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SAVR技术说明书

NARI

SAVR-2000发电机励磁调节器

技术说明书

V2.0

国电自动化研究院

南瑞电气控制分公司

二00一年十一月

概述

SAVR-2000发电机励磁调节器是以经典和现代控制理论与数字信号处理器DSP技术相结合的第二代微机励磁调节器。

它继承了第一代微机励磁调节器的全部调节、控制及限制保护功能，同时在计算速度、抗电磁干扰、可靠性等方面都有了极大的进步，是现代大、中型同步发电机组较为理想的励磁调节装置。

SAVR-2000适用于各种方式的可控硅励磁,是一种通用性极强的励磁调节装置。

作为更新换代产品已被我国励磁行业的专家认可。

SAVR-2000发电机励磁调节器拥有32位总线的DSP（数字信号处理器）作为控制的核心，采用积木式双通道或多通道冗余结构，并配备大屏幕真彩液晶显示器。

基于上述硬件和我们多年的软件编制经验，SAVR-2000具有可靠性高、操作简单、维护方便、使用灵活等特点。

本说明书主要介绍SAVR-2000发电机励磁调节器的功能、特点、软件及硬件配置、工作原理，以便用户对它有一较全面的了解，避免不必要的人为使用错误。

同时为使用户对数字信号处理器（DSP）有一个较为全面的了解，单独将DSP列出介绍。

与本手册有关的技术文件：

（1）《SAVR-2000发电机励磁调节器原理图》

（2）《SAVR-2000发电机励磁调节器操作原理图》

（3）《SAVR-2000发电机励磁调节器配线表》

（4）《××电厂运行显示界面说明手册》

第一章装置的适用范围

SAVR-2000发电机励磁调节器适用于各种可控硅励磁系统，图1-1至图1-6为SAVR-2000发电机励磁调节器的几种典型应用。

（1）自励方式

图1-1自并励可控硅励磁图1-2自复励可控硅励磁

（2）他励方式

图1-3有副励磁机的他励可控硅励磁

图1-4两机他励可控硅励磁

图1-5无刷励磁

（3）用于直流励磁方式

图1-6连续型直流机励磁方式

上面几个例子仅是SAVR-2000发电机励磁调节器的几类典型应用。

各使用单位可根据自己的实际情况设计出具体的方案。

第二章装置的功能、特点及适用范围

2．1装置的主要功能

SAVR-2000励磁调节器的根本任务是维持发电机的机端电压恒定，因此，它的基本功能是调节及控制机端电压；同时，作为计算机产品，它还具有实时故障诊断及容错功能，智能调试及计算机辅助分析功能。

