ABB的励磁培训教材

ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 1 页 共 95 页ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材技术培训教材（第一版）（第一版）编写：卢贺成 李强河南华润电力首阳山有限公司2009 年 5 月ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 2 页 共 95 页第一部分：基本原理和硬件介绍一、发电机的电磁机理基本说明：1、应用电磁理论，导体在磁场中切割磁力线产生电动势（电压）：=BLV（B：磁场强度，L：导体长度，V：切割速度） 。简单的讲就是：导体在磁场中做切割磁力线运动，就产生感应电动势，当形成闭合回路时，就会感生出电流。2、对于发电机：转子产生的磁场旋转切割定子线圈，在定子线圈上产生电动势（电压） ，如右图，由 =BLV 可以理解：1、导体长度 L 相当于匝数乘单圈长度，固定不变；2、假定转速不变，切割速度 V=R 也可以理解为不变；3、电动势（机端电压）只与旋转的转子磁场强度成正比，其他基本不变。3、对于载流导线的磁场：任一载流导线在点 P 处的磁感强度: ，电流 I在直导线周围 P 产生的磁场，012(coscos)4IBr无限长载流导体的磁感强度：，当转子本身固有特性02IBr不变时，转子电流磁场在定子导线处感生的磁场强度 B=KI，其中，I 是励磁电流值，K 是综合系数。 IBrIB20IBX X4、综上所述可以理解为发电机定子产生的电动势（机端电压）：12PCDyxzoIU2U1W2V1W1V2NSnCDrzIBB20sind4dyxzIPCDo0r*Bd1r2zzdABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 3 页 共 95 页U=BLV=KI（K：综合比例系数，I：励磁电流） ，电动势 U 与励磁电流 I的大小成正比。5、电动势与机端电压有区别，电动势等于机端电压加定子线圈内阻抗的压降，当发电机空载运行时，定子电流为 0，内阻抗的压降也为 0，发电机的电动势也等于机端电压，调节发电机的励磁电流，直接作用于调节发电机的机端电压；当发电机并网后，定子线圈与负载组成闭合回路，由于定子两端电动势的作用在闭合回路中产生定子电流，内阻抗的压降等于定子电流乘以内阻抗，机端电压等于发电机的电动势减去内阻抗的压降，向外传递电功率。6、由电磁理论可知，电流流过定子线圈产生磁场，而定子电流的磁场又反作用于转子上，对转子产生磁场力作用，可以正交分解为定子有功电流磁场力和定子无功电流磁场力 2 个作用力，其中定子有功电流磁场力对转子的机械扭力起平衡作用，定子无功电流磁场力对转子的转子电流磁场力平衡作用，最终达到平衡状态，下面在发电机的基本原理中将详在发电机的基本原理中将详细讲述细讲述。二、发电机的基本原理说明：1、发电机的基本原理应用到电磁理论，电生磁，磁生电，并且电和磁之间又有磁场力的作用，那就是电枢反应，有功电流产生电磁力，并形成电磁转矩，无功电流产生电磁力，不形成电磁转矩，理论比较抽象，讲起来比较难懂，这里用简单的左右手法则来讲述发电机的基本原理，首先介绍一下左右手法则左右手法则。2、左手法则：确定载流导线在外磁场中受力方向的定则，ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 4 页 共 95 页即与力有关，又称电动机定则。左手平展，大拇指与其余 4 指垂直，若磁力线垂直穿过手心，4 指指向电流方向，则大拇指所指方向即为载流导线在磁场中受力的方向，如右图。3、右手定则：主要判断的是与力无关的方向。右手平展，使大拇指与其余 4 指垂直，并且都跟手掌在一个平面内。把右手放入磁场中，若磁力线垂直进入手心，大拇指指向导线运动方向，则 4 指所指方向为导线中感应电流的方向，如右图。右手定则还可以判断电流产生磁场的方向，如右图。4、判断原则：关于力的用左手，其他的（与力无关，如电流方向、磁场方向等）用右手定则，简单而形象地记忆法则：“力”字向左撇，就用左手；而“电”字向右撇，就用右手。5、转子电流（励磁电流）IL 产生的磁场 B1，大小与转子电流 IL 成正比，B1 =K1I（常数 K1 综合比例系数） ，方向与力无关，利用右手定则，判定方向如图 1 的 B1，代表进入纸面方向，代表出纸面向外方向，以下同，随着转子逆时针旋转，磁场 B1 也跟着逆时针旋转。BIABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 5 页 共 95 页图2图1转子定子定子定子转子转子定子6、定子线圈在旋转的转子磁场 B1 内切割磁力线产生电动势，与力无关，应用右手定则，判定电动势方向如图 1 的 Uf，当定子线圈与转子线圈空间垂直（如位置 90 度或 270 度）时，如图 1 位置，切割的磁力线密度最大，感应的电动势数值最大；当定子线圈与转子线圈空间水平（如位置0 度或 180 度）时，如图 2 位置，运动方向与磁力线平行，不切割磁力线，感应的电动势 Uf 数值为 0。7、实际上，定子线圈感应电动势的大小与转子旋转角 的余弦值有关：即 Uf= LRB1COS（转子线圈旋转角度 ） ，其中 =t，t 为时间（秒） ，以图 1 为起点旋转。B1=K1I（常数 K1 综合比例系数） 。可以理解为发电机的电动势（空载为机端电压，负载为机端电压加内阻电压）：Uf= LRK1I COSt，与励磁电流 I 成正比，是时间 t 的余弦函数。