DVR数字式励磁控制系统使用说明书Word文件下载.docx
《DVR数字式励磁控制系统使用说明书Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《DVR数字式励磁控制系统使用说明书Word文件下载.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
目前，我厂在引进的英国BRUSH公司的模拟式自动电压调节器技术的基础上，与国内著名科研院、所、高校合作开发了适合我公司的三机同轴数字式无刷励磁系统。
该励磁系统综合运用了同步发电机的现代励磁控制理论，采用目前国际上先进的数字控制技术及半导体可控整流技术，完全不同于以前采用模拟式控制技术的励磁装置。
其主控单元通过对同步发电机的运行参数、运行曲线及特性曲线进行优化处理，达到了对同步发电机运行的最佳控制。
克服了模拟式诸如装置的整体性能不高、调试步骤繁多、参数难以精确整定、存在零漂温漂等问题。
该无刷励磁系统的核心--数字式调节器是该研究院承担国务院重大技术装备办公室的“七·
五”、“八·
五”科技攻关项目研制出来的产品，具有控制算法优良、高可靠性的特点，同时将最新的微机控制技术，液晶显示技术加以运用，因而具备了更丰富的功能，更卓越的性能，更友好的界面。
该型数字式调节器在国内享有较高的声誉，目前已有两百余套产品在国内大中型机组上安全稳定运行。
1.1主要特点：
1.1.1硬件简单、可靠性高
主CPU采用高档16位单片机80C196，调节器的操作逻辑电路，晶闸管的触发脉冲产生电路，机械或电子的电压整定机构都可以简化或取消。
调节器插件板少，加上大部分采用集成芯片，装置可靠性提高。
调节器采用单板拔插结构，便于更换和维修。
1.1.2软件丰富，调节器的大部分功能均由软件实现，包括：
控制规律的实现；
各种控制方式的选择及实现；
通道之间和运行方式之间的跟踪切换；
各种保护功能的实现；
在线运行监测和故障诊断功能；
故障录波及事件记忆功能；
软件看门狗
1.1.3独特的抗干扰设计，抗干扰能力强。
1.1.4具有标准的RS232，RS422（或RS485）接口实现远程通讯。
1.1.5采用液晶显示，汉化菜单，数据显示直观明了，信息量大。
1.1.6对于无刷励磁系统，具有旋转二极管故障监测报警功能。
1.1.7根据用户需要，调节器可以采用单通道工作方式或双通道主备用工作方式。
1.2主要技术指标：
1.2.1装置保证同步发电机端电压静差率1％。
1.2.2调差范围为±
15％，级差1％。
1.2.3机端电压调压范围
自动：
30％UGN120％UGN
手动：
10％UGN130％UGN
其中：
UGN发电机空载额定电压
1.2.4最大和最小控制角设定为10和150。
1.2.5单通道运行时，也能满足发电机各种运行工况的要求。
1.2.6调节频率不低于150次/秒。
1.2.7晶闸管控制角α的移相范围：
10°
～150°
；
1.2.8晶闸管控制角α的分辨率：
0.012度/位码；
1.2.9A/D转换：
8路输入，分辨率10位；
1.2.10开关量I/O：
16路开关量输入，16路开关量输出，均采用光电隔离；
1.2.11励磁电流调节范围：
10％～130％额定励磁电流连续可调；
调节精度：
＜1％；
1.2.1210％阶跃响应：
超调量＜30％，振荡次数小于三次，调节时间小于10秒；
1.2.13调节器输入电气量：
定子电压：
3相
定子电流：
永磁机输出：
单相
1.2.14脉冲输出参数：
四相双窄脉冲触发，脉冲宽度100μS，可触发1800A及以下晶闸管。
1.2.15工作方式：
自动运行或手动运行。
1.2.16装置采用单相全控桥整流输出。
1.2.17装置电源采用双路供电，一路来自于直流蓄电池电源，另一路来自永磁机输出整流。
两路电源经二极管并联运行，互为冗余，提高了装置的可靠性。
1.2.18本装置有完善的自检功能及保护措施，用于保护励磁调节器本身和同步发电机的安全运行。
1.2.19采用标准的RS-232或RS-485串行接口，能实现远程通信。
