1、LF2同步发电机励磁调节装置说明LF2000系列同步发电机全数码励磁装置原理及使用说明北京重型电机厂威望博尔（北京）科技发展有限公司二零零五年四月公司简介威望博尔（北京）科技发展有限公司由北京重型电机厂和北京华明海博尔控制技术有限公司共同投资成立的股份公司，是北京市高新技术产业办公室认定的高新技术企业，并通过ISO9000质量体系认证，是专业从事电力系统自动化及节能产品的研究开发、生产销售及售后服务的高科技公司。公司遵循“开拓、敬业、创新、务实”的企业精神，以技术为先导、以质量求生存、以客户的需求为己任，以适应市场变化求发展。公司现有员工100人，拥有一批以学术、学科带头人为主的中、高级专业技
2、术人员、精明干练的管理队伍和熟练的技术员工。公司拥有大型的现代化厂房及先进的生产和测试设备，拥有自己的动态模拟实验室，属国内一流的专业电力自动化设备的供应商。公司自成立以来，其业务范围遍及能源、冶金、石油、化工、化肥、水利、环保等领域，并取得了丰硕的业绩。威望博尔（北京）科技发展有限公司欢迎各界朋友前来进行广泛的技术交流及合作，欢迎同行及专家莅临指导。公司主导产品：*LF2000系列同步发电机全数码励磁装置*LD2000 系列同步电动机全数码励磁装置及改造装置*KQLD系列同步电动机集成式励磁装置*KBLD系列同步电动机励磁装置及改造装置*HAS1000系列电机节能软启动器*GWK200系列同
3、步发电机及变压器微机保护装置*MWK210系列异步电动机微机综合保护装置*LWK520系列微机线路保装置*代理国外知名牌变频器产品，承揽变频工程第一章 概述.1 1.1、主要特点1 1.2、主要技术指标及功能.3 1.3、型号及使用范围.4第二章 系统配置.5 2.1.硬件组成.5 2.2、主控单元硬件组成.5 2.2.1、可编程计算机控制器PCC.6 2.2.2、高性能16位嵌入式微控制器.7 2.2.3、先进32位嵌入式微控制器.8 2.2.4、可编程控制器PLC.9 2.3、功率单元.10 2.4、操作逻辑.10 2.5、软件结构.10 2.5.1、软件设计方法11 2.5.2、主控制程
4、序14 2.5.3、主要保护功能15第三章 基本原理18 3.1、概述.18 3.2、工作原理.19 3.3、单板原理.20 3.4、励磁方式.21 3.4.1、自并励静止励磁系统.213.4.2、三机静止励磁系统.21 3.4.3、具有直流励磁机的间接自励系统.22 3.4.4、开关管式励磁系统.22第四章 操作说明.23 4.1、人机界面操作及显示.23 4.1.1、开机屏幕显示.23 4.1.2、正常工作时屏幕显示.23 4.1.3、参数菜单显示.23 4.1.4、菜单详解.24 4.2、就地操作说明.27 4.3、主控操作说明.27 4.4、运行指南.28 4.4.1、运行方式.28
5、4.4.2、正常运行的操作.28第五章 其它.30 5.1、结构介绍.30 5.2、使用条件.30 5.3、订货须知.30 5.4、附录.30第一章 概述随着电力系统的发展，发电机单机容量的增加，对发电机励磁控制系统提出了更高的要求。除维持发电机电压水平外，还要求励磁控制系统能对电力系统的静态和暂态稳定起作用。在提高励磁控制系统的可靠性及实现复杂控制规律方面，全数码励磁装置具有明显的优势。近年来数码控制技术发展迅速，应用技术日趋成熟，为全数码型自动励磁装置的开发提供了坚实的技术基础。目前，在我国中小型同步发电机组中，采用的励磁方式大致有两种：一种是采用直流励磁机励磁方式，这是一种较为古老的方式
6、，虽然原理简单，但运转噪音高，反应速度慢，故障率高，整流子和炭刷维护困难，而且维修期长，已远远不能满足现代电网对发电机励磁提出的要求，目前已有逐渐被取代的趋势；另一种方式是以半导体整流器为励磁功率单元，及调节器共同组成的所谓半导体励磁系统。采用此种方式，使用灵活，反应速度快，便于维修，它已成为同步发电机励磁的发展方向。目前，我国正在生产和使用的半导体励磁装置大多采用七十年代的模拟控制技术，设计线路复杂，元件较多，装置的整体性能不高，调试步骤繁多，参数难以精确整定，且存在无法解决的零漂温漂等问题，维修困难，必须由具有相当专业素质的人员才能胜任这些工作。为尽快提高我国发电机组的运行水平，满足越来越
