葛洲壩電廠勵磁系統介紹

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2004年5月11日編寫人鄒先明葛洲壩電廠發電機轉子過電壓保護及滅磁回路SCRZKFMKBZKD1D2KPTCFFR1FR2RzZTCFR3FR4FR5CR1R2R5QLZQLC68DKVF備勵來220V+-A圖2-8FMB32型轉子過壓保護及滅磁原理圖葛洲壩二江電廠1F~6F采用FMB32型滅磁及轉子過壓保護，該裝置由合肥凱立公司生產，其接線原理圖如圖2-6。正常勵磁時，發電機的勵磁電壓一般在500V以下，所有的ZnO非線性電阻的漏電流都很小，相當于開路狀態。當有高電壓進入勵磁回路時，非線性電阻動作，吸收過電壓能量。其中，FR4與FR5、電容C、電阻R2一起構成尖峰電壓吸收器，吸收可控硅換相時的關斷尖峰電壓，電容吸收電壓的速度很快，可吸收頻率很高的尖峰電壓，R2構成C的放電回路，FR5作為C的保護。FR3、R5、R1、D2、KPT、CF組成發電機非全相及大滑差運行時的過壓保護，當發電機非全相運行或失步時，定子中的負序電流會在轉子中感應出100Hz的過電壓，此時FR3投入運行，將轉子繞組兩端的電壓限制在安全范圍以內。FR2為常規過壓保護。FR1、D1、Rz、ZTC和FMK一起組成了發電機的滅磁系統。發電機滅磁回路圖2-9葛洲壩電廠發電機滅磁回路原理圖圖2-8中：Ud為功率柜整流輸出電壓，Uk為FMK分閘時建立的弧電壓，UR為ZnO電阻兩端的電壓，Ik為弧電流，IL為FMK分閘時的轉子電流，IR為流過ZnO電阻的電流 移能滅磁成功的條件

（1）、發電機正常停機時，逆變滅磁，滅磁時間稍長。（2）、當發電機故障時，跳FMK，將轉子中的能量轉移到ZnO非線性電阻FR1中消耗掉，這種滅磁系統稱為移能性滅磁系統。

從圖2-7中可以得到關系式（1）和（2），式（3）是ZnO電阻的V-A特性，這里α一般取25~40，C為常數，與ZnO電阻的串、并聯數有關。UR=Uk-Ud（1）IK=IL-IR（2）IR=CURα（3）由式（2）可知，當IR=IL時，Ik=0，即流過FMK斷口的電流為0，表明FMK熄弧，換流成功，轉子能量轉移到FR中消耗掉。

由式（1）、（2）、（3）可得：Ik=IL-C（Uk-Ud）α=0（4）

由式（4）可以看到，要想移能成功，即Ik=0，則要求Uk滿足：UK=(IL/C)1/α+Ud

（5）

定性地講，就是要想移能滅磁成功，就要求FMK有足夠的建立弧電壓的能力，要求滿足；Ukmax＞Ud+UR殘（6）DM4磁場斷路器技術參數一覽表

型號

參數

DM4—2500/08—2

DM4—1600/08—2備注

DM4—2500/08—2DM4—1600/08—2額定電壓（V）800800

額定電流（A）25001600允許在110%下長期工作允許在110%下長期工作強勵電壓（V）16001600

回路耐壓（V）56005600

分斷電流（A）75004800

建壓能力（V）15001500

機械壽命（次）50005000

電壽命（次）400400

觸頭開距（mm）2626

觸頭壓力（N）2062520625

125115

功率分閘DC220V40ADC220V0.8ADC220V40ADC220V0.8A兩只合閘線圈兩只分閘線圈兩只合閘線圈兩只分閘線圈時間同步性100ms20ms100ms20ms

兩極之間

兩極之間時間同步性100ms15ms100ms15ms

兩極之間

兩極之間圖2-10逆變滅磁錄波圖2-11跳FMK滅磁錄波3、MEC-31勵磁調節器介紹葛洲壩電廠大多數機組的勵磁調節器都是能達公司生產的MEC-31多微機勵磁調節器。3.1、MEC-31的基本工作原理Δα=-D（KpΔP+KωΔω+KvΔV）

