CN101018036A

CN101018036A - 带保护装置的发电机无刷励磁调节器

Info

Publication number: CN101018036A
Application number: CN 200610171019
Authority: CN
Inventors: 尹国吉; 徐东升; 王海涛; 邢树鹏; 苏启明
Original assignee: Shandong Qilu Motor Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shandong Qilu Motor Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2006-12-29
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2026-12-29
Also published as: CN101018036B

Abstract

本发明涉及一种带保护装置的发电机无刷励磁调节器，其包括励磁控制器、可控硅整流器、灭磁及过电压保护装置，在励磁控制器的励磁控制模块上的RS485接口上串接有一个电阻，来提高电位，以阻止干扰信号的进入；同时为了减少干扰源，将励磁电源改为直流电源；而用强电模拟信号来实现PT断线保护功能就避免了微机励磁控制模块因外部干扰在运行中经常误报PT断线发生。经过这样的技术改进和完善，调节器从此得以正常运行。

Description

带保护装置的发电机无刷励磁调节器

技术领域

本发明涉及一种发电机设备，具体地说是一种带保护装置的发电机无刷励磁调节器。

背景技术

我们知道，目前励磁控制系统是发电机组的重要组成部分，对发电机的稳定、可靠运行起着重要作用。DAVR-A1/A2/D型号无刷励磁调节器其核心控制模块采用的是瑞士ABB公司生产的UNITROL 1000励磁控制模块。此模块中没有PT断线保护功能。而励磁调节器在运行中或因大气过电压、或因操作过电压或其他原因都能极可能造成PT断线。这样，当PT断线发生时，因模块的电压测量信号突然降低，控制模块会发强励动作指令，瞬间增大励磁电流，造成发电机、高压励磁变和厂用主变过电压和过无功，有可能损坏这些设备，严重影响了用户的安全稳定的正常运行。另外UNITROL 1000控制模块在我国初期运行中，经常出现死机(64现象)。当控制模块出现死机时，调节器即退出运行，造成发电机失磁，引起发电机严重进相，迫使用户停机，给用户带来巨大经济损失。我们经过技术分析发现UNITROL1000在硬件设计中不适合中国电力系统的运行环境，防干扰措施不完善。

发明内容

本发明为克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单、操作方便、安全有效、防干扰能力强的带保护装置的发电机无刷励磁调节器。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：一种带保护装置的发电机无刷励磁调节器，其包括励磁控制器、可控硅整流器、灭磁及过电压保护装置，在励磁控制器的励磁控制模块上的RS485接口上串接有一个电阻，励磁电源为直流电源，励磁控制模块上采用强电模拟信号实现PT断线保护，即电压大于100伏。

本发明通过在控制模块UNITROL 1000的RS485接口上串接一个电阻，来提高电位，以阻止干扰信号的进入；同时为了减少干扰源，将励磁电源改为直流电源，经过这样的技术改进和完善，调节器从此得以正常运行。而用强电模拟信号来实现PT断线保护功能就避免了因外部干扰在运行中经常误报PT断线的发生。

本发明具有多种控制运行方式：自动电压调节、自动励磁电流调节、恒功率因数调节、恒无功调节等。自动电压调节通过通道以发电机机端电压为调节对象，根据电网电压变化，自动调节发电机输出无功功率，从而达到恒机端电压运行目的。为了增加励磁调节器的安全冗余度以及用户作机组试验方便，设计了自动励磁电流控制方式，控制发电机的磁场电流为恒定值。恒功率因数控制、恒无功控制、开环控制方式等，可根据用户运行情况进行选择。为使发电机工作于安全范围之内，又增加了各种限制器，如最大励磁电流限制、定子电流限制、低励限制、最小励磁电流限制、V/F限制、PT断线等附加控制功能。

本发明的技术特点如下：

1、全数字化

从输入通道的交流采样到控制脉冲的输出全部实现数字化，没有模拟环节，无电位器调整，全数字化大大提高了精度和可靠性，维护十分方便。

2、自动、手动通道无扰切换

励磁系统具有电压调节(自动)通道，在所有运行工况下能满足电力系统所需的自动励磁调节的要求。自动通道中含有独立的手动通道，手动通道为恒励磁电流调节方式。运行中手动通道实时跟踪励磁变压器低压侧励磁电流，手、自动通道运行中可无扰切换。

