新一代励磁调节器NES介绍

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8-NES6100励磁调节器介绍

接口说明
NES6100励磁调节器介绍
型号功能接口
RP1783A、RP1783B — 脉冲电源板产生24V脉冲电源和24V开出电源
RP1783 脉冲电源板
220或110V（交直流兼容）输入，脉冲、开出电源输出，脉冲、开出电源故障节点输出 • RP1783A为220V电源板、RP1783B为110V电源板 • 脉冲电源24V/3A，开出电源24V/2A
软件技术
NES6100励磁调节器介绍
• 过励反时限限制器
反时限特性符合以下公式：
T=
A ⎛ I ⎞ ⎜ ⎟ −1 ⎝ IP ⎠
a
软件技术
其中 • I为转子电流标幺值； • Ip为长期运行值，默认为1； • a为2； • A为反时限常数，国标GB7064要求发电机满足33.75； • 启动值一般设置为1.1，高于该值才开始热量累积。
NES6100励磁调节器介绍
型号功能接口
RP1982 — 分压盒励磁电压采样前进行降压处理励磁电压输入，分压电压输出 • 输入电压±1500V • 输出电压±100V • 满足安规要求
RP1982 分压盒
说明
NES6100励磁调节器介绍
RP1701 系统电源板
型号功能接口
RP1701A、RP1701B — 系统电源板
软件技术
∑
NES6100励磁调节器介绍
• 低励限制
机端电压平移：
软件技术
NES6100励磁调节器介绍
• 低励限制
P(MW) Q(MVar) 点1 0 -81.48 点2 170 -27.16 动作点 121 -42.8 -0.14622 11.91433 -30.8857 -31

新一代励磁调节器NES6100介绍

整流盒电压、电流同步电压励磁电压 4路通道
4路D A 输出，接变送器
2 × CAN
光信号交换
23 路开入
23 路开入
1 6 ～4 8 路开出
6脉冲
2 4 V脉冲、 2 4 V开出电源
AC
DC
硬件介绍
标准板件
• RP1701A，系统电源板。板卡分主电源和副电源，相互独立， DC220V输入，兼容AC输入。装置主电源两路输出5V/8A， 24V/1A。副电源（用于开入）一路输出48V/0.2A。 • RP1402A，模拟量板。12组模拟通道信号调理，6I6U。用来测 3相交流转子电流A、B、C，3相交流定子电流A、B、C，3相交流定子电压A、B、C，系统电压。 • RP1001A，CPU板。进行系统任务管理，人机界面，录波通讯等。 • RP1301F，48V智能开入板。提供23路智能开入。 • RP1318A，智能开出板。提供16路智能开出。
分布式多处理器。 POWER PC 负责系统管理与对外通讯； DSP 处理器专门负责实时控制。 POWER PC 333MHz ×1 DSP浮点400MHz ×2 1Gb 1.667ms IRIG-B, NTP 基于LINUX，更加稳定不易中毒带时标的标准 COMTRADE格式可脱离工控机独立存储 64条波形 50 个模拟量， 150 个开关量，每 3.3ms录一点，共6000点，可配置
硬件介绍
定制板件
• RP1403，同步板。用来测第二路定子电压，三相同步电压，试验通道4路4～20mA或-10V～10V，分压后的励磁电压。 • RP1283， DSP板。进行模拟量采样，数据计算，形成触发脉冲，4路DA输出，2路对外CAN输出（双机通讯）等。 • RP1883，脉冲放大板。将6路脉冲信号进行驱动增强以驱动脉冲变压器。开入、开出用来实现双套间的主、从切换。 • RP1783，脉冲电源板。分两路独立电源，DC220V输入，兼容 AC输入。一路为脉冲电源，输出24V/3A。一路为开出电源，输出24V/2A，双套间的24V输出各自并联，采用不控自主调节均流。 • RP1609，总线背板。用于板卡间电源与信号的相互连接。

励磁调节器介绍

Leabharlann Ifmax加热冷却
加热
冷却
Iftherm
29
加热
冷却
10 s
<10s
Tequiv
t [s]
(10 s)
t
带温度记忆的热量特性，避免连续多次过流后电机误发生过热损坏
励磁调节器功能介绍 30
l 转子过热限制动作模型
I fn
∑ Cc = Kcool
(
I
2 fn
−
I
2 f
)
If
∑ Ch =
(
I
2 f
−
I
P 1、最小励磁电流限制
2、定子过电流限制
3、励磁过电流限制
2
4、进相稳定限制
5、有功输出限制 5
4
3 1
O
Q
欠励曲线4规律：园心为：（0,Ug2(Xxt-1-Xd-1)/2) 半径为：Ug2(Xxt-1+Xd-1)/2 Q轴交点：（0，-Ug2/Xd）
励磁调节器功能介绍 25
l PQ限制器
P
F ED
节，内环采用电压TGR（PID）调节； 5、恒功率因数调节，采用双环方式，外环采用PI调
节，内环采用电压TGR（PID）调节；
励磁调节器功能介绍 23
l 励磁调节方式
6、PSVR，高压母线电压调节； 7、系统电压跟踪； 8、附加接口：次同步振荡抑制功能
励磁调节器功能介绍 24
l 运行范围限制功能
Ø 手动人工切换控制，方便试验及检查； Ø 多级故障诊断，自动选择，保证可靠运行； Ø 主用通道闭锁，方便通道维修； Ø 主从通讯采用2路光纤通讯，任意一路正常
即可保证主从正确跟踪。
励磁调节器功能介绍 16

