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1、四川小金川春堂坝水电站 EXC9100型励磁系统,介绍内容,一、系统概述二、调节器三、功率整流系统四、灭磁系统五、基本参数,一、系统概述,主要功能特点核心技术,功能特点全数字化系统CAN总线技术用于励磁系统内部互联 友好完善的人机界面灵活多样的对外接口方式完善的调试软件，可实现智能化调试良好的电磁兼容性能独立的三通道,两种不同的调节器组态完善的故障检测系统 功率柜和灭磁柜实现智能化监测及控制高耐压的脉冲变压器停风机运行能力独特的可控硅ECB灭磁系统完善的通讯功能,一、系统概述,核心技术多CPU架构技术 PSS2B多变量PSS技术 主流ARM+新型FPGA的嵌入式处理技术高频脉冲列触发技术低残压
2、快速起励技术可控硅整流桥智能均流技术 CAN现场总线技术组态编程技术智能控制技术,一、系统概述,二、调节器,-系统组成-硬件配置软件设计功能实现人机界面通信规约,系统组成,二、励磁调节器,现场总线,现场总线用于励磁系统内部进行数据交换，实现了全数字化减少柜间接线，节省安装空间，提高工艺水平，安装、运行、维护方便实现了分散控制，提高可靠性,二、励磁调节器,CAN总线,多主总线，无主站从站之分，信息优先级先后顺序来决定通信次序自动重发故障节点自动脱落通讯速度快，最快可达1Mbit/s可靠性高，抗干扰能力强，最远传输距离可达10km,二、励磁调节器,调节通道配置,微机/微机/模拟三通道,C通道的励磁
3、调节从实现的原理和实现的途径与数字式调节器完全不同，因而能起到很好的后备作用，显著提高了调节器的安全性和可靠性，还特别方便于发电机组和励磁的试验和维护。,二、励磁调节器,AVR：自动电压调节FCR：励磁电流调节（手动模式）,通道级别,通道状态级别定义3通道在自动方式且无异常2PT故障10机端电压大于10%、但无同步信号,二、励磁调节器,通道在自动方式下，正常运行情况时状态为3级；当出现PT故障时，切到备用通道，本通道变为手动方式并且状态变为2级，该状态保持直至PT故障恢复；机端电压大于10%时，若没检测到同步信号，则本通道优先级变为0，表示本通道不可用，同样保持直至故障恢复。,由单CPU模式向
4、多CPU模式发展ARM处理器完成励磁调节运算、逻辑处理和对外通讯的工作FPGA同步采集控制、同步交流采样及算法实现、频率补偿、同步信号检测输出脉冲、脉冲闭锁优点：（1）内部集成了大容量RAM和多路DSP,极大地提高了调节器的运算速度和响应的快速性，提高了系统的调节精度。（2）可以运行复杂的控制程序，能满足电网对励磁控制的高性能要求。,调节器的硬件多CPU模式,二、励磁调节器,故障检测系统,可检测的故障同步回路故障信号故障判据：1.同时满足 1）同步电压比机端电压低15%；2）机端电压大于40%；3）同步电压大于20%；4）励磁电流大于4.5%。2.同步相序反接。3.同步消失（机端电压大于额定的
5、10%且无同步信号）以下同步断相信号，不影响调节器正确工作，也不改变调节通道的可用状态级别：同步原边断A相，同步原边断B相，同步原边断C相同步副边断A相，同步副边断B相，同步副边断C相，同步副边断BC相，同步副边断AC相，同步副边断AB相PT断线故障调节器通过机端PT检测到的机端电压信号将是错误的降低了30左右，切换到手动方式或其他高级别的通道运行。有三种情况判断：Average=Ug/1.2；（1）情况1：(Ug 10%)&(Ua 20%)&同步与PT相关3）情况3：-相当于PT信号消失(Ug 20%)通道故障对调节器中各调节通道（A或B或C通道）内部的通讯故障、电源系统故障、软件故障、AR
6、M芯片故障及FPGA芯片故障，都是影响主控制板运行的严重故障，必须完成实时监视。一旦出现故障，由逻辑监视单元立即封锁此通道的输出、退出本通道运行，自动切换到其他通道并报“通道故障”信号。低励磁电流故障低励磁电流，相当于励磁系统失磁状况的检测。判断条件为：本通道运行&定子电流大于10&励磁电流小于低励磁电流限制值。,返回,二、励磁调节器,程序结构优化，实现多流程控制采用结构化程序语言功能完善,调节器软件,二、励磁调节器,调节器的功能,按机端电压调节的自动方式按励磁电流调节的手动方式恒触发角运行方式残压起励软起励零起升压（最低为机端电压的10%）通道自动跟踪系统电压跟踪（空载时有效的快速起励，建立
