葛洲壩勵(lì)磁裝置課件

葛洲壩電廠勵(lì)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(jī)轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)及滅磁回路SCRZKFMKBZKD1D2KPTCFFR1FR2RzZTCFR3FR4FR5CR1R2R5QLZQLC68DKVF備勵(lì)來220V+-A圖2-8FMB32型轉(zhuǎn)子過壓保護(hù)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(hù)，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(lì)磁時(shí)，發(fā)電機(jī)的勵(lì)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(jìn)入勵(lì)磁回路時(shí)，非線性電阻動(dòng)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(shí)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(hù)。FR3、R5、R1、D2、KPT、CF組成發(fā)電機(jī)非全相及大滑差運(yùn)行時(shí)的過壓保護(hù)，當(dāng)發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行或失步時(shí)，定子中的負(fù)序電流會(huì)在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出100Hz的過電壓，此時(shí)FR3投入運(yùn)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(hù)。FR1、D1、Rz、ZTC和FMK一起組成了發(fā)電機(jī)的滅磁系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)滅磁回路圖2-9葛洲壩電廠發(fā)電機(jī)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(shí)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(shí)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(jī)正常停機(jī)時(shí)，逆變滅磁，滅磁時(shí)間稍長。（2）、當(dāng)發(fā)電機(jī)故障時(shí)，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(shí)，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(chǎng)斷路器技術(shù)參數(shù)一覽表

型號(hào)

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(qiáng)勵(lì)電壓（V）16001600

回路耐壓（V）56005600

分?jǐn)嚯娏鳎ˋ）75004800

建壓能力（V）15001500

機(jī)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(shí)間同步性100ms20ms100ms20ms

兩極之間

兩極之間時(shí)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(lì)磁調(diào)節(jié)器介紹葛洲壩電廠大多數(shù)機(jī)組的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器都是能達(dá)公司生產(chǎn)的MEC-31多微機(jī)勵(lì)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(jī)勵(lì)磁控制器通過測(cè)量系統(tǒng)不斷采集發(fā)電機(jī)三相交流定子電壓、三相定子電流并計(jì)算出發(fā)電機(jī)端電壓Ug、定子電流Ig、發(fā)電機(jī)有功功率P、無功功率Q的當(dāng)前值并與給定值進(jìn)行比較。此外還采集勵(lì)磁電流當(dāng)前值，測(cè)量并計(jì)算機(jī)組當(dāng)前頻率值。根據(jù)采集數(shù)據(jù)，CPU可自動(dòng)按線性最優(yōu)勵(lì)磁控制的原理和計(jì)算方法，每10ms計(jì)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(shí)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(jì)算。

數(shù)字移相觸發(fā)器把控制角α折算成對(duì)應(yīng)的延時(shí)t，再折算成對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)：N=t/Tc=（α/360）*T*fc式中：Tc—計(jì)數(shù)脈沖周期T—陽極電壓周期fc—計(jì)數(shù)脈沖頻率

在自然換流點(diǎn)，同步方波引起中斷，作為計(jì)時(shí)起點(diǎn)。CPU響應(yīng)中斷后，將N送入計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)一到，立即輸出相應(yīng)的觸發(fā)脈沖。微機(jī)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(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)工況的目的。MEC-31勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用單相同步數(shù)字移相觸發(fā)器，對(duì)三相全控整流橋來說，在一個(gè)周期內(nèi)，首先給一個(gè)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(yùn)行時(shí)，默認(rèn)為A相同步，當(dāng)同步斷線時(shí)，自動(dòng)切換到另一相。61LH62LHPT1PT2PT3PT4ZKFMKDL測(cè)量板Ⅰ測(cè)量板Ⅱ測(cè)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(jī)Ⅰ（V40）工控機(jī)Ⅱ（V40）工控機(jī)Ⅲ（8098）脈沖檢測(cè)Ⅰ脈沖檢測(cè)Ⅱ脈沖檢測(cè)Ⅲ脈沖切換同步測(cè)量放大隔離圖3-1MEC-31多微機(jī)勵(lì)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(hào)自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器型式制造廠MEC—31葛電能達(dá)公司出廠日期投產(chǎn)日期