南瑞NES6100励磁调节器在某巨型水电站的应用

２０２０年第９期２０２０Ｎｕｍｂｅｒ９水电与新能源ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲＡＮＤＮＥＷＥＮＥＲＧＹ第３４卷Ｖｏｌ.３４ＤＯＩ:１０.１３６２２/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ４２－１８００/ｔｖ.１６７１－３３５４.２０２０.０９.０１６收稿日期:２０２０－０７－１０作者简介:张元栋ꎬ男ꎬ工程师ꎬ主要从事水力发电厂电气设备维护方面的工作ꎮ南瑞ＮＥＳ６１００励磁调节器在某巨型水电站的应用张元栋ꎬ刘光权ꎬ柳呈祥ꎬ黄柯维(中国长江电力股份有限公司ꎬ湖北宜昌㊀４４３１３３)摘要:针对某巨型水电站部分机组励磁系统已不满足现行标准要求㊁关键备件不足等问题ꎬ对励磁调节器进行国产化改造ꎮ介绍了国产化改造实现方法和新技术的应用ꎬ经严格按照现行国家和行业标准㊁规范㊁规程要求进行的相应试验和３年多的实际运行ꎬ其稳定性㊁可靠性等均符合或优于国家及行业标准ꎬ达到了改造目标ꎮ关键词:南瑞ＮＥＳ６１００励磁调节器ꎻ巨型水电站ꎻ进口励磁系统ꎻ国产化改造中图分类号:ＴＶ７３４㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１６７１－３３５４(２０２０)０９－００５８－０４ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＮＡＲＩＮＥＳ６１００ＥｘｃｉｔａｔｉｏｎＲｅｇｕｌａｔｏｒｉｎａＧｉａｎｔＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＳｔａｔｉｏｎＺＨＡＮＧＹｕａｎｄｏｎｇꎬＬＩＵＧｕａｎｇｑｕａｎꎬＬＩＵＣｈｅｎｇｘｉａｎｇꎬＨＵＡＮＧＫｅｗｅｉ(ＣｈｉｎａＹａｎｇｔｚｅＰｏｗｅｒＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＹｉｃｈａｎｇ４４３１３３ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｉｍｐｏｒｔｅｄｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｏｆｓｅｖｅｒａｌｕｎｉｔｓｉｎａｇｉａｎｔｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｉｓｎｏｗｏｆｃｅｒｔａｉｎｐｒｏｂｌｅｍｓｓｕｃｈａｓｔｈｅｄｉｓｓａｔｉｓｆａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｃｕｒｒｅｎｔｓｔａｎｄａｒｄｓａｎｄｔｈｅｓｈｏｒｔａｇｅｏｆｋｅｙｓｐａｒｅｐａｒｔｓ.Ｔｈｕｓꎬｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｒｅｎ￣ｏｖａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ.ＴｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｒｅｇｕｌａｔｏｒｓａｒｅｒｅｐｌａｃｅｄｂｙｄｏｍｅｓｔｉｃａｌｌｙｍａｄｅＮＡＲＩＮＥＳ６１００ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｒｅｇｕｌａｔｏｒｓ.Ｒｉｇｏｒｏｕｓｔｅｓｔｉｎｇａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｅｎｏｖａｔｅｄｓｙｓｔｅｍｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅｎｏｖａｔｉｏｎｉｓｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌａｓｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｒｅｉｎａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｏｒｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈｅｎａｔｉｏｎａｌａｎｄｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｓｔａｎｄａｒｄｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＮＡＲＩＮＥＳ６１００ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｒｅｇｕｌａｔｏｒꎻｇｉａｎｔｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎꎻｉｍｐｏｒｔｅｄｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍꎻｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｒｅｎ￣ｏｖａｔｉｏｎ㊀㊀某巨型水电站励磁系统采用静止式可控硅自并励的励磁方式ꎬ部分机组自２００３年开始陆续投产ꎬ全部选用进口励磁设备ꎮ因运行时间长ꎬ励磁调节器电子元器件老化ꎬ设备故障率逐年升高ꎬ备件已停产ꎬ库存备件数量严重不足ꎬ威胁设备持续稳定运行ꎻ国家和电网对机组涉网功能提出了新要求㊁新标准ꎬ原励磁系统ＰＳＳ功能不能满足要求ꎮ为此ꎬ该电站于２０１６开始着手研究设备技术改造路线及改造中涉及的具体技术问题ꎮ由于原进口励磁系统起励装置㊁功率整流设备及灭磁装置运行稳定ꎬ故障率低ꎬ备件充裕ꎬ均流效果理想ꎬ经综合评估ꎬ最终决定仅进行励磁调节器国产化改造ꎬ更换为国电南瑞电控公司生产的ＮＥＳ６１００励磁调节器ꎮ１㊀励磁调节器简介ＮＥＳ６１００励磁调节器是国电南瑞总结以往励磁研发运行经验ꎬ研制出的第四代产品ꎮ采用三层硬件架构ꎬ最底层由ＦＰＧＡ完成ＡＤ采样控制㊁脉冲生成㊁频率测量㊁主从套切换等高实时的功能ꎻ中间层ＲＰ１２８３ＤＳＰ完成ＡＤ采样值计算㊁励磁实时控制及保护限制㊁ＤＡ输出㊁双套控制器通讯等核心功能ꎻ上层ＰＯＷＥＲＰＣ负责对外通讯㊁录波㊁变位记录等功能ꎻＲＰ１００１ＤＳＰ负责接收远方遥控㊁遥设等命令ꎬ根据工程实际需求ꎬ灵活组态顺序控制逻辑[１－３]ꎮ采用ＰＩＤ＋ＰＳＳ２Ｂ控制方式ꎬ与第三代产品ＮＥＳ５１００励磁调节器相比新增了定子电流限制器㊁ＰＳＳ４Ｂ㊁ＰＳＶＲ等功能ꎬ优化了各反时限环节ꎬ实现主辅环协调控制ꎬ进一步提升了励磁控制系统的可靠性ꎮ２㊀改造的实现和新技术的应用此次为部分改造ꎬ相对设备整体更换造成了大量的系统兼容性㊁接口配合㊁控制功能需单独开发等一系８５张元栋ꎬ等:南瑞ＮＥＳ６１００励磁调节器在某巨型水电站的应用２０２０年９月列技术难题ꎬ为解决上述技术难题并满足实际现场运行的需要ꎬ该电站联合国电南瑞在设备选型㊁设计㊁安装调试阶段对励磁调节器硬件和软件进行了大量改进ꎮ２.