中进行最大触发角和最小触发角的设置。调节器中由脉冲同步电路来保证各晶闸管的依次导通，用大规模逻辑器件直接将数字控制量转换成相应控制角的触发脉冲信号，移相方式采用余弦移相。300Hz的中断控制程序可计算发电机电压与参考电压之差，并进行PID运算后综合附加调差信号得到一个控制量去改变晶闸管的导通角，这就是励磁调节器的主调节环。PID参数的正确选择，将直接影响调节器的静态和动态特性。调节器中的保护功能模块如失脉冲检测、低励磁限制、过励限制、V/Hz限制、PT断线保护等都是用后台软件控制来实现的。励磁

36、调节器的安装地点环境比较恶劣，电磁干扰相当严重。对于微机型励磁调节器来说抗干扰能力是十分重要的。本调节器具有独特的抗干扰措施，如调节器控制板核心部件采用双层屏蔽，每个输入、输出电路均采用光电或电磁隔离电路，电源用开关电源隔离等措施，另外还特设硬件、软件自复归电路。当程序突然遭受大干扰的作用而跑飞或进入死循环时，该电路将自动复归使程序重新从头开始执行，恢复正常工作状态。调节器柜的前面板设有操作显示界面供人机对话使用。人机界面采用液晶显示，汉化菜单，所有计算机采集到的模拟量值均以有名值显示在液晶显示器上，便于运行人员的监视。另外开关量输入的实时状态显示，开关量强制输出，控制和保护参数设定，故障录波

37、数据的提取和波形显示等功能均可在此人机对话窗口上实现。调节器的工作电源也是独立的，采用开关电源。输出电压有四种：+5v、±12v电源供主机板，运算放大器用；24供脉冲回路，24供继电器及操作回路用。电源采用两路供电：一路来自蓄电池，另一路来自阳极电压整流。两路电源通过逆止二极管并联运行，任何一路失电，调节器仍能正常工作。综上所述，本调节器不需要外加的变送器，如电压、有功功率、无功功率变送器和任何机械的或电子的电压给定机构，充分利用软件程序自动控制，硬件电路简单，提高了可靠性，便于维护。5.2 单板原理做为同步发电机励磁系统，其可靠性对于机组和电网的安全稳定至关重要，因此GEX-200

38、0微机励磁调节器在设计时就将系统的可靠性作为第一重要的内容，因此搭建一个稳定的硬件测控平台是提高系统可靠性的基础。GEX-2000的核心控制器由以下几部分组成：w 电源1w 电源2w 计算机主板（CPU）w 模拟量处理及旋转二极管检测板w 开关量输入输出板w 脉冲放大板w PT/CT板w 总线底板w 显示面板 以上几块控制板卡如图4-4b插在一个专用的4U机箱内。为了提高系统的抗干扰能力，机箱采用金属屏蔽机箱，所有插件采用后插式，保证信号流向的唯一性，避免了信号之间的串扰，以及强弱电之间的交叉。重要的板卡均采用先进的表贴工艺，总线底板安装在机箱的前部，在面板上安装有一个240×128

39、点阵的液晶显示器，进行运行状态的实时监视，前面板上还有一些重要的状态指示灯。w 电源系统为了提高系统的可靠性，系统的供电电源由两路冗余，来自励磁变压器或厂用电的交流电源经过隔离变压器隔离后，经过整流变为直流，并经过二极管和来自厂用蓄电池的直流电并联运行，共同为机箱内的开关电源供电，为了提高系统的抗干扰能力，按照不同的功能将系统电源分为3部分，1) CPU电源：5V，±12V，其中DSP芯片的内核电压1.8V，外设电压3.3V,低压系统保证了高速CPU低功耗和高可靠性。2) 操作电源：24V2，用于开关量的输入输出，对于双通道的励磁系统，其两个通道的24V2经过二极管并联，提供操作信号

40、。两个通道的0V2直接并联。这样就保证了24V2电源的冗余。3）脉冲电源：24VI，用于脉冲放大和触发回路使用。以上电源系统相互独立，避免干扰的产生。w 计算机主板（CPU）此板为系统的中枢控制板，我们选用当前最流行，并且经过多年运行经验的32位DSP芯片和大规模可编程逻辑阵列CPLD组成这块板，由于采用了可编程逻辑阵列，使我们的系统具有一定的开放性用户可以根据自己的现场实际，进行逻辑组态，并且大大简化了电路，从而做到了总线不出板，提高系统可靠性。本板由以下部分组成。 DSP（数字信号处理器）：本系统采用的芯片为著名的DSP厂商德州仪器专门为控制领域推出的C2××系列芯片作