2．1．1调节及控制功能

◆具有控制结构自适应和参数自适应的调节功能，配备在线专家系统。

◆全中文信息集成显示，模拟、数字显示一体化。

◆具备实时数据库及历史数据库，能够进行事件录波辅助分析，并给出有效提示。

◆保证发电机按要求升压、并网、增减无功负荷及逆变停机。

◆保证发电机稳定运行于空载、发电、调相、停机等工况。

◆可按要求选择起励方式：

（1）100%额定电压起励

（2）零起升压

（3）软起励

◆保证机组在突甩负荷时机端电压迅速稳定在额定电压。

◆保证无冲击地进行手动/自动的切换及双机切换。

◆可任意设定正、负调差方式，且调差率大小可选择

◆软件数字整定和比较功能

◆可通过串行通讯方式或其它通讯方式将调节过程中的数据实时传送至上位机，并接收上位机的控制命令（如开、停机）

◆恒发电机机端电压的PID调节规律。

◆恒发电机转子电流的PID调节规律。

◆发电机恒定触发角运行（选用）

◆发电机恒功率因数运行（选用）

◆发电机恒无功运行（选用）

◆系统电压跟踪方式（选用）

◆转子过热保护（选用）

◆电力系统稳定器（PSS）附加控制（选用）

◆线性最优励磁调节规律（选用）

◆非线性自适应励磁调节规律（选用）

◆主备励无扰动切换（选用）

◆水轮发电机机组用电气制动方式停机（选用）

2．1．2实时故障诊断及异常状态的限制功能

SAVR-2000可及时检测下列故障。

并在故障发生时做相应的处理。

◆电源电压过低或消失的检测：

实时监视多路电源，电源消失或过低时自动调整控制方式，保证机组稳定运行

◆PT断线的检测

◆可控硅同步电压信号断线检测

◆可控硅脉冲丢失的检测

◆控制角的检测：

计算机在发出控制角后又将其回读并进行检查，以确保控制角的正确性

◆发电机机端电压及可控硅阳极电压相序的检测

◆通迅故障的检测

◆看门狗（WatchDog）电路监测主CPU电路

SAVR-2000可及时检测发电机的下列异常运行工况，并做相应的处理，以确保发电机机组的安全。

◆欠励瞬时限制及保护

◆过励延时限制及保护

◆发电机强励的反时限限制及保护

◆最大励磁电流瞬时限制及保护

◆可控硅整流柜快速熔断器熔断、停风、部分柜切除时的励磁电流限制

◆V/F限制及保护：

当机组转速下降时，如仍维持发电机电压恒定将引起转子过磁通。

为保护机组安全，调节器将自动降低发电机电压；如转速过低，调节器将自动逆变灭磁。

◆空载过压限制及保护

2．1．3调节器模拟量及开关量的容错

当调节器由于某种原因测量发生错误时，计算机可自动进行识别，从而保证调节器不发生误调节，避免由此引发的振荡或其它灾难性后果。

◆机端电压容错：

DSP实时自动诊断机组三相电压，可自动辨别PT断线还是机端短路，并作出故障类别提示以保证全部调节任务的正常完成且不造成负荷冲击。

◆定子电流容错

◆转子电流容错

◆发电机频率容错

◆有功功率及无功功率容错

同样，当控制命令发生错误时，计算机也可自动进行识别，从而保证调节器不发生误动作。

例如，当调节器在欠励动作时收到减磁令，调节器将不理会该命令。

◆开机令及停机令容错

◆增、减磁信号容错：

调节器具有软件数字整定和比较功能，能够防止电压峰值在2000V以下宽度小于四十毫秒（可改变）的干扰信号。

并具有数字滤波功能，能够防止增减节点粘连，避免失磁和误强励。

◆油开关信号容错

2．1．4智能调试及计算机辅助分析功能：

◆智能化调试：

　调试软面板技术；

全中文图形化调试界面；

　在线帮助系统；

　◆计算机辅助分析系统：

　各项试验专用数据库；

　故障录波与计算机辅助分析

　以工况转换为依据，进行不间断录波，形成历史数据库；

　故障产生时，计算机进行辅助分析，给出故障产生原因；

　计算机对历史数据库中的数据可进行辅助分析，推测系统工作状态；

◆调试专家系统：

可自动进行各项试验，计算机辅助选择相应参数；

　产生试验数据并给出试验结果；

　对试验过程及结论作出评价；

2．1．5调节器维护时系统自检查功能：

◆　存储系统（FLASHRAM，RAM）检查诊断；

◆　闭环系统功能块检查诊断；

◆　输出功能检查诊断；

◆　数字给定检查诊断；

◆　开关量输入检查诊断；

◆　内部参数检查诊断；

◆通信检查诊断；

2.2装置特点：

2．2．1可靠性高：

◆先进的表贴（SMT）工艺：

SAVR-2000发电机励磁调节器采用先进的表面贴装集成芯片，由德国引进的成套表贴生产流水线批量生产，工艺先进，质量可靠。

由于采用了表贴集成芯片，电子元器件功耗降低，发热量减小，整个装置不需要额外的散热处理，因此，SAVR-2000发电机励磁调节器在机械结构上采用全封闭无风扇结构，由柜体、插箱、插件屏蔽板构成了三重防护，不仅使外界灰尘难以进入，而且有效地屏蔽了空间电磁辐射，提高了装置整体的可靠性。

◆先进的测量方式：

在一个周期内（20ms）对三相定子电压及三相定子电流进行多点交流采样，并由软件实时计算出有功功率、无功功率及定子电压、电流的有效值。

因而响应速度快，测量精度不受波形影响。

另外测量回路中无可调电位器也大大增加了测量的可靠性。

◆高集成度的接口电路：

根据“可靠、高效、适用”的原则，SAVR-2000发电机励磁调节器以大规模可编程器件为外部接口电路，将脉冲形成及检测、频率与相位检测、A/B套切换等功能全部集成在一片大规模可编程器件中。

