LM在同步发电机励磁装置中的应用_LM_PLC

LM在同步发电机励磁装置中的应用

2009/11/13 14:03:00

　 1引言
　　励磁装置是指同步发电机的励磁系统中除励磁电源以外的对励磁电流能起控制和调节作用的电气调控装置，随着现在用电负荷的加大，人们对于中小型发电机的需求量越来越大，对于发电机输出电压的稳定性等方面的性能要求也越来越高，以和利时可编程控制器为核心的WPL-8000型发电机励磁装置，适用于十万千瓦以下的同步发电机组的调相、调压和无功自动调节。
　

　　2 励磁系统原理
　　励磁系统是电站设备中不可缺少的部分。励磁系统包括励磁电源和励磁装置。励磁电源包括直流励磁机、交流励磁机、励磁变压器及整流器，励磁装置包括电压调节器、灭磁、保护和监视装置等。励磁装置的使用，是当电力系统正常工作的情况下，维持同步发电机机端电压于稳定给定的水平上，同时，还具有强行增磁、减磁和灭磁功能。
　

　　励磁系统就是调节和控制励磁电流的设备，励磁电流与发电机有密切的关系，发电机可以通过励磁电流调节发电机的端电压。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。
　

　　励磁方式为获得励磁电流的方法。目前主要采用的励磁方式分为两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；另一类是用整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统，也称为自励方式。自励式励磁可分为自并励和自复励两种方式。
　

　　自并励励磁方式：自并励系统(见图1)通过接在发电机出口的励磁变压器取得励磁电流，经整流后供给发电机励磁。

图1自并励原理图

　　自并励方式的优点：结构简单、可靠性高、造价低、维护量小；没有励磁机，励磁变压器放置自由，缩短了机组长度；直接用可控硅控制转子电流、电压，可获得很快的励磁电压响应速度。自并励方式的缺点：自并励系统强励能力差；短路电流的迅速衰减，带时限的继电保护有可能出现拒动，使继电保护配合较复杂。
　

　　自复励励磁方式：自复励系统(见图2)除设有励磁变压器外，还设有串联在发电机定子回路的电流互感器。这种励磁方式可以从励磁变压器和串联变压器同时获得电源，解决了发电机近机端短路时的强励问题。

图2自复励原理图

　　
　　自复励系统存在以下缺点：
　　1、串联变压器运行噪声很大。
　　2、串联变压器的电抗使整流柜的可控硅换相角和可控硅的关断尖峰电压增大。
　　3、增加了串联变压器，设备和接线都变得复杂了，维护工作量。

　　3 励磁装置实现
　　WPL-8000型发电机励磁装置硬件部分包含：触摸屏、LM3108 CPU模块、LM3310模/数转换模块、LM3320数/模转换模块、脉冲形成与放大板、信号处理模块等。

图3 控制程序组成框图

　　软件部分包含：控制程序和触摸屏监视画面。其中控制程序包括：主程序、初始化程序、运行控制子程序、显示子程序、模拟量处理子程序、功率计算子程序、调节计算子程序、中断服务子程序、通讯子程序等部分。控制程序组成框图如图3所示。

　　其中控制子程序包含自动（恒压）、手动（恒流）及恒功率因数三种运行方式。机组正常运行时，运行方式的切换可按人工预置方式进行，也可在线进行手动切换。当机组从带负荷状态进入空载运行时，调节器将自动返回到恒压运行方式。

　　WPL-8000型发电机励磁装置在调节过程中，很重要一点是要把发电机和装置本身的状态信号采集给PLC，然后通过PLC模拟量处理子程序来完成。这些信号包括：
　　发电机电压转换信号Uf1：发电机无功测量信号转换成调差信号，供PLC作恒压调节反馈信号。
　　系统电压转换信号Uf2：系统二次电压转换成直流信号，供PLC作自动跟踪电压信号。
　　无功转换信号UQ：采用无功变送器将发电机二次B相电压和B相电流转换成正比发电机无功功率的直流信号UQ，供PLC作低励限制的Q值信号。
　　有功转换信号UP：转换与上面一样，供PLC作低励限制的P值信号。
　　功率因素信号Uφ：UP和UQ经PLC运算获得COSφ值的信号。
　　励磁电流转换信号UIL：采用电流变送器将转子电流转换成直流信号，送PLC作为恒流、限流环节的反馈信号UIL。
　　励磁电压转换信号UL：采用电压变送器将转子电压转换成波形不失真的信号，PLC对该信号进行计算处理，达到检测整流桥工况的目的。
　　同步信号：取自机端整流变的副边，真实的跟踪同步，经同步变压器转换成满足1%残压时能同步的信号。
　　开关量输入信号：指令信号：开、停机信号，增减磁信号，投入运行信号；位置信号：油开关位置，灭磁开关位置，通道切换继电器位置信号；故障信号：快熔断信号、风机停信号、PT断线信号。
　

　　系统通过触摸屏来修改、显示机组参数、现场工况和故障信息。几个主要的触摸屏画面如下所示：
　　1、主菜单画面：主要是完成系统功能画面的选择。可以进入参数显示、参数设置、功能设置、操作信息等画面。

　　2、参数显示画面，显示电流、电压、频率等参数。

　　3、功能设置画面。

　　4、操作说明画面。

　　4系统优点
　　功能软件化：充分发挥PLC的软、硬件功能，实现了大部分限制和保护功能，完成各种控制、调节功能。系统采用高集成度的移相触发集成电路克服了以往由分立元件组成的移相触发电路的烦琐、维护困难、可靠性差的缺陷。系统既可通过常规电量变送器、继电器操作方式和计算机监控系统联接，也可通过串行通讯与计算机监控系统联接。

　　操作简单：PLC控制系统设计了就地、远方两套操作方式，无论是在现场还是在中控室，均能实现对励磁系统的控制。通过触摸屏可以即时显示机组参数、调节器工况和故障信息，并可通过触摸屏实现控制参数的修改。

　　5结论
　　WPL-8000型发电机双微机励磁装置采用可编程控制器作为控制核心，可编程控制器是专门为工业控制领域开发的高科技产品，本身具有高可靠性。本装置配有两套PLC调节器，两套调节器互为备用，故障时能自动切换，极大的提高了调节器的可靠性。

　　参考文献
　　[1] 李发海.电机与拖动基础[M].北京：清华大学出版社
　　[2] 杭州和利时自动化有限公司. LM小型一体化PLC硬件手册，2008
　　[3] 杭州和利时自动化有限公司. LM小型一体化PLC软件手册，2008
　　[4] 杭州和利时自动化有限公司. LM小型一体化PLC指令与功能块手册，2000