8、在发电机并网之后，在闭合回路中，由感应的电动势 Uf 带负载 R 在定子线圈中产生定子电流 If，假定电动势 Uf 固定不变的话，忽略定子线圈的内阻，定子电流 If 大小与负载（有功功率和无功功率）有关，定子电流的方向与功率因数有关，即电流 If 滞后电动势 Uf 的角度即为功率因ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 6 页 共 95 页数角 ，可以理解为定子电动势 Uf 在转子旋转 t=/ 后才产生对应的定子电流。即如图 1 的状态变为如图 3。图3转子2转子1定子定子9、定子电流 If 产生的磁场 B2，由于定子线圈的固有特性，磁场 B2 的大小与定子电流 If 成正比，即 B2=K2If（常数 K1 综合比例系数） ，方向与力无关，利用右手定则，判定方向如图 3 的 B2，为便于分析，把 B2 正交分解为相对于转子 0 度的磁场 B2d=E2COS（= K2If COS）和 90 度的磁场 B2q=E2SIN（= KIf sin）两个磁场，如图 3。10、B2d 磁场对转子 2 线圈电流 IL 的作用力 fB2d（与力有关，用左手法则判断方向如图 3） ，大小与转子电流 IL 和磁场 B2d 成正比，方向与转子旋转方向相反，稳定状态下 B2d 磁场力与转子的扭力 fn 平衡。11、转子电流 IL 在两个线圈的电流流向相反，如图 3，用右手法则判断转子 1 线圈电流产生的磁场顺时针方向，并且转子 1 磁场作用在转子 2线圈电流上，用左手法则判断转子 1 磁场在转子 2 上的作用力 fIL 方向向外，大小与励磁电流 IL 的平方值有关，同理转子 2 电流磁场在转子 1 上的作用力方向也向外，大小也与 fIL 相等，因此转子电流 IL 在两个线圈ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 7 页 共 95 页之间产生的力 fIL 相斥（如图 3 方向） 。12、而 B2q 磁场对转子 2 电流 IL 的作用力 fB2q（与力有关，用左手法则判断方向如图 3） ，大小与转子电流 IL 和磁场 B2q 成正比，方向与转子 2上的转子 1 作用力 fIL 方向相反，稳定状态下 B2q 磁场力 fB2q 与转子 1电流磁场在转子 2 上的作用力 fIL 平衡。13、当调节主汽门大小，只改变了转子扭力 fn 的大小，励磁电流不变，转子线圈间磁场力 fIL 的大小不变，由牛顿力的平衡定律，如果保持转速 不变，转子线圈平面垂直方向受力平衡，磁场力 fB2d 的大小要改变，但磁场力 fB2q 的大小不变，即产生磁场力 fB2d 的大小要改变，由B2d=E2COS（= K2If COS）可以看出，也就是调节主汽门可以改变定子电流 If 相对于电动势的 If COS 分量，即有功电流要改变，无功电流（If SIN）基本不变。14、相同理论，调节励磁电流大小，转子扭力 fn 不变，转子线圈间磁场力 fIL 的大小改变，相应改变磁场力 fB2q 的大小，由 B2q=B2 SIN（= K2If SIN）可以看出，也就是调节励磁电流可以改变定子电流 If 相对于电动势的 If SIN 分量，即无功电流要改变，有功电流（If COS）基本不变。15、物理教科书上有关描述：当发电机定子电流与电动势同相位，定子磁势轴线与励磁磁势轴线互相垂直，称交轴电枢反应，定、转子磁场互相作用，形成电磁制动转矩，发电机从原动机取得机械能，转化为电能输送出去。当发电机正常运行于功率因数滞后时，定子d轴q轴 A轴A AX XZ ZB BCYFfNS+90+900 0FaABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 8 页 共 95 页磁势中一部分正好与励磁磁势方向相反，起直轴去磁作用，当发电机运行于功率因数超前时，定子磁势中一部分正好与励磁磁势方向相同，起直轴助磁作用。电枢反应的去磁（助磁）作用将会影响发电机端电压有下降（上升）的趋势，为了保持端电压不变，必须相应地增加（减少）励磁电流。16、结论：发电机在旋转的转子磁场中发电，把机械能转化为电能，在、结论：发电机在旋转的转子磁场中发电，把机械能转化为电能，在发电机并网前（空载）发电机并网前（空载） ，调节发电机的励磁电流，作用于调节发电机的机调节发电机的励磁电流，作用于调节发电机的机端电压，发电机并网后，调节发电机的励磁电流，作用于调节发电机的端电压，发电机并网后，调节发电机的励磁电流，作用于调节发电机的无功负荷（无功电流）无功负荷（无功电流） ，有功不变，调节主汽门作用于有功功率（有功电，有功不变，调节主汽门作用于有功功率（有功电流）的变化流）的变化，与励磁电流的大小无关。，与励磁电流的大小无关。三、励磁系统硬件框图说明ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 9 页 共 95 页ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 10 页 共 95 页1、励磁系统主要作用是为发电机提供励磁电流，如上图，励磁电流取自发电机 G，经励磁变-T02 降压和整流柜-EG1-5 整流后输出可调的直流电流，经灭磁开关直接送至发电机的转子回路，提供可调的励磁电流。ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 11 页 共 95 页2、励磁系统主要包括：功率元件整流桥（上图 EG1-5） 、采样模块（上图 MUB） 、逻辑编程和计算的主板模块（上图 COB） 、输入输出控制模块（上图 FIO1-2） 、脉冲形成模块（上图 EG1-5 的 CIN 和 GDI） 、灭磁（上图 Q02）和冷却（上图 E01）等回路。