MEC—31系列多微機勵磁控制器通過測量系統不斷采集發電機三相交流定子電壓、三相定子電流并計算出發電機端電壓Ug、定子電流Ig、發電機有功功率P、無功功率Q的當前值并與給定值進行比較。此外還采集勵磁電流當前值，測量并計算機組當前頻率值。根據采集數據，CPU可自動按線性最優勵磁控制的原理和計算方法，每10ms計算并刷新一次可控硅控制角α。其算法為：

式中：Kp——功率增益；K——

頻率增益；Kv——電壓增益；

D—轉換系數；Δα——控制角增量。

可控硅實際控制角＝0＋Δ

（3-2）式中：0——更新之前的可控硅控制角。0可按式：

0(K)＝0(K－1)＋KIΔVt(K)（3-3）計算。

數字移相觸發器把控制角α折算成對應的延時t，再折算成對應的計數脈沖個數：N=t/Tc=（α/360）*T*fc式中：Tc—計數脈沖周期T—陽極電壓周期fc—計數脈沖頻率

在自然換流點，同步方波引起中斷，作為計時起點。CPU響應中斷后，將N送入計數器，計數脈沖個數一到，立即輸出相應的觸發脈沖。微機輸出六路雙窄脈沖（脈寬0.8ms可調），經前置放大及切換電路到脈沖放大電路，再經過脈沖變壓器將新的控制脈沖送到可控硅的控制極，改變SCR的導通角，從而達到自動調節勵磁系統工況的目的。MEC-31勵磁調節器采用單相同步數字移相觸發器，對三相全控整流橋來說，在一個周期內，首先給一個可控硅輸出正確的移相脈沖后，其他可控硅只需按照脈沖觸發順序，每隔60°輸出移相脈沖即可。正常運行時，默認為A相同步，當同步斷線時，自動切換到另一相。61LH62LHPT1PT2PT3PT4ZKFMKDL測量板Ⅰ測量板Ⅱ測量板Ⅲ開關量Ⅰ開關量Ⅱ開關量ⅢLED顯示LED顯示LED顯示工控機Ⅰ（V40）工控機Ⅱ（V40）工控機Ⅲ（8098）脈沖檢測Ⅰ脈沖檢測Ⅱ脈沖檢測Ⅲ脈沖切換同步測量放大隔離圖3-1MEC-31多微機勵磁調節器原理框圖1F設備技術規范技術參數設備名稱出廠編號自動勵磁調節器型式制造廠MEC—31葛電能達公司出廠日期投產日期