7、大的电网对励磁系统所提出的越来越高的要求，我们研制了LF2000系列同步发电机全数码励磁装置。该励磁装置综合运用了同步发电机的现代励磁控制理论，采用目前国际上较流行的全数码控制技术及半导体可控整流技术，完全不同于以前采用模拟控制技术的励磁装置。其主控单元通过对同步发电机的运行参数、运行曲线及特性曲线进行优化处理，达到了对同步发电机运行的最佳控制。LF2000系列全数码励磁装置已有五十多套运行于大、中、小型水、火电机组上，运行时间已超过七年，从未发生过因为励磁故障而造成停机事故，为企业创造了良好的社会效益和经济效益。1.1、主要特点 * 控制速度快、精度高： 采用多处理器系统、哈佛结构、并行处理
8、技术、多级流水线、高速DSP内核，数据处理速度和精度大大提高。* 多功能：PID调节、非线性最优、线性最优、电力系统稳定器、模糊逻辑等控制方式可选。* 全数字化、高可靠性：主控单元采用进口高性能的数字式控制单元（LF21型采用可编程计算机控制器PCC，LF22型采用高性能16位嵌入式微控制器MCU，LF23型采用高速32位DSP控制器DSP，LF24型采用可编程控制器PLC），励磁装置的操作逻辑电路，机械或电子的电压整定机构都可以简化或取消。实现全交流采样技术，采用大规模集成芯片，装置可靠性大大提高。 * 表面贴工艺，多层印刷电路板，军品级芯片，重要芯片均采用国内外知名企业的成熟产品。保证装置
9、平均无故障时间达100000小时。 * 独特的软件设计方法： 采用美国CMX公司推出的微控制器实时多任务操作系统RTOS及其功能强大的专家库函数，面向任务的程序设计风格，按全优先服务方式进行资源管理、任务调度、异常处理等工作，工作极为可靠，也使微控制器的性能得以最大程度的发挥；采用C语言或梯形图（PLD）、指令表（IL）、Basic、结构文本（ST）、顺序功能图（SFC）、数据模块编辑器、数据类型编辑器等编程，执行速度快，可读性好，易于扩展和移植。 * 采用快闪存储器（Flash ROM），支持自举载入程序及远程维护。 * 通讯和网络功能： 提供非常开放的通讯接口和网络接口，具有标准的RS23
10、2/485/422或高速现场总线CANBUS、TCP/IP或MODEM等实现网络通讯。非常方便地及其它设备或网络联接，实现设备控制、管理的自动化、信息化（可选）。* 方便直观的人机接口： 采用触摸屏或中文文本显示器(可选)显示，汉化界面，数据显示直观明了，信息量大。非常直观地在线选择、切换工作方式，设置、修改参数和对运行状态监控。可以做到无需说明手册而操作。* 对于无刷励磁系统，具有旋转整流盘故障监测功能。 * 可靠的灭磁系统： 可选用阻容无触点的静态灭磁方法（我公司专利技术），无噪音、无操作过电压，可靠、平稳，也可选用传统的灭磁开关和灭磁电阻的灭磁方法。 * 完善的自检及控制、保护功能，用于
11、保护励磁装置本身和同步发电机的安全运行： 具有误强励、过励反时限、欠励、PT断线、V/HZ保护、失脉冲、均流越限检测及保护、过流、过压等保护功能。 * 控制单元采用西门子结构、加强型单元机箱、插拔式模块，独特的抗干扰设计，抗干扰能力强。整流桥及风机单元都采用模块化结构，安装、更换方便。可以不停机、不减载在线更换控制单元及风机单元。 * 主回路可采用自并励、他励、三机励磁、带直流励磁机的间接自励及无刷励磁系统等各种形式。 * 具有手动、自动（恒机端电压、恒功率因数、恒无功功率）调节励磁功能，相互切换无扰动。* 双通道互为备用工作方式： 根据用户需要，可以采用单通道工作方式或双通道互为备用工作方式