与传统电路中采用大量中小规模集成芯片相比，极大地简化了外围接口电路，提高了装置整体的可靠性。

同时由于切换逻辑由可编程芯片完成，取消了操作继电器环节，避免了继电器节点粘接或短接引起的切换不成功。

◆分布式隔离电源：

为提高电源的纯净度，减少电路各功能模块之间的相互干扰，SAVR-2000发电机励磁调节器采用了分布式隔离电源。

整个装置电源分为主机电源（+5V）、模拟量电源（+12V与-12V）；脉冲电源，脉冲检测电源，开出量电源，开入量电源（2路）。

共计七个部分，各部分相互隔离。

提高了装置整体的可靠性。

◆电磁兼容技术：

电磁兼容技术是在世界工业控制领域的惨痛教训中发展起来的一门新兴技术学科，其含义是装置在运行环境中既不受电磁干扰的影响，也不向外界发出有害电磁波。

现场的一些时有时无、难以确定的软故障往往与电磁干扰有关。

为加强装置的电磁兼容能力，SAVR-2000发电机励磁调节器在总体及局部设计上采用了多种措施。

　　　▼在接地方面：

采用了柜体、插箱、屏蔽板安全接地，各控制模件功能接地等方式，鉴于系统功能复杂，布局分散，为提高电磁兼容能力，将地线设计成信号地、控制地、模拟地、数字地、电源地和安全地等，接地方式也运用了一点接地、多点接地和混合接地等多种方式。

　　　▼在滤波方面：

不仅采用了常规的无源及有源滤波，而且运用了多种专用电磁兼容器件，如穿心电容器、扼流圈、磁阻等；为提高电源的纯净度等级，装置还专门使用了军用滤波器，加强了对电源线路上低频干扰的抑制能力。

　　　▼在屏蔽方面：

装置采取了三重电屏蔽，并以导磁涂层构成磁屏蔽，使调节器既能防止外界空间电磁干扰，又能减少对外的电磁辐射量。

　　　▼在布线方面：

装置采用了合理的布线方式，综合考虑了导线的种类、线径的粗细、走线的方式、线间距离、导线的长短、捆扎或绞合、屏蔽方式及布线的对称性，减少了布线方式对导线的电感、电阻及噪声耦合的影响。

　　　▼在电路方面：

装置采用了浪涌吸收器、切断噪声变压器、旁路电容器、隔离变换器、光电耦合器、施密特触发器、分流电路和积分电路等可切断噪声传导通道的器件，抑制了传导瞬变类的电磁干扰。

　　　▼此外，电路去耦、阻抗匹配、电子逻辑器件的防静电也是SAVR-2000型调节器电磁兼容技术的组成部分。

与以往设计过程不同，SAVR-2000发电机励磁调节器在控制干扰的策略上采取了主动预防、整体规化、“对抗”和“疏导”相结合的方针。

除了采用常规的抑制干扰的方法外，还采取了回避和疏导的技术处理，如空间方位分离，频率划分与回避等。

正是由于设计者在装置电磁兼容方面倾注了极大的心血，SAVR-2000发电机励磁调节器成为首家通过电磁兼容测试的励磁调节类电子装置。

能够抵御±2500V传导瞬变干扰、±8000V静电放电干扰及10V/M的空间电磁辐射。

◆严格的质量保证体系:

南瑞电控公司自1997年通过ISO9001质量体系认证以来,建立并完善了一套严格的质量保证体系,从元器件选择、部件生产、安装至装置整体的调试、验收、老化，都有专业的质量监控人员全线跟踪，从生产的角度提高了装置整体的可靠性。

2．2．2可操作性强：

◆软面板技术：

由于输入及显示的需要，微机型调节器的显示操作面板往往由较多的数码管、发光二极管及按键组成，操作人员必须牢记各种操作方法及显示的定义。

为使运行操作简单化，SAVR-2000发电机励磁调节器采用了软面板技术，将运行人员所关心的内容集中于一个窗口，运用三维汉字图形界面，同时具备模拟显示及数字显示，取消了绝大多数的按键，操作相当简单，满足了新老运行人员的需要。

