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。

（4）故障追忆：
对于励磁系统故障或者异常工况的产生和复位时间有详细的时间记录，可以追查已发生的超过150个以上的故障或异常工况信息。

3、电源系统
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。

励磁系统使用的交流电源（包括风机电源、变送器电源、照明及加热器电源）均从本柜引出。

励磁装置的直流电源为DC220V/DC110V，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。

如选用DMX型灭磁开关，还要增加专用合闸电源。

（注：若EXC9000系统只有2个励磁柜，则只需引一路交流电源至调节柜，直流控制电源也直接引至调节柜）。

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，两台开关电源均有独立的电源控制开关，该开关安装于调节柜内部侧面的导轨上。

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。

三、功率柜
1、功率柜的组成
每个智能化功率柜的主要部件包括：
◆六个晶闸管组件（硅元件加散热器）
◆六个带接点指示的快速熔断器
◆六个高耐压值的脉冲变压器
◆一套集中阻断式阻容保护装置
◆一台或两台互为备用的的风机
◆一个或两个风压节点，用于风机启停监测
◆一块功率柜智能控制板
◆一块功率柜脉冲功放板
◆一块带触摸键的LCD显示器
◆三个电流传感器
◆一个或二个测温电阻，用于风温检测
功率柜智能控制板由单片机、CAN总线接口、光电隔离电路及其控制回路等组成。

功率柜各个信号由显示屏或由接入端子等（经过光电隔离电路处理）送入单片机。

单片机将处理过的信号输出，输出信号送显示屏或经过光电隔离电路和控制回路后进行控制操作。

该板用于功率柜的智能检测和控制，可以实现功率柜的每个桥臂电流检测、冷却风温检测、快熔监测、阻容保护监测、风压监测、智能均流控制、风机开停控制、功率柜电流显示校准、功率柜设置、CAN通讯等功能。

退柜时能发信号到励磁调节器。

功率柜脉冲功放板主要功能
a、本单元包含6个相同的24V脉冲放大回路，用以触发相应的1.5吋到4吋的晶闸管。

b、本单元能对功率柜柜间均流进行自动调节，因此它不需要在主回路上串联任何均流器件。

均流系
数可达97%以上。

c、主回路与控制回路的电气隔离强度分集中式与分离式两种：集中式的为5kV；分离式的为15kV。

集中式的脉冲变压器安装在一块电路板上，分离式的脉冲变压器则分相单独安装。

d、可接受操作指令，对本功率柜脉冲进行投/切控制。

在每个功率柜内设计有一套智能控制系统，该系统包括智能检测单元、通讯接口、传感器、LCD 显示器、以及相应的输入输出接口电路等。

由于引入了智能控制系统，取消了常规表计和指示灯，功率柜的操作、控制、状态监视、信息传递、信息显示等均实现了智能化。

◆工况检测实现智能化
智能控制系统对功率柜的检测是全方位的，检测功能包括：
桥臂电流和单桥总输出电流
∙快熔状态（包括阻容保护用快熔）
∙风道温度检测
∙风机开停状态
∙风压检测
∙本功率柜投退状态
风机控制实现智能化
当智能控制系统检测到励磁系统有“开机令”或本柜输出电流大于100A时，自动启动风机; 无“开机令”且本柜输出电流小于50A时，自动停止风机。

若功率柜的冷却采用双风机冗余，则可通过控制面板上的操作按钮选择主备用风机。

这种控制方式可以提高风机的利用率，延长风机的使用寿命。

当主风机出现故障时，比如风机断相、风压过低等，备用风机自动投入，同时切除主风机。

四、灭磁及过压保护回路框图
下图是典型的灭磁及过压保护原理框图。

（实际的原理图以出厂图纸为准）
灭磁主回路原理图
图中：QFG——灭磁开关
FR——耗能电阻
RD——快速熔断器
V61——二极管
V62——晶闸管
A61——晶闸管触发器
CT——过电压动作检测器
励磁系统正常停机，调节器自动逆变灭磁; 事故停机，跳灭磁开关将磁场能量转移到耗能电阻灭磁。

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模块将检测到转子正向过电压信号，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，将产生的过电压
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。