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

%70～110%Uge

2手動(dòng)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(shí)間

秒1

6調(diào)差率整定范圍

%0～30%

7發(fā)電機(jī)端電壓靜差率

%≤0.1%

8發(fā)電機(jī)調(diào)壓精度

%≤0.2%

9勵(lì)磁系統(tǒng)電壓響應(yīng)時(shí)間

毫秒34

10超調(diào)量

9.6%

11調(diào)節(jié)時(shí)間

秒3.4S

3.2MEC-31多微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的主要功能a、三種起勵(lì)方式第一是恒機(jī)端電壓方式起勵(lì)。正常默認(rèn)按額定機(jī)端電壓起勵(lì)，起勵(lì)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(jī)端電壓。第二是恒勵(lì)磁電流起勵(lì)。最小起勵(lì)給定值為5％額定勵(lì)磁電流。第三是自動(dòng)跟蹤母線電壓起勵(lì)。目前母線電壓未接入調(diào)節(jié)器，此功能未用。b、三種運(yùn)行方式第一是恒極端電壓方式運(yùn)行。它是對(duì)發(fā)電機(jī)端電壓偏差進(jìn)行最優(yōu)調(diào)節(jié)，并自動(dòng)完成調(diào)節(jié)器的全部功能，是調(diào)節(jié)器的主要運(yùn)行方式。第二是恒勵(lì)磁電流運(yùn)行。它是對(duì)勵(lì)磁電流偏差進(jìn)行比例調(diào)節(jié)，維持勵(lì)磁電流的穩(wěn)定運(yùn)行。一般是在恒極端電壓運(yùn)行方式下出現(xiàn)強(qiáng)勵(lì)、PT斷線、功率柜故障等情況時(shí)，調(diào)節(jié)器自動(dòng)切換到恒勵(lì)磁電流方式運(yùn)行，故障消除后又自動(dòng)恢復(fù)。第三是恒無功方式運(yùn)行。它是對(duì)發(fā)電機(jī)無功進(jìn)行比例調(diào)節(jié)。當(dāng)發(fā)電機(jī)過無功或欠勵(lì)限制動(dòng)作后，調(diào)節(jié)器自動(dòng)轉(zhuǎn)入恒無功方式運(yùn)行，起穩(wěn)定無功的作用。c、五種限制功能（1）瞬時(shí)/延時(shí)過勵(lì)磁電流限制，即強(qiáng)勵(lì)限制由于勵(lì)磁裝置強(qiáng)勵(lì)時(shí)，勵(lì)磁電流大大超過其額定值，故為了勵(lì)磁裝置以及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的安全，應(yīng)對(duì)強(qiáng)勵(lì)的勵(lì)磁電流及強(qiáng)勵(lì)時(shí)間進(jìn)行限制。MEC勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的強(qiáng)勵(lì)限制曲線是一個(gè)反時(shí)限的，當(dāng)勵(lì)磁電流達(dá)到2.4倍的額定轉(zhuǎn)子電流時(shí)，延時(shí)0秒，1.8倍時(shí)延時(shí)20秒，到1.1倍時(shí)延時(shí)無窮大。強(qiáng)勵(lì)限制動(dòng)作后，調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)為恒勵(lì)磁電流方式運(yùn)行，限制勵(lì)磁電流。（2）功率柜停風(fēng)或部分功率柜退出運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電流限制當(dāng)功率柜冷卻消失或部分功率柜故障時(shí)，勵(lì)磁裝置的輸出能力就會(huì)下降，此時(shí)若發(fā)生強(qiáng)勵(lì)或勵(lì)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(shí)，調(diào)節(jié)器自動(dòng)轉(zhuǎn)為恒勵(lì)磁電流方式運(yùn)行，限制勵(lì)磁電流。（3）發(fā)電機(jī)過無功限制當(dāng)發(fā)電機(jī)無功超過給定的上限值時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)為恒無功方式運(yùn)行，此時(shí)，調(diào)節(jié)器只接受減磁命令，不接受增磁命令。（4）發(fā)電機(jī)欠勵(lì)限制發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行使，當(dāng)勵(lì)磁電流減小時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出的感性無功會(huì)減小，至到發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行，向系統(tǒng)吸收感性無功。如果進(jìn)相太深，則有可能使發(fā)電機(jī)失去穩(wěn)定而被迫停機(jī)。故勵(lì)磁調(diào)節(jié)器設(shè)定了一條欠勵(lì)限制曲線，當(dāng)發(fā)電機(jī)向系統(tǒng)吸收感性無功達(dá)到限值時(shí)，調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)恒無功方式運(yùn)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(jī)空載時(shí)，當(dāng)發(fā)電機(jī)頻率下降時(shí)，自動(dòng)降低機(jī)端電壓給定值，防止勵(lì)磁過流。3.3MEC-31勵(lì)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(jī)系統(tǒng)。其中Ⅰ、Ⅱ機(jī)內(nèi)部配件完全相同，可以自動(dòng)切換為主、從機(jī)運(yùn)行。