1.2.20具有故障数据记忆功能，记忆故障前12个周波，故障后6个周波的检测数据，包括机端电压、励磁电流、功率因数、有功功率、无功功率、定子电流、定子电压、单相交流电源电压、脉冲触发角。
1.2.21具有事件记忆功能，按照先进先出的原则记录50组操作信号、故障信号、保护动作信号发生的时间。
1.3励磁系统限制保护功能：
所有附加功能的定值和时间均能在现场进行键盘设定。
1．低励限制及保护；
2．V/Hz限制及保护；
3．过励限制和保护；
4．PT断线保护；
5．误强励检测及保护；
6．失脉冲保护；
以上所有保护动作并切至手动运行方式后，故障仍没有消除，则立即切除故障通道或跳灭磁开关。
2硬件组成及工作原理
2.1综述
附录1、2、3为DVR--2000A系列数字式励磁调节器的系统原理图。
调节器的输入电气信号有发电机量测PT电压，仪表PT电压及从发电机电流互感器来的三相定子电流信号（9个交流信号）。
直流信号有调节器输出电流和反映装置电源电压的信号。
各路信号经各自的信号处理及变换电路对信号滤波、隔离放大，变换成适合于A／D采样的信号。
这些信号送入A／D变换器，由程序控制依次进行模数转换，存放在存贮器中，供调节器使用。
利用以上采集到的数据，通过软件计算可以得到发电机的运行工况，励磁系统参数，调节器输出参数等全部信息，如发电机三相电压平均值、三相电流平均值、有功功率P、无功功率Q、转子电流（调节器输出电流）、功率因数角、频率、可控硅控制角等，供调节器各功能模块使用。
主控室对调节器工作方式的选择，增、减励磁操作，油开关和灭磁开关等状态量作为开关量输入信号以及故障告警等开关量输出信号是经过光电隔离与CPU接口的。
调节器共有16路开关量输入，16路开关量输出通道。
调节器功率输出部件为单相全控晶闸管整流桥。
为了保证其输出直流电压连续可调及逆变运行，要求控制角a在10°
~150°
之间变化。
调节器中由脉冲同步电路来保证各晶闸管的依次导通，用可编程定时电路（8253）直接将数字控制量转换成相应控制角a的触发脉冲信号。
利用150Hz的中断控制程序来计算发电机电压与参考电压之差,并进行PID运算后综合附加调差信号得到一个控制量去改变晶闸管的导通角。
两片定时电路8253输出的四个单脉冲，经组合，功率放大形成双窄脉冲经过脉冲变压器隔离去触发晶闸管。
这就是励磁调节器的主调节环。
PID参数的正确选择，将直接影响调节器的静态和动态特性。
调节器中的保护功能模块如失脉冲检测、低励磁限制、过励限制、V/Hz限制、PT断线保护等都是用软件来实现的。
励磁调节器的安装地点环境比较恶劣，电磁干扰相当严重。
对于数字式励磁调节器来说抗干扰能力是十分重要的。
本调节器有独特的抗干扰措施，如调节器控制板核心部件采用双层屏蔽，每个输入、输出电路均采用光电或电磁隔离电路，电源采用开关电源隔离等措施，另外还特设硬件、软件自复归电路。
当程序万一在大干扰的作用下跑飞或进入死循环时，该电路将自动复归使程序重新从头开始执行，恢复正常工作状态。
调节器柜的前面设有操作显示面板供人机对话用。
人机界面采用液晶显示，汉化菜单，所有计算机采集到的模拟量值均以有名值显示在液晶显示器上，便于运行人员的监视。
另外开关量输入的实时状态显示，开关量强制输出，控制和保护参数设定，故障录波数据的提取等功能均可在此人机对话窗口上实现。
调节器的功率单元为单相全控桥整流电路。
晶闸管电流容量为55A，反峰电压1600伏。
晶闸管接有阻容保护，快速熔丝保护及过电压吸收部件，熔丝熔断有报警信号。
调节器的工作电源也是独立的，采用开关电源。
输出电压有四种：
+5v、±
15v电源供主机板，运算放大器用；
24VI供脉冲回路，24VII供继电器及操作回路用。
电源采用两路供电：
一路来自蓄电池，另一路来永磁机输出整流。
两路电源通过逆止二极管并联运行，任何一路失电，调节器仍能正常工作。
综上所述，本调节器不需要外加的变送器如电压，有功功率，无功功率变送器和任何机械的或电子的电压给定机构，充分利用软件，硬件电路简单，提高了可靠性，便于维护。
2.2硬件结构