12、。双通道无扰动自动切换（可选）。 * 故障数据录波及事故记忆功能（可选）： 记忆故障前1秒，故障后19秒的检测数据，包括励磁电流、功率因数、有功功率、无功功率、定子电流、定子电压、三相交流电压、脉冲触发角、频率及时间等。 按照先进先出的原则记录20组操作信号、故障信号、保护动作信号发生的时间。记录的数据可以用打印机输出或向上位机传送。 * 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，交流励磁机时间常数试验等。 * 装置电源采用双路供电，一路来自于直流蓄电池电源，另一路来自机端变或厂用交流电降压整流。两路电源经二极管并联运
13、行，互为冗余，提高了装置的可靠性。1.2、主要技术指标及功能1、调压精度：0.5。2、调压范围：5 130。3、调差范围：30，级差1。4、调节频率：不低于300次/秒。5、晶闸管控制角的分辨率：0.0048度/位码。6、A/D转换：16路输入，分辨率16位、14位或12位。7、A/D转换速率：200K/S。8、移相范围：10150度，上下限制可设定。9、开关量I/O：24路开关量输入，16路开关量输出，均采用光电隔离。10、阶跃特性：10阶跃超调量20，振荡次数小于2次，调节时间小于5秒。11、电源的适应性：电源电压变化范围50。12、调节器输入电气量： 定子电压：量测PT、3相；仪表PT、
14、3相。 定子电流：3相。 转子电流信号。 同步电压信号：3相。13、电源功率：小于200W。1.3、型号及使用范围LF2 / 第二章 系统配置2.1、硬件组成 针对用户的具体要求和不同的发电机组，LF2000励磁装置的配置可以采用单通道（即一套主控单元、一套功率单元）或双通道运行（即二套主控单元、二套功率单元）或混合模式（即二套主控单元、一套功率单元或一套主控单元、二套功率单元），双通道工作模式配备完全独立的两个控制柜，两套系统并列运行，每套系统均能满足包括强励在内的发电机各种运行工况对励磁调节特性及可靠性的要求，每柜均含以下几个主要部分。 主控制单元： 可编程计算机控制器PCC（LF2100
15、型）、高性能的16位嵌入式微控制器MCU（LF2200型）、先进32位嵌入式微控制器MCU（LF2300型）、可编程控制器PLC（LF2400型） 功率单元： 可控硅全控或半控桥整流电路或开关管方式，其参数依工 程而定控制电源： 交直流双路供电，采用进口高可靠电源模块 操作逻辑： 西门子SIEMENS可编程控制器S7-200或进口继电器控制逻辑 人机接口： 触摸屏或文本显示器，汉化界面（用户选择）2.2、主控单元硬件组成发电机励磁调节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，15V）2、开关电源组件2（24V
16、1，24V2）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LF2000系列不同型号的励磁装置其主控单元的主机板组成不同：分别是可编程计算机控制器PCC、高性能16位嵌入式微控制器MCU、先进32位嵌入式微控制器MCU、可编程控制器PLC。2.2.1、可编程计算机控制器PCCLF2100系列主控单元基本配置包括6种控制模块，它们分别是中央控制器模块（CPU）7CP476.60-1，模拟量/数字量转换模块（A/D）3AI351.70，开关量输入输出模块（DIO）7DM465.7，脉冲形成模块（PULSE）7DO13
17、5.70，模拟量变送模块（PTCT）ATA8383，高速计数模块（COUNTER）7DI135.70，人机接口模块（DISPLAY）：用户可以选用紧凑型文本显示器（B&R PANELWARE）PP127或触摸屏式显示器（B&R POWERPANEL） PP120。CPU：7CP476.60-1（B&R2003 CPU模块） 中央处理器：B&R2003 CPU 指令周期：0.5S（平均时间为70开关量和30的模拟量处理） 存储容量：750KB SRAM，1.5MB Flash PROM实时时钟分辨率：1S串行口：一个RS232，一个CANBUS（电隔离）A/D：7AI1351.70（B&R200