１㊀首次实现国产调节器与进口西门子功率柜完美配合㊀㊀原进口励磁调节器采用双窄脉冲群的触发方式ꎬ此次仅改造励磁调节器ꎬ需要重新设计开发ＮＥＳ６１００励磁调节器的脉冲接口电路㊁脉冲分配板及脉冲触发程序ꎬ以实现与功率整流柜内脉冲变回路的匹配ꎮ硬件结构上ꎬ为提高脉冲驱动功率和稳定性ꎬ将ＮＥＳ６１００励磁调节器脉冲板接口电路的开关器件由ＭＯＳ管更换为连续ＩＣ为５Ａ的ＮＰＮ三极管ꎻ为匹配功率整流柜的脉冲传输方式ꎬ设计脉冲分配板ꎬ将调节器的脉冲输出信号扩展成７个原进口励磁脉冲电缆专用接口ꎬ简单可靠的实现了脉冲接口的统一ꎮ控制策略上ꎬ设计开发了励磁调节器脉冲触发程序ꎬ脉冲频率㊁个数和脉宽等参数与原进口调节器保持一致ꎬ同时设计了脉冲检测电路ꎬ可实时诊断并报出故障ꎬ完成双套无扰动切换至备用通道ꎬ不会因脉冲故障而导致机组失磁保护动作而跳机ꎮ２.２㊀优化完善了ＰＳＳ功能部分机组原进口励磁调节器安装外置硬件ＰＳＳ２Ｂ装置ꎬ外置ＰＳＳ装置硬件老化ꎬ附加的外部ＰＳＳ信号回路给励磁系统安全运行带来隐患ꎻ部分机组原进口励磁调节器内置ＰＳＳ２Ｂ软件ꎬ内置ＰＳＳ引入的ω信号取自机端电压频率ꎬ在动态过程中转速和机端电压频率的差值足以影响ＰＳＳ的补偿效果ꎬ对系统阻尼有恶化作用ꎬ不符合现行行业技术要求ꎮ改造后的励磁调节器全部内置ＰＳＳ２Ｂ/４Ｂ两种模型ꎬＰＳＳ２Ｂ模型ω信号取自发电机ｑ轴虚拟电气分量Ｅｑ的频率ꎬ试验证明其对０.１~２Ｈｚ的低频振荡具有良好的阻尼作用ꎬ满足电网要求ꎮ预装的ＰＳＳ４Ｂ模型能更好地对各种频段低频振荡起到抑制作用ꎬ同时ＰＳＳ４Ｂ对电力系统联系阻抗的强弱具有较好的适应性ꎬ为今后电网运行的更高要求做好了准备ꎮ２.３㊀实现了母线电压跟踪功能原进口励磁调节器无跟踪母线电压功能ꎬ多年来的运行发现ꎬ随着季节的不同ꎬ母线电压有一定范围的变化ꎬ机组并网时ꎬ机端电压和母线电压之间有一定的差值ꎬ会造成并网时较大的无功功率冲击ꎬ最大值达２２０Ｍｖａｒꎬ冲击电流的电动力对发电机定子绕组㊁变压器绕组均产生冲击ꎬ定子绕组端部机械强度最弱ꎬ这种冲击日积月累会威胁发电机的安全运行ꎮ改造后的励磁调节器具有跟踪母线电压的功能ꎬ将母线电压引入励磁调节器ꎬ并网前ꎬ励磁调节器给定值跟踪母线电压ꎬ彻底解决了机组同期并网过程中因机端电压和系统电压测量误差引起的无功冲击问题ꎮ２.４㊀开发了试验方式功能在水轮机组试验中经常进行零起升压㊁升流试验和励磁大电流㊁小电流等试验ꎬ目前行业中ꎬ多需要修改励磁调节器参数和相关程序ꎬ过程繁琐㊁效率低ꎬ存在着一定安全隐患ꎮ改造后的励磁调节器首次增加了试验方式功能ꎬ将试验压板投入后ꎬ即可进行各种励磁开环试验ꎬ完全不受外部开关状态的限制ꎮ２.５㊀开发了模拟量录波功能改造后的励磁调节器新增模拟量录波功能ꎬ当１.６６ｍｓ运算周期前后ꎬ模拟量百分值变化量大于参数设定值ꎬ变量录波为１ꎬ保持０.５ｓꎬ变量录波上升沿触发录波ꎮ基于专用波形文件查看工具ꎬ可快速分析波形的阶跃上升时间㊁调节时间㊁阻尼比㊁振荡次数等关键参数ꎬ为故障处理提供依据ꎮ２.６㊀优化了ＰＴ断线检测方法原进口励磁系统ＰＴ断线判断策略单一ꎬ无法反映ＰＴ断线的多种情况ꎮ改造后的励磁调节器加快了主备调节器的切换时间ꎬ增加了定子电压负序分量㊁电压电流相关性等判据ꎬ通过全面检测发电机定子电压㊁电流和转子电流ꎬ并根据在各种ＰＴ断线和短路情况下各个量的不同变化组合ꎬ正确判断各种ＰＴ断线故障ꎬ并能正确区别ＰＴ断线和发电机出口短路ꎬ为发电机励磁控制装置提供正确的控制基准ꎬ保障机组安全运行(见图１)ꎮ２.７㊀增加智能电站多场景支撑功能原进口励磁调节器只提供ＰＲＯＦＩＢＵＳ通讯协议和接口ꎮ改造后的励磁调节器支持多种通讯协议ꎬ为后续建设智能化电站奠定了基础ꎮ３㊀投产试验情况励磁调节器改造后ꎬ严格按照现行国家和行业标准㊁规范和规程要求完成了相应的试验项目ꎬ试验结果均符合或优于国家及行业标准ꎬ试验结果见表１ꎮ９５水电与新能源２０２０年第９期图１㊀改造后ＰＴ断线判据图表１㊀励磁调节器国产化改造试验结果对比分析表试验项目试验结果规范要求自动升压试验电压超调量ɤ１％Ｕｇｎꎬ振荡次数为０ꎬ调节时间ɤ３ｓ电压超调量ɤ５％Ｕｇｎꎬ振荡次数ɤ３ꎬ调节时间ɤ５ｓ电压调节范围试验电压为８％~１１０％Ｕｇｎ１０％~１１０％Ｕｇｎ范围内稳定平滑调节１０％阶跃试验电压超调ɤ２％阶跃量ꎬ无振荡ꎬ调节时间ɤ２ｓ电压超调ɤ２０％Ｕｇｎꎬ振荡次数ɤ３ꎬ调节时间ɤ３ｓ频率特性试验频率值每变化１％ꎬ机端电压变化值为ʃ０.０５％~２％Ｕｇｎ频率值每变化１％ꎬ机端电压变化值ɤʃ０.２５％Ｕｇｎ甩额定负荷试验振荡次数ɤ２ꎬ调节时间ɤ２ｓ振荡次数ɤ３ꎬ调节时间ɤ５ｓ有功功率振荡的阻尼比阻尼比ȡ０.２９４阻尼比ȡ０.１机端电压与系统电压的电偏差(空载时ꎬ投入系统电压跟踪功能)偏差为０.０５~０.１％偏差ɤ０.５％０６张元栋ꎬ等:南瑞ＮＥＳ６１００励磁调节器在某巨型水电站的应用２０２０年９月㊀㊀同时ꎬ为适应电网要求ꎬ委托中国电力科学研究院进行了ＰＳＳ㊁进相等涉网试验ꎬ试验结果表明机组励磁系统ＰＳＳ功能和发电机进相能力完全满足系统要求ꎮ依据«电力系统稳定器整定试验导则»要求ꎬ进行了励磁系统ＰＳＳ试验及参数整定ꎬ试验结果表明ꎬ改造后的ＰＳＳ对系统０.１~２Ｈｚ的功率低频振荡有良好的正阻尼作用ꎬ并且抑制反调效果明显(见图２)ꎮ图２㊀改造后ＰＳＳ试验曲线图㊀㊀在实测的进相能力范围内ꎬ整定发电机低励限制曲线如图３所示ꎬ整个进相试验过程中失磁保护未动作ꎮ最大进相深度达－３００Ｍｖａｒꎬ试验结果完全满足国网要求ꎮ图３㊀改造后低励限制曲线图４㊀结㊀语为提高机组运行稳定性ꎬ该巨型电站已完成机组励磁调节器国产化改造ꎬ此次国产化改造为国内首次实现国产调节器与进口西门子功率柜完美配合ꎬ解决了励磁系统ＰＳＳ功能不满足现行国家要求和同期并网时无功冲击较大的问题ꎬ优化了ＰＴ断线判据策略ꎬ提升了用户体验感ꎬ延长了原功率整流柜的使用年限ꎬ减少了改造成本ꎬ实现了励磁系统整体性能和可靠性的最优化ꎮ从２０１７年４月首台８号机组完成改造投运至今ꎬ设备运行稳定ꎬ完全满足国家和电网对机组涉网性能的要求ꎬ其控制精度㊁稳定性㊁控制灵活性都得到了大幅提高ꎬ达到改造设计要求和目标ꎮ参考文献:[１]陆继明ꎬ毛承雄ꎬ范澍ꎬ等.同步发电机微机励磁控制[Ｍ].北京:中国电力出版社ꎬ２００６[２]刘取.电力系统稳定性及发电机励磁控制[Ｍ].北京:中国电力出版社ꎬ２００７[３]李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用[Ｍ].２版.北京:中国电力出版社ꎬ２００９[４]倪以信ꎬ陈寿孙ꎬ攻宝霖.动态电力系统的理论和分析[Ｍ].北京:清华大学出版社ꎬ２００２[５]许其品ꎬ朱晓东ꎬ刘国华.大型发电机励磁系统的设计[Ｊ].水电厂自动化ꎬ２００９ꎬ３０(４):２０－２４１６。

