EXC9000型励磁系统
_EXC9000励磁系统调试及运行要点.
EXC9000励磁系统调试及运行要点广州电器科学研究院广州擎天电气控制实业有限公司2005年5月出厂调试中的要点1、机组参数要求全部填写，明白每个参数在调试中起到的作用（1）额定功率、电压、电流、功率因数、PT变比、CT变比作用：校准机组的有功功率、无功功率机端电压、定子电流。
（2）励磁变副边CT变比作用：校准励磁电流（3）分流器参数：用于校准功率柜和灭磁柜的输出电流（4）功率柜数量：用于决定智能化均流时给定电流值的分配。
2、操作回路及信号回路检查（1）将试验机组接线与励磁设备连接好，特别注意CT不能开路，PT不能短路；将励磁装置内各总线和芯片连接布置到位。
（重点注意：起励电源和合闸电源接入时不能通过FU61、FU62保险丝，否则必烧保险丝）（2）将各保险丝、断路器分断，用万用表检查励磁装置内部的DC220V/DC110V、AC380V、DC24V回路有无短路，每个功率柜主回路三相有无短路；（3）将各重要器件：显示屏、调节器各电路板、智能模块电源插头拔出，确保处于不带电状态；（4）对于EXC9000调节柜配常规功率柜，应检查过柜脉冲线的22、23、24号线是否割断。
（否则将烧断开关量总线板上的保险丝）（5）送调试电源，测量AC电源电压、DC电源的是220V还是110V，确保正确。
（重点注意：某些机组DC220V电源在没有接入负载的情况下，可能220V只测量显示为160V左右，故最开始DC220V电源不可调得太高）（6）合DC电源保险丝和交流电源断路器，测量对应的端子排电压是否正常。
（7）合DC24V电源及微机电源开关，测量各器件电源端子电压是否正常。
（8）复归各元器件电源线，准备向各智能板输入程序。
（9）程序输入完毕后，利用显示屏检查整个CAN总线系统的通讯状况。
（若LOU或人机界面接口板出现问题，常出现“CAN总线故障”）（10）“起励失败”信号要在自动起励的条件下才发出，在近方按起励按键不会发出。
exc9000在某水电站的应用
EXC9000励磁系统在某水电站中的应用摘要：结合EXC9000励磁系统在某水电站中应用，分析EXC9000励磁系统在该电站中的应用并介绍现代励磁系统的设计理念和特点。
关键词：EXC9000 可控硅励磁控制系统EXC9000 excitation system in a power applicationsZhangzaifengAbstract: combining the EXC9000 excitation system in one power plant, the analysis on the EXC9000 excitation system, and introduces the application of modern excitation system design concept and characteristics. Keywords: EXC9000 SCR excitation control system引言该电站总装机3台水轮发电机组，接线方式为一台单元接线，另外两台采用扩大单元接线，单母线运行方式；其励磁控制系统采用EXC9000系列静止电压源自并励整流式励磁控制系统。
其主要励磁控制系统参数如下：一、EXC9000在该电站中的应用及分析表1 励磁系统技术参数2、励磁控制系统动态分析在动态调试过程中，励磁厂家对励磁参数进行了校核与调整，实验时可以看到在可控硅整流桥工作时，其直流输出侧会产生许多尖峰过电压（晶闸管关断过程中产生）。
当可控硅整流桥交流输入侧电源电压较高时，这些尖峰过电压值可能会很高。
这对晶闸管元件的长期使用会造成一定的影响，为了对晶闸管在换向过程中产生的各种过电压加以吸收和限制，EXC9000励磁控制系统采用集中式阻容吸收保护（见图1）用于整流桥工作时的常规保护，从而延缓晶闸管的使用寿命。
图中的尖峰过电压被限制在有效值的2~3倍，断态重复峰值电压和反向重复峰值电压均小于晶闸管的额定电压，满足了晶闸管的安全要求，对整流柜的长期稳定运行起着至关重要的作用。
EXC9000励磁系统典型设计
EXC9000型励磁系统
• • • • • • 系统配置 主要特点 调节柜 功率柜 灭磁柜 励磁变压器
励磁柜的总体布置
• 励磁装置由四面柜体组成，正面观察从左 至右依次为调节柜、功率柜（2面）、灭磁 柜。具体的外形尺寸及盘面布置可见下图。
柜体排列
脉冲功放板
• • • • 实现脉冲功率放大 实现智能化动态均流 实现本柜脉冲的投切控制 退柜时向调节器发出信号
液晶显示屏
液晶显示屏
灭磁柜
• • • • • • • • 灭磁柜智能板 直流变送器板 BOD板（过压保护板） 灭磁开关 灭磁电阻 直流变送器 厂用电源切换回路 起励回路
灭磁开关
• • • • • • 制造商：ABB 型号：E3H/E MS-2500A/1000V 额定电压：1000V 额定电流：2500A 断口数量：4断口 辅助接点：5常开5常闭
起励方式
• 残压起励：
利用发电机端残压，起励。整流桥须是高频脉冲列触发方 式。
• 直流起励：
起励电源DC220V，起励电流20A
• 交流起励：
起励电源AC380V，起励电流60A
励磁变压器
型式：户内环氧干式三相变压器（IP20外壳） 型式：户内环氧干式三相变压器（IP20外壳） 制造商：海南金盘 容量：500kVA 容量：500kVA 变比：10500V/210V 变比：10500V/210V 绝缘等级：F 绝缘等级：F级 短路阻抗：4% 短路阻抗：4% 额定容量下允许温升：80K 额定容量下允许温升：80K 额定容量下允许损耗： 其他：温控温显装置 高压侧CT：容量变比待定，双绕组输出，准确级 高压侧CT：容量变比待定，双绕组输出，准确级 5P20/0.5 • 进出线方式：高压侧共箱封母进线，低压侧电缆出线 • • • • • • • • • •
EXC9000励磁系统介绍教学内容
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CAN总线站号