◆在线帮助系统：

SAVR-2000发电机励磁调节器为缩短运行人员的学习时间，在运行监控软件系统中置入了在线帮助。

当鼠标移至屏幕上任何一个可操作位置时，软件系统将随即弹出该项操作的意义、方法以及可能产生的后果，供操作人员参考。

2．2．3可维护性好：

◆故障定位专家系统：

电厂的检修人员为了实现快速、方便的维护，往往要求调节器能够提供大量的外部及内部信息，而调节器受空间所限，所能显示的信息往往是有限的。

SAVR-2000型发电机励磁调节器采用了人化设计方法，在系统中预设了故障定位专家系统。

当故障发生时，装置不仅能够给出故障种类，而且能够根据检修人员的需要，给出该种故障产生的原因及维护的方法。

这样，检修人员就能够根据提示的方法和路径，尽快地解决装置外围或内部的故障，为电厂长期稳定运行创造条件。

◆超前维护及预警系统：

九十年代，世界工业控制领域提出了“超前维护”的新概念，即指“在故障出现之前，根据系统内部的大量共享信息，对故障发生的可能性作出判断并预警，在不影响系统正常工作的前提下，对可能发生故障的部件作出相应处理。

”SAVR-2000发电机励磁调节器在设计中贯穿了超前维护的概念，设置了预警系统，为电厂长期稳定创造了条件。

2．2．4可扩展的现场总线：

目前，现场总线已在世界工业控制领域内得到了广泛

的应用。

SAVR-2000发电机励磁调节器内部备有CANBUS或PROFIBUS现场总线扩

展口，能够与监控局域网方便连接，构成了多层次分布式的控制结构，为电

厂实现信息共享、系统扩展奠定了坚实的基础。

2．3主要技术参数

2．3．1模数转换器输入参数

模拟通道：

16通道8路无相差同步采样

信号输入量参数：

◆机端电压Uf额定值100伏

◆定子电流If额定值5A

◆励磁电流IL额定值5A（交流侧，由互感器来）

◆转子电压IL-实际值（选用）

◆转子电流UL-75mV（直流侧，由分流器来，选用）

2．3．2开关量输入输出容量

◆CPU16路光电隔离输入（可扩至32路）；

◆CPU16路继电器输出　（可扩至32路），节点容量1A/DC220V；

2．3．3输出参数：

◆输出脉冲：

可供三相全控整流桥用的六相双脉冲

◆触发功率：

每相脉冲可供10组脉冲变压器回路负载。

2．3．4电源参数

◆交、直流并联供电。

交流输入220V±15%，直流输入220V±20%。

◆稳压电源：

A套和B套的电源各自独立。

◆功率消耗：

小于400瓦。

2．3．5指标参数

◆可控硅控制角α分辨率：

最高可达40MHZ

◆A/D转换量分辨率：

2-14，8路同步采样

◆控制计算调节速度：

20毫秒（典型）

◆调压范围：

5%～130%

◆调压精度：

<0.5%

◆移相范围：

0-180度，上下限值可程序设置

◆调差：

由软件设置无功调差率，正负及大小任选，级差为±0.33%。

◆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%。

◆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。

◆响应时间

自并激励磁系统：

上升<0.08S

下降<0.15S

交流励磁机励磁系统：

上升>2倍/秒

高起始响应励磁系统：

上升<0.1秒

下降<0.15秒

2．3．6工作方式：

按主从方式工作，B套通道自动跟踪A套通道，A套通道故障时自动切换至B套，

无波动。

2．3．7手/自动切换：

无扰动。

2．4使用环境

◆使用地点的海拨高度不大于2500米。

◆环境温度为0℃～+40℃

◆环境相对湿度不大于90%，无冷凝

◆使用环境的周围介质无爆炸危险，不应含有腐蚀性气体，所含导电尘埃的浓度不应使绝缘水平降低到允许极限值以下

第三章系统配置

3．1电气配置

3．1．1励磁系统框图

图3-1是以自并激励磁方式绘制的励磁系统框图，其中模拟量输入和开关量的输入输出可根据用户不同的要求配置。