3、多种运行方式

恒机端电压、恒励磁电流、恒无功、恒功率因数四种运行方式运行过程中可在线选择，无扰切换。用户提供系统PT时可实现空载快速跟踪系统电压，实现机组快速并网。

4、多种控制方式

有四种控制方式可供选用，运行过程中可在线选择、无扰切换：

NOEC方式(非线性最优，Nonlinear Optimal Excitation Control)

LOEC方式(线性最优控制，Linear Optimal Excitation Control)

PSS方式(电力系统镇定器，Power System Stabilizer)

PID方式(比例、积分、微分，Proportional Integral Differential)

5、完善的试验功能

可以在线修改调差率，放大倍数，微分时间常数，惯性时间常数等五十多个运行参数，以及进行±5～10％的阶跃、灭磁实验。所有这些修改及实验均只需进行键盘操作即可，不用改接线。

6、完备的保护功能

具有PT断线保护、空载过压、强励反时限、低励限制、V/Fz限制、过无功限制、过定子电流限制等，以保证发电机的安全稳定运行。

7、试验、故障录波功能

自动记录故障前4秒，故障后16秒的故障数据，故障数据包括发电机电压、转子电压、控制电压、电流、有功、无功、转速及保护/出错标志。试验录波功能能自动记录试验过程中的各种波形。

8、完善的防止过励磁措施

调节器具有完善的V/Fz限制功能，在频率小于45Hz以下进入逆变灭磁状态，不会产生发电机、变压器过励磁。

9、脉冲直接形成技术

GEC自并励励磁系统具有可靠的脉冲自封锁电路，防止误强励、误触发。并且采用脉冲直接形成技术。一般的微机励磁都是用定时计数器(如8253或CTC)芯片来实现同步信号的周期T的测量以及产生6相脉冲去触发晶闸管，这一般需要一块至少包含7个定时器的专用脉冲产生板，不仅硬件电路复杂，而且占用CPU的很多时间(中断)，导致脉冲形成不可靠，往往还需加脉冲监视电路来监视。

GEC系列微机励磁控制器采用脉冲直接形成技术。脉冲产生方式非常简单自然，硬件、软件均很简单，产生的脉冲可靠性高。

GEC自并励励磁系统采用优化的有源滤波测频回路、可靠的脉冲放大电路、高耐压脉冲变压器，在运行中从未发生过脉冲丢失现象。

10、完善的自检、自诊断和自恢复功能

装置自检、自诊断功能对A/D通道、A/D采样值、测频、RAM、EEPROM、发脉冲等部件及功能进行自检。方法各异，如A/D采样值采用标准基准电压、RAM采用写入读出检查等方法。

自恢复功能采用软件看门狗(WATCHDOG)与硬件看门狗结合技术，在程序跑飞或电源电压不正常时复位系统，系统复位后能读回复位前的整定值与运行工况，保证机端电压无明显波动。