硬 A套 B套 现地 工 智 1# 2# 3# 4# 灭 件 调 调 控制 控 能 功 功 功 功 磁
节 节 单元 电 I/O 率 率 率 率 柜
器器
脑单柜柜柜柜
元
站 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 号
• 限制功能 V/F限制、过励限制、欠励限制
• 其它功能 智能封脉冲、调节参数在线修改、容错控制（防增、减磁 接点粘连、防并网后误逆变）
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DSP板——APCI5467
• DSP处理器：TMS320VC33-120 • 板内存储器：只读存储器（程序） 128Kx8bit EPROM
定值存储器 8KB串行EEPROM 双口RAM存储器 2Kx16bit双口RAM 非易失性RAM存储器 1Mx16bit NVRAM • 主CPU和DSP可以相互提出中断请求，握手信号方便灵活 • 具有看门狗功能，刷新时间为150ms，600ms，1200ms • 转换器： 分辨率：16bit 输出码制：二进制补码。 通道数：单端34路。 模拟信号输入量程：±5V。 • 多通道同步采集频率: 200/通道数（16位精度）
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DSP板的功能
• 数据采集 机端PT、CT、系统PT、励磁变副边CT PSS试验信号（V1~V4)
• 数据计算 机端PT、CT、系统PT、励磁变副边CT、电压频率、 有功、无功
• 数据传递 将相关数据储存到RAM，供CPU采集
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I/O板——APCI5432
• 32路开关量输入（24路光隔输入/8路TTL电平输 入）、24路开关量输出（8路光隔输出/16路TTL电 平输出）
一、EXC9000型全数字式静态励磁系统概述
EXC9000用户手册第1章概述广州电器科学研究院广州擎天电气控制实业有限公司目录1．前言 (3)2．用户手册内部章节简介 (4)第1章概述 (4)第2章系统组成 (4)第3章调节器软件功能说明 (5)第4章人机界面 (5)第5章调试软件 (5)第6章安装指南 (6)第7章试验规程 (6)第8章运行操作 (6)第9章维护及故障处理 (7)第10章与监控系统的通讯 (7)第11章电制动功能 (7)1．前言EXC9000型全数字式静态励磁系统是广州电器科学研究院/广州擎天电气控制实业有限公司开发的第四代微机励磁系统。
其主要特点是功能软件化、系统数字化。
本系统的数字化不仅体现在调节器，也体现在功率柜和灭磁柜。
励磁系统的各个部分均能实现智能检测、智能显示、智能控制、信息智能传输和智能测试，极大地提高了装置的可靠性和工艺水平。
EXC9000励磁系统吸收了目前数字控制领域先进的研究成果和工艺，增添了新的精巧的解决方案和手段，如DSP数字信号处理技术、可控硅整流桥智能均流技术、高频脉冲列触发技术、低残压快速起励技术、完善的通讯功能和智能化的调试手段等。
现场总线技术也被用于励磁系统的各个部分进行控制和信息交换，使励磁装置成为一个有机的、完整的整体。
EXC9000型励磁调节器具有独立的数字/数字/模拟三通道、两种不同的调节组态。
每个调节通道配有一套独立的智能化故障检测系统，调节器采用多CPU模式协同工作，分工合理、运算速度快、功耗低，可以在全封闭环境里工作，无需散热风扇，采用标准的欧洲卡结构和尺寸及高密度的针—孔连接器，抗冲击、抗振动能力强，调节器平均无故障时间长达17年。
调节器人机界面采用一体化工控平板机，具有多层三维汉化画面，不仅可以直观地显示励磁系统的运行工况，也可用作现场调试工具，实现智能化调试。
调节器对外接口方式灵活多样，通讯规约简单实用，可满足不同监控系统接口的需要。
调节器在电路设计、工艺结构等方面采取了多种抗干扰措施，充分发挥了屏蔽、接地、滤波、布线设计的作用，显著降低了调节器的故障率，并通过了国家级试验室的电磁兼容性检验。
EXC9000励磁系统检修规程
励磁系统检修规程1.主题内容与适用范围⏹本规程规定了EXC9000励磁调节器、功率柜和灭磁柜主要技术指标及检修调试内容及要求。
2.引用标准《EXC9000型励磁调节器用户手册》DL/T 583-1995 <<大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件>>DL/T491-2008<<大中型水轮发电机自并励励磁系统及装置运行和检修规程>>3.励磁系统及装置运行检修必须具备的资料⏹EXC9000静态励磁系统用记手册；⏹转子过压保护装置技术规范指标，使用说明书；⏹励磁系统及装置原理图，配线图，器件参数。
⏹励磁系统、装置的检修试验报告；⏹励磁变的技术规范；⏹励磁功率柜技术规范及使用说明书⏹励磁灭磁柜技术规范⏹由上级下达或批准的励磁系统技术参数，定值等4.主要技术指标4.1励磁调节器主要技术指标4.1.1励磁电压响应时间：上升不大于0.08秒，下降不大于0.15秒。
4.1.2发电机静态调压精度优于0.5%。
4.1.3在发电机空载时，频率变化1%时发电机电压变化不大于额定值的0.25%；4.1.4调节器的动态性能：4.1.4.1零起升压超调不大于10%，调节时间不大于5秒，振荡次数不大于3次；4.1.4.2 10%阶跃响应超调量不大于阶跃量的50%，调节时间不大于5秒，振荡次数不大于3次；4.1.4.3额定功率因数时，突甩额定负荷，电压超调不大于15%，调节时间不超过5秒，振荡次数不大于3次。
4.1.5调节范围：从发电机残压到大于110%发电机额定电压。
4.1.6调节速率：每秒0.3%—1%发电机额定电压。
4.1.7调差系数整定范围为0-15%，按1%的档距分档，共16档；准确的软件计算保证了调差优良的线性度。
4.1.8励磁系统的延迟时间小于0.03秒。
4.1.9励磁系统对电源的要求：交流电源的电压偏差范围为额定值的-15%- +15%，频率的偏差范围为-3HZ- +2HZ。
