LF2000-2同步發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)裝置說明

1、LF2000系列同步發(fā)電機全數(shù)碼勵磁裝置原理及使用說明北京重型電機廠威望博爾（北京）科技發(fā)展有限公司二零零五年四月公司簡介威望博爾（北京）科技發(fā)展有限公司由北京重型電機廠和北京華明海博爾控制技術(shù)有限公司共同投資成立的股份公司，是北京市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)辦公室認定的高新技術(shù)企業(yè)，并通過ISO9000質(zhì)量體系認證，是專業(yè)從事電力系統(tǒng)自動化及節(jié)能產(chǎn)品的研究開發(fā)、生產(chǎn)銷售及售后服務(wù)的高科技公司。公司遵循“開拓、敬業(yè)、創(chuàng)新、務(wù)實”的企業(yè)精神，以技術(shù)為先導(dǎo)、以質(zhì)量求生存、以客戶的需求為己任，以適應(yīng)市場變化求發(fā)展。公司現(xiàn)有員工100人，擁有一批以學(xué)術(shù)、學(xué)科帶頭人為主的中、高級專業(yè)技術(shù)人員、精明干練的管理隊伍和熟練

2、的技術(shù)員工。公司擁有大型的現(xiàn)代化廠房及先進的生產(chǎn)和測試設(shè)備，擁有自己的動態(tài)模擬實驗室，屬國內(nèi)一流的專業(yè)電力自動化設(shè)備的供應(yīng)商。公司自成立以來，其業(yè)務(wù)范圍遍及能源、冶金、石油、化工、化肥、水利、環(huán)保等領(lǐng)域，并取得了豐碩的業(yè)績。威望博爾（北京）科技發(fā)展有限公司歡迎各界朋友前來進行廣泛的技術(shù)交流與合作，歡迎同行及專家蒞臨指導(dǎo)。公司主導(dǎo)產(chǎn)品：* LF2000系列同步發(fā)電機全數(shù)碼勵磁裝置* LD2000 系列同步電動機全數(shù)碼勵磁裝置及改造裝置* KBLD系列同步電動機勵磁裝置及改造裝置* HAS1000系列電機節(jié)能軟啟動器* GWK200系列同步發(fā)電機及變壓器微機保護裝置* MWK210系列異步電動機微

3、機綜合保護裝置* LWK520系列微機線路保裝置* 代理國外知名牌變頻器產(chǎn)品，承攬變頻工程目 錄第一章 概述.1 1.1、主要特點1 1.2、主要技術(shù)指標及功能.3 1.3、型號及使用范圍.4第二章 系統(tǒng)配置.5 2.1、硬件組成. .5 2.2、主控單元硬件組成.5 2.2.1、可編程計算機控制器PCC.6 2.2.2、高性能16位嵌入式微控制器.7 2.2.3、先進32位嵌入式微控制器.8 2.2.4、可編程控制器PLC.9 2.3、功率單元.10 2.4、操作邏輯.10 2.5、軟件結(jié)構(gòu).10 2.5.1、軟件設(shè)計方法11 2.5.2、主控制程序14 2.5.3、主要保護功能15第三章

4、基本原理18 3.1、概述.18 3.2、工作原理.19 3.3、單板原理.20 3.4、勵磁方式.21 3.4.1、自并勵靜止勵磁系統(tǒng).213.4.2、三機靜止勵磁系統(tǒng).21 3.4.3、具有直流勵磁機的間接自勵系統(tǒng).22 3.4.4、開關(guān)管式勵磁系統(tǒng).22第四章 操作說明.23 4.1、人機界面操作與顯示.23 4.1.1、開機屏幕顯示.23 4.1.2、正常工作時屏幕顯示.23 4.1.3、參數(shù)菜單顯示.23 4.1.4、菜單詳解.24 4.2、就地操作說明.27 4.3、主控操作說明.27 4.4、運行指南.28 4.4.1、運行方式.28 4.4.2、正常運行的操作.28第五章 其它

5、.30 5.1、結(jié)構(gòu)介紹.30 5.2、使用條件.30 5.3、訂貨須知.30 5.4、附錄.30第一章 概述隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，發(fā)電機單機容量的增加，對發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)提出了更高的要求。除維持發(fā)電機電壓水平外，還要求勵磁控制系統(tǒng)能對電力系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定起作用。在提高勵磁控制系統(tǒng)的可靠性及實現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律方面，全數(shù)碼勵磁裝置具有明顯的優(yōu)勢。近年來數(shù)碼控制技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用技術(shù)日趨成熟，為全數(shù)碼型自動勵磁裝置的開發(fā)提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。目前，在我國中小型同步發(fā)電機組中，采用的勵磁方式大致有兩種：一種是采用直流勵磁機勵磁方式，這是一種較為古老的方式，雖然原理簡單，但運轉(zhuǎn)噪音高，反應(yīng)速度慢，故

6、障率高，整流子和炭刷維護困難，而且維修期長，已遠遠不能滿足現(xiàn)代電網(wǎng)對發(fā)電機勵磁提出的要求，目前已有逐漸被取代的趨勢；另一種方式是以半導(dǎo)體整流器為勵磁功率單元，與調(diào)節(jié)器共同組成的所謂半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)。采用此種方式，使用靈活，反應(yīng)速度快，便于維修，它已成為同步發(fā)電機勵磁的發(fā)展方向。目前，我國正在生產(chǎn)和使用的半導(dǎo)體勵磁裝置大多采用七十年代的模擬控制技術(shù)，設(shè)計線路復(fù)雜，元件較多，裝置的整體性能不高，調(diào)試步驟繁多，參數(shù)難以精確整定，且存在無法解決的零漂溫漂等問題，維修困難，必須由具有相當專業(yè)素質(zhì)的人員才能勝任這些工作。為盡快提高我國發(fā)電機組的運行水平，滿足越來越大的電網(wǎng)對勵磁系統(tǒng)所提出的越來越高的要求，我

