静止励磁说明书1文档格式.docx

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DAVR-S1/S2静止可控硅微机励磁调节器是山东济南发电设备厂在清华大学电机工程系大力支持下研制的高科技产品，也是目前国内外具有最简单的硬件结构与最丰富的软件功能的工业微机励磁调节器。

DAVR-S1/S2静止可控硅微机励磁调节器依据先进的非线性控制理论、采用全数字化的微机控制技术，使产品在改善发电厂和电力系统运行稳定性方面具有明显的优越性。

山东济南发电设备厂针对中小容量机组励磁设备场地小、励磁电流小的特点，研制成功了DAVR-S1/S2静止可控硅微机励磁调节器。

该励磁调节器集励磁控制器、可控硅整流器、灭磁及过电压保护装置于一或两个柜中，结构简练，各种控制和保护功能齐全，可靠性高，特别适合50MW及以下采用静止式自并励励磁系统的水、火电机组。

第二章设计标准

国标GB/T7409.1-7409.3-1997《同步发电机励磁系统基本技术条件》

IEC2A（秘13-1978）《汽轮发电机励磁系统技术要求》

IEC（秘5933-1982）《关于同步发电机励磁系统的若干规定》

IEC34-16《同步发电机的励磁系统》

DL/T650-1998《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》

GB3797-89《电控设备》第二部分

GB/T3859-93《半导体变流器》

GB4064-83《电气设备安全设计导则》

GB4208-93《外壳防护等级（IP代码）》

GB6162-85《静态继电器及保护装置的电气干扰试验》

GB/T7064-1996《透平型同步发电机技术要求》

GB13926-92《工业过程测量和控制装置的电磁兼容性》

GB14285-93《继电保护和安全自动装置技术规程》

GB/T14598.9-1995《量度继电器和保护装置的电气干扰试验》

GB50150-91《电气装置安装工程》

GB/T14598.9-1995《继电器及其装置包装储运技术条件》

GB/T596-1996《电力设备预防性试验规程》

第三章硬件结构

3.1基本配置

DAVR-S1/S2型全数字微机励磁装置由励磁控制器、功率整流部分、灭磁开关、励磁变压器等构成。

励磁控制器是励磁反馈控制的核心部分。

功率整流部分是由大功率可控硅组成的三相全控整流桥。

DAVR-S1/S2型全数字微机励磁装置采用单柜结构，柜内包括励磁控制器、大功率整流桥、灭磁开关，外部配有励磁变压器。

DAVR-S1型为单置励磁调节控制装置；

而DAVR-S2型为双置励磁调节控制装置，两套励磁调节控制装置互为备用运行，每套励磁调节控制装置均能满足包括强励在内的发电机各种运行工况对励磁的要求。

DAVR-S1/S2型全数字微机励磁装置包含了以下三个部分：

1）励磁控制器：

励磁反馈控制的核心部分；

2）大功率整流桥：

大功率三相全控整流桥及输入刀闸；

3）灭磁及过电压保护装置；

灭磁开关、非线性灭磁电阻及过电压保护装

置。

3.2励磁控制器

DAVR-S1/S2型全数字微机励磁控制器把中央处理单元（CPU+PSD9×

×

）、数字开关量、模拟量输入、A/D转换、六相脉冲、与外部串行通讯等集成在一块电路板上，这样在完成励磁控制的基础上具有更高的可靠性。

1、CPU：

中央处理器：

Intel公司MCS80C196KB/80C196KC，16位

工频频率：

12MHZ/16MHZ/20MHZ

存储容量：

EPROM16KB/RAM72KB/E2PROM2KB

高速输入：

4HSI

高速输出：

6HSO

定时器：

2个硬件定时器＋4个软件定时器，16位

串行口：

全双工，9600/19200BPS

2、A/D：

CPU片内A/D

分辨率：

2-10

转换时间：

10.5us

通道数：

8通道

3、DI/DO：

点数：

光电隔离式，最大16入/16出

输入阻抗：

2KΩ

输出驱动：

DC50V，200mA

延迟时间：

不大于10us

4、可编程器件PSD：

PSD9×

系列，2M字节的闪速存储器、256k字节的闪速存储器以及256k字节数据SRAM，可在线编程。

PSD（ProgrammableSystemdevices）是意法半导体公司（简称ST公司）（STMicroelectroics）设计生产的一种可编程系统器件，发展至今已近20年。

