3励磁系统说明书.docx
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3励磁系统说明书
一单元２×６６０机组
励磁系统说明书
目录
1系统概况21
1.1前言21
1.2系统介绍21
1.2.1机组及励磁系统的参数21
1.2.2系统描述21
2励磁调节器的控制调节程序包括如下部分22
2.1软件变送器22
2.2给定调节22
2.3零起升压22
2.4软起励22
2.5系统电压跟踪22
2.6甩负荷22
2.7调差23
2.8电力系统稳定器23
2.9限制器23
2.10保护器23
2.11切换和跟踪24
2.12自检功能24
2.13容错功能24
2.14录波和事件记录25
3可控硅整流柜说明25
4灭磁及过电压保护部分说明26
5初励部分说明27
6使用说明27
6.1NES5100励磁调节器使用说明27
6.2FLZ可控硅整流柜使用说明28
6.3FLK灭磁开关柜的使用说明及注意事项28
6.4FLR柜的使用说明及维护28
1系统概况
1.1前言
福建大唐宁德电厂二期2×660MW励磁系统采用自并激可控硅励磁方式，整个励磁系统共9台柜，包括1台调节器柜，1台灭磁开关柜，4台可控硅整流桥柜，1台灭磁电阻柜，1台交流进线柜，1台直流出线柜。
1.2系统介绍
1.2.1机组及励磁系统的参数
额定容量：
660MVA
额定定子电压：
22KV
额定频率：
50Hz
额定励磁电流：
4675A
额定励磁电压：
426V
空载励磁电流：
1792.7A
强励倍数：
2
励磁变压器参数：
额定容量：
7500KVA
额定电压：
20/0.852KV
1.2.2系统描述
1）NES5100发电机励磁调节器
2）FLK灭磁开关柜灭磁开关：
采用进口灭磁开关HPB-60-82S；FLZ-3000可控硅整流柜
3）FLZ-3000可控硅整流柜是单柜最大输出3000A/1050V的大型可控硅整流柜，采用成熟的铝散热器配强迫风冷技术，换向阻容吸收回路。
励磁系统有四台整流柜并列运行，共同提供发电机励磁电流。
4）FLR灭磁电阻柜
FLR灭磁电阻柜，包含励磁系统中灭磁及过电压回路，直流起励回路。
其具体内容如下：
灭磁回路：
采用非线性电阻（氧化锌）灭磁；灭磁阀片采用ZnO灭磁阀片,每片20KJ/60A。
过电压吸收回路：
采用非线性电阻（氧化锌）吸收过电压；过压阀片采用ZnO灭磁阀片,每片20KJ/60A。
2励磁调节器的控制调节程序包括如下部分
2.1软件变送器
软件变送系统是形成NES5100高性能的关键之一。
机端电压的励磁专用PT信号、第二套PT信号、定子CT信号、转子交流侧CT信号、系统电压PT信号、同步采样信号以及试验所用的噪声信号等模拟量经过模拟量板采集变送后，软件变送器高速对交流波形进行采样，以数字形式得出励磁控制调节所需的各种变量。
软件变送器的快速和精准是调节器正确快速调节和模型准确的基础。
经过型式试验验证，经软件变送器采集的电压精度可高达万分之三。
2.2给定调节
节分为：
电压给定调节、电流给定调节、开环调节。
给定值有最大上限和最小下限，给定的变化速度可以通过软件设定，所有通道的电压或励磁电流给定均以软件方式实现。
在发电机空载运行状态下，定子电压闭环调节通道（励磁电流闭环调节通道）的整定值变化速度，为额定电压0.3%/s～1%/s，（负载下为0.5%/s）。
上述几种控制调节方式下的给定都是互相跟踪，实现各种控制模式无扰动切换。
2.3零起升压
该控制器模块是为了实现起励过程中电压超调最小，超调量控制在10％以内。
2.4软起励
为了实现起励速度、起励终值可控，起励过程可人工干预，设计了软起励控制器模块。
该模块由可设定的步长来逐步升高电压给定，并通过增减磁开入量来人工干预，使起励过程停止。