Ⅲ機(jī)是備用機(jī)，當(dāng)Ⅰ、Ⅱ機(jī)全部故障時(shí)可自動(dòng)投入Ⅲ機(jī)運(yùn)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(gè)128KB帶電保護(hù)的RAM盤；具有三個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，八級(jí)中斷輸入，一個(gè)RS232串行口和一個(gè)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(shí)間為25μs，精度12位，4組6路多路開關(guān)和6個(gè)帶調(diào)零的采樣保持器LF398，可以同時(shí)采集一組6路模擬信號(hào)，分次可采集四組共24路模擬輸入信號(hào)，特別適用于采集同步性要求高的場(chǎng)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(shí)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(gè)微機(jī)系統(tǒng)都有兩塊雙異步通訊板，其中一塊進(jìn)行Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ機(jī)之間的通訊，通訊的主要目的是將在線機(jī)運(yùn)行的控制角傳送給另外兩臺(tái)備用機(jī)。另一塊跟裝有MEC調(diào)試軟件的PC機(jī)通訊。每塊雙異步通訊板，提供兩個(gè)獨(dú)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(dú)立的查詢式中斷邏輯。f、8253計(jì)數(shù)器/定時(shí)器板提供四片獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器芯片8253，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率可達(dá)2MHz。8253計(jì)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(hào)匹配板其作用是降低電源尖峰和瞬時(shí)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(hào)躍變時(shí)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(jī)對(duì)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(cè)量板首先利用阻容將三相同步電壓進(jìn)行濾波，對(duì)濾波產(chǎn)生的相位移，在軟件中進(jìn)行補(bǔ)償，接著采用324運(yùn)放，將正弦波變?yōu)榉讲?，該方波的上升沿就是?shù)字移相器的同步中斷信號(hào)。j、脈沖檢測(cè)板正常運(yùn)行時(shí)，每個(gè)移相脈沖每隔360°（20ms）重復(fù)出現(xiàn)一次，如果一個(gè)周期過去后，該移相脈沖沒有再出現(xiàn)，就可認(rèn)定該脈沖丟失。脈沖丟失后，在線機(jī)通過脈沖檢測(cè)板發(fā)出信號(hào)，并進(jìn)行切換。在脈沖檢測(cè)板中，還有一個(gè)單穩(wěn)觸發(fā)器接收微機(jī)的Watchdog信號(hào)，單穩(wěn)時(shí)間約為20ms，即如果Watchdog信號(hào)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(hào)。在MEC中，Watchdog信號(hào)被放置在正常運(yùn)行的軟件流程中，只要程序正常運(yùn)行，該信號(hào)就不停發(fā)出。另外，脈沖檢測(cè)板還對(duì)STD總線電源進(jìn)行檢測(cè)，如果任一電壓消失，該板發(fā)出故障信號(hào)，并進(jìn)行切換。3.4測(cè)量系統(tǒng)MEC-31勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的測(cè)量系統(tǒng)主要采用交流模擬信號(hào)直接采樣方式，也有信號(hào)采用直流采樣。簡(jiǎn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(hào)，再經(jīng)濾波板進(jìn)入A/D板進(jìn)行交流采樣。C、勵(lì)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(gè)直流電壓，再進(jìn)入A/D板進(jìn)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(jìn)入A/D板進(jìn)行直流采樣。e、定子比較電壓直流采樣此電壓作為主機(jī)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(jìn)入A/D板進(jìn)行直流采樣。f、同步電壓測(cè)量及變換勵(lì)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(hào)的三個(gè)相電壓分別經(jīng)濾波整形后成為同步方波，然后進(jìn)入計(jì)算機(jī)中斷。g、機(jī)組頻率測(cè)量它利用STD同步摸板中的同步方波信號(hào)，采用數(shù)字測(cè)頻方法發(fā)電機(jī)的頻率，供控制及顯示用。3.5電源系統(tǒng)MEC-31的三套微機(jī)電源（+5V，±12V）系統(tǒng)各自獨(dú)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(jī)電源系統(tǒng)Ⅰ機(jī)采用廠用220V交流電源和勵(lì)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(jī)使用，+24V電源經(jīng)二極管后并入裝置的DC24V系統(tǒng)。Ⅱ機(jī)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(jī)相同。Ⅲ機(jī)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(jī)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(jī)共給。+30V脈沖放大電源由廠用交流和勵(lì)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(cè)、切換、報(bào)警系統(tǒng)MEC-31裝置的檢測(cè)系統(tǒng)有三個(gè)：一是對(duì)調(diào)節(jié)器輸出脈沖進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)被檢測(cè)的六路脈沖任一路丟失，且脈沖丟失的時(shí)間超過脈沖檢測(cè)板中單穩(wěn)觸發(fā)騎的穩(wěn)定時(shí)間，檢測(cè)電路自動(dòng)翻轉(zhuǎn)，并通過切換電路自動(dòng)進(jìn)行微機(jī)之間的切換和報(bào)警。二是裝置穩(wěn)壓電源檢測(cè)，它分別對(duì)微機(jī)系統(tǒng)的+5V，±12V電源進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，當(dāng)任意一路