它是专为8位或16位、32位微控制器及DSP系统提供的最优化的可编程外围器件。

它将Flash、E2PROM、SRAM等存储器，可编程逻辑，I/O口以及电源管理等诸多MCU外设资源集成在一颗芯片内，即将MCU外围高度集成，只需两颗芯片（MCU+PSD）即可代替众多的外围器件，组成一套完整的MCU系统。

5、电源：

DAVR控制器是交、直流双路供电的，任何一路电源有电即可保证DAVR的运行，正常时交直流双路并列供电。

6、量测回路：

现场送给励磁控制器的信号都是100V、5A的强电信号，而计算机的A/D转换一般只能处理±

5V以内的弱电信号，DAVR微机励磁调节器用量测转换电路将一次系统中的强电信号转换为弱电信号，完成强、弱电的隔离。

励磁控制器将励磁PT和仪表PT的100V电压经二次电压传感器及运放电路隔离，转换成2.8V左右的交流弱电信号，将定子CT的A、C相电流经二次电流传感器隔离，转换成3.5V左右的交流弱电信号，将励磁电流（或励磁电压）经电压变送器转换成5V以内的弱电信号，供给计算机作A/D采样。

7、脉冲放大：

DAVR控制器CPU产生六相脉冲后经NPN三极管放大形成六相双脉冲，再经整流器的脉冲放大板放大去触发可控硅。

8、逻辑回路：

微机励磁由于大部分功能均由软件实现，外部逻辑回路就显得非常简单，主要是用若干直流220V继电器完成外部开关量信号的隔离，从现场来的灭磁开关、主油开关、增、减磁节点，均经过直流220V继电器隔离，因为这些信号一般传送距离较远，且混在强电电缆沟里，直流220V操作有利于提高抗干扰能力。

经隔离后的继电器节点送入DI/DO，再经光隔后读入计算机。

DAVR的开关量经过电磁与光电双重隔离，并保证柜外均是强电接口，柜内24V电源不引出柜体，从而保证可靠性。

3.3大功率整流桥

DAVR-S1/S2型全数字微机励磁装置采用大功率可控硅三相全控整流桥，保证满足包括发电机强励在内的所有运行工况的运行要求。

交流侧采用HD系列刀开关，便于检修。

3.4灭磁及过电压保护装置

DAVR-S1/S2型全数字微机励磁装置的灭磁及过电压保护装置主要由DM8G灭磁开关与非线性电阻过电压保护回路组成。

氧化锌非线性灭磁电阻过电压保护回路包括尖峰吸收器SPA和非线性电阻FR1。

1）线性电阻过电压保护装置

为保证励磁系统安全运行必须对转子实行过电压保护。

对于DAVR-S1/S2型全数字微机励磁装置采用的是非线性电阻过电压保护装置。

ZnO是目前所知的最理想的灭磁及过压保护材料，目前国内基本上都采用此种材料。

它主要有以下优点：

a）氧化锌阀片单位体积能容量大，可做到300J/cm2，单只阀片可做到20KJ/只。

b）保护性能好，残压比仅为1.5，氧化锌电阻开通后电压几乎为一定值，不随电流的变化而变化，具有优良的非线性伏安特性。

c）漏电流小，氧化锌阀片漏电流一般小于50uA，漏电流愈小，在正常工况下耗散的功率愈小。

d）老化寿命长，阀片能够在持续运行电压Ue=0.75U10mA（即荷电率为0.75）下,工作100年。

2）针对各种过电压，选配保护元件如下：

a）灭磁过电压保护组件FR1，对灭磁过电压进行保护，为了保证灭磁装置的优良品质，通过以下措施保证灭磁效果：

对灭磁能量精确计算；

对每片阀片采用先进技术进行测量并保证精度；

对阀片作全电流的测试；

用均能的原则对阀片进行合理的组合匹配，保证各并联支路的能量吸收误差小于2%。

b）尖峰吸收器SPA：

可控硅整流励磁系统具有可靠性高，调节速度快，反应灵敏，系统接线简单，操作和维护方便等优点，也存在着过压、过流承受能力低等的缺点。

原因是可控硅在换相时直流侧会出现换相尖峰过电压，这种过电压峰值高，容易引起转子系统绝缘的软击穿，引发误强励和失磁故障，而这种故障一般情况下很难找到故障点，使发电机组安全运行受到威胁。