通过设定步长和终值可改变起励速度，设置范围较宽，可满足各种起励情况下的要求。
2.5系统电压跟踪
为了实现快速并网，保证系统电压与并网发电机出口电压保持在允许范围之内，设计了系统电压跟踪控制器模块。
2.6甩负荷
甩负荷控制器模块在机组解列时发挥作用，避免机端电压上升过高。
其关键是机组空载负载状态的快速判断，以及回空时的冗余判断，避免误判。
当机组解列时，机端电压会开始上升，调节器迅速获得正确的回空信号后，将机端电压稳定在解列前的电压水平或100％水平。
2.7调差
励磁调节器的附加调差以额定视在功率为标么值基值。
附加调差作为机端电压的测量附加量带入电压闭环控制中去。
一般来说，发电机出口直接并联的发电机组，其励磁调节器的附加调差需为正调差。
对于发电机组在升压变压器高压侧并联的机组，由于升压变压器电抗大，当无功负荷增大时，高压侧母线电压下降过大，影响到机组稳定运行，需要励磁调节器采用负调差来补偿变压器电抗。
这样，当无功增大，机端电压上升，可以补偿一部分升压变压器电压降，但在高压侧的并联运行点，高压侧母线电压仍略下降，从而保证了机组间无功的分配以及系统的稳定。
2.8电力系统稳定器
电力系统稳定器（PSS）的目的是通过引入一个附加的反馈信号，增加系统阻尼，以抑制同步发电机的低频振荡，提高发电机组（线路）最大输出能力，有助于整个电网的稳定性。
2.9限制器
凸极同步发电机功率圆图
励磁限制器包括V/Hz限制器、转子电流限制器、过励限制器、低励限制器、最小励磁限制器等。
如上图给出了凸极同步发电机的典型功率圆图及对应的运行限值，励磁限制器就是预防机组运行到各种运行限值以外。
2.10保护器
为保障发电机的安全，NES5100励磁调节器有必要设置各种保护功能。
●空载过电压保护：
发电机空载运行时，机端电压超过一定值（如1.3倍额定电压），且连续时间超过规定时间，开出保护信号，闭锁脉冲输出，逆变灭磁，保护定子绝缘。
●PT断线保护：
完整的PT断线判断逻辑，参与PT断线判断逻辑的信号量有：
两路PT测量值、定子电流的变化量、同步电压幅值、定子电压负序、定子电流负序、转子电流等模拟量，PT熔断器信号、空负载状态、同步相序故障等开关量。
诸多的信号量以及完善的判断逻辑，可以及时准确的判断出PT断线状态。
当判断出PT断线后，调节模式切换至电流闭环，限制励磁电流继续上升，同时切换至备用通道运行。
●低励保护（可选）：
低励保护，也称为欠励二段，其动作原理和欠励限制器基本一致，只是边界条件比欠励限制器稍大。
当运行点运行在保护曲线以外且持续一段时间后，保护动作，执行主从切换，切除故障通道。
●失磁保护（可选）：
失磁保护，也称为欠励三段，可以作为低励保护的后备，动作原理与低励保护一样，只是采样的边界是发电机异步边界。
当保护动作时，可只开出信号，也可联跳发电机出口开关和灭磁开关保护发电机。
●V/Hz动作切换（可选）：
判断条件与V/Hz限制器判断基本一致，伏赫比定值整定比V/Hz限制器稍大，动作延时时间更长。
当伏赫比高于整定值时，保护启动并计时，延时时间到则执行主从切换，切除故障通道。
●V/Hz动作保护（可选）：
判断条件与V/Hz限制器判断基本一致，只是整定值更大，延时时间更长，更难动作。
当保护动作时，可只开出信号，也可联跳发电机出口开关和灭磁开关保护发电机。
2.11切换和跟踪
NES5100励磁调节器中涉及多种切换与跟踪。
●每个通道中存在自动通道的电压闭环（AVR）、电流闭环（FCR）以及纯手动通道（MEC）三个部分，这三个功能模块相互跟踪，保证切换时无扰动。
●作为调节器整体最重要的切换是主从通道之间的切换和跟踪。
两个通道之间的切换完全由通道自身完成，不需要配置额外的类似PLC等控制器。
通道之间遵循以下基本原则。