本发明的主要技术参数及性能：

a)励磁系统满足发电、进相、同期等运行方式的要求。

b)励磁系统保证当发电机励磁电压和电流为发电机额定负荷下励磁电压和电流的1.1倍时能长期连续运行，保证在可能最大连续励磁电流、电压时能连续长期运行。

c)励磁系统电压响应时间：

上升(强行励磁，从施加阶跃信号起，至励磁电压达到最大励磁电压与额定励磁电压之差的95％的时间)不大于0.08s。

下降(快速减磁，由顶值电压减少到零的时间)不大于0.15s。

d)励磁系统在2.0倍额定励磁电流下的允许时间，不小于10s。

e)当发电机机端正序电压为额定值的80％时，励磁顶值电压不小于发电机额定励磁电压的2.0倍。

f)在发电机空载运行情况下，频率值每变化1％，自动励磁调节系统保证发电机电压的变化在额定值的±0.25％之内。

g)在下述厂用电电源电压及频率偏差范围内，励磁系统保证发电机在额定工况下长期连续运行：

交流380/220V系统，电压偏差范围为额定值的±15％，频率偏差为-3～+2Hz。直流220V系统，电压偏差为额定值的-20％～+20％。

h)励磁调节器有可调的时间延迟特性，以便允许短时间带顶值励磁运行(以热极限为条件)。

i)励磁系统在机端电压频率为45～55Hz(水电范围为45～75Hz)范围内，保证维持正确工作，并保证强励和快速减励能正确动作。

j)发电机正常停机采用逆变灭磁，事故停机采用灭磁开关配合非线性电阻灭磁。

k)当励磁电流在小于1.1倍额定励磁电流下长期运行时，励磁绕组两端电压的最大瞬时值，不超过出厂试验时励磁绕组对地耐压试验电压幅值的30％。

l)励磁系统各单元设置相应的保护信号、监视试验装置和仪表。

m)励磁系统设置独立的自诊断和自恢复功能及相应的显示信号。

n)励磁系统的年强迫退出比不大于0.1％。

o)励磁系统承受下列工频1分钟交流耐压试验电压值(有效值)时无绝缘损坏或闪络现象：

1)与励磁绕组回路直接相连的所有回路及设备，出厂试验电压为10倍额定励磁电压，且最小值不低于1500V。

2)与励磁绕组不直接连接的设备的工频耐压试验电压。

设备额定电压V_n(V) 工频耐压试验电压(kV)

60＜V_n≤250 2.0

250＜V_n≤500 2.5

3)与发电机电流、电压互感器二次回路联结的设备工频耐压试验电压为2.0kVp)励磁系统满足GB/T14958.9 10 13 14(idt IEC60255-22-3-3-4-1-2，evqIEC60255-5)、GB/T17626.5.6(idtIEC61000-4-5-6)等抗电磁干扰试验标准提出的要求，在受到下列级别的干扰时不发生误调、失调、误动、拒动等情况。

1)1MHz(100kHz)脉冲群抗扰度试验3级(共模2.5kV，差模1kV)。

2)静电放电抗扰度试验3级(接触放电6kV或空气放电8kV)。

3)辐射电磁场抗扰度试验3级(试验场强10V/m)。

4)快速瞬变抗扰度试验3级(开路输出试验电压封值和脉冲重复率在供电电源端口2kV.5kHz，在输入/输出信号、数据和控制端口1kV.5kHz)。

5)浪涌(冲击)抗扰度试验3级(2.0kV)。

6)工频磁场抗扰度试验4级(稳定磁场强度30A/m)。

q)励磁系统参数(如增益、时间常数等)可在线实时整定。最优整定值由业主在现场决定。

本发明产品适用于机组容量为30MW以下采用静止式自并励励磁系统的汽轮发电机组，具有可靠性高、运行维护方便、性能好等特点。

附图说明

图1为本发明PT断线保护电路原理图；

图2为本发明的防干扰电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如附图所示，1YJ、2YJ为欠压继电器，1YJ欠压继电器测量励磁PT线电压，2YJ欠压继电器测量仪表PT线电压。其返回电压整定为0.85U_N(U_N为发电机额定电压)。当两组PT中有一组出现断线或故障，低于规定值时，则该组欠压继电器动作，PT断线动作保护原理如下：在发电机正常运行时，两组欠压继电器互为参考。假设励磁PT出现断线或故障，造成该组线电压低于规定值时，1YJ欠压继电器动作，则1YJ的辅助常开节点1与2、5与6闭合。而仪表PT线电压正常，2YJ欠压继电器不动作，则其辅助常闭节点9与12、13与16不动作。因此此时，继电器K44瞬间带电，则其辅助常开节点11与14闭合，瞬间使控制模块UNITROL1000的DI5为高电平，启动了该模块软件设计的Manual Enable此功能。这样励磁控制模块由原来的自动模式(auto mode)转化为手动模式(manual mode)。而手动模式为励磁电流控制方式，在PT出现故障时能正常运行。因此，在PT出现故障时，因为1YJ欠压继电器的动作，启动了PT断线保护功能，使励磁调节装置瞬间无扰动由自动模式切换到手动模式，防止了励磁调节装置出现误强励，从而保证了发电机和电力系统的正常运行。在PT断线保护功能启动的同时励磁控制装置向电气主控台发出音像报警信号，示警运行人员。

同理，当2YJ动作，1YJ不动作时，动作原理如上。

如图2所示，在控制模块UNITROL1000的RS485接口上串接一个电阻，提高电位，以阻止干扰信号的进入；同时为了减少干扰源，将励磁电源改为直流电源，经过这样的技术改进和完善，调节器从此得以正常运行。迄今该型号调节器已成功运行将近100台。

Claims

1.一种带保护装置的发电机无刷励磁调节器，其包括励磁控制器、可控硅整流器、灭磁及过电压保护装置，其特征在于：在励磁控制器的励磁控制模块上的RS485接口上串接有一个电阻，励磁电源为直流电源，励磁控制模块上采用强电模拟信号实现PT断线保护，即电压大于100伏。