SPA尖峰过电压吸收器采用高能氧化锌阀片与阻容串联组合而成，充分利用氧化锌的非线性伏安特性，将电压限制在一定范围内的特点，同时考虑到尖峰电压的能量分布，利用电容两端电压不能突变的特点，将尖峰电压的前段高电压部分的能量吸收在SPA尖峰吸收器的氧化锌组件中，从而使得尖峰吸收器能有效地吸收可控硅整流桥直流侧换相尖峰过电压，将尖峰过电压限制在安全范围内，大大减少了换相尖峰过电压对转子系统的破坏作用。

3.5各部分名称

DAVR-S1/S2型全数字微机励磁装置的柜体尺寸为800mm×

800mm×

2260mm（宽×

深×

高）。

DAVR-S1型全数字微机励磁装置前门上安装有“转子电压表”、“转子电流表”、指示灯、励磁控制器及操作按钮等。

柜内从上而下分别为：

风机、大功率可控硅三相全控整流桥、阳极刀闸、灭磁开关和非线性电阻过电压保护装置。

“转子电压表”：

指示发电机转子电压，即励磁装置输出的直流电压

“转子电流表”：

指示发电机转子电流的大小，即励磁电流的大小

“指示灯”：

指示灭磁开关分合及脉放电源的有无

“励磁控制器”：

励磁反馈控制的核心部分

“增磁”按钮：

增加励磁

“减磁”按钮：

减少励磁

“停机令（逆变灭磁）”按钮：

逆变灭磁停机

“开机令（起励）”按钮：

自动起励开机

“信号复归”按钮：

复归报警信号

“脉放电源分/合”切换开关：

可控硅脉放电源可由此开关进行有/无切换

“手动/自动”切换开关：

励磁控制器控制规律进行恒机端电压（自动）、恒励磁电流（手动）切换。

“FMK操作”开关：

操作灭磁开关（FMK）分、合闸的开关

DAVR-S2型全数字微机励磁装置前门上安装有“转子电压表”、“转子电流表”、指示灯、双套励磁控制器及操作按钮等。

风机、可控硅整流单元、阳极刀闸、灭磁开关和非线性过电压保护装置。

指示发电机转子电压，即励磁装置输出直流电压

指示灯：

指示灭磁开关分合、脉放电源的有无及励磁控制器哪套为主状态

“主从切换”按钮：

切换主、从状态

“A套电源分/合”切换开关：

A套励磁控制器电源可由此开关进行有/无切换

“B套电源分/合”切换开关：

B套励磁控制器电源可由此开关进行有/无切换

第四章基本操作

在DAVR励磁控制器的内部，设置了一些运行状态，如自动状态、手动状态、运行状态、主从状态（DAVR-S2采用双置励磁控制器，分主状态、从状态，互为备用运行）等，为了方便用户理解，在此作简要说明。

4.1运行状态

自动状态：

指DAVR-S1/S2按发电机机端电压闭环反馈方式运行，自动状态运行时励磁控制器的LED状态指示的“恒Ut”亮。

在正常状况（或默认状况）下，DAVR均是运行在自动状态，增、减磁操作改变的是电压给定值Ur。

手动状态：

DAVR-S1/S2的手动状态是指恒励磁电流运行状态，增、减磁操作改变的是励磁电流给定Ir。

一般若是发生了故障（如PT断线等），DAVR无法按电压反馈闭环方式运行时会自动切换到手动状态。

手动状态运行时励磁控制器的LED状态指示的“恒If”亮。

在运行状态时可通过“自动/手动”切换开关来进行自动、手动切换。

运行状态：

或者叫正常状态，指DAVR-S1/S2正常调节、正常控制、正常发脉冲时的运行状态，LED状态指示“运行正常”亮。

DAVR-S1/S2检测到有同步信号后即进入运行状态。

主从状态：

相对于DAVR-S2而言（DAVR-S1是单置，只有主状态，无从状态），指示A、B套励磁控制器运行在主状态或是备用从状态，可以从面板上的“A套为主”指示灯亮、灭加以区分。

若“A套为主”指示灯亮，则表明A套控制器处于主状态，B套控制器处于从状态；

若指示灯灭，则表明B套控制器处于主状态，A套控制器处于从状态。

也可以从励磁控制器的LED状态指示的“主从状态”加以区分，若LED状态指示的“主从状态”亮，表明此套控制器为主状态，若LED状态指示的“主从状态”灭，则表明此套控制器为从状态。