3、励磁系统主要功率调节元件整流桥（上图 EG1-5）的原理：如下图（全波整流） ，整流桥是由 6 只可控二极管组成的十二桥整流回路，输入三相电源（上图励磁变-T02 低压侧电源） 。u2uaubucwt01twwt23twwt45twwt6twug1ug35guug12guug46guug26ugugug000udabcSCR4SCR13526duidRdU11335516644226SCR触发换流B上图为全波整流（控制角=0） ，在不同的控制角下，输出的电流（励磁电流）也不同，当控制角90时，三相全控整流桥工作在逆变状态，整流桥输出平均电压Ud 为负值，即将直流转变为交流。三相全控桥在逆变工作状态时的反向直流平均电压： cos35. 1)180cos(35. 1llUUU对于单相逆变如图:4、对于励磁系统整流桥（上图 EG1-5） ，在整流状态时，其输出电流I=1.35U/Rcos=KUcos，K=1.35/R 是比例系数，当整流桥输入电压（励磁变低压侧电压）基本不变时，整流桥的直流整流桥的直流输出电流与控输出电流与控制角制角 的余弦值成正比，当的余弦值成正比，当 角增大时，角增大时，cos 值减小，整流桥输出电流（励值减小，整流桥输出电流（励磁电流）也减小，反之磁电流）也减小，反之亦然亦然；只有在逆变灭磁时 角取 135 度，大于 90度。5、结合励磁系统的硬件结构原理图（上图） ，我司励磁系统的主功率回路：发电机输出的电压除了到主变外，还经过励磁变（上图 T02） ，送至整流桥（上图 EG1-5） ，在可控硅的控制角（上图 EG1-5 的 CIN 和 GDI输出控制角）控制下，整流桥（上图 EG1-5）直接输出整流后的直流电流到灭磁开关 Q02，灭磁开关闭合，直流送至发电机的转子线圈，作为发电机的励磁电流，在灭磁开关后有转子过电压保护 F02 和 R02，在灭磁开关前有起励回路 Q03 和 A03。6、结合励磁系统的硬件结构原理图（上图） ，我司励磁系统的采样控制回路：发电机出口电压 PT 和电流 CT 经端子排直接送至测量模块 MUB采样和计算，送入主模块 COB；励磁变低压侧电压和电流（励磁电流）ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 13 页 共 95 页经端子排直接送至 PSI 模块，由 PSI 模块采集后分别送至 EGC 和 COB，进行采样和计算；控制和信号经端子排直接送至快速输入输出模块 FIO1和 FIO2，直接送入主模块 COB 进行逻辑控制；U11、U12、U03、U13为变送器，输出励磁电流和电压；LCP 调节器屏面板显示，CDP 整流柜面板显示，SPA 手操器，T15 整流柜风扇电源，T05 控制电源，Q15 直流110V 主电源，Q25 直流 110V 灭磁开关第二路跳闸电源，G15、G05 调节器直流 24V 电源模块等。7、励磁系统自动调节其实是一种恒电压模拟量的闭环调节控制系统，调节器测量模块 MUB 采集发电机的实际机端电压（上图 Ug1 或 Ug2） ，与设定值比较，根据电压偏差量，计算整流桥的控制角 ，送至 COB 板的脉冲形成模块，产生相应控制角 的触发脉冲，送至整流桥的 CIN 和GDI 板，进行监测和放大，放大后的脉冲直接控制可控硅，调整励磁功率元件整流桥（上图 EG1-5）的控制角 ，改变整流桥的电流输出，改变励磁电流，保持机端电压相对稳定。8、如机端电压低于设定值，调节器计算获得一个负的电压偏差 U，使整流桥的控制电压 Uc 减小，从而使整流桥的控制角 也减小，整流柜的直流输出 I=Kcos，因此整流柜的直流输出电流 I 增加，使发电机的机端电压升高，直至机端电压相对稳定。9、反之，机端电压高于设定值，产生正的电压偏差，增加控制电压，增大控制角，减小整流桥直流输出，降低发电机机端电压。10、励磁系统手动调节实际也是一种恒励磁电流模拟量的闭环调节控制系统，原理与自动调节一样，发电机的励磁电流（上图励磁变低压侧电流-T11 和-T13）经 PSI 模块，送至调节器的 EGC 板和 COB 板，采集的ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 14 页 共 95 页励磁实际电流，与设定值比较，根据励磁电流偏差量，计算整流桥的控制角 ，送至 COB 板的产生相应控制角 的触发脉冲，调整励磁功率元件整流桥（上图 EG1-5）的电流输出，保持励磁电流相对稳定。11、在自动调节中有许多限制器和保护器，主要有定子过流（定子电流） 、过励磁（转子电流） 、过 V/Hz（定子电压） 、低励磁（有功功率和无功功率）等限制器和保护器，采集相应的模拟量与设定值比较，产生偏差，具备条件时参与调节控制，如果调节限制未能限制住，超过保护定值，保护器动作，向 DCS 和发变组保护发报警和跳闸。12、过励磁电压（转子电压）和转子接地（转子对大轴电压）仅有保护和报警，转子接地一般不投，采集相应的模拟量与设定值比较，产生偏差，超过保护定值，保护器动作，向 DCS 和发变组保护发报警和跳闸。其他还有冷却系统、整流柜设备、调节器板件故障等自检设备故障报警，设备故障达到跳闸条件向 DCS 和发变组保护发报警和跳闸。13、励磁系统设计有灭磁开关和灭磁回路，由远方和就地 2 种控制方式，远方主要由 DCS、同期、AVC、发变组保护等装置。14、有 1 套完善的控制回路，控制起励、增减磁、投退励磁和灭磁开关等操作，并有人机接口与设备进行通讯和操作。四、励磁系统的主要设备（现场都能看到，不再详述）1、励磁变：油变、测温元件、呼吸器等。2、整流柜：有可控硅（控制电流） 、保险（短路） 、阻容保护（保可控硅过压） 、霍尔传感器（直流电流测量） 、整流冷却风机（散热） 、脉冲隔离放大板（脉冲能量） 、接口板（测量、脉冲、控制、显示等智能控制）和电流表（故障显示）等。ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 15 页 共 95 页3、电源转接柜：交流母线接线、起励回路、自用电隔离变压器、同步电源隔离变压器、励磁电流测量 CT 等。4、灭磁开关柜：灭磁开关、灭磁电阻、转子过压检测控制板、转子过压可控硅、励磁电流和直流电压测量等。5、调解器：输入输出接口板、测量板（MUB） 、主控板（COB） 、后备紧急手动板（EGC） 、变送器、电源模块、控制回路等。第二部分：软件框图和操作说明一、励磁系统软件框图说明1、励磁系统调节器主要作用是精确地控制和调节发电机的端电压或励磁电流，它必须是一个快速控制器，不断地计算给定值与反馈值的偏差，在尽可能短的时间内完成调节运算，控制可控硅整流桥的触发角度。2、调节运算完全由软件实现。模拟量信号和控制量信号由测量单元或开关量输入输出板转换成数字信号后送入控制计算单元。3、在如下软件框图中，主功率回路：发电机 SM 出口电能经励磁变送至整流桥可控硅，由可控硅控制后输出直流励磁电流经闭合的灭磁开关送入转子线圈，即励磁电流，产生旋转励磁电流磁场，切割发电机定子。4、自动（端电压）调节控制回路：发电机 SM 出口 PT 经测量模块 MUB测量形成数字量送入自动比例积分微分单元 AVR-PID 的加法器上，此加法器的另一路输入为机端电压的给定值，与给定值计算后输出偏差值经限制参数选择（10） 、PID 计算（11）和手自动切换选择（20）后直接输出到门极控制单元（12） ，按控制角形成触发脉冲控制整流桥输出。5、自动通道的给定值：由给定操作 FIO 经运行方式选择送至 AVR 给定ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 16 页 共 95 页值单元（1） ，经给定值积分器（1）累计后送入调差单元的加法器上，此加法器的另两路输入为有功补偿（2）和无功补偿（3）的补偿系数（调差系数） ，经调差补偿后输出给定值经 V/Hz 限制器限幅（4）和软起励（5）控制（仅起励时用）后直接送至比例积分微分单元 AVR-PID 的加法器输入端，与机端实际采样电压进行偏差计算，输出控制电压、控制角和触发脉冲。 （上段已讲述）（上段已讲述）6、手动（恒励磁电流）调节控制回路：励磁变低压侧电流（励磁电流）经测量模块 PSI 和 MUB 测量形成数字量送入手动比例积分单元 PI（18）的加法器上，此加法器的另一路输入为励磁电流的给定值，与给定值比较后输出偏差值经手动 PI 计算（18） 、手自动切换选择（20）直接输出到门极控制单元（12） ，按控制角形成触发脉冲控制整流桥输出。7、手动通道的给定值：由给定操作 FIO 经运行方式选择送至手动给定值单元（17） ，经手动积分器（17）累计后直接送至手动比例积分单元AVR-PID（18）的加法器输入端，与励磁电流实际采样值进行偏差计算，输出励磁电流偏差经手动 PI（18）计算，再输出控制电压、控制角和触发脉冲。8、其他两种运行方式：恒无功功率（15）和恒功率因数（16）调节原理与自动调节类似，根据实际采样值与设定值（来自给定操作 FIO）偏差，送至 AVR 给定单元（1）的积分累计，输出控制与自动调节的其他回路公用，输出控制电压、控制角和触发脉冲，控制整流桥输出。9、自动运行手动跟踪：自动 PID 的控制电压输出与手动 PI 的控制电压输出都输入到跟踪单元（6）的加法器上，如果有偏差，如自动 5V，手动 4V，经加法器（6）计算后偏差 1V，此偏差值直接送入手动给定单元ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 17 页 共 95 页（17）的积分回路，在原控制基础上增加 1V 的控制电压，手动 PI 输出控制电压增加到 5V 为止，此时自动 5V，手动也 5V，加法器（6）计算后偏差 0V，跟踪平衡；相反，如果自动 5V，手动 6V，经加法器（6）计算后偏差-1V，此偏差值直接送入手动给定单元（17）的积分回路，在原控制基础上减少 1V 的控制电压，手动 PI 输出控制电压减少到 5V 为止，此时自动 5V，手动也 5V，加法器（6）计算后偏差 0V，跟踪平衡。10、手动运行自动跟踪：与上述跟踪原理一样，手自动控制电压经加法器（6）计算后偏差，直接送入 AVR 自动给定单元（1）的积分回路，在原控制电压基础上再增加偏差的控制电压，使自动 PID 和手动 PI 输出控制电压相等，加法器（6）计算后偏差 0V，跟踪平衡。11、通道 1 运行通道 2 跟踪：通道 1 的控制电压输出（20）送至通道 2的跟踪单元（7） ，与通道 2 的控制电压输出（20）都输入到通道 2 的跟踪单元（7）的加法器上，如果有偏差，如通道 1 为 5V，通道 2 为 4V，经通道 2 跟踪单元的加法器（7）计算后偏差 1V，此偏差值直接送入通道 2 的手动给定单元（17）和自动给定单元（1）的积分回路，通道 2 的给定值增加，在原控制基础上增加 1V 的控制电压，经控制方式选择（20）后输出控制电压，再与通道 1 送过来的控制电压比较，直到加法器（6）计算后偏差 0V，通道 2 跟踪平衡；相反，如通道 1 为 5V，通道2 为 6V，通道 2 跟踪单元的加法器（7）计算后偏差-1V，通道 2 给定减少，输出的控制电压减小，通道 2 加法器（7）计算后偏差 0V，通道 2跟踪平衡。12、通道 2 运行通道 1 跟踪：与上述跟踪原理一样，两通道控制电压经通道 1 加法器（6）计算后偏差，直接送入通道 1 的给定单元积分回路，ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 18 页 共 95 页改变给定值，使两个通道的输出控制电压相等，跟踪平衡。ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 19 页 共 95 页ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 20 页 共 95 页四、操作说明和应急操作1、励磁调节器显示屏的操作说明。调节器显示屏测量显示：在按按钮，显示屏将显示 8 个模拟量主要在就地外显示屏上查看：在光标处，用上（下）翻键（、）一条一条地查看所有实时显示量，用快上（下）翻键（、）可以快速隔十条查看所在条的实时显示量。故障及报警信息查看和复归（复归前记录完整报警或故障信息、整流柜信号等）：在故障或报警时，报警按钮上发光二极管会闪烁，系统会自动显示故障报警信息，第一个故障报警总是显示在第一行，继发故障报警按编号显示在后续行，可以按按钮显示最近的 8 个故障报警信息，在复归信号之前记录故障信息和 5 个整流柜电流表上显示的信息。点按按钮复归信号，如果故障消失了，发光二极管灭；如果故障还存在，发光二极管会常亮；如果再次发生故障，发光二极管会再次闪烁；按解锁键（RELEASE）+就地 LOCAL 按钮，切换到就地，再按按钮 2.5 秒以上复归内存的故障报警。2、励磁系统报警或故障时运行人员现场采取的应急处理：在 DCS 或显示控制面板 LCP 上有励磁报警或故障时，运行人员通知技术部专责同时，首先要尽量准确和详实记录报警故障信息，包括整流柜信息，并进行初步判断是否通道切换、整流柜是否有退出、是否由于柜门未关好报警等。如果励磁故障进行了通道切换，然后按上述方法进行信号复归，点按按钮一次，如果复归不掉，再按解锁键（RELEASE）+就地ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 21 页 共 95 页LOCAL 按钮，切换到就地，按按钮 2.5 秒以上，如果信号复归掉，进行增减磁操作等，检查正常后等 30 秒以上，再进行一次通道切换，切回原通道运行，再进行增减磁操作等检查，无异常观察运行；如果信号复归不掉，不再进行其他操作，观察运行。按解锁键（RELEASE）+远方 RAMOTE 按钮，切回远方，等技术支持部处理。如果励磁故障有 1 面或 2 面整流柜退出运行，首先打开退出的整流柜的柜门或滤网，检查风机是否正常运行，如果风机停运，采取增加风机强制冷却措施后，关好柜门，再按上述方法按解锁键+就地按钮，切到就地，按按钮 2.5 秒以上复归信号，启动风机，系统恢复正常；如果为其他故障，信号复归不掉或不能恢复运行，不再进行其他操作，只能观察运行，等技术支持部处理。如果未进行通道切换或整流柜未退出运行，仅报故障或报警，首先判断是否柜门未关好，如仅 Start-up blkd extern，146 信号，经常由于柜门未关好而报警，检查所有柜门后信号会自动消失，如果其他故障和报警，记录详细报警信息和设备运行状态后，按上述复位方法信号复归一次（直接点按一次，复归不掉切到就地，按按钮 2.5 秒以上） ，信号复归掉观察运行，如果信号复归不掉，不再进行其他操作，观察运行，等技术支持部处理。注：一般不太重要的报警信号，直接点按按钮一次，可以复归；如果重要故障报警信号，必须先按解锁键+就地按钮，切到就地，再按按钮 2.5 秒以上，才能复归内存的故障报警信息；如果还不能复归，不能多次或不停地复位操作，切回远方，等技术支持部处理，及时通知热控专业对 DCS 系统信息进行备份。ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 22 页 共 95 页第三部分：自动励磁原理详解首先回顾一下上次讲课中有关主要内容：发电机由旋转的励磁电流产生磁场切割定子线圈产生电动势，并网后产生定子电流，把机械能转化为电能，把机械能转化为电能，向外输出电功率，在发电机并在发电机并网前（空载）网前（空载） ，调节发电机的励磁电流，作用于调节发电机的机端电压，调节发电机的励磁电流，作用于调节发电机的机端电压，发电机并网后，调节发电机的励磁电流，作用于调节发电机的无功负荷发电机并网后，调节发电机的励磁电流，作用于调节发电机的无功负荷（无功电流）（无功电流） ，调节主汽门作用于调节有功功率（有功电流），调节主汽门作用于调节有功功率（有功电流） 。自并励发电机的励磁电流是其输出的电能经励磁变和整流桥控制整流输出的直流电流，合灭磁开关后送至转子上，如下图。如上图，自动调节软件框图的控制逻辑，DCS 增减磁命令经 FIO 快速输入，再经自动选择，输入到自动调节给定单元（1） ，经设定增减磁和积分器累加计算后输出给定值，此给定值经调差系数补偿（有功（2）和无功（3）补偿加法器 1 计算调整）后经 V/Hz 限制（4） 、软起励ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 23 页 共 95 页（5）再送入 PID 的比较器（2 加法器） ，与来自 MUB 板的机端电压 Ug比较计算，2 加法器输出主偏差值，再与各限制器（13、14）比较选择，由参数选择（10）选择合适的 PID 参数和偏差值，经加法器 3 再加入PSS 的补偿偏差值，3 加法器输出的偏差值由 PID 计算器（11）计算对应偏差值的控制角和控制电压，输出的控制电压经手自动选择（20）到门极控制器（12）产生控制脉冲控制整流桥的输出。整流桥输出励磁电流大小与控制角整流桥输出励磁电流大小与控制角 的余弦值成正比，当的余弦值成正比，当 角增角增大时，大时，cos 值减小，整流桥输出电流（励磁电流）也减小，反之值减小，整流桥输出电流（励磁电流）也减小，反之亦然亦然；大于 90 度整流桥逆变灭磁，逆变灭磁的控制角 角取 135 度。