NES6100励磁调节器在碧口电站机组改造中的应用

NES6100励磁调节器在碧口电站机组改造中的应用本文针对南瑞集团旗下上市公司国电南瑞生产的新一代NES6100励磁调节器在大唐碧口电站1号机组扩容改造中的应用，运行中操作方法、维护、工作原理及故障的处理等问题进行了探讨，希望现场电气运行值班人员对其的运行维护和使用有一定的参考作用。

标签：励磁调节器；现场；运行；维护；使用概述大唐碧口水力发电厂对1号发电机组进行扩容改造，装机容量由100MW扩容至110MW，发电机励磁系统采用自并激静止可控硅全控桥励磁系统，励磁调节器采用两台NES6100发电机微机励磁调节器，励磁电流由励磁变压器经可控硅整流装置提供。

配置励磁回路过电流保护、励磁变电流速断、过电流保护、电压互感器断线保护、控制电源失压保护、灭磁开关误跳闸保护、功率整流组件过电压和过电流保护、功率柜冷却风机故障及电源失电保护。

PSS投退正常在监控操作员站进行，遇监控系统故障，可在现地励磁调节屏内操作“PSS控制”把手进行PSS投退。

1 NES6100励磁调节器在大唐碧口水力发电厂1号机组扩容改造中的应用发电机组扩容改造主要是针对发电机定子线圈、转子线圈和励磁系统的改造升级，其中励磁系统采用自并激静止可控硅全控桥励磁系统，NES6100励磁系统可分为四个主要部分励磁变压器、两套相互独立的励磁调节器（A套、B套）、晶闸管整流装置起励单元、灭磁单元、过压保护等辅助单元。