7、机端电压，并网不再跟踪）,二、励磁调节器,过励反时限限制低励限制（5点拟合，木坡仅2点拟合）定子电流限制（V/F）恒无功功率调节恒功率因数调节无功调差电力系统稳定器PSS转子温度估算,二、励磁调节器,调节器的保护,过励保护正常强励情况下，励磁电流限制在2.0倍以内。如果励磁电流达到3.0倍以上时，判断为“过励保护”动作，发“过励保护”信号，跳灭磁开关，联跳出口断路器。低频保护发电机空载状态、机端电压大于10，当机端电压频率低于45Hz时，低频动作，励磁调节器进行逆变灭磁，同时发出“低频”信号。当机端电压频率大于47.5Hz时，低频信号复归。,容错控制,检测容错包括模拟量检测容错和开关量检测容错
8、等，如对PT断线的检测、对PT相序和CT相序的检测，增、减磁接点防粘连，油开关信号容错，开停机信号容错等。控制容错包括过励限制动作闭锁增磁，欠励限制动作闭锁减磁，防止空载误强励，过励/欠励优先权判断，PSS输出限幅等。,二、励磁调节器,三、功率整流系统,系统组成功能特点智能控制元器件结构工艺,单柜组成,6个可控硅组件（包括散热器）6个带接点指示的快速熔断器6个高耐压值的脉冲变压器分散式阻容保护一台高功率冷却风机组风压开关，用于风机启停监测一块智能控制板（脉冲控制单元）,三、功率整流系统,智能化功率柜,工况检测智能化工况显示智能化信息传输智能化风机控制智能化智能化均流,三、功率整流系统,工况检测
9、智能化,单桥总输出电流桥臂电流快熔状态风温风机开停状态风压检测本柜投切状态,返回,三、功率整流系统,工况显示智能化,三、功率整流系统,信息传输实现智能化,三、功率整流系统,风机控制智能化,风机自动开停当智能控制板检测到励磁系统有“开机令”或本柜输出电流大于100A时，自动启动风机；无“开机令”且本柜输出电流小于50A时，自动停止风机,三、功率整流系统,智能均流,常规并联运行的功率柜，目前一般只能采用硅元件参数选配方式均流，对备件的质量和数量提出了更高的要求;随着时间的推移，硅元件的特性有可能发生变化，功率柜主回路的接触电阻也有可能发生变化，这些因素都会引起电流分配的变化，造成各功率柜输出电流不
10、平衡。智能均流技术可以确保均流系数大于95%。而且,当一个或多个功率柜退出后,运行的功率柜之间仍可实现智能均流。,三、功率整流系统,阻容保护,防止各种原因产生的交流侧过电压击穿可控硅（包括换相过电压）换相过电压：简单来说，可控硅的导通是有间断性的，当由A相导通换到B相导通时，由于A相可控硅阴极的突然关断将在A相可控硅阳极产生尖峰电压，这就是换相过电压。为什么需要换相？因为励磁系统采用的整流桥是三相全控整流桥，为了使输出直流连续，就必须要换相，这是整流桥的特性所决定的，而如果采用单相整流桥，那么励磁变等附属设备的容量将会要求很大，并不经济且风险更大。,三、功率整流系统,四、灭磁系统,灭磁方式灭磁
11、过电压保护,灭磁方式,正常停机逆变灭磁，将能量消耗到交流侧。事故停机跳灭磁开关将能量转移到灭磁电阻进行灭磁。灭磁电阻：ZnO（即压敏电阻），具有非线性电阻特性，电压低于阀值，通过电流几乎为0，电压超过阀值，通过电流随电压的增加而急剧增大。,四、灭磁系统,灭磁及过压保护,四、灭磁系统,当过压保护检测单元（ECB）检测到转子过电压时，立即控制可控硅V1导通，将能量消耗。当故障时灭磁开关跳开，由于转子属于大电感，残余电流无法流通会产生过电压，这时通过V2将该能量消耗。,五、基础参数,额定功率：Pn=18MW额定定子电压：Un=10.5KV额定定子电流：In=1164.4A额定功率因数：cos=0.85额定励磁电压：Ufn=160V空载励磁电压：Uf0=57V额定励磁电流：Ifn=490A空载励磁电流：If0=262A励磁变容量：315kVA励磁变变比：10500V/320V励磁变低压侧CT变比：600A/5A直流起励电源：220V,