18、3模拟量模块） 分辨率：12位符号位转换时间：不大于0.2mS范围：10V或020mADIO：7DM465.7（B&R2003数字量混合模块） 点数：16入/16出输入：24VDC，4mA，1mS输入延迟输出：24VDC，0.5A，450S输出延迟COUNTER：7DI135.70（B&R2003高速计数模块）输入、输出点数：4路高速数字输入、1路微秒级比较器输出输入电压：24VDC输入延迟：最大值为3S输入频率：100KHZPULSE：7DO135.70（B&R2003数字量输出模块）输出点数：4路输出类型：FET开关电压：1224VDC开关电流：最大0.1A开关滞后：小于2.4SDISPL
19、AY： 紧凑型文本显示器（B&R PANELWARE）PP127显示范围：最小LCD 420，最大128240象素的图形终端（1640字符）按键：最多47个键，部分LED指示保护：IP65 触摸屏式显示器（B&R POWERPANEL）PP120显示：5.7LCD单彩1/4VGA、5.7LCD彩色1/4VGA、10.4TFT液晶屏触摸屏：电阻型处理器：GEODE SC2200 233MHZ接口：RS2322.2.2、高性能16位嵌入式微控制器LF2200型主控单元基本配置包括6种控制模块，它们分别是中央控制器模块（CPU）CKK9601（含人机接口模块（DISPLAY）KCD2864），模拟量
20、/数字量转换模块（A/D）ATD8386，开关量输入输出模块（DIO）DIO1616，模拟量变送模块（PTCT） ATA8383，继电器报警输出模块（SSR） DEL1616，脉冲放大模块（PULSA）MCF2406。CPU：CKK9601 中央处理器：MCS8098/80C196KB/80C196KC，16位 工频频率： 12MHZ/16MHZ/20MHZ 存储容量： EPROM 16KB/RAM 72KB/E2PROM 2KB 高速输入： 4HSI 高速输出： 6HSO 定时器： 2个硬件定时器加4个软件定时器，16位串行口： 全双工，9600/19200 BPSA/D：ATD8316 A
21、/D芯片： ADS774 分辨率： 12位 转换时间： 8.5S 通道数： 8/16通道同时采样保持 电源： 自带DC/DC隔离电源 功率消耗： 5VDC，50mADIO：DIO1616 点数： 光电隔离式16入/16出 输入阻抗： 2K 输出驱动： 50VDC，200mA 延迟时间： 不大于10S功率消耗： 5VDC，60mAPTCT：ATA8383 模拟通道数：12通道电压，4通道电流 输入： 电压100VAC，电流5A 输出： 05VAC 时间延时： 10mS 功率消耗： 5VDC，100mASSR：DEL1616 控制点数： 16点，共16个端子 直流输入： 30VDC220VDC 节
22、点电流： 最大2A功率消耗： 5VDC，100mA PULSA：MCF2406 脉冲点数： 6路 输入： 光电隔离输出： 脉冲变压器隔离电源： 24VDC功率消耗： 24VDC，200mADISPLAY：KCD2864可显示文字种类：汉字、英文或图形点阵数：12864点大小：0.390.55尺寸：78.070.002.2.3、先进32位嵌入式微控制器 LF2300型主控单元基本配置为6种控制模块，除中央控制器模块（CPU）CKK6832（含人机接口模块（DISPLAY）KCD6448）不同外，其余5种模块及LF2200型主控单元配置基本相同。CPU：CKK6832中央处理器：MC68332工作