下面主要针对自动调节器结合上述框图和原理详细讲解：1、运行方式切换及增减磁等开关量输入硬件图：集控室 DCS 接点（手自动及叠加控制切换开关量操作）经电缆，在硬件图 901（67 页）端子排 X10-5，55（自动） 、X10-6，56（手动） 、ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 24 页 共 95 页X10-7，57（叠加投入）和 X10-8，58（叠加退出）的常开节点输入到FIO 板 U70：5、6、7 和 8（DI05-DI08） ，在硬件图 901（67 页）端子排X11-1，51（功率因数） 、X11-2，52（恒无功）的常开节点输入到 FIO板 U71：1（DI01）和 2（DI02） 。开关量输入如上图 U70（901）：集控室 DCS 接点（增减磁开关量操作）经电缆，在硬件图 901（67 页）端子排 X10-3，53（增磁）和X10-4，54（减磁）的常开节点输入到 FIO 板 U70：3（DI03）和4（DI04） 。在硬件图 450（58 页）中，上述输入的开关量在快速输入输出 FIO模块上被定义为 U70：38（DI03DI08）和 U71：1（DI01） 、2（DI02） ，由对应扁平电缆 X31、41 和 X32、42 分别送入通道 1 和通道 2 的主控板COB。在硬件图 410（56 页） 、420（57 页）的 A10 和 A20 调节器主控板ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 25 页 共 95 页COB 模块，上述开关量输入转换为数据量进入 CPU，在软件图SP148（4 页）和 SP149（5 页）中被定义为相应的参数进行分析处理。上述这几个开关量在软件图 SP148（4 页）和 SP149（5 页）中分别被定义为 10703（增磁） 、10704（减磁） 、10705（自动） 、10706（手动） 、10707（叠加投入） 、10708（叠加退出）和 10801（恒功率因数） 、10802（恒无功）参数，如下图，只要外部接点输入的开关量，原理和硬只要外部接点输入的开关量，原理和硬件图都相似，可以自己举例子查看，如灭磁开关合跳（件图都相似，可以自己举例子查看，如灭磁开关合跳（10805、10806） 。2、运行方式切换：由上述硬件图 U70（901、450 和 410、420 页） 、软件图 SP148（4 页）、软件图 SP149（5 页）知道：DCS 手自动及叠加控制操作命令由端子排ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 26 页 共 95 页经快速 FIO 和扁平电缆送至 COB 主板，参数被定义为 10705（自动） 、10706（手动） 、10707（叠加投入） 、10708（叠加退出）和 10801（恒功率因数） 、10802（恒无功） 。前两个参数 10705、10706 在软件图 SP76（16 页）中为输入量，分别被传递赋值给 5306（ON-AUTO-CMD，投自动）和 5307（ON-MAN-CMD，投手动） ，模块 SP76（16 页）根据各逻辑条件判断确定输出10310（自动）或 10311（手动）方式。ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 27 页 共 95 页同样其他参数 10707、10708、10801、10802 在软件图 SP79（18 页）中也为输入量，分别被传递赋值给 5310（ON-IMP-CMD，叠加投） 、5311（OFF-IMP-CMD，叠加退） 、5313（SEL-COSPHI-CTRL，选功率因数） 、5312（SEL-Q-CTRL，选恒无功控制）参数，模块 SP79（18 页）根据各逻辑条件判断输出选择 10315（恒功率因数）或 10316（恒无功）运行方式。运行方式控制参数：自动 10310、手动 10311、恒功率因数 10315、恒无功功率 10316，用于其它模块的运行方式切换命令。如下面将讲述的自动方式控制参数 10310，在软件图 SP77（17 页）中用于增减磁选择输出到自动给定值单元模块。下图为运行方式切换的总结：DCS 手自动、叠加控制投退、恒功率因数或恒无功操作命令经 FIO 快速输入，送入主控板 COB，定义为相应的参数 1070310708 和 1080110802，再经运行方式控制的逻辑条件判断，选择输出相应的运行方式，如下面将详细讲述：选择输出自动方式运行10310，应用在增减磁命令环节中，将命令选择输入到自动调节给定单元（1） ，经给定单元的积分累计输出给定值 11901。3、自动给定值的设定：由上述硬件图 U70（901、450 和 410、420 页） 、软件图 SP148（4 页）知道：DCS 增减磁操作命令由端子排经快速 FIO 和扁平电缆送至 COB 主ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 28 页 共 95 页板，参数被定义为 10703（增磁）和 10704（减磁） 。这两个参数在软件图 SP77（17 页）中为输入 10703（5304）和10704（5305） ，由运行方式切换命令选择自动、手动和叠加的增减磁操作的命令（如自动 10319、10320；手动 10321、10322，恒功率因数10323、10324；恒无功功率 10325、10326） ，分别控制相应给定值的增加或减少（在以后的内容中将详细描述） 。