DVR--2000A型数字式励磁调节器的控制回路有以下几块硬件电路板组成，本章对这些硬件电路板的工作原理和功能逐一进行介绍：
2.2.1主机板（CPU）
2.2.1.1CPU
CPU采用INTEL高性能16位单片机80C196,CPU内部含有丰富的资源，包括：
时钟发生器、I/O口、A/D转换器、PWM、串行口、定时/计数器、监视定时器（WATCHDOG）和高速输入/输出接口，由于CPU的高度集成，使装置的接线简单、可靠且功能强大。
2.2.1.2存储器扩展电路
由于单片机内部存储器容量较小，无程序存储器，需外部扩展存储器容量，本系统扩展了一片64K的程序存储器EPROM（27C512），一片8K带时钟的非易失性RAM,以及一片串行E2PROM，用以存储各种参数。
2.2.1.3串行口
一片MAX232将CPU芯片输出的串行口信号转换成标准的RS232/485电平，用来与上位机进行通讯。
2.2.1.4复位电路
2.2.1.5译码电路
所有外围扩展电路的片选信号有两片可编程逻辑芯片GAL16V8译出，此外该芯片还完成对时钟信号的分频功能。
2.2.1.6总线分离和驱动
外围扩展电路所需的数据和地址线有74LS373进行分离，并对数据线用总线驱动器74LS245进行驱动。
2.2.1.7脉冲产生电路（数字移相电路）
主回路整流桥的触发脉冲有两片可编程定时器8253来产生，8253产生的脉冲经过74LS123展宽后，进入脉冲放大板。
2.2.1.8脉冲监视电路
8253产生的脉冲由数据线读入计算机，依此来判断丢脉冲的情况。
2.2.2开关量输入输出板（IOX）
2.2.2.1开关量输入电路
本板含有16路开关量输入信号，含远方或就地来的操作命令、开关的辅助节点、装置的电源电压等开关信号。
24V2电源通过开关节点连接到本板的插头上，当节点闭合时，光耦导通，对应数据线上为高电平，由程序读入这些状态。
2.2.2.2开关量输出电路
本板含有16路开关量输出信号。
开关量输出电路采用TIL113实现内外电路的电气隔离。
TIL113采用集电极开路达林顿输出，可直接推动小型中间继电器。
继电器线圈一端接24VII正电源，另一端接各路光耦的输出。
光耦芯片的两端经电阻与六反相门74LS06的输出端相连，六反相门的输入端与8D锁存器74LS273输出相连；
锁存器各输入和数据总线D0~D7相连。
计算机将一些运行状态及控制命令通过开关量输出电路送出，其中包括：
运行方式指示、PT断线、V/Hz限制、低励限制、硬件故障、过励限制、跳开关、脉冲消失、可控硅故障等。
2.2.2.3电源电压监视电路
±
15V电源和5V电源转换成数字量以便计算机进行电源监视和A/D检测，24V电源作为开关量输入计算机进行监视，同时还有一个用继电器和光耦组成的电源监视电路，当电压太低导致CPU不能工作时，由此电路直接将本通道退出。
2.2.3模拟量处理板（ANALOG）
2.2.3.1定子电压、电流测量
定子电压经过调节器内部的二次PT隔离后，经过整流电路变成直流量，然后由二阶滤波电路对其进行滤波、放大适配到A/D变换量程内。
电流的测量与电压一样，只是二次CT经过取压电阻变成电压信号，其余同电压回路。
2.2.3.2励磁电流测量
励磁电流信号由磁场回路里的LEM传感器取得，再对信号进行滤波和放大后送入计算机的A/D转换通道。
2.2.3.3电压、电流信号处理（功率因数角φ的测量）
电压、电流的交流信号经过二阶低通滤波器进行滤波后，再由LM339电压比较器将其变成方波信号，经过单稳态触发器74LS123将方波信号变为脉冲信号，送入主机板的高速输入通道，计算机计算这两个脉冲到来的先后顺序和它们之间的时间差，就可以计算出功率因数角的大小和方向。
2.2.3.4同步信号的产生
与永磁机输出相连的电源变压器也用做同步变压器，同步信号滤波后，变成方波信号，作为主机板上脉冲产生回路中8253的门控信号。
2.2.4脉冲放大板（PGC）
主机板产生的四个双窄脉冲，经过光电隔离，推动功率晶体管VL1-VL6，使脉冲变压器接通，24V电源给脉冲变压器原边励磁，副边感应出的电压使晶闸管导通。
