葛洲壩勵磁裝置課件

葛洲壩電廠勵磁系統(tǒng)介紹

(2)

2004年5月11日編寫人鄒先明葛洲壩電廠發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護及滅磁回路SCRZKFMKBZKD1D2KPTCFFR1FR2RzZTCFR3FR4FR5CR1R2R5QLZQLC68DKVF備勵來220V+-A圖2-8FMB32型轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子過壓保護，該裝置由合肥凱立公司生產(chǎn)，其接線原理圖如圖2-6。正常勵磁時，發(fā)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(dāng)于開路狀態(tài)。當(dāng)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，F(xiàn)R4與FR5、電容C、電阻R2一起構(gòu)成尖峰電壓吸收器，吸收可控硅換相時的關(guān)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(gòu)成C的放電回路，F(xiàn)R5作為C的保護。FR3、R5、R1、D2、KPT、CF組成發(fā)電機非全相及大滑差運行時的過壓保護，當(dāng)發(fā)電機非全相運行或失步時，定子中的負序電流會在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出100Hz的過電壓，此時FR3投入運行，將轉(zhuǎn)子繞組兩端的電壓限制在安全范圍以內(nèi)。FR2為常規(guī)過壓保護。FR1、D1、Rz、ZTC和FMK一起組成了發(fā)電機的滅磁系統(tǒng)。發(fā)電機滅磁回路圖2-9葛洲壩電廠發(fā)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(zhuǎn)子電流，IR為流過ZnO電阻的電流 移能滅磁成功的條件

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

從圖2-7中可以得到關(guān)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(shù)，與ZnO電阻的串、并聯(lián)數(shù)有關(guān)。UR=Uk-Ud（1）IK=IL-IR（2）IR=CURα（3）由式（2）可知，當(dāng)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(zhuǎn)子能量轉(zhuǎn)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(shù)參數(shù)一覽表

型號

參數(shù)

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(diào)節(jié)器介紹葛洲壩電廠大多數(shù)機組的勵磁調(diào)節(jié)器都是能達公司生產(chǎn)的MEC-31多微機勵磁調(diào)節(jié)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(tǒng)不斷采集發(fā)電機三相交流定子電壓、三相定子電流并計算出發(fā)電機端電壓Ug、定子電流Ig、發(fā)電機有功功率P、無功功率Q的當(dāng)前值并與給定值進行比較。此外還采集勵磁電流當(dāng)前值，測量并計算機組當(dāng)前頻率值。根據(jù)采集數(shù)據(jù)，CPU可自動按線性最優(yōu)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(zhuǎn)換系數(shù)；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(shù)字移相觸發(fā)器把控制角α折算成對應(yīng)的延時t，再折算成對應(yīng)的計數(shù)脈沖個數(shù)：N=t/Tc=（α/360）*T*fc式中：Tc—計數(shù)脈沖周期T—陽極電壓周期fc—計數(shù)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(yīng)中斷后，將N送入計數(shù)器，計數(shù)脈沖個數(shù)一到，立即輸出相應(yīng)的觸發(fā)脈沖。微機輸出六路雙窄脈沖（脈寬0.8ms可調(diào)），經(jīng)前置放大及切換電路到脈沖放大電路，再經(jīng)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(dǎo)通角，從而達到自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)工況的目的。MEC-31勵磁調(diào)節(jié)器采用單相同步數(shù)字移相觸發(fā)器，對三相全控整流橋來說，在一個周期內(nèi)，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(fā)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(dāng)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(guān)量Ⅰ開關(guān)量Ⅱ開關(guān)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(diào)節(jié)器原理框圖1F設(shè)備技術(shù)規(guī)范技術(shù)參數(shù)設(shè)備名稱出廠編號自動勵磁調(diào)節(jié)器型式制造廠MEC—31葛電能達公司出廠日期投產(chǎn)日期