EXC9000型励磁系统
UK2(S) 控制信号
EXC9000励 磁 调 节 器 手 动 运 行 方 式 模 型
二、励磁调节器
电力系统稳定器（PSS-1A）
• • • • 以电功率为反馈量 国内其它厂家普遍采用 存在反调 调节原动机时闭锁PSS输出或减小增益，降低了PSS的工作 效能。
ΔP 1 1+TcS 测量 1+T1S 1+T2S 第一级 1+T3S 1+T4S 第二级 TqS 1+TqS 隔直 增益 限幅 Kpss UKpss
一、系统概述
遵循标准
GB/T7409-2007《大、中型同步发电机励磁系统技术条件》 DL/T650-1998《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条 件》 DL/T583-1995《大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置 技术条件》 DL/T843-2003《大型汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条 件》
• 励磁系统数字化的发展方向客观上需要一种智能 的连接方式将励磁系统的各个部分集成在一起。
二、励磁调节器
CAN总线
• • • • • 多主总线，无主站从站之分 自动重发 故障节点自动脱落 通讯速度快，最快可达1Mbit/s 可靠性高，抗干扰能力强，最远传输距离可达11km
二、励磁调节器
调节通道配置
一、系统概述
功能特点
• • • • • • • • • 全数字化系统 CAN总线技术用于励磁系统内部互联 友好完善的人机界面 灵活多样的对外接口方式 完善的调试软件 良好的电磁兼容性能 独立的三通道,两种不同的调节器组态 多CPU架构模式，电路表面贴装工艺和无风扇 全中文三维人机界面
一、系统概述
容许的运行范围
f 常规
f
二、励磁调节器
EXC9000励磁系统
45页过电压保护原理：当发电机处于滑极等非正常运行状态时，将在转子回路中产生很高的感应电压，此时安装在转子回路中的转子过电压检测单元A61模块将检测到正向过电压信号，马上触发V62晶闸管元件，将耗能电阻单元FR并入转子回路，通过耗能电阻的吸能作用，将产生的电压能量消除；而转子回路的反向过电压信号则直接经过V61二极管接入耗能电阻吸能，以确保发电机转子始终不会出现开路，从而可靠地保护转子绝缘不会遭受破坏，由于这种保护的存在，转子绕组会产生相反的磁场抵消定子负序电流产生的反转磁场，以保护转子表面及转子护环不至于烧坏。
过电压保护动作的同时，还可以通过监测电流互感器CT的电流信号向监控系统发出相应的指示信号。
励磁装置的直流电源为DC220V，从灭磁柜引入。
直流电源包括起励电源、直流控制电源I段、直流控制电源II段。
励磁装置的弱电操作电源为 DC24V，包括调节器操作回路电源以及触发脉冲电源。
DC24V弱电操作电源由励磁系统自身配备的自用变压器及直流控制电源经过两台独立的DC24V开关电源并列供电,当发电机正常运行中，任一路电源消失均不会影响励磁装置正常工作。
自用变压器的原边电源取自功率整流柜交流输入端。
一般情况下,当发电机机端电压大于60％额定电压以上时，自用变压器电源即可正常工作。
励磁调节器工控机的工作电源为±12V和＋5V，同样由上述的自用变压器及直流操作电源并列供电，经过两台开关电源后分别送往A/B调节器通道，每个通道对应独立的1台开关电源，设有独立的电源控制开关，1台开关电源断电后，不会影响另一个调节器的正常运行。
灭磁电阻为高能氧化锌非线性电阻。
正常灭磁方式为自动逆变灭磁。
6.3 两个励磁整流柜正常时并联运行，每个励磁整流柜有一组三相全控整流桥组成，两柜输出电流应均衡。
在运行中允许退出一柜，另一柜仍能满足运行要求（包括强励）。
6.4 励磁的电源系统：6.4.1 两段三相交流380V电源引至灭磁柜，互为备用，柜内有自动切换装置。
EXC9000励磁系统检验规程
前言本规程是根据本厂EXC9000励磁系统对维护人员的要求进行修订的。
制订本标准的目的：规定万安水电厂175F EXC9000励磁系统的检验项目、检修周期和技术要求。
本标准如有与新颁的国家标准、行业标准或上级文件相抵触的，则以新颁的国家标准行业标准或上级文件精神为准。
本标准由万安电厂标准委员会提出并归口。
本标准起草单位：维护车间。
本标准主要起草人：温小军本标准首次发布时间：2005年12月。
本标准委托万安电厂标准化委员会负责解释。
校核：顾海东、洪琚水审核：陈垣熙、付小龙批准：梁明云目次1、主要内容和适用范围 22、术语、符号、代号 23、励磁系统主要技术参数 24、励磁系统的组成 25．检验周期 26．检验项目 21、主要内容和适用范围本规程规定了万安水电厂5号机励磁系统的试验方法和试验项目。
2、术语、符号、代号本规程中所使用的术语、符号、代号延用厂家说明书2.1 励磁系统：为同步发电机提供可调励磁电流装置的组合。
2.2 额定励磁电压:发电机在额定工况下磁场绕组两端所加的直流电压。
2.3 额定励磁电流:发电机在额定工况下的励磁电流。
2.4 空载励磁电压:同步发电机在空载和额定转速和额定电压下，磁场绕组两端所加的直流电压。
2.5 空载励磁电流:同步发电机在空载和额定转速时产生额定电压所需的励磁电流。
2.6 励磁系统零起升压时的超调量和超调时间:发电机在额定转速下忽然投入励磁，使同步发电机端电压从零变为额定值时，发电机端电压的最大值与稳态值之差对稳态值之比的百分数为零起升压的超调量，从给定信号到发电机端电压与稳态值之差值不超过稳态值的2%所需时间为调节时间。
2.7 励磁系统顶值电压:在规定条件下励磁系统能够提供的直流电压最大值。
2.8 励磁系统负载顶值电压:当励磁系统提供顶值电流时，励磁系统能够输出直流电压最大值。