正常情况下A套为主运行，B套跟踪；当A套故障时，若B套无故障，切换到B套；当AB两套自动通道部分均出现故障时，切换到独立手动通道运行。
2.12自检功能
调节器具有电源、硬件、软件三大类自检功能，并能自动对这些故障进行判断、指示和处理（切换等）。
电源检测
电源电路检测：
系统工作电源丢失，自动切换至备用通道，发出故障信号；
电源温度检测：
当电源板温度超过温度设定值时，自动切换至备用通道，发出故障信号；
电源幅值检测：
采集＋5V、±12V等工作电源，当工作电源过高或过低，超出设定值范围时，切换至备用通道，发出故障信号；
可控硅同步电压信号及发电机机端电压的检测
采集同步电压以及机端电压信号，得出同步信号幅值，通过FPGA逻辑监测，异常时切
换至备用通道，发出故障信号。
可控硅触发角度和触发脉冲的检测
将发出的触发角度从脉冲形成回路回读，再与发出的触发角度比较，发现异常时，切换
至备用通道，发出告警信号。
将输出脉冲回读，再与输出脉冲比较，发现异常时，切换至备用通道，发出告警信号。
2.13容错功能
可自动识别调节器模拟量测量的错误，切换调节器控制模式并报警，避免由此引发的振荡或其它灾难性后果。
机端电压容错
机端电压采样配置双路PT，各相均独立采样，可获得多个电压采样值（直接冗余信息），
即可对电压信号进行容错处理。
定子电流测量容错
定子电流设置三个CT测量回路，进行三相交流独立采样，根据所测得的三相电流值，做容错分析和处理。
转子电流测量容错
转子电流设置三个CT测量回路，进行三相交流独立采样，根据三相电流的比较，容错
处理。
有功功率及无功功率测量容错
发电机有功功率和无功功率均采用三相独立采样，通过对三相有功功率和无功功率的冗
错处理和分析。
开机令及停机令容错
利用发电机运行时开机令和停机令总是互相闭锁的特点，对开机令和停机令进行容错控
制，尤其是停机令的控制，要和发电机各种工况相联系，进行容错控制，保证不因某一个信号的误码而出现误开机或误停机的事故。
增、减磁信号容错
采用软件数字整定和比较方法，防止电压峰值2000V以下宽度小于特定值的干扰信号采用数字滤波手段，防止增减磁节点粘连，避免误失磁或误过励。
负荷开关信号容错
主断路器信号直接关乎发电机组的运行工况，利用发电机负载时定子电流必然存在的事实，将定子电流和主断路器信号进行容错控制，及时正确判断发电机工况，作出正确控制。
同时还可以及时发现主断路器误传信号，通知机组维修人员处理，避免事故发生。
2.14录波和事件记录
调节装置能够对运行中的数据进行手动或自动录波。
可实现：
手动录波：
由人工启动录波。
试验自动录波：
当在调试界面下做阶跃试验，会自动录波。
故障或异常自动录波：
如：
发生励磁调节器从运行通道切向备用通道，当发生强励、过
励、欠励、硬件故障、软件故障时，都能自动录波。
录波功能能够记录所有模拟量和所有的开关量，保留故障发生前10秒后10秒的波形和
异常状态，完全保护故障现场，有利于故障的分析和事故的追忆。
由于采用FLASH芯片保存录波以及事件纪录，可使得调节器掉电，数据不丢失。
3可控硅整流柜说明
FL3000/1050可控硅整流柜是FLZ系列中的一种标准配置设备，已广泛用于大机组励磁系统中。
该型整流柜是三相全控型整流柜，单柜单桥布置，采用铝散热器，串行风道。
在强迫风冷条件下保证额定的出力能力，在停风后，自冷运行时仍能保证较高的输出能力。
●设备的额定参数
最大输出电压：
1050V
额定输出电流：
3000A
●设备的配置
每个整流柜配置以下元器件
——带散热器的大功率组件六只，选用进口ABB大容量元件3170A/4200V
——配有过电压保护器一套
——配有快熔及快熔指示器各六只
——配有进口风机2台
——配有风压、风温传感器各2套
——配有六只1.5万伏脉冲变压器
——设有脉冲切除把手
