WKKL技术说明书科电亿恒.docx
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WKKL技术说明书科电亿恒
WKKL-2000发电机励磁调节器
技术说明书
中国电力科学研究院
第一章前言…………………………………………………………………1
第二章装置特点及适用范围…………………………………………….2
2.1装置特点………………………………………………….……..2
2.2适用范围…………………………………………………………..4
2.3使用条件………………………………………………………...6
第三章主要功能及技术指标…………………………………….…….7
3.1主要功能………………………………………………….…….7
3.1.1调节及控制功能………………………………….………7
3.1.2限制及保护功能……………………………….…………7
3.1.3其它辅助功能..................................8
3.2主要技术参数…………………………………………….……….9
3.2.1模拟量输入参数................................9
3.2.2开关量输入参数…………………………………….…….10
3.2.3输出参数……………………………………..……….….10
3.2.4电源参数……………………………………..….……….10
3.2.5指标参数……………………………………..……..….10
3.2.6工作方式……………………………………..….……….10
第四章系统配置…………………………………….…………….…..12
4.1电气配置……………………………………….…………….…..12
4.1.1系统框图……………………………………………………12
4.1.2输入输出接口………………………………………………12
4.1.3硬件配置…………………………………………………..13
4.1.4软件组成…………………………………………………..13
4.2结构配置……………………………………………………………13
4.2.1机柜构成…..………………………………………………13
4.2.2分层介绍………………………………………….……..14
第五章基本原理…………………………………………………………20
5.1基本原理…………………………………………………………..20
5.2单板原理……………………………………………………….…21
5.3软件说明…………………………………………………………..24
第六章键盘与显示………………………………………………………32
第一章前言
WKKL-2000微机励磁调节器为中国电力科学研究院研制、开发并生产的第二代微机励磁调节器。
它继承了第一代WKKL系列微机励磁调节器的全部调节、控制及限制保护功能，并结合了WKKL系列微机励磁调节器300余台套的现场运行经验的基础上开发研制的升级换代产品。
WKKL-2000微机励磁调节器在计算速度、抗电磁干扰，可靠性以及使用的方便性上都有了很大的提高。
WKKL-2000适用于从三机励磁到自并励等各种方式的可控硅励磁，是现代大、中型同步发电机理想的励磁调节装置。
WKKL-2000发电机励磁调节器采用美国TI公司最新的高速32位DSP作为核心，配以大规模的可编程逻辑器件CPLD作为辅助元件，将控制系统基本缩小为一个片上系统，大大提高了系统的可靠性。
同时外挂的平板机和大屏幕液晶显示器将人机交互提高到了一个更新的高度，给用户的使用提供了极大的方便。
值得一提的是，随着全国联网的基本完成，电力系统稳定的要求对励磁系统提出了更高的指标。
WKKL-2000将多年来新型电力系统稳定器（PSS）研究的成果进行了产品化。
在国内第一家采用改进型的PSS-2A电力系统稳定器的模型，完全解决了单一采用电功率信号的PSS-1A模型带来的反调问题。
目前这一技术已经在三峡水力发电厂成功投入运行，取得了明显的效果，并已经通过专家鉴定，鉴定结论为国内首创，国际领先。
本说明书主要介绍了WKKL-2000发电机励磁调节器的功能、特点、工作原理，以便用户有一个全面的了解。
本手册有关技术文件：
（1）《WKKL-2000发电机励磁调节器逻辑原理图》
（2）《WKKL-2000发电机励磁调节器装置配线图》