3、励磁系统主要技术参数3.1 励磁系统（1）空载励磁电压150 V（2）空载励磁电流758 A（3）额定励磁电压1460 V（4）额定励磁电流420 A（5）励磁顶值电压840 V（6）励磁顶值电流2920 A（7）允许强励时间（励磁顶值电流下）60 S（8）励磁系统退出一个整流桥时，在励磁顶值电流下，允许工作时间不小于60 S（9）定子开路时励磁回路时间常数主机厂提供S（10）励磁系统电压响应时间上升部大于0.08 S下降部大于0.15 S（11）励磁绕组两端过电压值机组在任何运行状态下，励磁绕组过电压的瞬时值不超过出厂试验时绕组对地耐压试验电压幅值的70 %（12）励磁系统平均故障间隔时间（MTBF）不小于3000 h3.2 励磁变压器（1）制造厂及形式顺德特种变压器厂/环氧干式（2）额定容量2000 KVA（3）一次侧电压15.75 KV（4）二次侧电压0.84 KV（5）绝缘等级H（6）耐压水平一次侧1min工频耐受电压55 KV冲击耐受电压（峰值）125 KV（7）温升80 K（8）短路阻抗 6 %（9）发电机最大负荷时损耗19000 W（10）联结方式Ydll（11）冷却方式自然空冷（12）外形尺寸（长×宽×高）2125mm×1370mm×2205mm （13）重量5800 kg3.3 晶闸管整流装置（1）晶闸管元件制造厂及型号英国MITLE（2）晶闸管整流桥并联支路数 3（3）每条支路串联元件路数 1（4）并联支路均流系数>0.98（5）晶闸管元件反向峰值电压4000 V（6）晶闸管元件额定正向平均电流1770 A（7）单个整流桥的负荷能力2000 A（8）退出一个整流桥的负荷能力4000 A（9）整流柜冷却方式强迫风冷冷却风机数量及额定值2/550 W风机噪声70 db（10）发电机最大负荷时整流装置总损耗<2000 W（11）脉冲变压器使用寿命>100，000 h3.4 灭磁及过电压保护设备（1）磁场断路器制造厂及型号ABB E2N/E MS（2）磁场断路器额定电流1600 A（3）磁场断路器额定电压1000 V（4）磁场断路器最大分断电流5000 A（5）磁场断路器最大分断电压/ V（6）非线性电阻制造厂及型号合肥凯立（7）非线性电阻材料ZnO（8）非线性电阻串并联数4串4并（9）非线性电阻元件负荷率<60 ％（10）非线性电阻装置整组非线性系数<0.1（11）非线性电阻装置整组工作能容量 1.76 mJ(12) 非线性电阻泄漏电流0.0006 A（13）非线性电阻温升若局部烧毁温升达100℃（14）非线性电阻寿命>90000 h（15）最大灭磁能量计算值 1.61 MJ（16）最严重工况下灭磁时间（磁场电流减至初始放电电流的10％）1 s（17）灭磁限压值1800 V（18）过电压限压值3600 V（19）跨接器动作电压值3600 V3.5 启励（1）启励电压220 V（2）启励电流约为20 mA（3）启励时间<5 s3.6 励磁调节器（1）AVR调节范围5％～130％（2）FCR调节范围10％～130％（3）励磁调节器调节精度0.2 ％（4）调节时间0.01 s（5）超调量0 %（6）AVR电压调差率范围-15%~+15%（7）励磁调节器硬件配置CPU字长32 位主频133 HzRAM 3,200 KB通信接口形式串行通讯RS485或RS2323.7 需要的外部交直流电源3.8 励磁柜（1）数量 6（2）单柜外形尺寸（长×宽×高）800×1000×2260 mm（3）总尺寸（长×宽×高）4800×1000×2260 mm（4）单柜重量4000 kg（5）总重量24000 kg4、励磁系统的组成4．1组成EXC9000静止可控硅微机励磁装置由励磁调节器、功率整流柜、灭磁回路、整流变压器及测量用电压互感器、电流互感器组成。
EXC9000励磁系统简介
故障闪烁按钮 当灭磁柜系统发生任何故障时，此按钮会 闪烁，同时点击此按钮会进入当前故障显 示画面，可以查看当前故障内容。
灭磁电阻柜电源系统
交流电1路QF61 两路交流自动切换，供整流柜风机、 所有屏柜的加热、照明和插座和灭磁 电阻柜内的变送器电源 两路交流自动切换，供整流柜风机、 所有屏柜的加热、照明和插座和灭磁 电阻柜内的变送器电源。 供灭磁开关第1路操作电源，同时与 励磁系统自用电源一起供DC24V电源 和励磁调节器电源。 灭磁开关第2路操作电源。
注：一般说来，当机组空转，发电机残压能够保证 励磁系统的整流器的输入电压约为5～10V时，励 磁系统可以利用此残压完成起励，不需要投入辅 助起励电源。若发电机残压低，不能起励，则可 以退出“残压起励”功能，直接采用起励电源起 励。
通道人工切换
A通道运行时，按“B通道运行/备用”按钮，可选B通道作为备用通道；按 “C通道运行/备用”，可选C通道作为备用通道。 A通道运行时，按“B/C通道运行”按钮，可切换到备用通道运行。备用通 道可以是B通道或C通道。 B通道运行时，默认C通道为备用通道，按“C通道运行/备用”按钮，可 切 换到C通道运行。 C通道运行时，无备用通道，按“B通道运行/备用”按钮，可切换到B通道 运行，C通道自动作为备用通道。 B通道运行或C通道运行时，按 “A通道运行”按钮，总是可切换到A通 道运行，原运行通道B通道或C通道自动作为备用通道。
EXC9000励磁系统简介
励磁系统的作用
• 维持发电机电压为额定给定水平 • 提高系统运行的稳定性 • 实现并联运行的发电机之间无功功率的合 理分配 • 事故情况下快速实现灭磁
励磁系统的组成
• 调节器、励磁变、功率柜、灭磁柜、转子、 电流互感器、电压互感器
EXC9000型励磁系统
二、励磁调节器
调节器软件
•程序结构优化，实现多流程控制 •采用结构化程序语言 •功能完善
二、励磁调节器
发电机参数的测量
• DSP每周期32点向量采样用于计算机端电压、机端电流、 有功、无功和机端频率。
• 此外，DSP还采集励磁电压、励磁电流、系统电压、控制 信号等直流量。
• 通过双口RAM，DSP将采样结果传送到主CPU板。 • 采用移窗算法克服采样环节时间常数 • 最小采样周期可以缩减到5ms，最大限度满足高精度调节
--系统组成
--硬件配置
– 软件设计 – 控制规律 – 功能实现 – 人机界面 – 通信规约 – 起励 – 电气制动 – 电磁兼容
二、调节器
二、励磁调节器
系统组成
T02
EXCITATION TRANSFORMER
U BATT.