7、們研制了LF2000系列同步發(fā)電機全數(shù)碼勵磁裝置。該勵磁裝置綜合運用了同步發(fā)電機的現(xiàn)代勵磁控制理論，采用目前國際上較流行的全數(shù)碼控制技術(shù)及半導(dǎo)體可控整流技術(shù)，完全不同于以前采用模擬控制技術(shù)的勵磁裝置。其主控單元通過對同步發(fā)電機的運行參數(shù)、運行曲線及特性曲線進行優(yōu)化處理，達到了對同步發(fā)電機運行的最佳控制。LF2000系列全數(shù)碼勵磁裝置已有五十多套運行于大、中、小型水、火電機組上，運行時間已超過七年，從未發(fā)生過因為勵磁故障而造成停機事故，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。1.1、主要特點 * 控制速度快、精度高： 采用多處理器系統(tǒng)、哈佛結(jié)構(gòu)、并行處理技術(shù)、多級流水線、高速DSP內(nèi)核，數(shù)據(jù)處理速

8、度和精度大大提高。* 多功能：PID調(diào)節(jié)、非線性最優(yōu)、線性最優(yōu)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器、模糊邏輯等控制方式可選。* 全數(shù)字化、高可靠性：主控單元采用進口高性能的數(shù)字式控制單元（LF21型采用可編程計算機控制器PCC，LF22型采用高性能16位嵌入式微控制器MCU，LF23型采用高速32位DSP控制器DSP，LF24型采用可編程控制器PLC），勵磁裝置的操作邏輯電路，機械或電子的電壓整定機構(gòu)都可以簡化或取消。實現(xiàn)全交流采樣技術(shù)，采用大規(guī)模集成芯片，裝置可靠性大大提高。 * 表面貼工藝，多層印刷電路板，軍品級芯片，重要芯片均采用國內(nèi)外知名企業(yè)的成熟產(chǎn)品。保證裝置平均無故障時間達100000小時。 * 獨特

9、的軟件設(shè)計方法： 采用美國CMX公司推出的微控制器實時多任務(wù)操作系統(tǒng)RTOS及其功能強大的專家?guī)旌瘮?shù)，面向任務(wù)的程序設(shè)計風(fēng)格，按全優(yōu)先服務(wù)方式進行資源管理、任務(wù)調(diào)度、異常處理等工作，工作極為可靠，也使微控制器的性能得以最大程度的發(fā)揮；采用C語言或梯形圖（PLD）、指令表（IL）、Basic、結(jié)構(gòu)文本（ST）、順序功能圖（SFC）、數(shù)據(jù)模塊編輯器、數(shù)據(jù)類型編輯器等編程，執(zhí)行速度快，可讀性好，易于擴展和移植。 * 采用快閃存儲器（Flash ROM），支持自舉載入程序及遠程維護。 * 通訊和網(wǎng)絡(luò)功能： 提供非常開放的通訊接口和網(wǎng)絡(luò)接口，具有標準的RS232/485/422或高速現(xiàn)場總線CANBUS

10、、TCP/IP或MODEM等實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊。非常方便地與其它設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，實現(xiàn)設(shè)備控制、管理的自動化、信息化（可選）。* 方便直觀的人機接口： 采用觸摸屏或中文文本顯示器(可選)顯示，漢化界面，數(shù)據(jù)顯示直觀明了，信息量大。非常直觀地在線選擇、切換工作方式，設(shè)置、修改參數(shù)和對運行狀態(tài)監(jiān)控?？梢宰龅綗o需說明手冊而操作。* 對于無刷勵磁系統(tǒng)，具有旋轉(zhuǎn)整流盤故障監(jiān)測功能。 * 可靠的滅磁系統(tǒng)： 可選用阻容無觸點的靜態(tài)滅磁方法（我公司專利技術(shù)），無噪音、無操作過電壓，可靠、平穩(wěn)，也可選用傳統(tǒng)的滅磁開關(guān)和滅磁電阻的滅磁方法。 * 完善的自檢及控制、保護功能，用于保護勵磁裝置本身和同步發(fā)電機的安全運行： 具

11、有誤強勵、過勵反時限、欠勵、PT斷線、V/HZ保護、失脈沖、均流越限檢測及保護、過流、過壓等保護功能。 * 控制單元采用西門子結(jié)構(gòu)、加強型單元機箱、插拔式模塊，獨特的抗干擾設(shè)計，抗干擾能力強。整流橋及風(fēng)機單元都采用模塊化結(jié)構(gòu)，安裝、更換方便?？梢圆煌C、不減載在線更換控制單元及風(fēng)機單元。 * 主回路可采用自并勵、他勵、三機勵磁、帶直流勵磁機的間接自勵及無刷勵磁系統(tǒng)等各種形式。 * 具有手動、自動（恒機端電壓、恒功率因數(shù)、恒無功功率）調(diào)節(jié)勵磁功能，相互切換無擾動。* 雙通道互為備用工作方式： 根據(jù)用戶需要，可以采用單通道工作方式或雙通道互為備用工作方式。雙通道無擾動自動切換（可選）。 * 故障數(shù)

12、據(jù)錄波及事故記憶功能（可選）： 記憶故障前1秒，故障后19秒的檢測數(shù)據(jù)，包括勵磁電流、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、定子電流、定子電壓、三相交流電壓、脈沖觸發(fā)角、頻率及時間等。 按照先進先出的原則記錄20組操作信號、故障信號、保護動作信號發(fā)生的時間。記錄的數(shù)據(jù)可以用打印機輸出或向上位機傳送。 * 強大試驗功能，通過控制器上的鍵盤操作，方便的進行調(diào)節(jié)器的各項試驗，如開關(guān)量傳動試驗、過勵限制、欠勵限制、階躍響應(yīng)試驗，交流勵磁機時間常數(shù)試驗等。 * 裝置電源采用雙路供電，一路來自于直流蓄電池電源，另一路來自機端變或廠用交流電降壓整流。兩路電源經(jīng)二極管并聯(lián)運行，互為冗余，提高了裝置的可靠性。1.2、主