序號參數名稱符號單位數值備注1自動電壓調節范圍

%70～110%Uge

2手動電壓調節范圍

%10～130%Uge

3電壓調節速率

%0.5%Uge/s

4電壓/頻率特性

%0.03%Ug/HZ

5調節器階躍電壓響應時間

秒1

6調差率整定范圍

%0～30%

7發電機端電壓靜差率

%≤0.1%

8發電機調壓精度

%≤0.2%

9勵磁系統電壓響應時間

毫秒34

10超調量

9.6%

11調節時間

秒3.4S

3.2MEC-31多微機勵磁調節器的主要功能a、三種起勵方式第一是恒機端電壓方式起勵。正常默認按額定機端電壓起勵，起勵電壓還可以可以通過小鍵盤的“+、-”人為給定，給定的最低電壓為30％額定機端電壓。第二是恒勵磁電流起勵。最小起勵給定值為5％額定勵磁電流。第三是自動跟蹤母線電壓起勵。目前母線電壓未接入調節器，此功能未用。b、三種運行方式第一是恒極端電壓方式運行。它是對發電機端電壓偏差進行最優調節，并自動完成調節器的全部功能，是調節器的主要運行方式。第二是恒勵磁電流運行。它是對勵磁電流偏差進行比例調節，維持勵磁電流的穩定運行。一般是在恒極端電壓運行方式下出現強勵、PT斷線、功率柜故障等情況時，調節器自動切換到恒勵磁電流方式運行，故障消除后又自動恢復。第三是恒無功方式運行。它是對發電機無功進行比例調節。當發電機過無功或欠勵限制動作后，調節器自動轉入恒無功方式運行，起穩定無功的作用。c、五種限制功能（1）瞬時/延時過勵磁電流限制，即強勵限制由于勵磁裝置強勵時，勵磁電流大大超過其額定值，故為了勵磁裝置以及發電機轉子的安全，應對強勵的勵磁電流及強勵時間進行限制。MEC勵磁調節器的強勵限制曲線是一個反時限的，當勵磁電流達到2.4倍的額定轉子電流時，延時0秒，1.8倍時延時20秒，到1.1倍時延時無窮大。強勵限制動作后，調節器轉為恒勵磁電流方式運行，限制勵磁電流。（2）功率柜停風或部分功率柜退出運行時的勵磁電流限制當功率柜冷卻消失或部分功率柜故障時，勵磁裝置的輸出能力就會下降，此時若發生強勵或勵磁電流太大，就有可能造成功率柜過載損壞，因此，當上述故障發生時，調節器自動轉為恒勵磁電流方式運行，限制勵磁電流。（3）發電機過無功限制當發電機無功超過給定的上限值時，勵磁調節器轉為恒無功方式運行，此時，調節器只接受減磁命令，不接受增磁命令。（4）發電機欠勵限制發電機并網運行使，當勵磁電流減小時，發電機輸出的感性無功會減小，至到發電機進相運行，向系統吸收感性無功。如果進相太深，則有可能使發電機失去穩定而被迫停機。故勵磁調節器設定了一條欠勵限制曲線，當發電機向系統吸收感性無功達到限值時，調節器轉恒無功方式運行，且只接受增磁命令，不接受減磁命令。（5）V/F限制V/F限制就是在發電機空載時，當發電機頻率下降時，自動降低機端電壓給定值，防止勵磁過流。3.3MEC-31勵磁調節器的硬件配置該裝置配備了三套STD總線的微型工控機系統。其中Ⅰ、Ⅱ機內部配件完全相同，可以自動切換為主、從機運行。Ⅲ機是備用機，當Ⅰ、Ⅱ機全部故障時可自動投入Ⅲ機運行。a、CPU板采用NECV40（Μpd70208）CPU，集成多種外圍器件，且軟件與8088指令兼容，主頻8MHz；EPROM256K，SRAM128~512KB可選，其中有一片DS1245一個128KB帶電保護的RAM盤；具有三個16位定時/計數器，八級中斷輸入，一個RS232串行口和一個82C55A并行口。b、智能式12位同步采集A/D板采用80381CPU，主頻12MHz，8KBEPROM；采用A/D轉換芯片AD574A，轉換時間為25μs，精度12位，4組6路多路開關和6個帶調零的采樣保持器LF398，可以同時采集一組6路模擬信號，分次可采集四組共24路模擬輸入信號，特別適用于采集同步性要求高的場合，如采集三相電壓和電流波形。c、光電隔離開關量輸入板采用TLO512-4光隔，通過它使STD總線與設備間實現完全的電隔離，共有32路開關量，采用單端輸入方式，工作模式為CPU掃描輸入。e、兩塊雙異步通訊板每個微機系統都有兩塊雙異步通訊板，其中一塊進行Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ機之間的通訊，通訊的主要目的是將在線機運行的控制角傳送給另外兩臺備用機。