F05 Q80
T05
Q02
SA01
VI01
SA02
VI02
A/D
D/A
的要求。
二、励磁调节器
数学模型—电压调节器
• 电压调节器的作用是维持机端电压恒定，因此其反馈量为 发电机端电压。为使励磁系统有良好的静、动态性能，电 压调节器采用两级超前／滞后校正环节。
Ug(S) 电压反馈
Ugd 电压给定
1 1+TaS
1+TA1S
Kp 1+TA2S
附加控制 自 动 电 压 调 节 器 （ AVR） 数 学 模 型
1+TA3S 1+TA4S
UK(S)
二、励磁调节器
数学模型—电流调节器
• 励磁电流调节器用励磁电流作反馈量，励磁电流调节器的 数学模型与电压调节器相似，仅少一级超前／滞后校正环 节。
二、EXC9000型全数字式静态励磁系统系统组成
EXC9000用户手册第2章系统组成广州电器科学研究院广州擎天电气控制实业有限公司目录1．型号规格 (5)2．系统框图 (7)3．调节器 (8)3．1 调节通道 (8)3．2 调节器硬件 (9)3．2．1 硬件方框图 (9)3．2．2 自动通道（A/B通道） (10)3．2．3 主CPU板 (11)3．2．4 DSP板 (14)3．2．5 I/O板 (16)3．2．6 模拟量总线板 (20)3．2．7 开关量总线板 (26)3．2．8 现地控制板（LOU板） (34)3．2．9 智能IO板 (37)3．2．10 调节器的人机界面――――彩色液晶触摸屏 (40)3．3电源系统 (41)4．励磁功率柜 (42)4．1 功率柜运行模式 (42)4．2 功率柜配置 (42)4．3 智能化功率柜 (42)4．3．1 功率柜智能控制板 (43)4．3．2 功率柜脉冲功放板 (48)4．3. 3 智能化功率柜的控制 (50)4．4脉冲形成 (52)4．5智能均流 (52)4．6脉冲变压器 (53)4．7脉冲长距离传输 (54)4．8集中式阻容保护 (54)4．9 常规功率柜 (54)5. 灭磁及过压保护单元 (55)5．1 灭磁及过压保护回路框图 (55)5．2 灭磁柜配置 (57)5．3 智能化灭磁柜 (57)5．3．1 灭磁柜智能控制板 (58)5．3．2 智能化功能 (61)5．3．3 转子温度测量 (62)5．3．4 晶闸管跨接器（Crowbar） (62)5．3．4 灭磁柜直流变送器板 (64)5．4 常规灭磁柜 (66)6．起励单元 (66)7．外部的PT、CT测量单元 (67)8．结构设计 (68)8．1 柜体结构 (68)8．2 防护等级 (68)8．3 表面喷涂 (68)8．4 门把手 (68)8．5 主回路 (69)8．6 导线 (69)8．7 导线线径 (69)8．8 导线标号 (69)8．8 端子 (69)1．型号规格FJL—5 G A L S P A D E 3 B⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾⑴：励磁装置柜体数量⑵：调节器型号A——DLT4000B——DLT6000（自动/手动通道）C——DLT6000（双自动通道）F——LTW6200G——EXC9000⑶：调节通道组合方式O——单通道（带手动功能）T——自动/手动双通道D——两个自动通道A——两个自动通道和一个手动通道⑷：人机界面L——液晶显示器C——工控机I——智能操作屏⑸：柔性电制动———无此功能S——自并励接线，需独立的制动变压器A——他励接线，无专门的制动变压器⑹：整流桥冗余方式S——单桥，无冗余R——冷备用P——并联运行⑺：整流桥冷却方式A——实芯铝散热器H——热管散热器W——水冷⑻：灭磁方式A——交流灭磁D——直流灭磁R——冗余灭磁⑼：功率柜型号⑽：功率柜数量⑾：灭磁电阻型式A——线性电阻B——非线性电阻X——其它型式一般地，为大中型发电机配置的自并励静止励磁装置组成见下表所示：2．系统框图见下图所示，EXC9000系统主要由调节器、人机界面、对外接口、功率柜、灭磁及过压保护、励磁变压器等组成。
三、EXC9000型全数字式静态励磁系统调节器软件功能说明
EXC9000用户手册第3章调节器软件功能说明广州电器科学研究院广州擎天电气控制实业有限公司目录1．调节功能 (4)1.1 给定值调节与运行方式 (4)1.2 自动电压调节器AVR和励磁电流调节器FCR (4)1.3 电力系统稳定器（PSS） (6)1.4 调节器工作模式 (8)1.4.1 发电模式 (8)1.4.2 电制动模式 (9)1.4.3 恒控制角模式 (10)1.4.4 短路干燥模式 (11)1.5 有功和无功功率补偿 (11)1.6 调差 (11)1.7 叠加的无功功率或功率因数控制 (12)1.8 软起励控制 (12)1.9 通道间的跟踪 (13)2．限制功能 (14)2.1 强励限制和过励限制 (14)2.2 欠励限制 (15)2.3 定子电流限制（正无功限制） (16)2.5 低频 (18)3. 