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发电机励磁系统的简述

北极星电力网技术频道    作者:3   2007/12/21 13:04:13   

摘要:贵州兴义响革电站是木浪河水库的二期配套工程项目,该电站所有设备和控制、保护均实现了全微机化,具备了遥测、遥信、遥控、遥调的四遥功能,具有监控、自检、远传等许多优点,已基本达到国家大中型电站的自动化水平,处于国内水电站先进行列,它集自动化水平高、效率高、人员少、建设工期短、投资和运行费用省的优点于一身,可供在建、拟建、改建、扩建的同类地方小型水电站参考。本文从系统结构、软/硬件功能等方面对电力监控微机综合自动化系统在响革电站的应用作了详细论述,并通过与常规电站的比较,阐述了电力监控微机综合自动化系统重要的现实意义和作用。

关键词:贵州兴义;响革电站;电力监控微机综合自动化系统;应用

0概要

木浪河二级(响革)电站是贵州南江集团按照“无人值班、少人值守”设计原则建设的一座地方水电站,也是贵州兴义地方电网中所有设备的控制、保护均实现全微机化的电站,它是木浪河水库的二期配套工程项目,装机2×2500KW,该电站于19993月以股份制形式开始筹建,至20001117正式建成发电。从筹建到投产仅用了一年半左右的时间,总投资额1575万元,每单位千瓦投资仅为0.315万元。响革电站的建成投产,大大缓解了兴义市地方电网一度缺电的局面,打破了集团公司自1995年以来供电量一直徘徊在1.1亿KW.h左右的制约瓶颈,一年可以解决近3000万度的供电量缺口。此外,在110KV鲁兴线停电时它还作为主力电站向地方电网供电。目前该电站已安全运行200余天,为地方电网输送电能700多万度。响革电站电力监控微机综合自动化系统取消了常规控制屏,继电保护按一次设备单元分散布置,实现了遥测、遥信、遥控、遥调的四遥功能,具有监控、自检、远传等许多优点,已基本达到国家大中型电站的自动化水平,处于国内小型水电站先进行列,它集自动化水平高、效率高、人员少、建设工期短、投资和运行费用省的优点于一身,可供在建、拟建、改建、扩建的同类地方小型水电站参考。下面就电力监控微机综合自动化系统在该站的应用及其意义、作用等作一概述。

1系统结构

1.1硬件结构及环境

整个系统为全开放的分层分布式微机系统。系统由主控层、现地单元LCU层组成,机组LCU又由LCU管理层与直接控制层构成。各层及单元之间采用CAN以太网进行通信联系,站内通过CAN总线构成一个互相联系的微机局域网。现地LCU共计三个,2个机组LCU1个升压站及公用设备LCU,公用LCU不设管理机。电站综合自动化系统结构如图1

POWERSYS计算机电力监控系统站内服务器由2#机组现地监控微机兼任,主要存放组态系统文件,设工作站三个。服务器采用网络操作系统WindowsNTServer4.0,数据库MicrosoftAccess,工作站采用客户端软件平台WindowsNTStation4.0它不仅支持点对点的通讯方式,而且是真正的信息高速公路网络,支持客户/服务器通讯方式和流行的TCP/IP等通讯协议。整个系统实现了数据库和功能应用软件的网络平台共享。系统各应用软件都可在服务器或客户机之一运行,但分布相对有侧重。系统中各保护、控制、监控单元的内部源程序采用MicrosoftMASM6.11汇编语言,高级语言采用MicrosoftVisualC 5.0VisualBasic5.0。画面生成、数据库生成、报表生成均通过POWERSYS软件包的组态工具在现场实现,应用简便。

1.2软件结构

POWERSYS计算机电力监控软件是重庆新世纪电气有限公司研制开发的新一代水电站监控软件。该软件包主要由组态和运行两部分组成。组态部分设定系统的初始值,确定系统的配置。其硬件由广西柳州电器设备厂和重庆新世纪公司联合开发的EDCS-6000综合自动化系统构成,系统结构、单元箱类型确定、通讯种类和控制方式定义、运行画面制作、报表生成等都在组态部分完成。