如果元件损坏在双脉冲合成功放部分，可以通过晶体管集电极中的发光二极管来判断哪相电路的元件埙坏。
发光二极管在脉冲正常时是亮的，功率晶体管损坏或脉冲变压器断线时，发光二极管不亮，可以作为失脉冲检测的辅助信号。
2.2.5继电器板（RELAY）
继电器板用于将开关量输出板（IOX）输出的信号进行节点和容量的扩充。
同时将故障信号进行记忆，以及信号复位电路。
2.2.6操作显示面板（FACE）
主机板的面板作为显示操作面板，显示采用液晶显示，汉化菜单，便于对运行状态的查询和运行参数的现场修改。
2.2.7控制器机箱结构图
主机箱采用标准插件结构，插件方便于更换和维修，面板上有相应的发光二极管进行信号指示。
电源1电源2CPUIOXANALOGPGCRELAYPTCT
控制机箱插件布置图
3软件功能
DVR--2000A型数字式励磁调节器的软件设计采用C语言作为开发工具，它具有高级语言的诸多特征以及面向实时控制的风格，使其特别适用于调节、控制程序的开发，编程效率大为提高，功能扩展简单灵活，程序可读性增强，便于用户掌握。
在DVR--2000A中，几乎所有的功能都软件化，从而大大减少了硬件的品种和数量。
主要软件功能如下：
3.1主调度程序
主调度程序主要完成下列功能：
3.1.1初始化处理
在上电复位或者按下复位键，首先进行硬件和软件的初始化，硬件初始化包括对80C196、8253等智能芯片的初始化，软件初始化是指对一些变量置初值，在初始化完成以后，如果是自复归复位则直接进入主循环程序，在灭磁开关FMK已经合上的情况下也直接进入主循环程序，否则，在开机时首先显示等待，液晶显示“准备开机-----”，在2KK合上以后，进入主循环程序。
3.1.2键盘分析及液晶显示
在程序每个循环周期内，对小键盘进行采样，不同的键按下，对应不同的处理子程序，同时在液晶显示器上显示不同的菜单指示。
通过键盘和液晶显示的配合，可以完成人机对话，包括：
运行参数的实时显示、开关量状态的在线监视、用于调试的开关量强制输出、参数修改、事故追忆及故障数据的提取和显示。
3.2主控制程序
作为中断服务程序，主控制程序具有最高的中断优先级，主控制程序每个周波执行三次，主要完成下列功能：
3.2.1模拟量采集
模拟输入量有发电机测量PT输出电压和仪表PT输出电压以及发电机定子电流（均为三相），另外还有转子电流以及调节器的输出电流等，在主控制程序中进行模拟量的采样。
3.2.2数据处理
计算发电机电压，有功功率和无功功率等。
3.2.3调差计算
按照设定好的调差系数和调差极性进行调差计算。
3.2.4控制规律的实现
按照给定的控制规律和运行参数进行控制量计算。
3.2.5自动输出操作
在自动运行方式下主控制程序按照控制量计算值执行自动输出操作。
3.2.6给定子程序
设定发电机在不同的运行工况下的参考电压或参考转子电流值。
在自动运行方式下，在设定的时间内电压给定值增加到90％额定。
3.2.7保护程序
3.2.7.1PT断线
程序将测量到的仪表PT值和量测PT值进行比较，如果其差值大于较大值的1/5，则发PT断线信号，如果检测到仪表PT熔丝断，发PT熔丝断信号（PT熔丝断继电器动作），如果是测量PT熔丝断，则除了发PT熔丝断信号外，运行方式由自动运行切换到手动运行方式。
3.2.7.2失脉冲检测
当检测到失脉冲故障后，失脉冲继电器动作，面板显示失脉冲信号，同时通道退出运行。
3.2.7.3低励限制和保护
如果bP—CQ＞D1（第I条线），闭锁减励，自动增磁。
如果bP—cQ＞D2（第II条线），则判定为低励，发低励信号（面板低励指示灯亮，低励限制继电器动作），切手动，切手动后，仍有低励动作，则本通道退出，限制和保护线见图。
Q
BP
I
II
A
低励限制示意图
3.2.7.4过励限制
最大励磁电流限制采用反时限特性，模拟转子的发热模型ΣI2rt，其容许的过励时间t是随发电机励磁电流的大小而变化的。
如图所示曲线：
过励限制和保护按照下列原则：
（a）转子电流Ifd＞2.2时，瞬时封锁脉冲退出运行；