图中电源部分的VX表示是功率触发电源。

可按实际需要选用，通常有三种：

24V、36V、48V。

图3-2显示了SAVR-2000的通道配制情况。

模拟通道共有16个模拟量输入通道，输入信号范围±5V，精度14位。

A/D分两次转换16个通道，每次同时转换8个通道。

外部的控制命令和状态通过光电隔离传入至CPU；CPU的控制命令通过光隔发出。

对于开入量，调节器自带24V电源，外界只需提供无源节点即可。

对开出量，调节器通过继电器提供无源节点，节点容量为DC220V/1A。

通常配置为16点开入，16点开出，也可按用户需要扩至32点开入，32点开出。

图3-2SAVR-2000通道配置

3．1．2电气硬件配置

SAVR-2000调节器由以下单板或元件组成

◆MBD2011块×2套模拟信号输入板

◆MBD2021块×2套主机板

◆MBD2031块×2套（可扩至2×2）开关量输入输出板

◆MBD2041块×2套脉冲放大板

◆MBD2051块×2套主机电源板

◆MBD2061块×2套脉冲电源板

◆MBD2071块×2套双路供电板

◆总线背板1块×2套

◆工控机1台

3．1．3软件基本配置

∙实时变结构、变参数自适应调节程序

∙实时诊断程序

∙

Windows-NT界面下全中文智能调试及运行程序

3．1．4调试，维护支持配置

∙便携式计算机

∙打印机（可选）

3．2结构配置

3．2．1机柜

本装置采用拼装式结构，柜内为立柱加插箱形式，以四根内立柱为主体，形成内框架，柜体外形尺寸为800×600×2260mm（也可由用户自定），柜前门设有玻璃观察窗。

柜内分四层：

工控机层，A套插箱层，B套插箱层，继电器层。

图3-3为机柜正面视图，图3-4为背面的视图

装置与外部连接的总端子排设在内框架后部两侧，沿后立柱设走线槽。

机柜前门开有观察窗。

可监视装置运行是否正常，前后门都配有带锁门把。

机柜底部开有电缆走线孔，提供用户将现场信号和装置输出信号引入或引出。

3．2．2工控机层

工控机层安装一台液晶显示工控机作为装置与用户的人机界面。

该软件系统以WindowNT为操作系统，配以三维中文图形化界面，为用户提供了十分友好的人机接口。

SAVR-2000发电机励磁调节器的运行界面由5个窗口组成，分别为：

主控窗、设置窗、信息窗、开关量窗和报警窗。

通过点击窗口下方的分页栏可以选择相应的窗口。

主控窗的界面如图3-5所示：

图3-5主控窗

主控窗是运行时的主窗口，在窗口上方正中显示了当前机组工况状态和调节器的主要状态，模拟表计显示定子电压及无功功率，棒图显示转子电流和触发角，在窗口中央是增磁、减磁两个按键，通过点击它可以对机组电压和无功进行调节控制。

在按键下方是用来显示给定值与测量值之间差值的平衡表。

通常，在运行中该平衡表应为0。

图3-6设置窗的界面

设置窗的界面如图3-6所示：

设置窗用来对运行方式及参数进行设置。

窗口的左上方为运行方式：

分别为手动开机、手动逆变（停机）、系统电压跟踪、无功闭环、转子电流闭环、定角度；窗口的右上方为运行参数设置：

KP、KI、KD分别为电压闭环时的PID参数，KP_IL、KI_IL、KD_IL分别为电流闭环时的PID参数，KP_Q、KI_Q、KD_Q分别为无功闭环时的PID参数，K0_PSS、K1_PSS、K2_PSS分别为PSS（电力系统稳定器）投入时的参数。

左下方有一个“参数下发”按键和“发送指示”信息，点击“参数下发”则将当前设置的参数下发至A、B系统，同时由“发送指示”显示下发是否成功。

信息窗的界面如图3-7所示：

信息窗用来显示系统的主要测量值及控制量当前值。

窗口左右对称，分别显示A、B两套系统较为详细的状态信息。

显示的信息包括：

电压给定值、机端电压综合值（由PT1给出）、定子A相电压、定子B相电压、定子C相电压、定子电流给定值、定子电流、无功给定值、无功功率、有功功率、定子电压（由PT2给出）、电网电压、机组频率、同步频率、触发角。