——配有整流桥输出电流表
——配有快熔及快熔指示器各六只
●风机型号：
DDM10-8/550,AC380V
额定电压：
380V
频率：
50HZ
流量：
3000m3/h
整流柜技术原理：
该整流柜整流桥采用三相全控整流原理，六组双脉冲分别控制桥臂上的六只可控硅元件，输出平均电压与输入的交流电压及脉冲控制之间的关系如下：
Ud=1.35×U2×Cosα
其中：
Ud是整流桥输出的直流电压
U2是整流桥的输入交流电压
α是脉冲控制角
当90°\u65308Xα＜150°\u26102X，输出电压Ud为负值，整流桥处于逆变状态
当10°\u65308Xα＜90°\u26102X，输出电压Ud为正值，整流桥处于输出电流状态。
散热技术方案：
冷却系统由元件的散热器、风道、风机组成，FLZ-3000可控硅整流柜使用铝型材散热器，串联风道布置、双风机冷却，介绍如下：
铝型材散热器
铝型材散热器的尺寸如下：
240mm（宽）×106mm（高）×350mm（长）
本设备的冷却方式是风机强迫风冷，强迫风冷系统故障后，设备可在停风状态下，维持900A电流运行2小时。
风机电源采用双路供电，供电电源取自2路厂用电，任何一路电源掉电，都不影响风机运行。
功率柜装设风温、风压控制器，能有效的监控风温和风压的变化，及时掌握功率柜运行工况的变化，当功率柜发生故障时，能及时报警指示。
4灭磁及过电压保护部分说明
灭磁原理：
强迫转子电流流经一高阻值的灭磁回路，将转子能量消耗在灭磁回路上，直至转子能量到零，转子电流到零。
——称之为：
灭磁电阻耗能型灭磁方式，又称之为：
移能型灭磁方式。
在需要灭磁的时候，为转子电感回路接通一灭磁电阻旁路，强迫转子电流流经这一高阻值的灭磁旁路，将转子能量消耗在灭磁回路的电阻上，直到到零而完成灭磁。
灭磁电阻耗能型灭磁方式又称为：
移能型灭磁方式。
有两种划分方式：
①灭磁电阻的形式有：
非线性电阻氧化锌、非线性电阻碳化硅、线性电阻。
②移能的方式有：
直流开关移能方式、交流开关移能方式、跨接器移能方式。
直流开关移能灭磁：
灭磁开关装设在直流侧。
交流开关移能灭磁：
灭磁开关装设在交流侧。
跨接器移能灭磁：
不使用灭磁开关而使用跨接器。
注：
本厂采用的灭磁形式为直流开关移能灭磁。
5初励部分说明
为了保证机组每次能快速、可靠地完成起励，励磁系统必需配置初励回路。
本系统的初励方式单相交流380V电源起励。
初励回路由调节器自动控制投入和
退出，起励超时也会自动退出；若起励不成功会发出报警信号。
6使用说明
6.1NES5100励磁调节器使用说明
调节器有三种状态：
等待，空载，并网。
等待过程检测各种模拟数字量，但是不发脉冲，直到开机逻辑满足，进入空载流程，调节器发脉冲；当油开关合上，调节器即进入并网状态，检测各种限制。
（1）自动开机逻辑
一般情况下，开机应满足下列的顺序控制逻辑：
有开机令无停机令无频率锁时初励电源已投入，则调节器自动起励建压至空载额定值的95%
（注：
5%-100%之间都可以整定，这里不妨设置为95%）
（2）自动停机逻辑
空载逆变条件有三个；停机令或端电压大于130%或频率低于45Hz。
当调节器根据有功无功测量值判断为空载状态，这时有停机令，则自动逆变灭磁，但当机组仍并网运行时，调节器有容错功能，调节器不会逆变灭磁。
（3）增减磁设定
调节器接受本柜增减磁按钮输入，也接受远方硬接点输入，还接受DCS通讯过来的信号。
三者在地位上是平等的，无优先级区别。
调节器能够防止增减节点粘连，避免失磁和误强励。
（4）电压/电流环跟踪
当在电压闭环运行时，电流给定值跟踪电流测量值，当在电流闭环运行时，电压给定值跟踪电压测量值。
保证电压环和电流环之间切换无扰动。
（5）A/B通道切换及跟踪