NES6100微机励磁调节器调节模式有电压闭环调节、电流闭环调节、无功闭环调节和功率因数闭环调节、定角度模式。

调节方式在调节器控制系统中选择，正常运行方式为电压闭环调节。

NES6100静止励磁调节系统通过可控硅整流桥控制励磁电流来调节同步发电机端电压和无功功率。

其中，可控硅整流功率柜的触发控制脉冲来自NES6100发电机励磁调节装置。

NES6100发电机励磁调节器对用于励磁控制的模拟量和开关量信号进行采集和处理，并且将励磁系统运行状态信息以模拟信号、节点开关或通信形式输出。

NES5100型励磁调节器在1000MW机组上的应用

控制调节程序放置于３．３ｍｓ中断中，控制周期为３．３ｍｓ，完成所有励磁控制调节功能，确保控制的快速和精度。
２．２功能特点
２．２．１励磁调节功能
装置在原有电压闭环调节方式（
第２７卷
Ａ、Ｂ通道分别从发电机出口的２号、３号互感
器接人。主要硬件ＣＰＵ板以系统电源板、模拟量
板、同步电压板、开关量板、脉冲放大板等硬件为支
撑，实现模拟信号采样，并根据采样结果及开关量输入信号逻辑产生控制脉冲，经逻辑判断程序实现
起励过程中，与常规起励的开环方式不同，软起
式，优点是半导体元件承受的电压低，励磁响应
快，调压性能好，励磁变压器利用率高［２］。发电
环故障（如ＰＴ断线）时使用，以发电机励磁电流作为调节变量，维持发电机励磁电流与电流参考
电压参考值一致，而电压参考值则主要由增磁命令或减磁命令进行增减。发电机空载时，电压参考值变化，使机端电压也随之变化；发电机负载
时，电压参考值变化仍然使发电机电压随之变晶闸管整流采用三相全控桥式电路，相控方化，同时引起发电机无功功率更大范围变化。ＦＣＲ调节方式主要在励磁试验时或电压闭

南瑞励磁系统NES5100技术说明书

NES5100发电机励磁调节器技术说明书V1.0前言本说明书介绍了南瑞集团电气控制分公司的NES5100发电机励磁调节器的功能、特点、硬件及软件配置、工作原理，供工程人员、市场人员以及用户参考，以便对NES5100有较全面的了解。

与本说明书有关的技术文件：✓硬件框图✓软件框图✓配线表✓使用说明书✓界面说明书NES5100发电机励磁调节器说明书文件版本：V1.0南瑞集团电气控制分公司所有目录略第一章概述NES5100发电机励磁调节器是南瑞集团电气控制分公司的第三代励磁调节器，适用于同步发电机各种励磁系统。

NES5100发电机励磁调节器继承了我公司前两代励磁调节器SJ800和SAVR2000的核心技术，借鉴了前两代励磁调节器几十年现场运行经验，参考了IEEE Std 421.5TM-2005励磁系统数学模型，还吸收了目前数字控制领域最先进的研究成果和工艺。

在计算速度、控制周期、抗电磁干扰、可靠性方面均有极大的进步。

NES51000发电机励磁调节器控制单元采用主频高达180MHz的32位高性能微处理器为核心的硬件平台，采用积木式多通道冗余结构，并配备网络化的人机交互系统，采用嵌入式实时多任务操作系统，可实现逻辑现场组态。

基于上述的硬件平台和软件构架，NES5100具有设计理念超前、可靠性高、操作简单、维护方便、使用灵活、扩展和兼容性高等特点。

1.1 适用围煤、天然气、水力、风力、太阳能等┅都可以用来产生电能。

通常，上述形式的能量首先变换为机械能，然后通过发电机变换为电能。

电能转换大都使用同步发电机，其输出电压由励磁系统来控制，电能经过输电线路分配到负荷中心。

图4-1为电能的产生环节：图1-1 电能的产生环节NES5100发电机励磁调节器适用于各种方式的可控硅励磁系统，适用10MW到1000MW各种容量机组。

典型的励磁方式如下：1、自并励励磁系统，如图1－2；2、自复励励磁系统；3、两机他励可控硅励磁系统；4、三机励磁系统；5、无刷励磁系统；可根据实际工程设计出具体的实际方案。

NES5100励磁系统简介-李明解读

NES5100励磁系统简介
六、维护与故障处理
维护的工作条件
•在进行维护工作时，应注意励磁调节器所处条件，不同的检查、维护项目在不同的工作条件下进行。 •工作条件（1）：关闭励磁装置所有电源，切断所有对外电气连接 •工作条件（2）：只供厂用电和直流电 •工作条件（3）：开环试验条件
设备构成包括：
1)励磁变压器2)可控硅整流桥3)灭磁与过电压保护4)数字式自动电压调节器(AVR) 5）起励装置6）集电环装置，包括集电环，刷盒及刷架、集电环风扇、电刷等设备具体设备规范及其功能不再赘述！
NES5100励磁系统简介
四、运行工作中应该了解的励磁系统相关问题
对于励磁系统，在我们实际工作中密切联系的大概可以归结为几点： 1、逆变灭磁
点、不燃弧、不产生大量热量，灭磁可靠缺点是动作时间较长。
NES5100励磁系统简介
2、启励方式
按厂家设计先合入灭磁开关，然后检查调节方式在自动位（ AVR 默认自动，调节方式选择块投入后则会变成手动 FCR 恒电流调节）。点击励磁投入块后开始起励，AVR自动将发电机出口线电压升至额定电压的 95%，然后需要手动调整励磁增减指令将发电机出口升至额定电压。发电机线电压调节块的输入输出有七、八秒的延时，根据经验，点一下励磁增减指令线电压会变化 100V左右，可以在线电压的逻辑块中看输入值调节。发电机并网后，定子绕组流过感性电流，感性电流在发电机内部的电枢反应比较大，它对转子起削弱作用，从而会引起端电压下降，所以发电机端电压的控制应当略高于网上电压。 3、启励电源励磁系统启励三相380V交流电源，降压变压器后，经3整流做励磁系统启励电源。
NES5100励磁系统简介
五、运行操作 • 电源投入 • NES5100励磁调节器一般由两路独立的交流电源和一路直流电源供电。两路独立的交流电源分别作为A、B套调节器的交流工作电源，一路直流电源为A、B套调节器共用（可根据现场条件调整）。任何一路输入电源消失均不影响调节器的正常工作。 • 另外，工控机和交换机均采用交流电源，条件允许的话，可以用第三路独立的交流电源。或者用AB套调节器用的交流电源。