（3）《ESMV1.0发电机励磁系统管理软件包使用说明》
第二章装置特点及适用范围
2.1装置主要特点
WKKL-2000微机励磁调节器作为新一代微机励磁产品，它是将励磁系统的最新研究成果和第一代励磁调节器的多年运行经验相结合，并充分应用了最新的计算机控制技术、数字信号处理器（DSP）技术和先进的网络与通讯技术而研制成功的更新换代产品。
WKKL-2000具有以下特点：
1、模型清晰、准确
WKKL-2000励磁控制系统采用串联校正加转子电压硬负反馈，所采用的计算模型均经过计算机仿真和动态信号分析仪实测证明该模型在离散化过程中误差小，精度高。
2、PSS-2A模型国内首家研制成功
经过多年研制成功的改进型PSS-2A电力系统稳定器模块在WKKL-2000微机励磁调节器应用，开创了国内调节器的先河，使得WKKL-2000微机励磁调节器更有利于提高励磁系统对电力系统稳定的贡献。
3、测量精度高
WKKL-2000发电机励磁调节器采用每周波24点交流采样，快速傅立叶变换，完全消除了零漂等对测量精度的影响，同时采用高速14位A/D变换器，保证了测量通道的精度和快速性。
4、强大的网络功能
WKKL-2000发电机励磁调节器具有强大的通讯功能，双通道及调节器及功率柜之间通过可靠的现场总线CAN-BUS进行连接，实现数据共享和协调控制。
每个控制通道都提供两个独立、并进行隔离的RS232和485接口。
非常方便的实现调节器与上位管理机的通讯以及与电厂DCS系统的连接。
5、方便、友好的人机界面
WKKL-2000发电机励磁调节器采用大屏幕液晶显示器（240*128），采用树型菜单结构，方便直观，可以结合键盘进行参数整定，测量显示，试验控制等功能，并能在此屏幕上显示试验波形和故障波形，以及故障类型和事件SOE。
同时选用ESM-V1.0软件包可以在上位机上更加方便的实现上述功能。
6、方便实用的上位机软件
ESM-V1.0为WKKL-2000微机励磁调节器专门配套使用的上位机管理软件，该软件实现了励磁系统实时数据的的显示，参数整定，故障记录，历史趋势曲线显示，故障波形显示，定值报告，试验报告的自动生成系统及打印输出。
7、国内速度最快的励磁调节器
WKKL-2000采用美国TI公司的32位DSP产品，最高速度可达150MHz，DSP强大的数据处理能力及快速的浮点计算为励磁调节器模型的精准数字化和励磁调节器其它辅助功能的实现提供了保证。
8、高度集成化的硬件设计
WKKL-2000采用超大规模逻辑器件CPLD，该器件通过灵活编程能实现传统的数十个芯片组合才能完成的功能，一个芯片即完成了CPU的所有外围电路。
硬件的简单大大的减少了装置的故障点，提高了系统的整体可靠性。
9、美观实用的机箱设计和先进、规范的生产工艺
WKKL-2000采用标准的4U机箱，背插结构，使得信号流流向一致，减少了信号交叉的影响，提高了系统的抗干扰能力，机箱采用全封闭结构，机箱内集成了调节器需要的所有板件，自成系统。
主要板件全部采用多层板，表面贴装工艺。
10、独特的抗干扰设计
WKKL-2000通过精心的设计，合理的处理接地、滤波、屏蔽等方面的细节，使得装置的抗干扰能力达到严酷等级三级以上的标准。
11、运行方式灵活多样
WKKL-2000可以工作在双柜均流工作方式，也可以工作在主备用工作方式。
用户可根据具体情况选择。
2.2
装置适用范围
WKKL-2000发电机励磁调节器适用于各种可控硅励磁系统，包括自并励励磁系统，二机自并励励磁系统，带永磁机的三机（无刷）励磁系统，二机它励可控硅励磁系统。
下图给出了几个典型应用的例子。
2.3使用环境
1、海拔高度不超过3000米
2、环境温度-10℃～40℃
3、相对湿度不大于90%
4、没有火灾及爆炸危险的场所
5、无导电尘埃及化学腐蚀气体的场所
6、无强的电磁干扰的场所
第三章主要功能及技术指标
3.1装置主要功能
WKKL-2000发电机励磁调节器的基本任务是维持发电机的机端电压恒定、通过合理的调差设置保证并列运行的机组间无功功率的合理分配，通过快速的励磁响应提高电力系统的暂态稳定和静态稳定。
除了以上基本的控制调节功能外，WKKL-2000还具有故障录波、事件记录、系统自检、智能调试等辅助功能。
3.1.1调节及控制功能
1、自动运行方式即发电机恒机端电压PID调节
2、手动运行方式即发电机恒励磁电流PID调节