13、要技術(shù)指標及功能1、調(diào)壓精度：0.5。2、調(diào)壓范圍：5 130。3、調(diào)差范圍：±30，級差1。4、調(diào)節(jié)頻率：不低于300次/秒。5、晶閘管控制角的分辨率：0.0048度/位碼。6、A/D轉(zhuǎn)換：16路輸入，分辨率16位、14位或12位。7、A/D轉(zhuǎn)換速率：200K/S。8、移相范圍：10150度，上下限制可設(shè)定。9、開關(guān)量I/O：24路開關(guān)量輸入，16路開關(guān)量輸出，均采用光電隔離。10、階躍特性：10階躍超調(diào)量<20，振蕩次數(shù)小于2次，調(diào)節(jié)時間小于5秒。11、電源的適應(yīng)性：電源電壓變化范圍±50。12、調(diào)節(jié)器輸入電氣量： 定子電壓：量測PT、3相；儀表PT、3相。 定子

14、電流：3相。 轉(zhuǎn)子電流信號。 同步電壓信號：3相。13、電源功率：小于200W。1.3、型號及使用范圍D：單通道S：雙通道LF2 / 1：他勵靜止勵磁系統(tǒng)2：自并勵靜止勵磁系統(tǒng)3：二機無刷勵磁系統(tǒng)4：二機靜止勵磁系統(tǒng)5：三機無刷勵磁系統(tǒng)6：三機靜止勵磁系統(tǒng)7：帶直流勵磁機的間接自勵系統(tǒng) 1：可控硅三相全控橋整流電路2：可控硅三相半控橋整流電路 3：開關(guān)式斬波電路1：可編程計算機控制器PCC2：高性能16位嵌入式微控制器MCU 3：高速32位DSP控制器DSP4：可編程控制器PLC第二章 系統(tǒng)配置2.1、硬件組成 針對用戶的具體要求和不同的發(fā)電機組，LF2000勵磁裝置的配置可以采用單通道（即一

15、套主控單元、一套功率單元）或雙通道運行（即二套主控單元、二套功率單元）或混合模式（即二套主控單元、一套功率單元或一套主控單元、二套功率單元），雙通道工作模式配備完全獨立的兩個控制柜，兩套系統(tǒng)并列運行，每套系統(tǒng)均能滿足包括強勵在內(nèi)的發(fā)電機各種運行工況對勵磁調(diào)節(jié)特性及可靠性的要求，每柜均含以下幾個主要部分。 主控制單元： 可編程計算機控制器PCC（LF2100型）、高性能的16位嵌入式微控制器MCU（LF2200型）、先進32位嵌入式微控制器MCU（LF2300型）、可編程控制器PLC（LF2400型） 功率單元： 可控硅全控或半控橋整流電路或開關(guān)管方式，其參數(shù)依工 程而定控制電源： 交直流雙路供

16、電，采用進口高可靠電源模塊 操作邏輯： 西門子SIEMENS可編程控制器S7-200或進口繼電器控制邏輯 人機接口： 觸摸屏或文本顯示器，漢化界面（用戶選擇）2.2、主控單元硬件組成發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器是一個高度集成化的控制器，包含了從開關(guān)電源到脈沖放大等幾乎所有的功能插件。每一個控制通道具體包括：1、 開關(guān)電源組件1（+5V，±15V）2、 開關(guān)電源組件2（24V1，24V2）3、 主機板4、 開關(guān)量輸入輸出板5、 脈沖放大板6、 模擬量信號處理板7、 PT/CT及同步變壓器板8、 總線后底板9、 鍵盤及液晶顯示面板LF2000系列不同型號的勵磁裝置其主控單元的主機板組成不同：分別是可

17、編程計算機控制器PCC、高性能16位嵌入式微控制器MCU、先進32位嵌入式微控制器MCU、可編程控制器PLC。2.2.1、可編程計算機控制器PCCLF2100系列主控單元基本配置包括6種控制模塊，它們分別是中央控制器模塊（CPU）7CP476.60-1，模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換模塊（A/D）3AI351.70，開關(guān)量輸入輸出模塊（DIO）7DM465.7，脈沖形成模塊（PULSE）7DO135.70，模擬量變送模塊（PTCT）ATA8383，高速計數(shù)模塊（COUNTER）7DI135.70，人機接口模塊（DISPLAY）：用戶可以選用緊湊型文本顯示器（B&R PANELWARE）PP127或

18、觸摸屏式顯示器（B&R POWERPANEL） PP120。CPU：7CP476.60-1（B&R2003 CPU模塊） 中央處理器：B&R2003 CPU 指令周期：0.5S（平均時間為70開關(guān)量和30的模擬量處理） 存儲容量：750KB SRAM，1.5MB Flash PROM實時時鐘分辨率：1S串行口：一個RS232，一個CANBUS（電隔離）A/D：7AI1351.70（B&R2003模擬量模塊） 分辨率：12位符號位轉(zhuǎn)換時間：不大于0.2mS范圍：±10V或020mADIO：7DM465.7（B&R2003數(shù)字量混合模塊） 點數(shù)：1

19、6入/16出輸入：24VDC，4mA，1mS輸入延遲輸出：24VDC，0.5A，450S輸出延遲COUNTER：7DI135.70（B&R2003高速計數(shù)模塊）輸入、輸出點數(shù)：4路高速數(shù)字輸入、1路微秒級比較器輸出輸入電壓：24VDC輸入延遲：最大值為3S輸入頻率：100KHZPULSE：7DO135.70（B&R2003數(shù)字量輸出模塊）輸出點數(shù)：4路輸出類型：FET開關(guān)電壓：1224VDC開關(guān)電流：最大0.1A開關(guān)滯后：小于2.4SDISPLAY： 緊湊型文本顯示器（B&R PANELWARE）PP127顯示范圍：最小LCD 4×20，最大128×