组态部分的结果值作为运行部分的初始值,运行部分以实时数据库为基础,包含了图形界面、数据库、报表打印、事件记录、报警处理等任务模块。

2功能概述

2.1硬件EDCS-6000微机综合自动化电力监控系统硬件分为主控层和现地单元LCU层。

2.1.1主控层主控层是全站的管理及控制核心,主要完成全站运行状态及运行数据采集、数据处理、数据记录、人机对话、全站自动控制、信息远传等任务。主控层采用2Pentium-550工业控制计算机IPC(配221英寸PHILIPS高分辨率彩显、2EPSON打印机)及一套大型专用微机桌组成。在主控层的两台上位工控机上可进行现地LCU层所有监控、保护单元初始状态的设置、保护定值及时限的整定和修改。主控层的具体功能如下:(1)数据采集和处理:经通信采集各现地控制单元LCU的模拟量、数字量;采集各电度表的电度量;对采集来的数据进行合理性、有效性判断,对有效数据进行分析、处理、计算,形成全站各种监控及管理功能所需的数据;对一些数据作为历史数据予以整理和保存。(2)控制和调整:机组的开、停机和发电控制;断路器的分合闸控制和辅助设备的单点操作;机组有功和无功功率按脉冲方式和按给定值方式的调整;全厂公用设备(油、气、水设备)的启、停操作。(3)对全厂设备进行监视(包括由计算机系统对设备运行进行自动监视、越限报警以及由值班人员通过计算机人机接口系统对电厂设备进行监视)其内容有:运行状态及运行参数值;运行参数趋势或变化率;运行时间和动作次数统计;设备运行缺陷监视与维修/维护指导;电量分项分时累加;主要动力设备运行统计计算。(4)运行记录管理及运行指导:设备及系统操作记录;全厂主要设备运行时间或动作次数统计,事故、故障及不正常状态记录;故障、事故和某些情况下的运行指导;运行日志及各种报表的生成和打印;电厂运行记录的存档管理等。(5)人机接口(通过键盘、鼠标、显示器CRT、语音报警及打印机等人机接口设备,提供运行人员对电厂设备及计算机监控系统进行监控与管理的接口能力)包括:调用CRT画面对电厂设备及计算机监控系统进行监视,有动态多窗口画面的放大、切换、关闭及实时曲线、棒形图、设备工况、表格、事件/故障报警窗等;对电厂设备发布操作命令进行调整,并对执行过程进行监视,提示指导与处理;设备故障、事故及计算机监控系统故障的窗口语音报警、记录与打印;测控点监控功能的投切及数据/操作点的人工设置、禁止扫描、禁止报警、禁止操作及其功能恢复等;计算机监控系统运行方式或参数的设定,控制功能使用授权的登录设定;在线或离线对数据库、报表、画面、操作票及运行指导等的编辑或修改。(6)通讯功能:可根据需要用软件接通或切除与调度中心等外部系统的通信联系;与厂内各现地控制单元及智能装置通信,取存各种数据和下送各种命令。(7)开发及维护功能:运行维护;新增功能开发;进行画面、报表、数据库等的离线开发及编辑。

2.1.2现地单元LCU

现地单元LCU层由2个机组LCU(各设一台Pentium-400一体化工控机作为管理机)、1个升压站及公用设备LCU(公用LCU不设管理机)

组成。一个现地单元由几个不同的控制单元构成,一个控制单元完成某一设备的监控或保护任务。控制单元的功能是采集电站各设备的运行数据及状态,向主控层传送所采集的数据,同时接收并执行主控层发出的各种操作命令,完成对电站设备运行的监视控制及保护。除可在直接控制层各单元上观察运行参数、运行状态、各种保护定值及控制参数,修改保护定值

及控制参数外,还可经CAN通讯口,将本单元采集的运行参数、运行状态及保护动作信息等数据上传至上一层管理机,并经管理机向上位机或调度中心转发而实现遥测、遥信、遥控、遥调的四遥功能。此外,直接控制层各单元还设有手动操作功能,管理层故障时,可实现所属对象的现场手动控制,完成分/合闸操作。

2.1.2.1机组LCU

整个机组LCULCU管理机、发电机保护单元EDCS-6310/6320、发电机监控单元EDCS-6330PLC水机控制单元等设备构成。发电机保护、监控单元与LCU管理机之间采用CAN工业现场总线通讯,PLC水机控制单元与管理机之间采用RS-232经通信转换器转换成CAN总线方式通信。其结构如图2