3、自动手动之间相互跟踪，实现各种方式下无扰动切换
4、通道之间相互跟踪，实现通道之间无扰动切换
5、发电机恒定触发角运行
6、无功调差调节，可任意设置正、负调差方向，调差系数0-15%任意调节，级差1%。
7、自励方式下的起励控制
8、完成发电机在空载、负载等工况下的机组稳定运行及无功的平滑调节
9、参数的在线修改及记录，保证掉电数据不遗失。
10、可通过串行口或以太网将WKKL-2000发电机励磁系统接入电厂DCS系统，将调节过程中的数据实时传送到上位机，并接受上位机的控制命令。
11、电力系统稳定器（PSS）附加控制
12、发电机恒功率因数运行（选用）
13、发电机恒无功运行（选用）
14、水轮发电机组电气制动方式停机（选用）
3.1.2限制和保护功能
1、PT断线保护，通过两组PT间进行比较，或同一PT不同相之间的电压比较判断PT断线，励磁PT断线切手动，仪表PT断线发信号。
2、V/Hz保护（压/频保护），为保护发电机和主变过磁通，实施V/Hz分段限制和保护
3、过励限制与保护，为了保护发电机转子，分段实施过励限制和保护
4、欠励限制及保护
5、空载过电压保护
6、触发脉冲丢失的检测
7、通讯故障检测
8、可控硅故障检测
9、电源检测，监视CPU电源和24V操作电源是否正常
10、整流柜停风或部分整流柜退出运行时进行励磁电流限制
11、所有的限制及保护定值以及每一种保护的投退均可在现场进行整定
3.1.3其它辅助功能
1、故障录波功能，WKKL-2000发电机励磁调节器记录故障前10秒故障后10秒的测量数据，记录的量包括，发电机电压UG1，UG2，自动给定值UGREF，手动给定值IFREF，触发角ARF,有功功率P，无功功率Q，转子电压Ufd，转子电流Ifd，发电机频率F0，本柜输出电流ILA，它柜输出电流ILB。
基本涵盖了所有模拟量，故障波形能够在控制器自带的液晶显示器进行显示，也可以通过串口上传到笔记本电脑，在EMSV1.0上进行显示，处理并打印。
故障录波的启动方式分为突变量启动和故障启动两种方式。
2、试验录波功能，WKKL-2000发电机励磁调节器能够通过手动启动的方式记录试验时的波形，如10%阶跃响应，灭磁，甩负荷等波形，记录时间为试验启动前1秒，试验启动后19秒的时间，记录的量同故障录波。
显示方式同故障录波。
3、故障记录，能够按先进先出的原则记录20次故障动作值，及故障时间（精确到毫秒），及故障类型，所有信息均可在液晶显示或上位机上进行显示。
4、事件记录，能够按先进先出的原则记录20次事件发生的类型和动作时间（精确到毫秒）例如灭磁开关的分合，通道的投入/退出，运行方式的转换等。
5、强大的通讯功能，WKKL-2000采用标准的MODBUS协议，可以通过灵活的通讯方式，RS232，RS485，CAN，以态网进行通道之间的通讯以及励磁调节器与DCS系统或电厂其它监控系统的接口。
6、软件电位器功能，所有模拟量的处理回路均取消电位器，改为能够在菜单上整定的软件电位器，调试工作由此变的更加轻松灵活。
7、强大试验功能，通过控制器上的键盘操作，方便的进行调节器的各项试验，如开关量传动试验、过励限制、欠励限制、阶跃响应试验、PSS的有补偿试验，PSS无补偿试验，交流励磁机时间常数试验等，并能进行自动录波。
8、完善的励磁系统管理软件，ESMV1.0，通过此软件完成励磁系统实时数据显示，故障记录，波形分析，试验向导，报告生成，数据远传，远程诊断等功能。
有关此软件的详细说明见《ESMV1.0发电机励磁系统管理软件包使用说明》
3.2主要技术指标
3.2.1模数转换器输入参数
A/D采样通道：
16路
模拟量输入一览：
机端电压PT1：
额定值100V
机端电压PT2：
额定值100V
系统电压：
额定值100V（可选）
定子电流：
额定值5A/1A
转子电流：
75mv（由分流器来）
转子电压：
实际电压
励磁机励磁电流：
75mv（由分流器来）
备用测试信号：
-2V～+2V（不隔离）
3.2.2开关量输入输出容量
20路光电隔离输入；
20路开关量输出，其中4路光电隔离输出，16路继电器输出。
3.2.3输出参数：
触发脉冲：
可供三相全控整流桥用的六相双脉冲，脉冲宽度100uS,可同时触发5组以上并联运行的三相全控桥。
D/A输出：
2路隔离的D/A转换器，每一路D/A输出均可以在菜单具体选择要输出的变量。
D/A量程：
-2V～+2V（隔离）