故障检测及判断 (18)3.1 同步故障 (18)3.2 低励磁电流 (19)3.3 励磁变副边CT故障 (19)3.4 PT故障 (19)3.5 调节器故障 (20)4．防错功能 (20)4.1 检测容错 (20)4.2 控制容错 (21)5. 其它功能 (21)5.1 R631信号 (21)5.2 R632信号 (21)5.3 开机令输出 (21)5.4 复位 (22)5.5 通道跟踪 (22)5.6 内部跟踪 (22)5.8 恒Q控制 (23)5.9 恒PF控制 (23)5.10 人工操作增减磁 (23)6. 调节器逻辑流程图 (25)6.1 开机流程 (25)6.2 停机流程 (26)6.3 主CPU程序及中断服务流程 (27)6.4 DSP采样程序及中断服务流程 (28)6.5 通道切换流程 (28)6.6 通道跟踪流程 (29)6.7 系统电压跟踪流程 (29)1．调节功能1.1 给定值调节与运行方式利用开关量输入命令或者通过串行通讯，可控制励磁调节器给定值的增、减和预置。
EXC9000静态励磁系统调节器自动切至C通道分析与处理
励磁 系统在发 电模 式下有两种运行方 式：自动方 式和手 动方 式。其 中恒机端 电压 调节 方式称 为 自动 方式 ，恒励磁 电
流 调 节 方 式称 为 手 动方 式 。 自动 方 式 是 主 要 的运 行方 式 ，有 利 于提 高 系 统运 行 的稳 定 性 。手 动 方 式 是 辅 助运 行 方 式 ，不 允许 长 时 间投 入运 行 。
节退 出” ６ 发 电机励磁 电源故 障” ６｝ 电机励磁 电源 正 、“ ≠ ≠ 、“ ≠ 发
常 ” ６ 发 电机 自动方 式 （ 磁 通 讯 ）复 归” ６ 发 电机 Ｃ 、“ 撑 励 、“ 通 道 运 行 （ 磁 通 讯 ）动 作 ” 励 ；现 地 检 查发 现 ６ 号机 励 磁 调 节 器 柜 上 Ｃ通 道 运 行 灯 亮 ，自动 灯 未 亮 ，故 障 灯 未 亮 ，当前 故 障 画 面 无 任 何 显 示 。２ １ ０２年 ２月 １ ５日，运 行人 员在 做 用 电定 期 切 换 试 验 又 发 生 ６ 机 在 备 用 态 励 磁 调 节 器 自动 切 号
浙 江 省 电 力 公 司 紧 水 滩 水 力 发 电厂 位 于 浙 江 省 丽 水 市 云和 县 境 内，在 瓯 江 上 游 干 流 龙 泉 溪 上 ，属 国家 大 （ Ｉ １ ）型 电 力 企 业 ，担 负 电力 系 统 调 峰 ，调 相 ，事 故 备 用任 务 。紧 水 滩 水 力 发 电厂 共 有 ９台 机 组 ，下 辖 紧 水 滩 电站 和 石 塘 电站 ， 上游 紧 水 滩 电站 装 机 容 量 ６ ５ ＭＷ ， 游 石 塘 电站 装 机 容 量 ｘ０ 下 ３２ ． ｘ ８ ＭＷ ，２ ０ 年 开 始 逐 步 将 Ｗ Ｌ０ 励 磁 系 统 改 造 为 ６ ０８ ．３ Ｅ ９ ０ 静 态 励 磁 系 统 ，到 目前 为 止 共 有 ８ 台机 组 改造 完 ＸＣ ０ ０ 毕 。 体 来 说 ， ＸＣ ０ ０静 态 励 磁 系 统 在 紧 水 滩 水 力 发 电厂 总 Ｅ ９０ 运 行 稳 定 可 靠 ，但 有 存 在 一 些 故 障 隐 患 ，本 文 介 绍 的就 是 一 例 ， 在 此 作 简 单 分 析 ，供 各 采 用 相 同系 统 的 同行 参 考 。
EXC9000励磁培训资料
河口电站EXC9000系统培训讲义王晓光一、励磁系统简介1、励磁系统的作用：维持发电机电压为额定给定水平，实现并联运行的发电机之间无功功率的合理分配，事故情况下快速实现灭磁。
提高系统运行的稳定性。
2、励磁系统的组成调节器、励磁变、功率柜、灭磁柜、转子、电流互感器、电压互感器3、励磁系统的原理图简介EXC9000系统主要由调节器、人机界面、对外接口、功率柜、灭磁及过压保护、励磁变压器等组成。
二、励磁调节器的介绍1、EXC9000励磁调节器为双微机三通道调节器，其中A、B通道为微机通道，其核心控制器件是32位总线工控机，C通道为模拟通道。
其中A通道为主通道，测量信号通过机端第一套电压互感器BV1和电流互感器BA1取得；B通道为第一备用通道，测量信号通过机端第二套电压互感器BV2和电流互感器BA2取得；从励磁变副边采集的三相同步电压信号供三个通道公用，从励磁变副边电流互感器取得的励磁电流信号也供三个通道公用。
三通道调节器采用微机/微机/模拟三通道双模冗余结构，由两个自动通道（A、B）和一个手动通道（C）组成，这三个通道从测量回路到脉冲输出回路完全独立。
三通道以主从方式工作，正常方式为A通道运行、B通道备用，B通道及C通道自动跟踪A通道。
可选择B通道或C通道作为备用通道，B通道为首选备用通道。
当A通道出现故障时，自动切换到备用通道运行。
C通道总是自动跟踪当前运行通道；同样，当B通道投入运行后出现故障，自动切换到C通道运行。
三通道之间的结构关系如下图所示：调节通道配置图2、人机对话界面调节器的人机界面是实现调节器和运行操作人员人机交流的主要工具，具有以下功能：（1）显示：人机界面具备机组运行参数显示、运行状况显示功能，并有故障报警指示；（2）操作：通过人机界面的触摸按键，可以实现机组参数设定、起励、残压起励功能投退、通道跟踪、系统电压跟踪、调差率设定等操作。