EDCS-6310单元作为发电机的主保护,其功能包括:差动保护、过流保护、方向电流速断保护(正向瞬时、反向限时)、过压保护、定子一点接地保护、温度、瓦斯保护(用于发变组单元接线中对变压器进行油温测量、风扇控制等,风扇的控制可按温度或电流进行整定)等。

EDCS-6320单元作为发电机后备保护,其功能包括:单元件横差保护、纵向零序过电压保护、复合电压启动的过流保护、过负荷保护、负序过流保护、三次谐波定子接地保护、过励磁保护、转子一点接地保护、简易失磁保护等。

发电机监控采用EDCS-6330发电机监控单元构成。可完成下列功能:(1)对机端电流、电压、功率、频率、功率因数、励磁电流及励磁电压等模拟量进行采集测量(2)实现脉冲法或积算法的电度计量(3)具有状态监视功能,能对分合闸回路、控制电源、断路器及隔离开关状态、开限开度全开/全关位置信号进行监视(4)能实现断路器分闸及同期合闸控制、实现频率升/降及增/减磁控制等。

2.1.2.2PLC水机控制单元

PLC水机控制单元的核心是一台带通讯的小型可编程控制器(PLC)及各种隔离和驱动继电器。其主要功能如下:(1)接收来自水机自动化元件、调速器、励磁屏的各种状态、故障及事故信息(2)经通讯接收智能变送器传来的机组运行的非电模拟参数:包括调速器油压、开限、开度、冷却水压力、流量等(3)接收由站级管理机及发电机监控单元送来的控制命令,并根据控制命令及各种外部信号,完成对水机的自动控制及保护功能,实现频率和有功功率的控制,向励磁屏发出灭磁开关分、合闸及起励等控制信号(4)正常运行时,可根据需要发出增/减磁、增/减功信号,以调节机组的端电压或有/无功功率。

同步发电机为了实现能量的转换,需要有一个直流磁场而产生这个磁场的直流电流,称为发电机的励磁电流。根据励磁电流的供给方式,凡是从其它电源获得励磁电流的发电机,称为他励发电机,从发电机本身获得励磁电源的,则称为自励发电机。

一、发电机获得励磁电流的几种方式

1、直流发电机供电的励磁方式:这种励磁方式的发电机具有专用的直流发电机,这种专用的直流发电机称为直流励磁机,励磁机一般与发电机同轴,发电机的励磁绕组通过装在大轴上的滑环及固定电刷从励磁机获得直流电流。这种励磁方式具有励磁电流独立,工作比较可靠和减少自用电消耗量等优点,是过去几十年间发电机主要励磁方式,具有较成熟的运行经验。缺点是励磁调节速度较慢,维护工作量大,故在10MW以上的机组中很少采用。

2、交流励磁机供电的励磁方式,现代大容量发电机有的采用交流励磁机提供励磁电流。交流励磁机也装在发电机大轴上,它输出的交流电流经整流后供给发电机转子励磁,此时,发电机的励磁方式属他励励磁方式,又由于采用静止的整流装置,故又称为他励静止励磁,交流副励磁机提供励磁电流。交流副励磁机可以是永磁机或是具有自励恒压装置的交流发电机。为了提高励磁调节速度,交流励磁机通常采用100——200HZ的中频发电机,而交流副励磁机则采用400——500HZ的中频发电机。这种发电机的直流励磁绕组和三相交流绕组都绕在定子槽内,转子只有齿与槽而没有绕组,像个齿轮,因此,它没有电刷、滑环等转动接触部件,具有工作可靠,结构简单,制造工艺方便等优点。缺点是噪音较大,交流电势的谐波分量也较大。

3、无励磁机的励磁方式:

在励磁方式中不设置专门的励磁机,而从发电机本身取得励磁电源,经整流后再供给发电机本身励磁,称自励式静止励磁。自励式静止励磁可分为自并励和自复励两种方式。自并励方式它通过接在发电机出口的整流变压器取得励磁电流,经整流后供给发电机励磁,这种

励磁方式具有结构简单,设备少,投资省和维护工作量少等优点。自复励磁方式除设有整流变压外,还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器。这种互感器的作用是在发生短路时,给发电机提供较大的励磁电流,以弥补整流变压器输出的不足。这种励磁方式具有两种励磁电源,通过整流变压器获得的电压电源和通过串联变压器获得的电流源。