在软件图 SP155（8 页） 、SP77（17 页）中 10364（5345）和10365（5344）为模拟输入信号或串行通讯线路实现 AVR 给定值在就地控制（SP155（8 页） 、SP77（17 页）中 10377：LOCAL）的增、减或复归操作，不常用，具体也不再详述，下面讲一下给定值的限幅，如下图SP78（17 页） 。ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 29 页 共 95 页在软件图 SP78（17 页）中，根据控制方式（手自动或叠加控制）分别选择相应的给定值的上限幅 10312、下限幅 10313、实际给定值10353，并可以根据各自的参数设定分别整定，对于自动控制方式，上限1901（HL REF AVR：110.0 %） 、下限 1902（LL REF AVR：90.0 %） 、上下限爬行时间 1905（RAMP TIME1 REF A：60.0 s） ，其他控制方式不再详述。在软件图 SP77（17 页）中，自动方式参数 10310（下面将详述）（下面将详述） ，使DCS 增减磁操作命令选择输出到自动给定值单元模块（1） ，让 DCS 增减磁操作（10703、10704）选择自动给定值操作（10319、10320）命令，在软件图 SP43（21 页） ，自动增减磁操作命令（10319：6901、10320：6902）选择积分器 INT 输入增加或减少一个偏差量（+10000 或-10000） ，积分器 INT 输出相应的给定值 11901。ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 30 页 共 95 页下图为自动给定值的设定总结：DCS 增减磁命令经 FIO 快速输入，送入主控板 COB，定义为相应的参数 10703、10704，再经自动方式选择，增减磁命令选择输入到自动调节给定单元（1） ，经给定单元的积分累计输出给定值 11901。4、自动给定值的补偿和保护上面已讲述，DCS 增磁命令经运行方式选择自动给定值的增减磁命令，选择自动给定值单元积分器 INT 输出给定设定值 11901 参数，下面具体讲一下积分器 INT 作用。ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 31 页 共 95 页软件图 SP43（21 页）中，当增磁（10319）或减磁（10320）命令来时，分别动作相应的开关，增加或减少一个数值（10000）输入给多路选择开关模块 SEL（0：默认正常，1：空载或叠加，2：跟踪） ，多路选择开关 SEL 输出后经最大最小限制，传递给积分器 INT 的输入 I，进入积分环节，积分器的作用就是在原数据的基础上按时间常数增加或减少一个数据，经积分器后输出给定值被定义为参数 11901（即输出给定的数值被传递赋值给参数 11901，形象的比喻就是 11901 房间内放的数据为给定值） 。在积分器 INT 中，其他输入如 11708（6904） 、10314（6903）为叠ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 32 页 共 95 页加控制输入（恒无功或功率）和 12112、12115 为自动跟踪输入，在积分器 INT 的输入端还有积分时间 TI（由1901、1902、1905、1906、1908、1907 和 6905 等参数计算而得） 、最大限幅 OHL（1901） 、最小限幅 OLL（1902） 、预设值 BALREF（由1903、1904 和 6906 等参数决定）和预置投入条件 BAL，输出除给定的数值为 11901 外还有最大限幅 O=HL（11902） 、最小限幅O=LL（11903）和预设值输出（11904 和 11905） 。在模块 SP44（软件图 21 页）中，积分器 INT 输出的给定值（11901）与附加值（6908：0）叠加（加法器 ）后经调差控制（1909、1910）输出值，首先经 V/Hz 限制限幅（空载时，比较器 2 DCEND，其中DCPEAK 为桥臂可控硅导通区间的电流峰值(在 30 度)，IDCEND 为上一个导通区间结束时的电流，SCHWEL 整流桥标称电流(对应于取压值 1.5V)的6%，在无闭锁（BLK）时满足条件，纹波监视器 RIPPLE MONITOR 触发，经延时（405：RIPPLE TIME ，10，0.1s） ，判断失效桥臂的臂号，可从信号 CONV1/2_BRANCH_NO (10401/2)读取，再延时参数DELAY_CONV_FAULT (411)的设定值（缺省值 (0.3s)） ，整流桥切换和报通道故障 34 “励磁机故障” 。ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 65 页 共 95 页我司 2008 年 12 月 22 日停机事故，主要故障为此故障，Exciter fault（整流系统故障）信号在交流进线柜输出电流在超过 60ms 为零时报出，原因只有两个：总触发脉冲丢失，5 个整流桥全不工作，造成总脉冲丢失的原因为脉冲总线接触不良或干扰引起。励磁电流测量回路瞬间事故，误判整流系统无输出，该插件存在事故。调节器运行在 1 通道时，Exciter fault（整流系统事故）报出后判断为 1通道存在问题，自动切换到 2 通道运行；Exciter fault（整流系统事故）第二次报出时，判断 2 通道存在问题，自动切换到 EGC（后备独立手动通道）运行，1 分 30 秒后当引发 Exciter fault（整流系统事故）原因再次出现时，EGC 板（后备独立手动通道）存在事故，EGC 直接报事故并出口跳机。