20、240象素的圖形終端（16×40字符）按鍵：最多47個鍵，部分LED指示保護：IP65 觸摸屏式顯示器（B&R POWERPANEL）PP120顯示：5.7"LCD單彩1/4VGA、5.7"LCD彩色1/4VGA、10.4"TFT液晶屏觸摸屏：電阻型處理器：GEODE SC2200 233MHZ接口：RS2322.2.2、高性能16位嵌入式微控制器LF2200型主控單元基本配置包括6種控制模塊，它們分別是中央控制器模塊（CPU）CKK9601（含人機接口模塊（DISPLAY）KCD2864），模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換模塊（A/D）ATD8386，開關(guān)量

21、輸入輸出模塊（DIO）DIO1616，模擬量變送模塊（PTCT） ATA8383，繼電器報警輸出模塊（SSR） DEL1616，脈沖放大模塊（PULSA）MCF2406。CPU：CKK9601 中央處理器：MCS8098/80C196KB/80C196KC，16位 工頻頻率： 12MHZ/16MHZ/20MHZ 存儲容量： EPROM 16KB/RAM 72KB/E2PROM 2KB 高速輸入： 4HSI 高速輸出： 6HSO 定時器： 2個硬件定時器加4個軟件定時器，16位串行口： 全雙工，9600/19200 BPSA/D：ATD8316 A/D芯片： ADS774 分辨率： 12位 轉(zhuǎn)換

22、時間： 8.5S 通道數(shù)： 8/16通道同時采樣保持 電源： 自帶DC/DC隔離電源 功率消耗： 5VDC，50mADIO：DIO1616 點數(shù)： 光電隔離式16入/16出 輸入阻抗： 2K 輸出驅(qū)動： 50VDC，200mA 延遲時間： 不大于10S功率消耗： 5VDC，60mAPTCT：ATA8383 模擬通道數(shù)：12通道電壓，4通道電流 輸入： 電壓100VAC，電流5A 輸出： 05VAC 時間延時： 10mS 功率消耗： 5VDC，100mASSR：DEL1616 控制點數(shù)： 16點，共16個端子 直流輸入： 30VDC220VDC 節(jié)點電流： 最大2A功率消耗： 5VDC，100m

23、A PULSA：MCF2406 脈沖點數(shù)： 6路 輸入： 光電隔離輸出： 脈沖變壓器隔離電源： 24VDC功率消耗： 24VDC，200mADISPLAY：KCD2864可顯示文字種類：漢字、英文或圖形點陣數(shù)：128×64點大小：0.39×0.55尺寸：78.0×70.002.2.3、先進32位嵌入式微控制器 LF2300型主控單元基本配置為6種控制模塊，除中央控制器模塊（CPU）CKK6832（含人機接口模塊（DISPLAY）KCD6448）不同外，其余5種模塊與LF2200型主控單元配置基本相同。CPU：CKK6832中央處理器：MC68332工作頻率：16M

24、HZ/20MHZ/25MHZ存儲容量：1M Flash ROM、1M SRAM 定時器：2個定時器加16個獨立的可編程通道，每通道可執(zhí)行任意的定時功能，包括輸入捕捉、輸出比較、PWM調(diào)制輸出串行口：1個RS232接口，1個SPI接口，1個BDM接口DISPLAY：KCD6448可顯示文字種類：漢字、英文或圖形分辨率：122×32（單顯）、128×64（單顯）、240×128（單顯）、320×240（單顯）、640×480（彩顯）鍵盤：8×8矩形鍵盤（包括8個數(shù)碼管）2.2.4、可編程控制器PLC LF2400型主控單元基本配置包括8種

25、控制模塊，它們分別是中央控制器模塊（CPU）FP2C1A，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊（A/D）FP2AD8，開關(guān)量輸入輸出模塊（DIO）FP2X16D2、FP2Y16R，脈沖形成模塊（PULSA）MCF2416，電源模塊（POWER）FP2PSA3，模擬量變送模塊（PTCT）AT8383，人機界面（DISPLAY）GT10。CPU：FP2C1A（FP2型可編程控制器CPU單元） 程序容量：48K步 運算速度：0.35S（順序指令）內(nèi)部繼電器：4048點定時器/計數(shù)器：共1024點串行口：1個RS232C和1個高級通訊接口（可聯(lián)接調(diào)制解調(diào)器）AD：FP2AD8（FP2型可編程控制器模擬量單元）分辨率：1

26、6位（±10V）轉(zhuǎn)換時間：0.5mS/通道通道數(shù)：8通道總精確度：±1.0F.S.（055攝氏度）DIO：FP2X16D2、FP2Y16R（FP2型可編程控制器輸入、輸出單元）點數(shù)：FP2X16D2：16點直流輸入，F(xiàn)P2Y16R：16點繼電器輸出輸入阻抗：3K輸出驅(qū)動：250VAC，2A延遲時間：輸入0.2mS以下，輸出10mS以下電源模塊：FP2PSA3（FP2型可編程控制器電源單元）輸入：100240VAC電流消耗：0.7A以下（100VAC），0.4A以下（200VAC）輸出：5VDC，5A（最大）DISPLAY：GT10（FP2型可編程控制器觸摸屏）顯示元素：ST

27、N單色LCD可顯示文字種類：漢字、英文或圖形點陣數(shù)：160（W）×64（H）點陣觸摸分辨率：分辨數(shù)20（W）×8（H）通訊規(guī)格：RS232C標準 2.3、功率單元功率單元可采用可控硅三相全控橋整流電路或其它電路形式?？煽毓枞嗳貥蛘麟娐罚膊捎昧?個可控硅單元，每個SCR上均有RC吸收回路，整流電源由勵磁機供給，交流側(cè)裝有的空氣開關(guān)以及快速熔斷器作為電源開關(guān)及保護。在整流橋的直流側(cè)接有直流電流表及直流電壓表，以監(jiān)視整流橋的直流輸出。整流橋的輸出通過開關(guān)與發(fā)電機的勵磁繞組相連接。對于電阻電感負載，不同的角時輸出的直流電壓為： Uf-整流橋輸出的直流電壓 UZ-直流橋輸入的