在运行时，A、B套励磁控制器中有一套控制器在主状态下运行，另外一套处于备用状态（从状态）下跟踪主状态下的控制器。

主状态一套发出控制脉冲并承担全部负荷，从状态一套不发脉冲。

若主状态控制器发生故障，则通过故障检测及切换部件PLC切换成备用状态，而原来备用的控制器此时则作为主控制器运行。

在正常无故障运行时，也可以通过“主从切换”按钮切换A、B套的主、从状态。

DAVR-S2的故障检测及切换部件是用开关单元的跟踪逻辑PLC完成的。

PLC的输入信息是A、B套的运行信息（正常或是故障），PLC的输出信息是A、B套的主、从状态，如下图所示：

4.2上电操作

确认接线无错误后，即可对励磁调节装置进行上电检查：

1）

合交流电源开关、直流电源开关，观察控制单元应该开始运行，面板上的小液晶显示“北京吉思电气公司”字样及公司图标；

对于DAVR-S2，A、B套励磁控制器上电还需把“A套电源分/合”、“B套电源分/合”切换开关打至“合”的位置。

2）操作液晶面板，检查控制单元运行是否正常；

3）合风机电源开关，风机应正常运行；

4）合继电操作回路电源开关后，灭磁开关分、合闸指示灯应按灭磁开关实际状态点亮；

5）合起励及灭磁开关合闸电源开关后，可对发电机进行起励及可对灭磁开关进行电动分、合闸操作。

4.3液晶操作

DAVR-S1/S2型全数字微机励磁装置的增磁、减磁、开机（起励）、停机（逆变灭磁）等操作，状态量和开关量的观察，波形的显示，均可以在励磁控制器的小液晶面板上完成。

小液晶面板上一共有6个操作按键，分别是“↑（上）”、“↓（下）”、“←（左）”、“→（右）”、“取消（Esc）”、“确认（Enter）”；

还有一个液晶显示屏及8位LED显示（与“开关量”的“运行状态”相对应）。

另外门板上还装有“增磁”、“减磁”、“开机（起励）”、“停机（逆变灭磁）”、“信号复归”等按钮。

当励磁控制器上电后，液晶显示屏自动上电，显示“北京吉思电气公司”字样及公司图标，说明励磁控制器运行正常，按任意键可进入目录页。

（如下图）

可以看到四个目录项“显示波形”、“状态量”、“开关量”、“操作”。

按“←（左）”、“→（右）”方向键，移动光标，用光标选择要观察的信息，选择后按“确定（Enter）”键，可以进入下一级目录。

例如：

要观察发电机及励磁调节装置的状态，此时当前屏幕显示如图目录页1，按“→（右）”键将光标移到如图目录页2所示，按下“确认（Enter）”键，可以进入“状态量”的下一级显示页；