NES5000技术说明书

NES5000励磁调节器技术说明书南瑞集团电气控制分公司2006年7月前言本书介绍了NES5000励磁调节器的硬件结构、工作原理、技术说明和使用方法。

本书仅供公司内部员工参考。

NES5000励磁调节器说明书文件版本：V1.0南瑞集团电气控制分公司版权所有目录前言 (2)1、励磁系统综述 (4)1.1 应用范围 (4)1.2 功能配置 (5)1.2.1基本的调节和控制功能 (5)1.2.2 辅助的限制和保护功能 (5)1.2.3 自检自诊断 (5)1.2.4 容错控制 (6)1.2.5 录波和示波器功能 (6)1.3 性能特征 (7)2. 技术数据 (1)2.1 机械结构即性能 (1)2.1.1 结构尺寸数据 (1)2.1.2 防护等级：IP40 (1)2.2 环境条件 (1)2.3 额定电气参数 (2)2.3.1 电源参数 (2)2.4 主要技术指标 (3)2.5 抗干扰性能 (3)2.6 绝缘耐压标准 (4)2.7 通讯接口 (4)3.硬件构成 (1)3.1 硬件框图 (1)3.2 电气硬件配置 (2)3.3 装置基本原理 (3)3.3.1模拟量采集 (3)3.3.2闭环调节 (3)3.3.3脉冲输出 (3)3.3.4限制和保护 (3)3.3.5逻辑判断 (4)3.3.6 参考值设定 (4)3.3.7 双机通讯 (4)3.3.8 自检和自诊断 (5)3.3.9 人机对话 (5)3.3.10 对外通讯 (5)4 功能配置 (1)4.1 概述 (1)4.2 发电机电压给定和调节 (2)4.3 限制器功能 (4)4.3.1限制器工作原理 (5)4.3.2低励磁限制 (5)4.3.3 过励磁限制 (6)4.4电力系统稳定器（PSS） (10)1、励磁系统综述NES5000是南瑞集团电气控制分公司的第三代励磁调节器，适用于同步发电机静止励磁系统和三机励磁系统。

NES5000不仅包含了前两代励磁调节器SJ800和SA VR2000的核心技术，同时还吸收了目前数字控制领域内最先进的研究成果和工艺，如ARM技术、DSP 数字信号处理技术。

南瑞NES5100励磁调节器作业指导书

NES5100发电机励磁调节器作业指导书批准：审核：初审：编写：目录第一章软件系统 (4)1.1 概述 (4)1.2 调节控制程序 (4)1.3 限制及保护程序 (6)1.4 NES-HMI励磁智能监控软件安装及界面配置 (12)1.5 NES-HMI励磁智能监控界面介绍 (22)第二章运行操作 (42)2.1 电源投入 (42)2.2 零起升压 (42)2.3 正常开机 (42)2.4 空载运行 (42)2.5 自动准同期 (42)2.6 并网运行 (43)2.7 停机操作 (43)2.8 通道切换 (43)2.9 控制模式选择 (43)2.10 参数修改及固化 (45)2.11 限制及保护功能投退 (46)2.12 手动录波 (46)2.13 异常情况及处理 (48)第三章调试规程 (49)3.1 工具、图纸及程序准备 (49)3.2 静态试验 (49)3.3 空载试验 (56)3.4 并网试验 (61)第四章励磁系统作业指导书 (64)1 一般性检查 (64)2 模拟测量采样检查 (64)3 开入开出量检查 (66)4 按厂家调试大纲进行的励磁调节器功能静态检查 (68)4.1 电源回路测量电压值检查结果见表14。

(68)5 发电机空载自励情况下励磁系统动态特性试验 (70)6 励磁系统带负荷试验 (75)7 结论 (78)第一章软件系统1.1 概述软件组成包括三个方面：嵌入式操作系统、人机交互程序以及励磁应用程序。