28、交流線電壓 全控橋要求有6個相同的移相觸發(fā)脈沖，為保證觸發(fā)的可靠性，LF2000采用的相差60°電角度的雙脈沖觸發(fā)，觸發(fā)脈沖幅值為24V，寬度為18°，角的變化范圍可以從10°150°（若考慮強勵頂值倍數(shù)限制，min要予以限制）。2.4、操作邏輯數(shù)碼勵磁由于大部分功能均由軟件實現(xiàn)，外部邏輯回路就顯得非常簡單，主要是用若干直流220V繼電器完成外部開關(guān)量信號的隔離以及節(jié)點的擴展，從現(xiàn)場來的滅磁開關(guān)、主油開關(guān)、增、減磁節(jié)點，均經(jīng)過直流220V繼電器隔離，因為這些信號一般傳送距離較遠，且混在強電電纜溝里，直流220V操作有利于提高抗干擾能力。經(jīng)隔離后的繼電器節(jié)

29、點經(jīng)光隔后讀入主控單元，由此可見，開關(guān)量經(jīng)過電磁與光電雙重隔離，并保證柜外均是強電接口，柜內(nèi)24V電源不引出柜體，從而保證可靠性。2.5、軟件結(jié)構(gòu)全數(shù)碼勵磁裝置的軟件由主程序和中斷服務(wù)程序兩部分組成。主程序控制數(shù)碼勵磁裝置的主要工作流程，完成數(shù)據(jù)處理、控制規(guī)律的計算、控制命令的發(fā)出及限制、保護等功能；中斷服務(wù)程序則用于實現(xiàn)交流信號的采樣及數(shù)據(jù)處理、觸發(fā)脈沖的軟件分相和機端電壓的頻率測量等功能。本系統(tǒng)的總體軟件設(shè)計如圖2.1所示。除主程序外，軟件中還有三個起不同作用的中斷服務(wù)子程序。分別用于交流信號的采樣（流程圖如圖2.2所示）、觸發(fā)脈沖的軟件分相和機端電壓的頻率測量（流程圖如圖2.3所示）以及

30、由WATCHDOG發(fā)出的中斷（流程圖如圖2.4所示）。主程序包括以下幾個模塊：（1） 控制調(diào)節(jié)軟件。包括發(fā)電機端電壓調(diào)節(jié)、勵磁電流調(diào)節(jié)、無功/功率因數(shù)調(diào)節(jié)以及各種附加控制等所使用的控制規(guī)律的調(diào)節(jié)模塊。（2） 限制及保護模塊。包括勵磁電流及整流橋、風(fēng)機工作情況、系統(tǒng)工作情況的監(jiān)視與保護。（3） 數(shù)據(jù)采集及信號處理模塊。包括16路電壓、電流信號的采集與處理，并且由電壓、電流信號計算出功率信號。（4） 移相及觸發(fā)脈沖模塊，包括控制角的延時觸發(fā)、分相觸發(fā)以及同步電壓信號的頻率測量。（5） 手動/自動跟蹤、系統(tǒng)電壓跟蹤模塊。（6） 通信模塊。通過豐富靈活的軟件系統(tǒng)和與之相配合的硬件，全數(shù)碼勵磁裝置可以實

31、現(xiàn)下述勵磁調(diào)節(jié)控制功能：（1） 可選擇多種運行方式?？蛰d跟蹤系統(tǒng)電壓；恒機端電壓（自動）運行；恒勵磁電流（手動）運行；恒無功功率運行；恒功率因數(shù)運行等運行方式。（2） 可供選擇的PID、PSS、LOEC、NEC、FLEC等調(diào)節(jié)控制規(guī)律。（3） 軟件無功調(diào)差功能，調(diào)差系數(shù)的正負及大小可任選。（4） 運行參數(shù)可選擇顯示并在線修改。主要參數(shù)有：電壓給定、勵磁電流給定、各調(diào)節(jié)控制規(guī)律的有關(guān)參數(shù)、調(diào)差系數(shù)、階躍響應(yīng)設(shè)定、各種限制、保護的整定值等。（5） 軟件實現(xiàn)數(shù)字給定及其平穩(wěn)調(diào)整。（6） 多種勵磁限制。如最大勵磁電流瞬時限制、發(fā)電機過勵反時限延時限制、欠勵瞬時限制、晶閘管整流柜故障、停風(fēng)、部分柜切除時

32、的勵磁電流限制、電壓/頻率（V/HZ）限制等。（7） 電壓互感器（PT）斷線檢測及保護。（8） 手動/自動運行方式的相互跟蹤，要求跟蹤精度高、切換無波動。（9） 獨立的后備通道，自動跟蹤工作通道，切換無波動。（10） 勵磁系統(tǒng)出現(xiàn)失磁、失控故障或軟件連續(xù)幾次出軌而自復(fù)歸無效時，自動切換到備用通道工作。（11） 軟件具有自診斷、自恢復(fù)功能。2.5.1、軟件設(shè)計方法LF2000全數(shù)碼勵磁裝置軟件設(shè)計滿足可靠性、可測試性、可維護性的要求，采用結(jié)構(gòu)化和模塊化設(shè)計方法。采用了五種基本結(jié)構(gòu)，即：（1）順序結(jié)構(gòu)（DO結(jié)構(gòu)）；（2）選擇結(jié)構(gòu)（IF結(jié)構(gòu)）；（3）當結(jié)構(gòu)（WHILE結(jié)構(gòu)）；（4）重復(fù)結(jié)構(gòu)（REPE

33、AT結(jié)構(gòu)）；（5）循環(huán)結(jié)構(gòu)（FOR結(jié)構(gòu)）。 在進行軟件設(shè)計時，遵循以下原則：（1）獨立性原則。即對問題、任務(wù)進行分解時，應(yīng)使各任務(wù)之間最大地?zé)o關(guān)，而在同一個子任務(wù)內(nèi)的內(nèi)容應(yīng)強相關(guān)，這樣，程序各模塊的獨立性高，模塊之間耦合弱，接口關(guān)系簡單。（2）簡單性原則。即一個模塊應(yīng)在一頁紙內(nèi)寫完，也就是一個模塊的語句數(shù)最好不超過50句，因為語句多了，可讀性、可理解性就差了。（3）單入口、單出口原則。即一個模塊只允許有一個入口和一個出口，不允許從模塊的外部直接跳到模塊的內(nèi)部。也不允許從模塊的內(nèi)部直接跳到模塊的外部。一個模塊只能通過CALL調(diào)用，用RET返回。在一個模塊內(nèi)則可以用JUMP指令跳轉(zhuǎn)。（4）流水線原