按“取消（Esc）”键可以退回上一级显示页。

下面分别对四个目录项进行说明：

1、显示波形：

可以观看机端电压的即时波形，显示单位为标么值。

当机端电压值超过坐标的容限值时，会自动调整坐标，将波形显示到合适的坐标内。

按“↑（上）”、“↓（下）”键可以对电压给定值Ur进行加减1‰操作。

注意：

此界面中操作“确认（Enter）”键、“←（左）”键和“→（右）”键无效

显示波形

2、状态量：

可以观察发电机的状态及励磁控制器的状态。

“状态量”共分三页显示，可以用“←（左）”、“→（右）”键来进行翻页，使这三页循环显示。

显示的这些状态量励磁控制器0.5秒对它刷新一次。

状态量的显示为标么值。

在每页中都有显示机端电压。

按“取消（Esc）”键将退回目录页。

此界面中操作“确认（Enter）”键、“↑（上）”键和“↓（下）”键无效

1）机端电压Ut：

机端电压Ut显示的是发电机端电压的标么值，机端电压Ut的基值在调试时可以通过“参数修改”进行设定，一般取105V的PT二次电压作为基值。

DAVR是用励磁PT的AB线电压Uab、CB线电压Ucb的平均值作为机端电压Ut，并将此值作为电压调节的反馈量。

2）电压给定Ur：

是DAVR内部的一个变量，代表了运行人员对发电机机端电压水平的期望值。

增、减磁操作实际上就是增加或减少电压给定Ur（在自动状态时）。

电压给定Ur与机端电压Ut之差为电压偏差值，该值作为励磁控制规律的模块的输入量。

状态量

3）励磁电流If：

励磁电流If是指DAVR输出的励磁电流值，用标么值表示。

其基值为发电机带额定有功、无功时的励磁电流值，可以通过“参数修改”来设定。

励磁电流If主要作为DAVR内部保护模块的输入量。

4）控制角度：

指DAVR发出的触发可控硅全控整流桥的控制角度，此控制角度代表了DAVR最终的控制输出结果，单位是度。

5）控制电压UC：

控制规律模块的输出量，与控制角度有一定的数学关系，UC×

Uff0=1.35UZcos。

当发电机在空载额定状态时，UC的值在1.0左右。

UC与模拟式励磁控制器的综合放大单元输出电压相对应。

6）定子电流I：

发电机定子电流I，用标么值表示，其基值为发电机带额定有功、无功时的定子电流值，可以通过“参数修改”进行设定。

DAVR是用A相定子电流Ia与C相定子电流Ic的平均值作为定子电流I的。

7）有功功率P：

发电机向电力系统发出的有功功率，用标么值表示，其基值是发电机的视在功率SN，DAVR是通过对发电机的定子电压与定子电流的用两表法计算而得的。

8）无功功率Q：

发电机向电力系统送出的无功功率，用标么值表示，其基值是发电机的视在功率SN。

发电机向系统发出无功功率时，Q的指示为正，从系统吸收无功功率时（进相运行），Q的指示为负。

9）机组频率F：

发电机的频率（转速），单位为Hz，DAVR是通过测量同步信号的周期从而折算出发电机的频率的。

对自并励系统（或间接自并励系统），实际测的是机端电压的频率。

10）基准电压Usd：

基准2.500V的电压值，单位为V。

在励磁控制器主板上安装有2.500V基准电压源（随时间、温度的变化极小），A/D转换用其中的一个通道对此电压进行采集，并与2.500V比较，以校验A/D转换是否正常。

若偏差较大，则报“励磁控制器故障”，退出运行。

11）仪表电压U’：

仪表组PT中AB线电压Uab与CB线电压Ucb的平均值，用标么值表示。

DAVR采样仪表PT电压U’的目的是为了辅助判断励磁PT断线（定子电压Ut显示的是励磁PT的电压）。

当励磁PT的电压低于仪表PT电压超过一定阈值时，DAVR报“PT断线”信号并转换到手动状态。

在正常运行时，两组PT的电压应是一致的。

12）电流给定Ir：

指励磁电流闭环控制的给定值，用标么值表示。

在手动状态时，增、减磁操作实际上就是增加或减少励磁电流给定值Ir，在自动状态时，励磁电流给定值Ir跟踪电压闭环控制的输出。

13）系统电压Us：

一般接本发电机所在母线PT线电压，可以跟踪系统电压起励。

用标么值表示。

也可以不接系统电压，起励按照设定值起励。

14）无功给定Qr:

指恒无功闭环控制的给定值，用标么值表示。

在恒无功控制时，增、减磁操作实际上就是增加或减少励磁无功给定值Qr。

15）功率因数COSΦ:

实时显示发电机当前的功率因数值。

3、开关量：

可以观察与励磁调节装置相关联的开关量状态，其中包括“开关量输入A”、“开关量输入B”、“报警输出”以及“运行状态”共四页，可以用“←（左）”、“→（右）”键来进行翻页，使这四页循环显示（如图）。

这些开关量在液晶显示上都为中文显示，在运行或做试验时能很直观地知道励磁调节装置的开关量。

开关量输入

名称

含义

点亮条件

增加励磁给定值，自动运行增加电压给定，手动运行增加电流给定

远方增磁接点闭合

就地增磁按钮按下

减少励磁给定值，自动运行减少电压给定，手动运行减少电流给定

远方减磁接点闭合

就地减磁按钮按下

逆变灭磁

远方停机逆变接点闭合

就地按下停机令按钮

起励

励磁起励升压

远方开机接点闭合

就地按下开机令按钮

主油开关分

主油开关接点状态（常闭点）

主油开关未闭合

快熔熔断

快熔熔断接点指示

快熔熔断辅助接点闭合

投恒无功

恒无功投入