开关量窗口界面如图3-8所示：

开关量窗口显示的信息包括：

开机令、停机令、增加令、减少令、95%转速、油开关、功率柜故障、功率柜停风。

报警窗的界面如图3-9所示：

图3-8开关量窗界面

图3-7信息窗的界面

图3-9报警窗的界面

报警窗用来显示故障报警和调节器限制动作，并给出故障诊断处理信息。

故障一旦被检测到，即使立刻消失，在窗口显示中仍将一直保持报警，直到点击窗口下方的“调节器故障复归”按键后，当前所有的故障显示才被清除。

这样，即可实现对偶发故障的记录。

画面的左侧为故障报警、右侧为限制动作状态。

故障报警信息分为A、B两套系统，包括：

电源故障、同步故障、频率故障、PT断线、中断故障、脉冲丢失、采样故障；限制动作状态包括：

过励限制、欠励限制、强励限制、V/F限制、功率柜限制。

每种故障信息中又分为多类故障。

如采样故障可分为：

电压采样故障、电流采样故障、有功采样故障、无功采样故障等。

对于各类故障提供了强大的故障原因辅助分析系统，点击故障显示处，即可弹出相应的提示帮助窗口。

3．3A、B套主机插箱层

A、B套主机插箱层是两套完全独立的可以互换的控制插箱，两套插箱之间依靠同步串行口进行通讯，以实现互为跟踪，互为热备用的功能。

同时通过节点将已方状态通知对方，以达到自动切换的目的。

当两套均正常工作时，按任一套上的切换按钮，即将此套定为主套。

当某一套出现故障时，即自动切换至另一套。

同时两套系统间的操作电源及脉冲电源通过外部端子并联输出。

B套切换键

A套B套

A套切换键

图3-12A、B系统间切换

3．3．1插件面板：

插箱的正视图如图3-13

①MBD207面板上的开关用于控制MBD206、MBD205的输入电源，自上而下三个灯分别表示：

交流220V输入，直流220V输入，直流220V输出。

②MBD206面板上的开关用于控制脉冲电源及操作电源的输出，自上而下三个灯分别表示：

脉冲电源，开出继电器操作电源，开入电源（I）。

③MBD205面板上的开关用于控制主机电源的输出，自上而下的三个灯分别表示：

+5V，-12V，+12V。

④MBD201面板上的三个灯分别表示+5V，+12V，-12V，在灯的下方有一个测试窗，将窗的罩盖取下，可见一个DB37芯的并行口，通过专用测试盒可以测量各点信号。

另外还可见到五个可调电位器，自上而下分别为W1-W5，主要用于经过整流的模拟量的整定（如系统电压）。

具体定义见MBD201板原理图。

⑤MBD202面板上共有8只灯，分别表示：

+5V，+12V，-12V，主/从，运行闪烁，故障，运行，调试。

“主/从”表示该套是主套还是从套，亮表示主套。

“运行闪烁”表示CPU运行状态，其闪烁的频率随运行状态的不同而变化。

通常，负载运行时为1次/3秒，空载运行时为1次/1秒，待机运行时为3次/1秒。

常亮或常灭表示CPU不运行。

“故障”表示该套运行不正常或外界回路有故障。

“运行”及“调试”分别表示该套是自动运行状态还是人工调试状态，它由面板上的“运行/调试”开关位置决定。

通常应置于“运行”。

除了灯以外，MBD202板上的主从切换按钮用于两套间的人工切换。

该按钮为自复位式按钮，当该套正常运行时，按下切换按钮即可设置该套为主机方式。

打开测试窗的罩盖，可见一个DB9芯的插头，它主要用于调试时通讯；在其下方的按钮是复位按键，它可以复位CPU。

⑥MBD203板的上面三个灯分别表示：

开入24V电源（I），开出电源及故障。

当主CPU板检测到调节器故障及硬件看门狗动作时，该故