34、則。即對于順序連接的模塊，前一模塊的輸出應(yīng)盡可能直接地作為下一個模塊的輸入，避免再進行額外的格式轉(zhuǎn)換。（5）可測試性原則。軟件的錯誤具有積累性和放大性，前一階段的錯誤會使后一階段工作中產(chǎn)生相應(yīng)的錯誤，甚至造成后一階段幾個錯誤的出現(xiàn)，因此要及早發(fā)現(xiàn)錯誤，越早修正，所花的代價越小。因此軟件從一開始就應(yīng)可測試，并在每一階段中引入計算審核和錯誤反饋，使得錯誤能盡早發(fā)現(xiàn)并修正。（6）最后，建立完備的軟件文檔。軟件不單單是程序，往往軟件設(shè)計思想的文檔比程序清單更重要。一個模塊完成后，至少應(yīng)提供三份文檔：含有簡單說明的程序清單；該程序模塊的流程圖；該程序的設(shè)計思想、變量說明、實現(xiàn)原理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及參考文獻等。

35、 編程語言采用C語言和匯編語言相結(jié)合，這主要是考慮快速運算的要求。由于匯編語言編程較困難。而C語言具有結(jié)構(gòu)化設(shè)計的特點，語言簡潔緊湊，使用方便靈活，有豐富的庫函數(shù)和較好的調(diào)試手段，所以可用C語言和匯編語言結(jié)合進行混合編程。可在C語言中內(nèi)嵌匯編指令，也可用匯編語言調(diào)用C函數(shù)，或用C語言調(diào)用匯編子程序。2.5.2、主控制程序 主控制程序每個周波執(zhí)行六次（由鎖相環(huán)控制精確均勻進行），主要完成下列功能。1、 模擬量采集模擬輸入量有發(fā)電機量測PT輸出電壓和儀表PT輸出電壓以及發(fā)電機定子電流（均為三相），另外還有轉(zhuǎn)子電流以及勵磁裝置的輸出電流等，在主控制程序中進行模擬量的采樣。2、 數(shù)據(jù)處理計算發(fā)電機電壓

36、，有功功率和無功功率等。3、 調(diào)差計算按照設(shè)定好的調(diào)差系數(shù)和調(diào)差極性進行調(diào)差計算。4、 控制規(guī)律的實現(xiàn)按照給定的控制規(guī)律和運行參數(shù)進行控制量計算。5、 自動輸出操作在自動運行方式下主控制程序按照控制量計算值執(zhí)行自動輸出操作。 6、給定子程序，設(shè)定發(fā)電機在不同的運行工況下的參考電壓或參考轉(zhuǎn)子電流值。在自動運行方式下，按下置位按鈕，在設(shè)定的時間內(nèi)電壓給定值增加到95額定，并且置位功能閉鎖。 7、起勵控制對于自勵系統(tǒng)，由于發(fā)電機殘壓不足以建壓，所以必須加裝起勵回路，當起勵按鈕按下且機端電壓低于20時，由程序控制將起勵接觸器閉合，起勵回路工作，同時開始計時，當在設(shè)定時間內(nèi)電壓達到20，立即跳開起勵接觸

37、器，如果超過設(shè)定的起勵時間，電壓仍沒有建起，則跳開起勵接觸器，同時發(fā)起勵失敗信號。 8、跟蹤切換 手動運行方式時，自動通道實時跟蹤發(fā)電機電壓；自動運行時，手動通道延時20秒跟蹤轉(zhuǎn)子電流（或輸出電流）。兩種運行方式之間能進行無擾動切換。通道之間通過調(diào)整跟蹤系數(shù)，即自動運行時調(diào)整跟蹤系數(shù)1，手動運行時調(diào)整跟蹤系數(shù)2，使得兩個通道顯示的觸發(fā)角大致相等，當進行切換時，就不會產(chǎn)生波動。2.5.3、主要保護功能 為了保證發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行，LF2000全數(shù)碼勵磁裝置具有全面的保護功能，所有限制保護功能的定值和時間均能在現(xiàn)場進行設(shè)定。1、低勵限制和保護 如果bPcQ>D1（第I條線），則判定為低勵，

38、發(fā)低勵信號（面板低勵指示燈亮，低勵限制繼電器動作）閉鎖減勵。并自動進行增磁操作直到低勵故障消失。 如果bPcQ>D2（第II條線），則除執(zhí)行上述操作外，延時1S切手動（面板上“手動”指示燈亮，切手動繼電器動作），勵磁裝置轉(zhuǎn)為手動運行。限制和保護線見下圖。2、過勵限制和保護 最大勵磁電流限制采用反時限特性，模擬轉(zhuǎn)子的發(fā)熱模型I2rt，其允許的過勵時間t是隨發(fā)電機勵磁電流的大小而變化的。如圖所示曲線，過勵限制和保護按照下列原則：（a）轉(zhuǎn)子電流Ifd>2.25時，瞬時封鎖脈沖退出運行；（b）Ifd>1.06，Ifd<1.0時計算反時限等效時間：detg=(Ifd2-1)注：d

39、etg為轉(zhuǎn)子電流反時限積分值；（c）1.0<If<1.06,detg保持不變；（d）若detg5S,閉鎖增勵操作；（e）如detg8S發(fā)過勵報警信號（面板過勵故障指示燈亮），過勵繼電器動作。并且在If>1.3的情況下執(zhí)行限制轉(zhuǎn)子電流操作，把轉(zhuǎn)子電流控制在1.3以下；在If<1.3的情況下，自動執(zhí)行減勵操作直至滿足If1.04；（f）如detg9S，延時1S切脈沖退出運行。3、V/HZ限制和保護 V/HZ限制和保護的原則是:（a） 當V/HZ>1.15時，發(fā)過V/HZ信號（面板V/HZ故障指示燈亮，過V/HZ繼電器動作）閉鎖增勵，自動減勵至過V/HZ故障消除。（b）