序號參數(shù)名稱符號單位數(shù)值備注1自動電壓調(diào)節(jié)范圍

%70～110%Uge

2手動電壓調(diào)節(jié)范圍

%10～130%Uge

3電壓調(diào)節(jié)速率

%0.5%Uge/s

4電壓/頻率特性

%0.03%Ug/HZ

5調(diào)節(jié)器階躍電壓響應(yīng)時間

秒1

6調(diào)差率整定范圍

%0～30%

7發(fā)電機端電壓靜差率

%≤0.1%

8發(fā)電機調(diào)壓精度

%≤0.2%

9勵磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)時間

毫秒34

10超調(diào)量

9.6%

11調(diào)節(jié)時間

秒3.4S

3.2MEC-31多微機勵磁調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(fā)電機端電壓偏差進行最優(yōu)調(diào)節(jié)，并自動完成調(diào)節(jié)器的全部功能，是調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)，維持勵磁電流的穩(wěn)定運行。一般是在恒極端電壓運行方式下出現(xiàn)強勵、PT斷線、功率柜故障等情況時，調(diào)節(jié)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(fù)。第三是恒無功方式運行。它是對發(fā)電機無功進行比例調(diào)節(jié)。當(dāng)發(fā)電機過無功或欠勵限制動作后，調(diào)節(jié)器自動轉(zhuǎn)入恒無功方式運行，起穩(wěn)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(fā)電機轉(zhuǎn)子的安全，應(yīng)對強勵的勵磁電流及強勵時間進行限制。MEC勵磁調(diào)節(jié)器的強勵限制曲線是一個反時限的，當(dāng)勵磁電流達到2.4倍的額定轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)為恒勵磁電流方式運行，限制勵磁電流。（2）功率柜停風(fēng)或部分功率柜退出運行時的勵磁電流限制當(dāng)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(fā)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(dāng)上述故障發(fā)生時，調(diào)節(jié)器自動轉(zhuǎn)為恒勵磁電流方式運行，限制勵磁電流。（3）發(fā)電機過無功限制當(dāng)發(fā)電機無功超過給定的上限值時，勵磁調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)為恒無功方式運行，此時，調(diào)節(jié)器只接受減磁命令，不接受增磁命令。（4）發(fā)電機欠勵限制發(fā)電機并網(wǎng)運行使，當(dāng)勵磁電流減小時，發(fā)電機輸出的感性無功會減小，至到發(fā)電機進相運行，向系統(tǒng)吸收感性無功。如果進相太深，則有可能使發(fā)電機失去穩(wěn)定而被迫停機。故勵磁調(diào)節(jié)器設(shè)定了一條欠勵限制曲線，當(dāng)發(fā)電機向系統(tǒng)吸收感性無功達到限值時，調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)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(fā)電機空載時，當(dāng)發(fā)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(diào)節(jié)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(tǒng)。其中Ⅰ、Ⅱ機內(nèi)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(dāng)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(shù)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(zhuǎn)換芯片AD574A，轉(zhuǎn)換時間為25μs，精度12位，4組6路多路開關(guān)和6個帶調(diào)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(guān)量輸入板采用TLO512-4光隔，通過它使STD總線與設(shè)備間實現(xiàn)完全的電隔離，共有32路開關(guān)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(tǒng)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(diào)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(shù)器/定時器板提供四片獨立的16位計數(shù)器芯片8253，計數(shù)器的計數(shù)頻率可達2MHz。8253計數(shù)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(shù)據(jù)線和控制線上各加了RC網(wǎng)絡(luò)，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(shù)碼顯示和鍵盤輸入芯片8279，使用戶編制相應(yīng)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(chǎn)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?yōu)榉讲ǎ摲讲ǖ纳仙鼐褪菙?shù)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(fù)出現(xiàn)一次，如果一個周期過去后，該移相脈沖沒有再出現(xiàn)，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(fā)出信號，并進行切換。在脈沖檢測板中，還有一個單穩(wěn)觸發(fā)器接收微機的Watchdog信號，單穩(wěn)時間約為20ms，即如果Watchdog信號經(jīng)過20ms后沒有再去觸發(fā)該單穩(wěn)觸發(fā)器，就發(fā)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(fā)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(fā)出故障信號，并進行切換。3.4測量系統(tǒng)MEC-31勵磁調(diào)節(jié)器的測量系統(tǒng)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(jīng)PT降壓后進入調(diào)節(jié)器內(nèi)的電壓變換器，其副邊地一繞組輸出三相交流電壓，經(jīng)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(jīng)CT變換后，進入調(diào)節(jié)器內(nèi)的電流變換器，其副邊繞組輸出三相交流電流，該電流經(jīng)電阻變換成三相電壓信號，再經(jīng)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(jīng)調(diào)節(jié)器內(nèi)的電流變換器，其副邊繞組輸出三相交流電流，經(jīng)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(diào)節(jié)器內(nèi)母線PT，降壓后再經(jīng)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(jù)，它是調(diào)節(jié)器內(nèi)的電壓變換器副邊第二繞組輸出電壓，經(jīng)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(jīng)陽極電壓互感器降壓后，再經(jīng)調(diào)節(jié)器內(nèi)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(jīng)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(shù)字測頻方法發(fā)電機的頻率，供控制及顯示用。3.5電源系統(tǒng)MEC-31的三套微機電源（+5V，±12V）系統(tǒng)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(lián)輸出。調(diào)節(jié)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(tǒng)Ⅰ機采用廠用220V交流電源和勵磁自用電源雙重供電，經(jīng)雙重供電板整流濾波后提供給開關(guān)穩(wěn)壓電源，穩(wěn)壓電源輸出的+5V，±12V電源提供給本機使用，+24V電源經(jīng)二極管后并入裝置的DC24V系統(tǒng)。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(tǒng)DC24V操作電源系統(tǒng)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(cè)并聯(lián)輸出。3.6檢測、切換、報警系統(tǒng)MEC-31裝置的檢測系統(tǒng)有三個：一是對調(diào)節(jié)器輸出脈沖進行檢測，當(dāng)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(wěn)觸發(fā)騎的穩(wěn)定時間，檢測電路自動翻轉(zhuǎn)，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(wěn)壓電源檢測，它分別對微機系統(tǒng)的+5V，±12V電源進行自動檢測，當(dāng)任意一路