（b）Ifd＞1.1Ifd＜1.0时计算反时限等效时间：
datg=∑（Ifd2-1）
注:
datg为转子电流反时限积分值
（c）如datg＞面板设定值，切手动运行，并将励磁电流限定在90%额定值，如果仍处于过励状态则调节器退出运行，并在面板和中控发报警信号。
3.2.7.5V／Hz限制和保护
V／Hz限制和保护的原则是：
（a）当V／Hz＞（设定值－0.1）倍时，闭锁增励。
（b）当V／Hz＞设定值时，发过V/Hz信号，面板V／Hz故障指示灯亮，过V/Hz继电器动作，励磁调节器转为手动方式运行。
切手动后，如果V/Hz仍然动作，则本通道退出运行。
（c）当频率低于45Hz时，立即退出运行。
3.2.7.6误强励保护
对于双通道运行的调节器，对转子电流（对于无刷励磁系统，为输出电流）进行互检，如果发现励磁电流大于2.2倍额定励磁电流，而另一通道过励限制却没有动作时，由本通道直接将运行通道退出，同时本通道自投，即由热备用转为运行方式。
3.2.7.7系统自检功能
系统自检功能含存储器校验，电源检测，可控硅故障等，当有故障发生时，发硬件故障信号，同时本通道退出运行。
对于双通道系统，备用通道自投。
3.2.7.8故障录波
记录故障前12个周波，故障后6个周波所有采集到的模拟量数据，故障录波的触发量为通道故障退出信号。
当一次故障发生后，检修人员在面板上提取到录波数据后，必须在“事故追忆”>
“数据追忆”菜单下同时按下“MENU”键和“OK”键，以便重新启动数据录波。
3.2.7.9事件记忆
按照时间的先后记录50组事件发生的时间，包括：
运行操作信号如通道投入、退出；
开关量输入信号，如：
油开关的合、分闸；
以及其它故障信号，如硬件故障等。
3.2.8跟踪切换
手动运行方式时，自动通道实时跟踪发电机电压；
自动运行时，手动通道延时30秒跟踪转子电流（或输出电流）。
两种运行方式之间能进行无扰动切换。
通道之间通过调整跟踪系数，使得两个通道显示的触发角大致相等，当进行切换时，就不会产生很大的波动。
4操作说明
4.1键盘与显示
DVR--2000A型数字式励磁调节器采用液晶显示，汉化菜单。
4.1.1开机屏幕显示：
DVR--2000A
数字式励磁调节器
南京汽轮电机集团
4.1.2正常工作时，屏幕显示：
量测PTUG1：
V
给定值UG2：
A（V）
励磁电流If：
A
频率f：
Hz
有功功率P：
MW
无功功率Q：
MVar
功率因数cosΦ触发角α
时、分、日、月、年
4.1.3键盘操作及显示说明
DVR--2000A数字式励磁调节器键盘共设有六个按键，其功能如下：
MENU
按此键即有正常显示状态进入菜单选择状态。
RESET
同时按下此键和MENU则计算机进入复位状态。
OK
命令确认键。
CANCEL
取消本次操作
▲、▼
修改键、菜单选择键。
例：
当按下MENU键时，屏幕显示如下，按下▲、▼键改变光标显示位置，按下OK键进入下一级菜单，按下CANCEL键时退回本级菜单，即进入正常显示运行参数菜单。
1．开关量输入
2．开关量输出
3．参数设定
4．事故追忆
4.1.4菜单详解
4.1.4.1开关量输入
实时的显示当前的主要开关状态，如下图显示：
FMK开关ON自退ON
SCR故障OFF电源ON
投入ON自动OFF
运行ON它退OFF
油开关ON保护ON
增磁OFF减磁ON
阶跃ON起励ON
置位ON备用
page1:
page2:
当信号有效时，在该信号的相应位置上显示ON，否则显示OFF。
通过▲、▼键在两屏显示间进行切换。
4.1.4.2开关量输出
开关量输出功能做为调试专用，发电机开机运行后此功能闭锁，并提示“DebugOnly!
”信息。
调试时通过键盘操作对这些信号进行强制置’1’或强制置’0’，便于进行传动试验。
共有16路开关量分为四页显示，如下所示。
（page1）（page2）
起励？
∧
自动运行？
PT断线？
V/Hz限制?
∨
恒功率因数？
手动运行？
起励失败？
SCR故障?
（page3）（page4）
硬件故障？
∧
跳开关？
自退？
它退?
过励限制？
升级会员 