灭磁开关既可以安装于直流侧，也可以安装于交流侧。

同样的开关装于直流侧，遮断弧压是放在交流侧的1.5倍，有利于换流。

直流侧安装开关，也可对起励、电制动过程中出现的故障加以保护。

对于大型发电机组，最好仍在直流侧安装灭磁开关。

灭磁电阻既可以是氧化锌（ZnO ），也可以是碳化硅（SiC ）。

当然也可选用线性电阻。

灭磁电阻的设计要考虑磁场断路器的电弧电压和励磁绕组允许的最大电压以及励磁绕组中可能的最大能量。

当收到来自发电机保护或者来自内部的励磁保护跳闸命令，在断开磁场断路器的同时切断脉冲，励磁电流通过反向二极管流向灭磁电阻；在反向装有晶闸管的灭磁电路中，在断开磁场断路器的同时除切断脉冲外还触发晶闸管跨接器以接通灭磁电阻。

采取该措施后，励磁变副边交流电压被叠加到磁场断路器的电弧电压上，可以保证能量可靠转移及缩短灭磁时间。

Conv
灭磁开关装于直流侧原理图
灭磁开关装于交流侧原理图
2 灭磁柜配置
EXC9000励磁系统有两种灭磁柜：智能化灭磁柜和常规灭磁柜。

3 智能化灭磁柜
智能化灭磁柜配置的主要部件包括： ◆ 一台灭磁开关
◆ 一套灭磁电阻（线性或非线性电阻） ◆ 一套晶闸管跨接器单元 ◆ 一块带触摸键的LCD 显示器 ◆ 一块灭磁柜智能控制板 ◆ 一块直流变送器板 ◆ 一套直流电压、电流变送器
4起励单元
EXC9000励磁系统采用两种起励方式：机组残压起励和外部辅助电源起励。

残压起励功能可以通过调节柜人机界面上的功能按键进行投退。

采用快速脉冲列技术以实现残压起励。

在起励过程中，在晶闸管整流桥的输入端仅需要约10V~20V的电压即可正常工作。

如果电压低于10V~20V，晶闸管整流桥就会被连续地触发（二极管工作模式）以达到该值。

但起励时的机组残压值也不能太小，否则将不能维持晶闸管的持续导通，这样就必须采用外部辅助电源起励。

在10秒内残压起励失败时，励磁系统可以自动起动外部辅助电源起励回路。

这个辅助电源起励回路的目的在于达到整流桥正常工作所需要的10V~20V电压。

在机端电压达到额定电压的10%时，起励回路将自动退出，立即开始软起励过程将机端电压建立到预置的电压值。

整个起励过程和顺序控制是通过调节器的LOU板实现的，软起励流程由调节器的主CPU程序控制。

外部辅助电源起励回路仅需要一个较小的起励电流，一般地，当额定励磁电流小于2000A时，辅助起励电流不大于20A。

外部辅助电源起励回路为模块化结构，包括空气开关、起励接触器、导向二极管、限流电阻。

空气开关的目的在于人工投退外部起励电源。

起励接触器由调节器的LOU板控制。

导向二极管用于实现起励电源的反向阻断，防止起励过程中转子回路的过电压反送至外部的直流系统；同时起到将交流起励电源整流为直流电源的作用。

限流电阻用于限制辅助电源起励时起励电流的大小，防止起励电流过大损坏外部的直流系统。

五、操作部分
起励操作
1 残压起励功能的投/退
进入调节柜人机界面的“起励操作”画面可以选择“残压起励”功能投入或者退出。

2 起励过程
残压起励功能投入情况下，当有起励命令时，先投入残压起励，10S内建压10%时退出起励；如果10S建压10%不成功，则自动投入辅助起励电源起励，之后建压10%时或5S时限到，自动切除辅助起励电源回路。