40、 當V/HZ>1.25時，除執(zhí)行上面的動作過程外，延時1S后切手動（面板上“手動”指示燈亮，切手動繼電器動作），勵磁裝置轉(zhuǎn)為手動運行。4、誤強勵保護 在雙柜均流運行時，如果檢測到本柜誤強勵，發(fā)誤強勵信號（誤強勵繼電器動作），本柜退出運行；如果檢測到它柜發(fā)生誤強勵，發(fā)誤強勵信號，它柜退出運行。5、PT熔絲斷 如果檢測到儀表PT熔絲斷，發(fā)PT熔絲斷信號（PT熔絲斷繼電器動作），如果是量測PT熔絲斷，則除發(fā)PT熔絲斷信號外，切手動繼電器動作，面板顯示切手動故障，勵磁裝置轉(zhuǎn)手動運行。6、失脈沖檢測當檢測到失脈沖故障后，失脈沖繼電器動作面板顯示失脈沖相。同時通道退出運行。7、均流越限檢測 在雙柜均

41、流運行時，如果兩柜電流差超過兩柜電流和的25，發(fā)均流越限信號（面板均流越限故障指示燈亮，均流越限繼電器動作）；如果兩柜電流差超過兩柜電流和的75則退出均流運行。8、系統(tǒng)自檢功能 系統(tǒng)自檢功能含存儲器校驗、電源檢測、可控硅故障等，當有故障發(fā)生時，發(fā)硬件故障信號，同時本通道退出運行。對于雙通道系統(tǒng)，備用通道自投。9、故障錄波 記錄故障前1秒，故障后19秒所有采集到的模擬量數(shù)據(jù)，故障錄波的觸發(fā)量為通道故障退出信號。10、事件記憶 按照時間的先后記錄20組事件發(fā)生的時間，包括：運行操作信號如通道投入、退出；開關(guān)量輸入信號，如：油開關(guān)的合、分閘；以及其它故障信號，如硬件故障等。第三章 基本原理3.1、概

42、述同步電機的勵磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機的重要組成部分，它是供給同步發(fā)電機勵磁電源的一套系統(tǒng)。勵磁系統(tǒng)一般由兩部分組成：一部分用于向發(fā)電機的磁場繞組提供直流電流，以建立直流電場，通常稱作勵磁功率輸出部分(或稱功率單元)。另一部分用于在正常運行或發(fā)生故障時調(diào)節(jié)勵磁電流，以滿足安全運行的需要，通常稱作勵磁控制部分(或稱主控單元)。 勵磁控制是一種控制系統(tǒng)，它控制同步發(fā)電機發(fā)出的電勢，所以它不僅控制發(fā)電機的端電壓，而且還控制發(fā)電機的無功功率，功率因數(shù)和電流等參量。由于大型機組的這些參量直接影響系統(tǒng)的運行狀態(tài)，因此在某種程度上也可以說，勵磁裝置也控制著系統(tǒng)的運行狀態(tài)，特別是系統(tǒng)的穩(wěn)定和勵磁控制方式密切相關(guān)。

43、勵磁控制器由基本控制和輔助控制兩大部分組成?；究刂朴蓽y量比較、綜合放大和移相觸發(fā)三個主要單元構(gòu)成，實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)和無功功率分配等基本調(diào)節(jié)功能。輔助控制是為了滿足發(fā)電機不同工況，改善電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，改善勵磁控制系統(tǒng)動態(tài)性能而設(shè)置的單元，包括勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器及勵磁限制、保護器等。 測量比較單元的作用是測量發(fā)電機的端電壓，綜合無功調(diào)差信號后與給定的基準電壓相比較，得出電壓的偏差信號，供后級環(huán)節(jié)使用。測量比較電路應(yīng)具有足夠高的靈敏度與優(yōu)良的動態(tài)性能，即要求測量精確、反應(yīng)迅速、電路的時間常數(shù)要小。測量比較單元的性能如何將直接影響到發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)精度與勵磁系統(tǒng)的動態(tài)性能。綜合放大單元對測量單

44、元輸出的電壓偏差起綜合和放大的作用。為了得到調(diào)節(jié)系統(tǒng)良好的靜態(tài)和動態(tài)性能，除了由電壓測量比較單元來的電壓偏差信號外，有時還根據(jù)要求綜合來自其他裝置的信號，如勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器信號、最大、最小勵磁限制信號等。放大的作用是為了消除電壓的靜態(tài)偏差，改善勵磁系統(tǒng)的動態(tài)性能。綜合放大后的控制信號輸出到移相觸發(fā)單元。移相觸發(fā)單元包括同步、移相、脈沖形成及放大環(huán)節(jié)。移相觸發(fā)環(huán)節(jié)根據(jù)輸入控制信號(Uc)的大小，改變輸送到晶閘管的脈沖觸發(fā)角，以控制晶閘管整流電路的輸出，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流。為了使觸發(fā)脈沖能可靠地工作，還需采用脈沖放大環(huán)節(jié)。移相觸發(fā)單元和整流橋相當于信號轉(zhuǎn)換、功率放大及控制器的執(zhí)行機構(gòu)。在LF2

45、000勵磁裝置中,以上幾個部分大部分由軟件編程來實現(xiàn)，省略了很多硬件環(huán)節(jié)，提高了整個裝置的可靠性。3.2、工作原理附錄1、2、3為LF2000系列全數(shù)碼勵磁裝置的系統(tǒng)原理圖。勵磁裝置主控單元的輸入電氣信號有發(fā)電機量測PT電壓，儀表PT電壓及從發(fā)電機電流互感器來的三相定子電流信號（9個交流信號）。直流信號有發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流及勵磁裝置輸出電流。各路信號經(jīng)各自的信號處理及變換電路（傳感器、變送器）對信號濾波、隔離放大，變換成適合于A/D采樣的信號。送入主控單元A/D變換器，由程序控制依次轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，存放在存儲器中供軟件使用。利用以上采集到的數(shù)據(jù)，通過軟件計算可以得到發(fā)電機的運行工況、勵磁系統(tǒng)參數(shù)、勵