微机励磁调节器配置了完全独立的双自动通道，每通道均能独立带负荷运行，双自动通道之间互为备用，可以人为切换和故障下自动相互切换，切换无扰动，保证机组安全运行，切换逻辑如下：
当A套运行时，B套无故障，工作方式有两种选择：
其一，由A/B套选择切换开关切至B套运行，其二，A套故障自动切至B套运行。
当B套运行时，A套无故障，工作方式有两种选择：
其一，由A/B套选择切换开关切至A套运行，其二，B套故障自动切至A套运行。
当在自动主通道运行时，自动备用通道有故障，这时手动或自动均无法切至备用自动通道运行。
6.2FLZ可控硅整流柜使用说明
LZ可控硅整流柜使用应注意以下几方面的问题：
主回路开关操作，风机电源及风机运行控制，故障信号及维护检修。
（1）主回路开关操作
功率柜主回路开关一般为空气开关或刀闸，这些开关不作为带负荷操作开关，当功率柜带电流运行时如要退出并列运行的某一柜，建议不要直接分交流侧或直流侧刀闸，以防负荷电流不能正常转移时，刀闸不能有效分断大电流而发生燃弧而引起事故。
正确的操作是切除与该整流桥对应的脉冲信号，使整流桥输出
电流降为零，再切除交流或直流刀闸。
（2）风机电源及风机控制
风机电源取自交流380伏，风机启动方式有两种，一种自动控制，自动控制信号由调节器来，当满足风机启动条件——机端电压大于20%或有油开关并网信号，风机自动启动，投入运行。
另一种是手动控制，当给上手动控制开关时，风机投入运行。
风机自动方式时，当机组空载停机，调节器逆变灭磁，机端电压小于20%，则风机自动停止。
（3）当可控硅内发生熔丝熔断后，应尽可能退出故障柜，排除故障原因更换熔断熔丝，如本柜无法退出运行，则应限制机组的出力，直至机组退出运行。
（4）当有风机停风信号出现时，应及时修复，防止可控硅过热而损害。
6.3FLK灭磁开关柜的使用说明及注意事项
FLK灭磁开关柜内装有一台HPB60-82S,HPB60是一种自动脱扣双向单极型高速直流限流空气断路器，具有电磁消弧、电动控制电路和直接过电流脱扣等特点。
该装置在使用中应注意以下问题：
（1）运行方式，励磁系统设计：
应在正常停机时不跳灭磁开关，使用调节器逆变灭磁；事故情况跳灭磁开关分断磁场电流，并使磁场电流转入非线性电阻中灭磁。
灭磁开关的维护应该按照说明书要求进行定期检查和维护。
（2）空载误强励
空载误强励灭磁后，须经一个小时冷却后才能重新投入运行。
（3）正常情况下的维护
正常情况下容许连续两次灭磁，带负荷工况下灭磁50次（包括空载误强励）后，应检查压敏电阻组件的泄漏电流及正反向过电压保护值。
正常使用两年后，应对装置进行一次全面的检查检查灭磁开关和压敏电阻组件泄漏电流导通电压正反向过电压保护值。
6.4FLR柜的使用说明及维护
一、氧化锌非线性电阻正常维护及检测周期：
1、装置正常运行时，应巡视特种熔断器RD、过压指示灯及计数器显示情况，如熔断器上红色标志弹出，应更换损坏的熔断器。
2、整机柜内应保持干燥、清洁，应避免较大冲击及机械震动。
3、每隔2-3年对装置普查一次，对氧化锌非线性电阻进行绝缘电阻及泄漏电流测试，确信装置处于正常状态。
灭磁非线性电阻上的特种熔断器RD损坏数不超过30%,否则通知我公司更换。
二、氧化锌非线性电阻检测：
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1、用2500V手摇表逐一测试各支路绝缘电阻，绝缘电阻应均不低于0.5MΩ（外护套干燥无积尘时）。
2、拔下连接在氧化锌（ZnO）非线性电阻上的熔断器RD，用所测非线性电阻U10mA电压的50%（即1/2U10mA）,逐一加入每一支路，测量其泄漏电流，按照我公司标准泄漏电流应均小于50μA，否则视为老化。
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