4～20mA:
每一个控制器均可输出2路4～20mA信号（隔离），可菜单选择任意输出变量。
3.2.4网络接口
串口1：
RS-232（隔离）
串口2：
RS-485（隔离）
CAN总线：
CANH,CANL（隔离）
通讯协议：
标准modbus协议
3.2.5电源参数
工作交流电源：
来自励磁变付边或永磁机输出（三机）
工作直流电源：
DC220V±20%，或DC110V±20%
辅助交流电源：
厂用AC220V±15%
电源功率：
小于400瓦
3.2.6指标参数
WKKL-2000发电机励磁调节器全面满足或优于GB/T7409.3-1997大、中型同步发电机励磁系统技术要求。
具体指标参数如下：
（1）CPU类型：
32位高速DSP芯片
（2）CPU速度：
最高150MHz
（3）可控硅控制角α分辨率：
0.0048度/码
（4）A/D转换量分辨率：
2-14，16路。
（5）控制计算调节速度：
3.3毫秒
（6）调压范围：
5%～130%
（7）调压精度：
<0.5%
（8）移相范围：
0～150度。
上下限值可程序设置
（9）调差：
软件无功调差、正负大小任选级差为±1%。
（10）频率特性：
频率每变化1%，发电机端电压变化不大小额定值的±0.25%。
（11）整定值调节速度：
可编程，满足不大于1%每秒，不少于0.3%每秒。
（12）在空载额定电压情况下，当发电机给定阶跃为±10%时，发电机电压超调量小于阶跃量的30%，振荡次数小于2次，调节时间小于5秒。
（13）当发电机零起升压时，机端电压超调量不超过额定电压的10%，振荡次数小于2次，调节时间小于5秒
（14）工作方式：
双柜均流（三机系统），主备用（自励方式）
（15）励磁系统装设电力系统稳定器（PSS），其有效频率范围为0.1-2.5Hz.。
同时，设置必要的保护和控制回路。
（16）励磁系统的年强行退出比不大于0.05％
（17）励磁系统抗国标严酷等级为3级电磁干扰试验标准，在受到上述级别的干扰时不应发生误调、失调、误动、拒动等情况。
第四章系统配置
4.1电气配置
WKKL-2000以简单、可靠为原则，针对不同的励磁方式进行相应的励磁系统配置。
本章就以两机自并励励磁系统为例作一介绍。
4.1.1励磁系统框图
图4-2是WKKL-2000应用于两机自并励励磁方式时的系统方框图。
在这种方式下调节器工作在主、备用方式，主、备通道相互通讯、备用通道作为热备用跟踪工作通道，并能进行无扰动切换。
对于三机励磁系统，用户可以选择WKKL-2000配置为双柜均流方式。
在这种方式下，单柜运行即能满足发电机各种运行工况的要求，双柜均流提高了系统的可靠性。
4.1.2输入输出接口示意图
模拟量量程为±5V，操作回路统一使用24V电源。
有关信号示意如下。
仪表PTD/A1灭磁开关自动运行
量测PTD/A2置位手动运行
定子电流4-20mA功率柜故障PSS投入
转子电流4-20mA增磁恒无功
转子电压减磁恒功率因数
测试信号RS-232PSS投/退限制保护
系统电压RS-485通道投/退
（可选）CAN运行/跟踪跳开关
脉冲输出
图4-1输入输出接口
开关量
输入
开关量
输出
模拟量
输入
信号
输出
4.1.3硬件组成
WKKL-2000发电机励磁调节器控制器是一个高度集成化的控制器，包含了从开关电源到脉冲放大等几乎所有的功能插件。
每一个控制通道具体包括：
1、开关电源组件1（+5V，±12V）
2、开关电源组件2（24V1，24V2）
3、主机板
4、开关量输入输出板
5、脉冲放大板
6、模拟量信号处理板
7、PT/CT及同步变压器板
8、总线后底板
9、键盘及液晶显示面板
4.1.4软件组成
WKKL-2000发电机励磁调节器控制器有以下两个软件包支持：
1、EXPIDV1.0发电机励磁控制与调节软件包
2、ESMV1.0发电机励磁系统管理软件包
4.2结构配置
4.2.1机柜构成
WKKL-2000发电机微机励磁调节装置采用拼装柜结构，柜体平整美观，且柜体强度大大优于焊接柜，柜体前后设门。
柜体表面采用喷塑工艺，颜色由买方提供色标。
柜内配线走向按强弱电分开，避免相互干扰。
控制电缆电流回路用2.5mm的导线，其它用1.5mm的导线。
导线的颜色按国标规定进行区分，交流按黄绿红区分，所有的线缆不允许分支和绞接。
所有的线号及号牌用专用的打印机打印，要做到整齐一致。