（3）报警：当励磁系统出现故障时，可以提供报警画面。
EXC9000励磁系统介绍
8
三通道
A套调节器
测量元件
B套调节器
操作元件
C套调节器
A—BUS 电源系统
K—BUS
该调节器由两个自动电压调节通道（A 、 B）和一个手动调节通道（C） 组成，A套和B套调节器是以COMPACT PCI总线工控机为核心的数字调节器， 而C套调节器则是基于集成电路的模拟调节器，这三个通道从测量回路到脉 冲输出回路均完全独立。调节器以主从方式工作，其中一个自动电压调节器 作为主通道，另一个自动电压调节通道作为第一备用通道，手动调节通道作 为第二备用通道。
2
系统原理框图
3
各部分的主要组成器件
名称 调节器 主要组成器件 三通道调节器、双总线、LOU、智能I/O、人机界面、电源系统。
功率整流 器
灭磁系统 起励单元 测量单元 励磁变
6个可控硅组件（硅元件、散热器)、脉冲变、快熔、功率柜智能板、 脉冲功放板、风机及其控制回路、LCD屏、集中式阻容保护
灭磁开关及控制回路、LCD屏、灭磁柜智能板、BOD过压检测、厂用电 切换回路、转子电压电流测量单元 电源开关、起励接触器、起励二极管、限流电阻 机端PT、CT，系统PT，励磁变副边CT 变压器本体、温控温显装置、测温电阻、高低压侧CT
COMPACT PCI 工控机
• 高性能：32位33MHz总线，数据传输速度高达132MB/sec.，满足 CPU速度的提高对总线性能的要求； • 高可靠性：标准的欧洲卡结构和尺寸，高密度的2mm针-孔连接器， 无源母板和功能模板垂直放置，抗冲击、抗震动能力强； • 良好的热设计：合理的散热结构设计便于均匀散热，降低元件失效率； • 良好的可维护性：无源母板和插卡结构，安装简单，维护方便； • 软、硬件资源丰富； • 热插拔和热切换； • 适应性强：CompactPCI总线独立于CPU的类型，可选择范围宽。
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附加控制 自 动 电 压 调 节 器 （ AVR） 数 学 模 型
二、励磁调节器
数学模型—电流调节器
• 励磁电流调节器用励磁电流作反馈量，励磁电流调节器的 数学模型与电压调节器相似，仅少一级超前／滞后校正环 节。
Igd 电流给定 IL(S) 电流反馈 1 1+TbS 1+TB1S Ki 1+TB2S UK2(S)
调节器的硬件—多CPU模式
•由单CPU模式向多CPU模式发展 •主CPU调节、逻辑控制、通讯 •DSP采样
接口板 900A 模拟量总线 900E 开关量总线 900H
•FPGA输出脉冲、脉冲闭锁
优点：（1）极大地提高了调节器的运 算速度和响应的快速性，提高了系统
DSP 5468 CPU 5094
I/O D/A CAN 5432
FCR
Manual
C 通道
二、励磁调节器
两种调节模式对比
数字式 (A/B通道)
调节原理 反馈量 移相 脉冲形成 给定 同步信号 数字式PID+PSS 机端电压 软件移相 软件控制 软件寄存器 中断信号
模拟式 (C通道)
PID调节电路 励磁电流 硬件移相 硬件控制 数字电位器 硬件捕获
二、励磁调节器
COMPACT PCI
的调节精度
（2）可以运行复杂的控制程序，能 满足电网对励磁控制的高性能要求。
二、励磁调节器
技术指标
• 486DX5-133MHZ CPU • DSP处理器：TMS320VC33-120MHZ • A/D转换 分辨率：16bit 通道数：34路。 • 32路开关量输入（24路光隔输入/8路TTL电平输入）、24 路开关量输出（8路光隔输出/16路TTL电平输出） • 4路模拟量输出（12位，0~10V） • 可控硅控制角分辨率：0.0027 • 移相范围：0~180
功能特点
• • • • • • • • • • • 先进可靠的核心控制器件 高速交流采样技术 完善的故障检测系统 高频脉冲列触发技术，实现残压起励 功率柜智能化 智能化动态均流技术 高耐压的脉冲变压器 强大的停风机运行能力 独特的可控硅跨接器 完善的通讯功能 智能化调试
一、系统概述
核心技术
多CPU架构技术 PSS2A多变量PSS技术 DSP数字信号处理技术 高频脉冲列触发技术 低残压快速起励技术 可控硅整流桥智能均流技术 CAN现场总线技术 组态编程技术 智能控制技术
二、调节器
--系统组成 --硬件配置
– – – – – – – – 软件设计 控制规律 功能实现 人机界面 通信规约 起励 电气制动 电磁兼容
二、励磁调节器
系统组成
T02 U BATT. Q02 Q90 F05 EXCITATION TRANSFORMER Q80 T05 SA01 VI01 AC AUX. BUS AC BUS DC BUS DC24V BUS U AUX.