残压起励功能退出情况下，当有起励命令时，则立即投入辅助起励电源起励，10S内建压10%时退出起励；如果10S建压10%不成功，则自动切除辅助起励电源回路。

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。

3 起励失败
在上述起励过程中，如果起励时限到但机端电压没有达到10%额定，调节器会发出“起励失败”信号。

零起升压
上电时，调节器默认“零起升压”功能退出。

可进入调节柜人机界面“起励操作”画面，选择“零起升压”功能投入。

可进入并检查人机界面的“画面选择/模拟量监测/A(B)套模拟量/”画面下的“A(B)套Ugd”为10%。

在“零起升压”功能投入时，机端电压的起励建压水平只能为10%。

之后，可以通过增、减磁操作改变机端电压值。

正常预置值升压
上电后，调节器默认按正常预置值升压。

升压电压预置值可以通过调试软件任意设定，设定方法请参考本用户手册的第五章《调试软件》中的相关说明。

也可进入人机界面“起励操作”画面，选择“零起升压”功能退出。

可进入并检查人机界面的“画面选择/模拟量监测/A(B)套模拟量/”画面下的“A(B)套Ugd”为设定值。

按正常预置值升压方式，机端电压的起励建压水平为设定值。

之后，可以通过增、减磁操作改变机端电压值。

注：电压预置值应由经过培训的专业人员通过调试软件进行修改，一般人员不得随意修改电压预置值。

手动方式
A和B通道调节器设有自动方式（恒机端电压调节）和手动方式（恒励磁电流调节）。

C通道仅有手动方式。

A和B通道上电默认的运行方式是自动方式。

开机前，手动方式的电流给定值总是下限值（显示为0%）。

在自动方式起励建压后，手动方式的电流给定值会跟随自动方式控制信号的大小而自动调整，保持手动方式的控制信号大小与自动方式一致。

反之，在调节器切换到手动方式运行时，自动方式的电压给定值也会跟随手动方式控制信号的大小而自动调整。

以保证两种运行方式之间能够无扰动切换。

手动方式为试验运行方式或PT故障时起过渡作用。

正常运行时，调节器一般不采用手动方式。

机组升压
可以通过远控或近控方式进行起励升压。

远控的开机令，一般是监控系统在监测到机组转速达到95％或者额定转速后向励磁系统发出。

要求开机令采用无源接点接入励磁系统，接通的时间不得低于15秒钟。

监控系统向励磁系统发出的开机令，可以在15秒后自动复归，或监测到机组升压成功信号后复归，或一直保持。

近方或就地起励通过操作调节柜人机界面“起励操作”画面下的“起励”触摸条执行。

注意每次“起励”时间不得低于5秒。

调节器接收到起励指令后将按照预先设定的给定值建压，当“零起升压”投入时，建压稳定值约为机端额定电压的10％；当“零起升压”退出时，建压稳定值为设定值，电压预置值一般为100％。

新机组或机组大修后首次起励升压应采用“零起升压”方式，并逐渐增磁到额定机端电压。

此试验完成后，即可采用正常的预置值起励建压。

在正常正常的预置值起励建压过程中，采用了软起励方法，机端电压逐渐上升，直到设定值，基本没有超调现象。

通道跟踪与切换
通道间的备用关系
励磁调节器由A、B、C三通道组成。

A通道是主运行通道，B通道是主备用通道，C通道为辅助备用通道。

A、B通道是硬件和软件结构完全相同的微机通道，可完成调节器的所有功能。

C通道是简单的模拟通道，只设有手动方式。

A通道运行时，可人工选择B通道或C 通道做为备用通道；B通道运行时，默认C通道为备用通道。

A通道不做备用通道。

C通道运行，无备用。

运行通道和备用通道的选择和状态指示，可通过调节柜前面板的按钮和指示灯操作、显示。

通道切换逻辑见本章“2．11．3 通道人工切换”节。

励磁系统重新上电后，调节器默认A通道运行、B通道备用，A、B通道都处于自动方式。

通道跟踪功能投退
励磁系统重新上电后，调节器默认“通道跟踪”功能投入。

通道跟踪功能投入后，非运行通道总是跟踪运行通道。

如：A通道运行，B、C通道都跟踪A通道；B通道运行，A、C通道都跟踪B通道；C通道运行，A、B通道都跟踪C通道。

跟踪的原则：控制信号一致。

注：通道之间的相互跟踪，除需要“通道跟踪”功能投入外，还需要R631信号（10％额定电压）。

通道人工切换
调节器运行过程中，如要人工切换运行通道，应将“通道跟踪”功能投入，并检查人机界面显示的当前运行通道和要切换的通道的控制信号基本一致时，切换才不会引起波动。