水平接地铜母线尺寸不小于6×25mm2，每个屏的接地是由螺栓接地母线连至裸露的金属来实现。
在母线两端应提供接线柱来连接从电站接地网来的120mm2/2×60mm2（4/OAWG）铜芯接地电缆。
在励磁柜上提供每个屏蔽设备用的接地端子。
柜内可以加装防潮加热器，柜内有门控开关控制的照明设备。
调节器柜带玻璃前门，便于监视。
柜内20%的空端子预留。
标准柜体外形尺寸为800×600×2260mm（也可由用户自定），柜子设上下通风窗。
4.2.2分层介绍
图4-3A为自并励机柜正面及背面的视图。
图4-3B为三机系统双柜均流方式的单柜平面布置图。
1、表计层
在柜体的第一层，正面布置的是有关表计，一般装设发电机机端电压表，和转子电流表，对于双柜均流的调节器，装设发电机电压表和本柜输出电流表。
便于运行或就地试验监视。
表计层的背面，导轨安装8个继电器，用于开关量输出的接点扩充。
2、平板电脑层
平板电脑为选件。
对于选择平板电脑的WKKL-2000励磁调节器，将平板电脑安装在本层上。
平板电脑为触摸屏操作，该电脑配以ESMV1.0发电机励磁系统管理软件，便能很方便的对励磁调节器的运行进行监视，故障记录，波形显示，报表生成，打印输出，试验向导等各种功能。
3、操作层
（1）主备用工作方式，图4-3A
本层安装4个把手，用于在现地对调节器进行操作，通道选择把手用来选择调节器的投入/退出以及当前运行的通道，运行时可以通过此把手进行通道之间无扰动切换。
方式选择用来选择调节器工作方式，包括手动运行/自动运行/自动运行+PSS。
增/减把手为自复归把手，用来调整发电机电压或无功功率的大小,为了防止增/减磁把手节点粘连,程序设置连续增/减超过三秒,要把手复归一次。
主控/就地把手用来选择调节器接受就地把手的命令还是主控把手的命令，该把手打到主控位置，上述三个把手作用全部失效，调节器受主控把手的控制；该把手打到就地位置，调节器接受屏上把手的命令，主控室的对应把手失去作用。
运行中如果进行主控就地切换时，应先将主控就地的把手位置先对应成一致状态。
（2）双柜均流方式，图4-3B
对于双柜均流工作方式的励磁调节器，把手的定义略有差别，具体描述如下：
方式选择把手用来选择本柜在以下四种方式下运行切除、手动、自动、自动+均流。
PSS投/退把手用来选择PSS功能（电力系统稳定器）的
图4-2两机自并励励磁系统图
1ZJ2ZJ3ZJ4ZJ5ZJ6ZJ
COM1
COM2
J1J2J3.J4J5J6J7J8
J1J2J3.J4J5J6J7J8
强电弱电
端子端子
DYBTBATBB
电源变同步变A同步变B
背视图
正视图
子
A
V
a）柜体表面采用喷塑工艺，颜色由买方提供色标。
b）柜内配线走向按强弱电分开，避免相互干扰。
c）控制电缆电流回路用2.5mm的导线，其它用1.5平方的导线。
导线的颜色按国标规定进行区分，交流按黄绿红区分，所有的线缆不允许分支和绞接。
d）所有的线号及号牌用专用的打印机打印，要做到整齐一致。
e）水平接地铜母线尺寸不小于6×25mm2，每个屏的接地是由螺栓接地母线连至裸露的金属来实现。
在母线两端应提供接线柱来连接从电站接地网来的120mm2/2×60mm2（4/OAWG）铜芯接地电缆。
在励磁柜上提供每个屏蔽设备用的接地端子。
f）柜内可以加装防潮加热器
g）柜内有照明设备
h）调节器柜带玻璃前门，便于监视
i）预留20%的空端子
WKKL-2000发电机励磁调节器
E
E
机端电压励磁电流
触摸屏
通道选择方式选择增/减主控/就地
控制器A
控制器B
交流电源直流电源
图4-3AWKKL-2000励磁调节器布置图（主、备用方式）
1ZJ2ZJ3ZJ4ZJ5ZJ6ZJ
COM1
COM2
J1J2J3.J4J5J6J7J8
FU1-FU6
强电弱电
端子端子
电源变（DYB）
工作合
试验分
交流恻直流侧
双掷刀闸电动开关
E
E
A
机端电压输出电流
触摸屏
方式选择PSS投/退增/减主控/就地
控制器A
+A+B+CVD1
-A-B-CVD2
交流电源直流电源
背视图
正视图
A
V
j）柜体表面采用喷塑工艺，颜色由买方提供色标。
k）柜内配线走向按强弱电分开，避免相互干扰。
l）控制电缆电流回路用2.5mm的导线，其它用1.5平方的导线。
导线的颜色按国标规定进行区分，交流
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