二、励磁调节器
PSS－2A现场投运介绍
四川紫坪铺电 厂的负载反调 试验（PSS2A）。
二、励磁调节器
PSS－2A现场投运介绍
四川紫坪铺 电厂的负载 反调试验 （PSS-1A）。
二、励磁调节器
UG If
软启动程序
起励 根据整定值爬升 稳定运行
t
二、励磁调节器
V/Hz 限制器
V/Hz 设定范围
UG 整定点 UG 最大整定点 UG 常规点 UG 最小整定点
恒无功 无功释放恒功率因素 整定点
二、励磁调节器
叠加的恒无功控制
• 进入方式
– 现地操作 – 远方接点 – 远方串行通讯
Q-Regulation Function
raise lower preset reset
Q1
P lower rise
– – – –
容许的运行范围
f 常规
f
二、励磁调节器
调差UＳ１ UＳ２ Nhomakorabea保证并联运行机组间无功合理分配
-Q
Q１Q２
+Q
二、励磁调节器
限制器
最大励磁电流限制 最小励磁电流限制 定子电流限制 欠励有功无功限制
P
-Q
1/Xd
+Q
二、励磁调节器
过励限制器
• 强励顶值电流限 制 • 长期允许运行最 大电流限制 • 反时限电流限制
SA02 VI02 A/D Channel A G32 DSP CPU I/O 接口板 900A G31 Q03 900P D/A G34 G33 V03 R03
LCD
F02 900N
模 拟 量 总 线 板
Channel B 接口板 900A
DSP
CPU
I/O
开 关 量 总 线 板
900K
M
900M
二、励磁调节器
数学模型—电压调节器
• 电压调节器的作用是维持机端电压恒定，因此其反馈量为 发电机端电压。为使励磁系统有良好的静、动态性能，电 压调节器采用两级超前／滞后校正环节。
Ugd 电压给定 Ug(S) 电压反馈 1 1+TaS 1+TA1S Kp 1+TA2S 1+TA3S 1+TA4S UK(S)
一、系统概述
功能特点
• • • • • • • • • 全数字化系统 CAN总线技术用于励磁系统内部互联 友好完善的人机界面 灵活多样的对外接口方式 完善的调试软件 良好的电磁兼容性能 独立的三通道,两种不同的调节器组态 多CPU架构模式，电路表面贴装工艺和无风扇 全中文三维人机界面
一、系统概述
• 励磁系统数字化的发展方向客观上需要一种智能 的连接方式将励磁系统的各个部分集成在一起。
二、励磁调节器
CAN总线
• • • • • 多主总线，无主站从站之分 自动重发 故障节点自动脱落 通讯速度快，最快可达1Mbit/s 可靠性高，抗干扰能力强，最远传输距离可达11km
二、励磁调节器
调节通道配置
+
S
+
Ks3
S
USTmin USTmin
电功率
s.TW3 1 + s.TW3
s.TW4 1 + s.TW4
Ks2 1 + s.T7
二、励磁调节器
PSS－2A现场投运介绍
四川紫坪铺电 厂的负载4％ 阶跃试验（已 投入PSS功 能）。
二、励磁调节器
PSS－2A现场投运介绍
四川紫坪铺电 厂的负载4％阶 跃试验（未投 入PSS功能）。
双微机双通道 （同行业其它厂家采用）
自动通道
AVR
FCR
自动通道
AVR
FCR
二、励磁调节器
调节通道配置
微机/微机/模拟三通道 （我公司最先采用）
自动 通道
AVR
FCR
自动 通道
AVR
C通道的励磁调节从实现的原 理和实现的途径与数字式调节器完 全不同，因而能起到很好的后备作 用，显著提高了调节器的安全性和 可靠性，还特别方便于发电机组和 励磁的试验和维护。
• DSP每周期32点向量采样用于计算机端电压、机端电流、 有功、无功和机端频率。 • 此外，DSP还采集励磁电压、励磁电流、系统电压、控制 信号等直流量。 • 通过双口RAM，DSP将采样结果传送到主CPU板。 • 采用移窗算法克服采样环节时间常数 • 最小采样周期可以缩减到5ms，最大限度满足高精度调节 的要求。
UK
IL 电流反馈
1 Kpi＋ 1+TbS
1 TiS
反时限控制
电流限制值
EXC9000励 磁 调 节 器 自 动 运 行 方 式 模 型
二、励磁调节器
手动运行方式
Igd 电流给定 IL(S) 电流反馈 1 1+TbS Ugdxm 电压限制值 Ug(S) 电压反馈 1 1+TaS 1+TA3S Kp 1+TA4S ≥1 1+TB1S Ki 1+TB2S
UK2(S) 控制信号
EXC9000励 磁 调 节 器 手 动 运 行 方 式 模 型
二、励磁调节器
电力系统稳定器（PSS-1A）
• • • • 以电功率为反馈量 国内其它厂家普遍采用 存在反调 调节原动机时闭锁PSS输出或减小增益，降低了PSS的工作 效能。
ΔP 1 1+TcS 测量 1+T1S 1+T2S 第一级 1+T3S 1+T4S 第二级 TqS 1+TqS 隔直 增益 限幅 Kpss UKpss
一、系统概述
遵循标准
GB/T7409-2007《大、中型同步发电机励磁系统技术条件》 DL/T650-1998《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条 件》 DL/T583-1995《大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置 技术条件》 DL/T843-2003《大型汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条 件》
二、励磁调节器
智能型故障检测系统
• 独立于调节器 • 智能化 • 可检测的故障 – 调节器软件故障 – 调节器硬件故障 – 调节器电源故障 – 脉冲故障 • 检测系统本身的故障，并报警
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二、励磁调节器
调节器软件
•程序结构优化，实现多流程控制 •采用结构化程序语言
•功能完善
二、励磁调节器
发电机参数的测量
励磁电流调节器数学模型
二、励磁调节器
自动运行方式
限制信号及调差信号 Ugd 电压给定 Ug 电压反馈 1 1+TaS PSS ≥ 1 ΔP 电功率 1 1+TcS 测量 1+T1S 1+T2S 第一级 1+T3S 1+T4S 第二级 TqS 1+TqS 隔直 增益 限幅 Kpss UKpss 1+TA1S Kp 1+TA2S 1+TA3S 1+TA4S