46、磁裝置輸出參數(shù)等全部信息，如發(fā)電機三相電壓平均值、三相電流平均值、有功功率P、無功功率Q、轉(zhuǎn)子電流（勵磁裝置輸出電流）、功率因數(shù)角、頻率、可控硅控制角等供勵磁裝置各軟件功能模塊使用。主控室對勵磁系統(tǒng)工作方式的選擇、增、減勵磁操作、油開關(guān)和滅磁開關(guān)等狀態(tài)量作為開關(guān)量輸入信號以及故障報警等開關(guān)量輸出信號，在主控單元內(nèi)經(jīng)過光電隔離。功率輸出部件可選擇為晶閘管三相全控橋整流電路或其它方式。晶閘管根據(jù)發(fā)電機的容量選擇快速風(fēng)冷方式或水冷方式，晶閘管接有阻容保護，快速熔絲保護及過電壓吸收部件，熔絲熔斷有報警信號。為了保證其輸出直流電壓連續(xù)可調(diào)及逆變運行，要求控制角在10150度之間變化。由脈沖同步電路來保證

47、各晶閘管的依次導(dǎo)通。 在定時中斷控制程序中，計算發(fā)電機電壓與參考電壓之差，并按控制規(guī)則進行運算后，綜合其他附加控制信號及附加調(diào)差信號得到一個控制量去改變晶閘管的導(dǎo)通角，雙窄脈沖經(jīng)脈沖變壓器隔離去觸發(fā)晶閘管，這就是勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)環(huán)?？刂茀?shù)的正確選擇，附加控制信號的大小將直接影響勵磁系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性。 勵磁裝置中的保護功能模塊如失脈沖檢測、低勵磁限制、過勵限制、V/HZ限制、PT斷線保護等都是用軟件來實現(xiàn)的。 勵磁裝置的安裝地點環(huán)境比較惡劣，電磁干擾相當嚴重，抗干擾能力是十分重要的。全數(shù)碼勵磁裝置采用獨特的抗干擾措施，如主控單元核心部件采用雙層屏蔽，每個輸入、輸出電路均采用光電或電磁隔

48、離電路等措施。 勵磁裝置的前面設(shè)有操作顯示面板供人機對話用。人機界面采用觸摸屏或中文文本顯示器（用戶自選），全漢化界面，便于運行人員的監(jiān)視。另外開關(guān)量輸入的實時狀態(tài)顯示、開關(guān)量強制輸出、控制和保護參數(shù)設(shè)定、運行方式的切換、故障錄波數(shù)據(jù)的提取等功能均可在此人機對話窗口上實現(xiàn)。勵磁裝置主控單元的工作電源也是獨立的。輸出電壓有四種：5V、±15V供模擬通道使用；24VI供脈沖回路；24VII供繼電器及操作回路用。電源采用兩路供電：一路來自蓄電池直流電源，另一路來自廠用交流電或機端交流電壓經(jīng)降壓整流成直流電源。兩路直流電源通過二極管并聯(lián)運行，任何一路失電，勵磁裝置仍能正常工作。3.3、單板原

49、理作為同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)，其可靠性對于機組和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定至關(guān)重要，因此LF2000微機勵磁調(diào)節(jié)器在設(shè)計時就將系統(tǒng)可靠性作為第一重要的內(nèi)容，因此搭建一個穩(wěn)定的硬件測試平臺是提高系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)。 LF2000的核心控制器由以下幾部分組成：* 電源1* 電源2* 計算機主板（CPU）* 開關(guān)量輸入輸出板* 脈沖放大板* PT/CT板* 總線底板以上幾塊控制板卡插在一個專用4U機箱內(nèi)。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，機箱采用金屬屏蔽機箱，所有插件采用歐洲標準的接插件，從設(shè)計上保證信號的流向的唯一性，避免了信號之間的串擾，以及強弱電之間的交叉。所有的板卡均采用先進的表貼工藝，底板裝在機箱的前部，在面板上鑲

50、嵌有一個液晶顯示器，進行運行狀態(tài)的監(jiān)視，前面板上還有一些重要的狀態(tài)指示燈。電源系統(tǒng)為了提高系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)的供電電源由兩路冗余，來自勵磁變壓器或廠用電的交流電源經(jīng)過隔離變壓器隔離后，經(jīng)過整流變?yōu)橹绷?，并?jīng)過二極管和來自廠用蓄電池的直流電并聯(lián)運行，共同為機箱內(nèi)的開關(guān)電源供電，為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，按照不同的功能將系統(tǒng)電源分為3部分1） CPU電源：5V，±15V2） 操作電源：24VII，用于開關(guān)量的輸入輸出3） 脈沖電源：24VI，用于脈沖放大和觸發(fā)回路以上電源系統(tǒng)相互獨立，避免干擾的產(chǎn)生。計算機主板（CPU）CPU板是勵磁控制系統(tǒng)的核心，所有的控制過程都是在該板的指揮下進行，它完成數(shù)據(jù)的采集處理，控制規(guī)律的計算以及脈沖的產(chǎn)生和人機接口（鍵盤、顯示器、打印機）的監(jiān)控功能和自檢功能。CPU板的硬件、軟件設(shè)計的可靠性是整個控制系統(tǒng)安全運行的關(guān)鍵因素。模擬量處理板該板的主要功能是進行電平變換和隔離，由于采用交流采樣，所以電流、電壓回路經(jīng)過高精度小CT和PT隔離后，進行濾波和電平轉(zhuǎn)換適配到A/D測量范圍內(nèi)進入主機板。直流量由轉(zhuǎn)子電流經(jīng)過濾波電平轉(zhuǎn)換后進行采樣。同時將同步信號整形為方波，供主機板CPU產(chǎn)生脈沖。開關(guān)量輸入繼