嵌入式操作系统部分包括操作系统本体，还包括硬件底层驱动软件、系统任务配置、系统中断配置等。

底层驱动包括Flash驱动、以太网驱动等。

人机交互的核心程序位于通信报文处理任务中。

该任务和网络通信任务、RS232/RS485通信任务一同构成了整个人机交互的下位机系统。

网络通信任务、RS232/RS485通信任务接收到上位机发出的指令后，将指令发送到一共同的消息队列中，通信报文处理任务从消息队列中逐条取出并处理。

南瑞励磁培训教材10年版第二篇NES5100励磁系统介绍

第一章 NES5100调节器的系统配置 (3)1.1电气系统配置 (3)1.1.1系统框图 (3)1.1.2 输入输出接口 (4)1.1.3 硬件配置 (6)第二章 NES5100调节器的软件系统原理 (13)2.1概述 (13)2.2励磁应用程序主流程 (13)2.3调节控制程序 (14)2.3.1模拟量测量和A/D变换 (15)2.3.2给定调节 (15)2.3.3调差 (15)2.3.4 软起励 (16)2.3.5 自动跟踪机 (16)2.3.6脉冲输出 (16)2.4.限制及保护程序 (17)2.4.1低励磁限制 (18)2.4.2 过励磁限制 (19)2.4.3 PT断线保护 (22)2.4.4 电力系统稳定器（PSS） (22)2.4.5 逻辑判断 (23)2.4.6 参考值设定 (23)2.4.7 双机通讯 (23)2.4.8 自检和自诊断 (24)2.4.9 人机对话 (24)2.4.10 对外通讯 (24)第三章NES5100调节器的界面操作 (25)3.1 NES-HMI励磁智能监控界面介绍 (25)3.1.1界面启动前的准备 (25)3.1.2界面使用 (25)3.2 参数修改 (45)3.2.1主要参数含义 (45)3.2.1.1系统设置 (46)3.2.1.2系统参数 (46)3.2.1.3采样系数 (48)3.2.1.4软压板 (48)3.2.1.5并联PID调节参数 (49)3.2.1.6串联PID调节参数 (50)3.2.1.7计算上下限 (51)3.2.1.8欠励限制器 (52)3.2.1.9过励限制器 (52)3.2.1.10 V/F限制器 (53)3.2.1.11强励反时限限制器 (54)3.2.1.12 PSS参数 (54)3.2.1.13电源检测参数 (56)3.2.1.14 U485设置 (57)3.2.1.15 DA测试组 (57)3.2.1.16 保护功能 (58)3.2.1.17附加控制 (60)3.2.1.18大阶跃设置 (60)3.2.1.19给定限制 (61)3.2.1.20开机保护 (63)3.2.1.21手自跟踪 (64)3.2.1.22 Kp调节参数 (64)3.2.1.23试验设置 (64)3.2.1.24励磁稳定器 (65)3.2.2修改参数 (65)3.2.2.1生成参数文件修改参数 (66)3.2.2.2参数设置修改参数 (68)3.2.2.1过、欠励参数修改 (70)附录一：人机界面安装 (73)1.1安装环境 (73)1.2界面安装 (73)1.2.1准备有关安装软件 (73)1.2.2确定安装环境 (73)1.2.3安装 (73)1.3界面软件设置 (76)1.3.1启动人机界面 (78)1.4下载程序和参数 (79)1.4.1下载程序 (79)1.4.1下载参数 (80)1.5下载组态逻辑文件 (81)第一章 NES5100调节器的系统配置NES5100发电机励磁调节器继承了我公司前两代励磁调节器SJ800和SAVR2000的核心技术，借鉴了前两代励磁调节器几十年现场运行经验，参考了IEEE Std 421.5TM-2005励磁系统数学模型，还吸收了目前数字控制领域内最先进的研究成果和工艺。

南瑞NES6100励磁系统在彭水电厂的应用

南瑞NES6100励磁系统在彭水电厂的应用【摘要】简要介绍了彭水电厂2号机组励磁升级改造为NES6100励磁装置，对南瑞励磁装置工作原理、改造过程、调试过程中异常情况及处理等进行了讨论。

【关键词】励磁系统；南瑞NES6100；升级改造引言彭水水电厂共有5台水轮发电机组，单台机组装机容量为350MW。

机组额定励磁电压为389V，额定励磁电流为2202A，空载励磁电压为159V，空载励磁电流为1226A。

2号机组励磁系统采用国电南瑞科技股份有限公司南京电气控制分公司的NES5100励磁调节系统，自2008年投运以来，已连续运行11年时间。

随着运行年限的增加，装置中各部件已经出现程度不一的老化现象，故障概率也在相应增加，现升级改造为南瑞NES6100励磁装置。

本次改造不改变励磁方式，只将励磁调节器、三个功率整流装置进行升级，励磁变压器、灭磁及过压保护装置继续采用原设备，并保持原有盘柜的位置、大小、颜色，升级改造后的设备须与原设备全面兼容。

1彭水电厂励磁系统原理改造后的NES6100励磁系统是国电南瑞科技股份有限公司的第四代励磁系统，适用于同步发电机各种励磁系统。

图1自并励励磁系统2NES6100调节器功能配置NES6100励磁系统的主要目的是精确地控制和调节同步发电机的端电压和无功功率。

为实现这个目的，磁场电压必须快速地对运行条件的变化作出反应。

为此NES6100励磁系统作为快速的控制器，不断地将当前机端电压给定值与反馈值进行比较，在尽可能短的时间内进行调节计算，最终去改变可控硅整流器的触发角度，精准地为发电机提供励磁电流。

2.1控制功能2.1.1调节规律：PID+PSS（1）并联PID和串联矫正，通过设置选择使用；（2）PSS1A、PSS2B和PSS4B模型，通过设置选择使用；2.12种运行控制方式（1）恒机端电压闭环方式；（2）恒转子电流闭环方式（3）定角度方式；（4）恒无功功率运行方式；（5）恒功率因素运行方式。

2、NES5100微机励磁调节器原理(5100)

sKs2 1+sT7
1+sT3 1+sT4
1+sT1 1+sT2
＋
－
ks1
调节器软件系统
励磁应用软件功能限制器
典型的凸极同步发电机功率圆图
调节器软件系统
励磁应用软件功能限制器
欠励限制
D
欠励P/Q曲线
C B
A
P EF
Q 0
欠励限制模型
P
QVR = f (P,Ug)
Q
− +
∑
K
p
1+ 1+
励磁系统配置
输入输出接口
增磁
减磁建压逆变
负荷开关信号转速令
（用于水电）功率柜故障
PSS把手信号
开关量输入
开关量输出
本套故障
风机控制初励控制功率柜故障 PT断线强励限制过励限制
欠励限制 V/F限制 PSS动作手动运行
开开关关量量输输入入输输出出容容量量
最最大大4400路路开开关关量量输输入入最最大大3322路路开开关关量量输输出出，，节节点点容容量量11AA//222200VV
采用热量积累的反时限判别方式。
t
90 70 50 30 100 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 Ifd
强励限制曲线
调节器软件系统
励磁应用软件功能限制器
V/F限制
限制机端电压与发电
UF
机频率之比不高于整定值
整定值和发电机设计
有关系，一般是1.05-1.06。
UF
发电机在此范围内能够安
sT1 sT2
调节器软件系统
励磁应用软件功能限制器