另一塊跟裝有MEC調試軟件的PC機通訊。每塊雙異步通訊板，提供兩個獨立的采用8250芯片控制的RS232或RS422或RS485串口通訊摸板，且波特率可選，最高可選19200，獨立的查詢式中斷邏輯。f、8253計數器/定時器板提供四片獨立的16位計數器芯片8253，計數器的計數頻率可達2MHz。8253計數器可由程序確定多種不同的工作方式，使用十分廣泛。g、總線信號匹配板其作用是降低電源尖峰和瞬時干擾以及降低總線上的其他噪聲。摸板在所有地址線、數據線和控制線上各加了RC網絡，在信號躍變時起作用。h、8位LED顯示/觸摸鍵盤多功能接口板這是一塊多功能人機對話接口板，采用可編程數碼顯示和鍵盤輸入芯片8279，使用戶編制相應的程序十分方便。i、同步測量板首先利用阻容將三相同步電壓進行濾波，對濾波產生的相位移，在軟件中進行補償，接著采用324運放，將正弦波變為方波，該方波的上升沿就是數字移相器的同步中斷信號。j、脈沖檢測板正常運行時，每個移相脈沖每隔360°（20ms）重復出現一次，如果一個周期過去后，該移相脈沖沒有再出現，就可認定該脈沖丟失。脈沖丟失后，在線機通過脈沖檢測板發出信號，并進行切換。在脈沖檢測板中，還有一個單穩觸發器接收微機的Watchdog信號，單穩時間約為20ms，即如果Watchdog信號經過20ms后沒有再去觸發該單穩觸發器，就發出軟件故障信號。在MEC中，Watchdog信號被放置在正常運行的軟件流程中，只要程序正常運行，該信號就不停發出。另外，脈沖檢測板還對STD總線電源進行檢測，如果任一電壓消失，該板發出故障信號，并進行切換。3.4測量系統MEC-31勵磁調節器的測量系統主要采用交流模擬信號直接采樣方式，也有信號采用直流采樣。簡述如下：a、定子電壓Ut交流采樣定子電壓Ut經PT降壓后進入調節器內的電壓變換器，其副邊地一繞組輸出三相交流電壓，經濾波板后進入A/D板b、定子電流It交流采樣定子電流It經CT變換后，進入調節器內的電流變換器，其副邊繞組輸出三相交流電流，該電流經電阻變換成三相電壓信號，再經濾波板進入A/D板進行交流采樣。C、勵磁電流If直溜采樣整流橋陽極電流互感器的二次電流經調節器內的電流變換器，其副邊繞組輸出三相交流電流，經三相整流濾波變換成一個直流電壓，再進入A/D板進行直流采樣d、母線電壓直流采樣母線電壓互感器二次電壓送入調節器內母線PT，降壓后再經單相整流濾波后進入A/D板進行直流采樣。e、定子比較電壓直流采樣此電壓作為主機PT斷線的依據，它是調節器內的電壓變換器副邊第二繞組輸出電壓，經三相整流濾波后進入A/D板進行直流采樣。f、同步電壓測量及變換勵磁可控硅陽極電壓經陽極電壓互感器降壓后，再經調節器內的同步變壓器隔離和分配，其同電壓信號的三個相電壓分別經濾波整形后成為同步方波，然后進入計算機中斷。g、機組頻率測量它利用STD同步摸板中的同步方波信號，采用數字測頻方法發電機的頻率，供控制及顯示用。3.5電源系統MEC-31的三套微機電源（+5V，±12V）系統各自獨立，但裝置的DC24V操作電源由這三套電源的+24V電源并聯輸出。調節器的脈沖放大電源則采用雙重交流供電方式。a、三套微機電源系統Ⅰ機采用廠用220V交流電源和勵磁自用電源雙重供電，經雙重供電板整流濾波后提供給開關穩壓電源，穩壓電源輸出的+5V，±12V電源提供給本機使用，+24V電源經二極管后并入裝置的DC24V系統。Ⅱ機采用廠用220V交流電源和蓄電池220V直流雙重供電方式，其余部分與Ⅰ機相同。Ⅲ機自用交流電源和蓄電池220V直流雙重供電方式，其余部分與Ⅰ機相同。b、公用公用電源系統DC24V操作電源系統由三套主機共給。+30V脈沖放大電源由廠用交流和勵磁自用電源雙重供電，采用三相整流濾波電路，直流側并聯輸出。3.6檢測、切換、報警系統MEC-31裝置的檢測系統有三個：一是對調節器輸出脈沖進行檢測，當被檢測的六路脈沖任一路丟失，且脈沖丟失的時間超過脈沖檢測板中單穩觸發騎的穩定時間，檢測電路自動翻轉，并通過切換電路自動進行微機之間的切換和報警。二是裝置穩壓電源檢測，它分別對微機系統的+5V，±12V電源進行自動檢測，當任意一路