41、为主CPU，此CPU具有以下特点：1) 最高工作频率达到150MHz，每个指令的执行周期只有6.67ns2) 32位的数据线，24位地址线使得它的寻址空间达到了4M3) 哈佛结构，高速的流水线指令操作，进一步提高了运行速度4) 强大的外设功能：一个增强型的CAN总线驱动器一个串型外设接口（SPI）两个串型通讯接口（SCI）三个32位的定时/计数器片上128K×16位的FLASH5) A/D转换：16路高速（400KSPS）高精度（14位）A/D，同步采样，能避免由于采样速度造成的相移，提高了精度，采样频率为ms。6) 两路可编程的D/A输出，为PSS参数整定和调节器模型的辨识提供硬件

42、接口。7) 大规模的逻辑阵列CPLD：完成脉冲形成、开关量输入输出、以及其它的逻辑操作和译码功能。8）外扩存储器：一片128K/16位的数据存储器用于进行故障录波的数据存储，16K位的串型EEPROM存储参数和重要的故障数据。9）看门狗电路：采用专门的看门狗监视芯片。10）通讯部分：本板提供一路RS232，一路RS485，一路CAN-BUS，其隔离和电平变换采用模块化产品。RS232从前面板输出，RS485从凤凰端子输出，CAN 通过凤凰端子输出。11）时钟电路：时钟采用DS1305，时钟芯片。12）两路可编程输出420mA电流环信号，用来作为变送器信号，提供给表记或其它设备使用。13）四路光

43、耦隔离的开关量输入，要求操作电源电压等级为24V。14) 四路光耦隔离的开关量输出，输出为本通道24V2 有源信号。 w 模拟量处理板该板的主要功能是进行电平变换和隔离，由于采用交流采样，所以电流、电压回路经过高精度CT和PT隔离后，进行滤波和电平转换适配到A/D测量范围内进入主机板。直流量有转子电流经过滤波电平转换后进行采样。同时将同步信号整形为方波，供主机板CPU产生脉冲。w 开关量输入继电器输出板本板将16路开关量输入信号经过光电隔离后，进入测控CPU板，进行状态判断，另外所有的电源检测电路也在这块板上。将10路开关量输出信号经过光电隔离后驱动继电器，进行信号输出。w 脉冲放大板本板将主

44、CPU板产生的双窄脉冲进行功率放大输出，每一路脉冲功率可驱动5组以上并联的可控硅桥。同时本板上有脉冲指示灯，用于显示脉冲是否正常，本板上可以通过跨接器选择脉冲变压器是内置式，还是外置式。w PT/CT 板PT/CT板将发电机量测PT、仪表PT、系统PT、同步电压信号采用小型化的电压互感器进行隔离，后适配为A/D量程内的弱电信号。将定子电流互感器来的信号经过内部电流互感器隔离后，适配为A/D量程内的弱电信号。 软件说明GEX-2000 发电机励磁系统控制软件包 EXPID V1.0 是基于DSP 语言编制的，EXPID V1.0软件包实现了励磁调节和限制保护等基本功能，同时还增加了友好的人机交互

45、程序，强大的网络通讯功能，充分体现了微机励磁调节器的优越性。.1主调度程序主调度程序主要完成下列功能：1. 初始化处理在上电复位或者按下复位键，首先进行硬件和软件的初始化，硬件初始化包括对CPU及其他智能芯片的初始化，软件初始化是指对一些变量置初值。2. 键盘分析及液晶显示在程序每个循环周期内，对小键盘进行采样，不同的键按下，对应不同的处理子程序，同时在液晶显示器上显示不同的菜单指示。通过键盘和液晶显示的配合，可以完成人机对话，包括：运行参数的实时显示、开关量状态的在线监视、用于调试的开关量强制输出，以及参数修改，事故追忆及故障数据的提取和显示。.2 中断程序作为中断服务程序：主控制程序具有最