23、频率：16MHZ/20MHZ/25MHZ存储容量：1M Flash ROM、1M SRAM 定时器：2个定时器加16个独立的可编程通道，每通道可执行任意的定时功能，包括输入捕捉、输出比较、PWM调制输出串行口：1个RS232接口，1个SPI接口，1个BDM接口DISPLAY：KCD6448可显示文字种类：汉字、英文或图形分辨率：12232（单显）、12864（单显）、240128（单显）、320240（单显）、640480（彩显）键盘：88矩形键盘（包括8个数码管）2.2.4、可编程控制器PLC LF2400型主控单元基本配置包括8种控制模块，它们分别是中央控制器模块（CPU）FP2C1A，模
24、拟/数字转换模块（A/D）FP2AD8，开关量输入输出模块（DIO）FP2X16D2、FP2Y16R，脉冲形成模块（PULSA）MCF2416，电源模块（POWER）FP2PSA3，模拟量变送模块（PTCT）AT8383，人机界面（DISPLAY）GT10。CPU：FP2C1A（FP2型可编程控制器CPU单元） 程序容量：48K步 运算速度：0.35S（顺序指令）内部继电器：4048点定时器/计数器：共1024点串行口：1个RS232C和1个高级通讯接口（可联接调制解调器）AD：FP2AD8（FP2型可编程控制器模拟量单元）分辨率：16位（10V）转换时间：0.5mS/通道通道数：8通道总精确
25、度：1.0F.S.（055摄氏度）DIO：FP2X16D2、FP2Y16R（FP2型可编程控制器输入、输出单元）点数：FP2X16D2：16点直流输入，FP2Y16R：16点继电器输出输入阻抗：3K输出驱动：250VAC，2A延迟时间：输入0.2mS以下，输出10mS以下电源模块：FP2PSA3（FP2型可编程控制器电源单元）输入：100240VAC电流消耗：0.7A以下（100VAC），0.4A以下（200VAC）输出：5VDC，5A（最大）DISPLAY：GT10（FP2型可编程控制器触摸屏）显示元素：STN单色LCD可显示文字种类：汉字、英文或图形点阵数：160（W）64（H）点阵触摸分
26、辨率：分辨数20（W）8（H）通讯规格：RS232C标准 2.3、功率单元功率单元可采用可控硅三相全控桥整流电路或其它电路形式。可控硅三相全控桥整流电路，共采用了6个可控硅单元，每个SCR上均有RC吸收回路，整流电源由励磁机供给，交流侧装有的空气开关以及快速熔断器作为电源开关及保护。在整流桥的直流侧接有直流电流表及直流电压表，以监视整流桥的直流输出。整流桥的输出通过开关及发电机的励磁绕组相连接。对于电阻电感负载，不同的角时输出的直流电压为： Uf-整流桥输出的直流电压 UZ-直流桥输入的交流线电压 全控桥要求有6个相同的移相触发脉冲，为保证触发的可靠性，LF2000采用的相差60电角度的双脉冲
27、触发，触发脉冲幅值为24V，宽度为18，角的变化范围可以从10150（若考虑强励顶值倍数限制，min要予以限制）。2.4、操作逻辑数码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以及节点的扩展，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经光隔后读入主控单元，由此可见，开关量经过电磁及光电双重隔离，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。2.5、软件结构全数码励磁装置的软件由主程序和中断服务程序两部分组成。主程序控制数码励磁装置的主要工作流程，完成数据处理、控制规律的计算、控制命令的发出及限制、保护等功能；中断服务程序则用于实现交流信号的采样及数据处理、触发脉冲的软件分相和机端电压的频率测量等功能。本系统的总体软件设计如图2.1所示。除主程序外，软件中还有三个起不同作用的中断服务子程序。分别用于交流信号的采样（流程图如图2.2所示）、触发脉冲的软件分相和机端电压的频率测量（流程图如图2.3所示）以及由WATCHDOG发出的中断（流程图如图2.4所示）。主程序包括以下几个模块：（