二、发电机与励磁电流的有关特性

1、电压的调节

自动调节励磁系统可以看成为一个以电压为被调量的负反馈控制系统。无功负荷电流是造成发电机端电压下降的主要原因,当励磁电流不变时,发电机的端电压将随无功电流的增大而降低。但是为了满足用户对电能质量的要求,发电机的端电压应基本保持不变,实现这一要求的办法是随无功电流的变化调节发电机的励磁电流。

2、无功功率的调节:

发电机与系统并联运行时,可以认为是与无限大容量电源的母线运行,要改变发电机励磁电流,感应电势和定子电流也跟着变化,此时发电机的无功电流也跟着变化。当发电机与无限大容量系统并联运行时,为了改变发电机的无功功率,必须调节发电机的励磁电流。此时改变的发电机励磁电流并不是通常所说的“调压”,而是只是改变了送入系统的无功功率。

3、无功负荷的分配:

并联运行的发电机根据各自的额定容量,按比例进行无功电流的分配。大容量发电机应负担较多无功负荷,而容量较小的则提供较少的无功负荷。为了实现无功负荷能自动分配,可以通过自动调节的励磁装置,改变发电机励磁电流维持其端电压不变,还可对发电机电压调节特性的倾斜度进行调整,以实现并联运行发电机无功负荷的合理分配。

三、自动调节励磁电流的方法

在改变发电机的励磁电流中,一般不直接在其转子回路中进行,因为该回路中电流很大,不便于进行直接调节,通常采用的方法是改变励磁机的励磁电流,以达到调节发电机转子电流的目的。常用的方法有改变励磁机励磁回路的电阻,改变励磁机的附加励磁电流,改变可控硅的导通角等。这里主要讲改变可控硅导通角的方法,它是根据发电机电压、电流或功率因数的变化,相应地改变可控硅整流器的导通角,于是发电机的励磁电流便跟着改变。这套装置一般由晶体管,可控硅电子元件构成,具有灵敏、快速、无失灵区、输出功率大、体积小和重量轻等优点。在事故情况下能有效地抑制发电机的过电压和实现快速灭磁。自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。被测量信号(如电压、电流等),经测量单元变换后与给定值相比较,然后将比较结果(偏差)经前置放大单元和功率放大单元放大,并用于控制可控硅的导通角,以达到调节发电机励磁电流的目的。同步单元的作用是使移相部分输出的触发脉冲与可控硅整流器的交流励磁电源同步,以保证可控硅的正确触发。调差单元的作用是为了使并联运行的发电机能稳定和合理地分配无功负荷。稳定单元是为了改善电力系统的稳定而引进的单元。励磁系统稳定单元用于改善励磁系统的稳定性。限制单元是为了使发电机不在过励磁或欠励磁的条件下运行而设置的。必须指出并不是每一种自动调节励磁装置都具有上述各种单元,一种调节器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关。

四、自动调节励磁的组成部件及辅助设备

自动调节励磁的组成部件有机端电压互感器、机端电流互感器、励磁变压器;励磁装置需要提供以下参数:厂用AC380v、厂用DC220v控制电源.厂用DC220v合闸电源;需要提供以下空接点,自动开机.自动停机.并网(一常开,一常闭)增、减;需要提供以下模拟信号,发电机机端电压100V,发电机机端电流5A,母线电压100V,励磁装置输出以下继电器接点信号;励磁变过流,失磁,励磁装置异常等。

励磁控制、保护及信号回路由灭磁开关,助磁电路、风机、灭磁开关偷跳、励磁变过流、调节器故障、发电机工况异常、电量变送器等组成。在同步发电机发生内部故障时除了必须解列外,还必须灭磁,把转子磁场尽快地减弱到最小程度,保证转子不过压的情况下,使灭磁时间尽可能缩短,是灭磁装置的主要功能。根据额定励磁电压的大小可分为线性电阻灭磁和非线性电阻灭磁。

近十多年来,由于新技术,新工艺和新器件的涌现和使用,使得发电机的励磁方式得到了不断的发展和完善。在自动调节励磁装置方面,也不断研制和推广使用了许多新型的调节装置。由于采用微机技术软件实现的自动调节励磁装置有显著优点,目前很多国家都在研制和试验用微型计算机配以相应的外部设备构成的数字自动调节励磁装置,这种调节装置将能实现自适应最佳调节。

来源:未知
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