46、高的中断优先级，中断周期为0 .833毫秒。在中断程序中完成以下功能：1. 交流采样，模拟输入量有发电机测量 PT输出电压和仪表 PT输出电压以及发电机定子电流(均为三相)，另外还有转子电流以及调节器的输出电流等，在主控制程序中进行模拟量的采样，每个周波采集24点。2. FFT快速傅立叶变换及其它数据处理32位DSP芯片通过FFT变换分别计算出发电机三相电压，三相电流有功功率，无功功率。3. 调差计算按照设定好的调差系数和调差极性进行调差计算，将附加调差给定加（减）到给定值上。其中：K为调差系数，Uref为电压参考值，Uref_tiaocha为附加调差给定值。4. 控制规律的实现按照

47、给定的控制规律和运行参数进行控制量计算。GEX-2000 采用串联校正模型，本系统传递函数如图5-2所示。5. 电力系统稳定器(PSS)为了抑制系统的低频振荡，本调节器具有电力系统稳定器功能，电力系统稳定器采用改进型的 PSS-2A 模型，其输入信号为电功率P和角速度信号。模型框图 图 5-1 所示： DW+ DP 限幅 图 5-1 PSS 框图Ks3 转子电压负反馈 超前滞后环节 可控硅环节 发电机 _ 测量环节 图 5-2 自动环节传递函数方框图 PSS具有下列辅助功能：a) 自动投切b) 手动投切c) 输出限幅，限幅值为发电机电压标么值的±5%±10%，可现场整定。d

48、) 故障时自动退出运行。e)自动电压调节器有PSS输出信号的模拟量测量接口以及PSS相加点模拟量信号输入口，方便测量整定PSS特性。6. 给定子程序，设定发电机在不同的运行工况下的参考电压或参考转子电流值并综合计及PSS附加给定，恒功率因数给定，和无功功率调节附加给定值。在自动运行方式下，按下置位按钮，在5秒内电压给定值增加到95额定，并且置位功能闭锁，置位功能在水电厂尤其重要，起到一个快速建压并网的作用。7. 保护程序所有保护的投退均可在菜单上进行设定，保护只有在设定为投入状态时才起作用。Ø PT断线程序将测量到的仪表PT值和量测PT的值进行比较，如果其差值大于较大值的1/8，则发

49、PT断线信号，如果是量测PT断线，除发信号外，运行方式由自动运行切换到手动运行方式。Ø 失脉冲检测六组触发脉冲重新被CPU重新回读，并进行综合判断，确定失脉冲的相，并显示在液晶显示器上。失脉冲发生时，发报警信号。Ø 欠励限制和保护欠励限制按两段整定，如图5-3 所示，为限制线，为保护线。需要说明的是，在调节器控制程序中，有一个恒无功PI闭环计算环节，简称无功环。在发电机无功功率未进入欠励限制线内，自动控制环起作用，此时无功环节跟踪，计算出的控制量不输出。当发电机无功功率进入低励限制区时，无功环计算出的控制量输出给可控硅，调节器进入恒无功功率运行，控制无功功率在限制值附近，不

50、会再继续减少，同时发报警信号。如果系统运行情况发生变化，自动恒电压环计算出的控制量大于恒无功功率输出时，调节器自动切换到恒电压调节，从而退出低励环。如果调节器在某种工况下进入限制区，而没有被控制住，无功功率继续减少，当无功功率低于保护线时，调节器发报警信号并且切手动方式运行。低励限制线和低励环参数可以在菜单上进行整定。保护线为对应的限制线上无功功率的1.25倍。图5-3其中，Qa点为零有功时，允许进相的无功功率值。Qb点允许发电机进相运行的最大有功功率。Ø 过励限制过励限制是为了防止发电机转子励磁绕组长期过负载而采取的限制励磁措施，从转子励磁绕组发热考虑，当强励时，其容许的强励时间t

51、是随发电机励磁电流Ifd2的大小成反比关系。如图5-4 所示。过励限制和保护按照下列原则：(a)IfdIfd_max.Ifd_max为菜单整定的瞬时过励值；(b)Ifd1.1Ifdn、 Ifd1.0Ifdn时计算反时限等效时间：Heat=(Ifd2- Ifdn2)*t ; Heat_n= (Ifd_2set- Ifdn2)*t_set ;其中：Ifd_set：设定的强励倍数t_set：强励时间 ；H0：显示在液晶上，便于监视。(c)H0>50%，发信号，限制增磁H0>80%，切手动运行，并且手动运行给定值设为90%IfdnH0<10%，可以复归过励信号Ø V/Hz

52、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。Ø 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