人工切换，可通过调节柜前面板的四个按钮实现：“A通道运行”、“B/C通道运行”、“B通道运行/备用”、“C通道运行/备用”。

五个指示灯“A通道运行”、“B通道运行”、“C通道运行”、“B通道备用”、“C 通道备用”指示通道状态。

人工切换逻辑如下（假设通道正常）：
（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）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。

通道自动切换
在调节器A通道或B通道运行中，如果运行通道发生下列故障事件时，调节器会
自动切换到备用通道：
◆微机电源故障
◆脉冲故障
◆调节器故障
◆PT故障
系统电压跟踪
励磁系统具有“系统电压跟踪”功能，当该功能投入时，励磁调节器将自动调节励磁电流的输出，控制发电机机端电压，使之与系统电压保持基本一致，这样，当发电机并网时，可以减小并网时因为机组电压和系统电压的压差过大造成的冲击。

“系统电压跟踪”功能可通过调节器人机界面选择投入或退出，并可掉电记忆设置状态。

只有当现场校准调节器的系统电压测量值正常后，才能选择“系统电压跟踪”功能
投入。

发电机起励升压正常并满足下列条件，调节器即执行系统电压跟踪：
◆发电机出口断路器分且定子电流小于10％。

◆系统电压大于80%。

◆A或B通道运行。

注：（1）一般情况下，励磁系统投运调试时，在将“系统电压跟踪”功能时，会使机端电压略大于系统电压，以避免机组并网时进相运行。

（2）许多电站配有自动同期装置，也具有并网前自动调节机端电压的功能，若投入了同期装置的调节机端电压的功能，则应将励磁系统的“系统电压跟踪”功能退出。

增减磁操作
增减磁操作可近控或远控进行。

增减磁操作，本质上直接改变的是调节器的给定值：自动方式下改变电压给定值，手动方式下改变电流给定值。

随着给定值增大或减小，通过调节器闭环调节，机端电压或励磁电流随之增大或减小。

发电机空载情况下，随增减磁操作，可观察到机端电压和励磁电流明显变化；发电机负载情况下，只能进行小幅度的增减磁操作，机端电压变化不明显，但可观察到发电机无功明显变化。

增减磁操作仅对运行通道有效。

A、B通道设有增减磁接点防粘连功能，增磁或减磁的有效连续时间为4S，当增磁或减磁接点连续接通超过4S后，无论近控还是远控，操作指令失效。

当增磁指令因为接点粘连功能失效后，不影响减磁指令的操作；当减磁指令因为接点粘连功能失效后，不影响增磁指令的操作。

注：增减磁指令防粘连功能只对A/B微机通道有效，C通道运行时，不具备该功能。

逆变灭磁
励磁系统接收到停机令或将调节器面板上的“整流/逆变”开关打到“逆变”位置，在满足下列条件时，逆变灭磁：
◆发电机已解列
◆定子电流小于10%
注：为了保证励磁系统可靠逆变灭磁，要求输入的停机令的保持时间：水电机组不得小于10秒，火电机组不得小于15秒。

V/F限制动作
发电机空载运行，调节器A或B通道自动方式下运行，若发电机机端电压与频率的比值达到调节器设定的V/F限制值，则调节器V/F限制将动作，限制发电机机端电压，保持机端电压与频率的比值在V/F限制值以下，防止发电机或变压器过励磁；同时自动闭锁增磁指令。

V/F限制值可通过调试软件设定。

当机组的频率低于45Hz，励磁调节器接收到开机令时，也将发出“V/F限制”信号。

在发电机空载运行的情况下，运行人员若监测到机组“V/F限制”动作，应立即减磁，直到“V/F限制”信号消失；若减磁无效，可发停机令逆变灭磁或直接跳灭磁开关灭磁。

功率柜的操作风机控制
励磁系统正常运行中，功率柜冷却风机的启动、停止控制是自动进行的。

另外，通过功率柜显示屏的
薄膜按键操作，可手动启、停风机。

风机自动启动的条件：有“开机令”信号R651或本功率柜输出电流大于100A。

风机自动停止的条件：“开机令”信号R651消失且本功率柜输出电流小于50A。

智能化功率柜配有双风机时，可任意选择一主用、一备用。

励磁系统正常运行中，只有主用风机投入；若有主用风机启动命令但检测到主用风机故障，则发“风机电源故障”报警信号并自保持，同时自动启动备用风机。