NES5100励磁系统

通道冗余设计： NES5100发电机励磁调节器柜是由两个或多个NES5100控制单元组成（梨园配置2套），可配置多达6台大功率可控硅整流柜，为发电机组提供励磁。每个控制单元均作为一个独立的调节通道，可独立承担所有的励磁调节任务，互不共用，互不干扰，一套为主，从套跟踪热备用，组成冗余的两通道或多通道系统，保证任一套控制单元发生任意故障时不会影响其它控制单元的正常工作，从而保证系统的可靠运行。
我厂励磁系统采用南瑞电气控制公司生产的NES5100型励磁系统
2、NES5100微机励磁调节器介绍
NES 5100励磁调节器是南瑞第三代微机励磁调节器，在前两代微机励磁调节器SJ 800和SAVR 2000基础上发展而来。
NES 5100励磁调节控制单元以ARM芯片为自动通道计算控制核心， FPGA为I/O中心、DSP为纯手动通道计算控制核心，构成了三CPU系统。以ARM为主，配置A/D、D/A、FPGA、ETHNET、FLASH、CAN、DSP从而构成励磁调节CPU板；加上模拟量板、开关量板、同步板、脉冲放大板，电源板等构成励磁调节控制单元。
电压信号，然后传输到主CPU 板电压信号经过PT 将0~100V电压信号转换成0~2mA电流信号经过运放回路形成采样±10V电压信号
电流信号经过CT将0~5A电流信号转换成0~2.5mA电流信号经过运放回路形成采样的±10V电压信号
该板还包含了D/A输出部分。包含4路12位D/A输出
电压采样
UF1A-IN
CPU板
自动通道CPU 多通道16位AD转换器
手动通道CPU
现场可编程大规模逻辑门阵列 FPGA
电源转换
3.3V
1.8V
5V
LT1085CM-3.3

NES5100励磁系统介绍

RAM
FLASH A/D
模拟量
开入量
ห้องสมุดไป่ตู้
RS232
UART
通讯接口
RS485 CAN2 LAN ARM 地址线数据线 D/A
DSP
FPGA
脉冲切换逻辑
脉冲输出
同步电压
模拟量输出
开出量
图3 NES5100励磁调节控制单元硬件框图
板件布置
EX01 EX02 EX03 EX04 EX05 EX06 EX07 EX08
Ugset
定子电流限制器
V/F限制器
过励限制器
1 1+TF S 调差（无功电流补偿） Uk 欠励限制器 Ugact 1 1+TC S Vs 电压控制器 PI M 1 1+TSCRS 1 1+Tg S Us
图1发电机励磁调节器自动控制原理简图
三、励磁调节器手动调节功能
励磁调节器手动调节的闭环控制对象为励磁电流。当调节器运行在手动方式时，如果发电机的励磁电流高于设定值，则调节器减小控制电压，既增大可控硅的控制角，进而减小发电机励磁电流，使发电机励磁电流回到设定值；如果发电机励磁电流低于设定值时，调节器增大控制电压，既减小可控硅的控制角，增大发电机励磁电流，维持发电机励磁电流为设定值。其控制简图如图 2所示。图中Ifset 和Ifact分别表示发电机转子电流的设定值和实际值。
是
空闲初始化
状态检测
是
等待初始化
状态检测
是
图4 主流程框图
开机初始化状态检测
是
状态检测
结束
2、励磁应用程序控制调节程序
NES5100 励磁调节器的主要任务是维持发电机机端电压水平稳定，从而维持机组的一定的负荷水平，同时对发电机定子和转子侧各电气量的进行测量及限制、保护处理，并对自己进行不断的自检和自诊断，发现异常和故障，及时报警并切换到备用通道。励磁控制调节程序是励磁调节器的核心程序，完成了上述的任务。

励磁调节器

励磁调节器简介励磁调节器（Excitation Regulator）是一种用于调节发电机励磁电流的装置，通常由控制电路和电气部件组成。

励磁调节器的主要功能是稳定发电机的输出电压，并调节励磁电流以应对负载波动。

它在电力系统中起着至关重要的作用，保证电力供应的稳定性和可靠性。

励磁调节器的工作原理励磁调节器根据发电机的输出电压和负载情况，通过控制励磁电流来实现稳定电压的调节。

下面是励磁调节器的工作原理：1.检测输出电压：励磁调节器中的电压反馈回路会不断检测发电机的输出电压，并将检测到的电压信号传递给控制电路。

2.比较电压信号：控制电路会将检测到的电压信号与设定的目标电压进行比较，得出电压偏差（误差）。

3.产生控制信号：根据电压偏差，控制电路会产生相应的控制信号，用于调节励磁电流。

4.调节励磁电流：控制信号被传递给电气部件，如稳压器或励磁机，以调节励磁电流。

通常，当发电机输出电压偏低时，励磁电流应增加，而当输出电压偏高时，励磁电流应减小。

5.稳定输出电压：通过不断调节励磁电流，励磁调节器使发电机的输出电压保持在设定的目标电压附近，以稳定电力系统的电压。

励磁调节器的类型根据控制方式和电气部件的不同，励磁调节器可以分为多种类型。

下面是几种常见的励磁调节器类型：1.电压型励磁调节器：根据发电机输出电压和设定目标电压之间的差异，调节励磁电流，使输出电压稳定在设定值附近。

这种调节器适用于负载波动较小的情况。

2.感应型励磁调节器：利用发电机绕组中感应出的电动势来控制励磁电流，使输出电压稳定。

这种调节器适用于负载波动较大的情况。

3.智能型励磁调节器：结合先进的控制算法和传感技术，能够实时监测发电机的输出电压和负载情况，并自动调节励磁电流以保持电压稳定。

这种调节器具有更高的精度和响应速度。

励磁调节器在电力系统中的应用励磁调节器广泛应用于电力系统中的发电机组，确保电力供应的稳定性和可靠性。

它的主要应用包括：1.发电厂：励磁调节器用于控制发电机的励磁电流，保持输出电压稳定，以满足电网的需求。