采取措施：a、对检查中发现的不规范接地进行了整改，提高了励磁系统的抗干扰性能，如开关柜与#1 整流柜屏间的接地铜排没有相互联结用铜辫子进行连接处理；开关柜接地铜排有一根 50mm2 的铜线与励磁直流出线封母外壳连接，不符合要求，已拆除。b、更换了励磁电流测量 PSI 板件 1 块，更换了 EGC 板 1 块，更换了励磁冷却风机 2 台，更换了整流柜的触发脉冲 GDI 板 1 块和脉冲数据总线 1套。c、对励磁盘柜进行了全面的清扫和预防性维护，对电流霍尔传感器、整流柜各插接头的回路进行了检查和紧固，对脉冲数据总线加装了屏蔽层。ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 66 页 共 95 页d、处理完毕后动态试验正常，12 月 25 日早上并网运行正常。e、增加励磁培训学习，让运行人员了解励磁，及时记录故障信息和复位，应急处理操作，减少停机几率。7、Auxiliaries Off，辅助系统退出（代码142） ，硬件图152页、软件图SP148（4页）和软件图SP161（23页）硬件图 152 页-U70：8-14，快速 I/O 板 14 输入端，为 Q96（调节器风机电源） 、Q90（照明加热器电源） 、Q91（整流柜风机电源） 、Q05（励磁变T05 主电源） 、Q03（起励电源） 、Q51（报警和状态信号电源）和 F96（调节器盘内环境温度）的辅助常闭接点串联，软件图 SP148（4 页）10714（Auxiliaries Ok）输入，在软件图 SP161（23 页）中，任一故障（任一接点断开，10714（Auxiliaries Ok）取反） ，经延时 0.2 秒报 Auxiliaries Off，辅助系统退出（代码 142）报警。5 月 24 日#1 机组励磁系统三次报警，考虑到故障现象能自复归，电源开关未跳闸，怀疑温控器 F96（调节器盘内环境温度）有问题，把温控器（F96）定值由 50调至 55，不再报警，观察运行。8、FCB external OFF 磁场开关外部跳闸（代码143） ，硬件图152页、软件图SP148（4页）和软件图SP161（23页）硬件图 152 页-U70：8-14，快速 I/O 板 14 输入端，10714：辅助系统完好（参考 Auxiliaries Off 辅助系统退出（代码 142）报警） ，硬件图 152 页-U70：8-16，快速 I/O 板 16 输入端，10714：磁场开关跳闸位置，在软件图SP161（23 页）中 10307：EXC-ON 励磁系统运行，10340：CH-ON 通道运ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 67 页 共 95 页行，在励磁系统没有发出跳闸令（软件图 SP-74（14 页） ，5335：OFF/BLK-CMD）的情况下，磁场开关跳闸，经延时 0.2 秒报 FCB external OFF 磁场开关外部跳闸（代码 143）报警。可能有两种原因： 发电机保护装置经励磁系统输入端子跳磁场开关。 磁场开关自身跳闸。注意: 事件被记入故障记录器，用于区分内部跳闸令和外部跳闸令。8、Start-up blkd extern 外部闭锁起励（代码146） ，硬件图152页、153页、154页、软件图SP148（4页）和软件图SP161（23页）硬件图 152 页-U70：8-10，快速 I/O 板 10 输入端，在软件图 SP148（4页）中对应 10710（Start-up blkd）：为调节器直流电源一开关常闭辅助接点（153 页 Q15） 、灭磁开关柜（ES）柜门（153 页 S97） 、整流柜（EG1-5）和电源柜（EA）柜门（153 页 S97）并联接点，任一开关状态异常，接点闭合后，在软件图 SP161（23 页）中 10710：EXT-ALARM 外部报警直接报Start-up blkd extern 外部闭锁起励（代码 146）报警。我司#1、#2 机组励磁系统均报过此报警，检查电源开关未跳闸，检查柜门后能复归掉，怀疑某一柜门未关好，不影响运行。第八部分：静态检查讲解一、静态检查和试验一、静态检查和试验1、外观检查、外观检查ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 68 页 共 95 页励磁变、试验电源开关检查：卫生清理（用干布、吸尘器和压力不太高的压缩空气清除，不用溶剂清除） 、绝缘检查、回路传动等。整流柜检查：风扇清理卫生和轴承润滑检查（25000 小时后检修或更换），散热器和风道卫生清理（用软毛刷、吸尘器和压力不太高的压缩空气清除，不用溶剂清除） ，电子板件卫生清理（用吸尘器和压力不太高的压缩空气清除，不用溶剂清除） ，滤网清理，保险和整流硅检查。灭磁开关检查：打开上面的四个螺丝，取下灭弧罩，取下触头两侧的瓷罩，检查触头是否有烧损或污垢，检查灭弧室的烟尘和灰尘查灭弧室的烟尘和灰尘，在触头下面用干净的纸接住，用软毛刷、细砂纸或压缩空气清除，其他部位卫生清理。连接母线和端子排接线检查，接线牢固，螺丝紧固。调节器卫生清理，打开调节器外壳，用吸尘器和压力不太高的压缩空气清除插件和电路板上的灰尘。检查外观有无损伤，检查板卡设置是否正确，检查控制电缆是否插紧。2、绝缘与耐压测试、绝缘与耐压测试整流柜母线绝缘电阻用万用表或 500V 以下的摇表测约 0.8 兆欧以下(电阻比较小，正常)。调节器接线端子分 110V、220V、24V 三个电压等级和 PT、CT 的端子排和外接线，24V 电压等级和 CT 的电缆用 250V 摇表或万用表测 0.5 兆欧以上即可。110V、220V 电压等级和 PT 端子排的用 500V 的摇表测 1 兆欧以上即可。注意到 DCS、保护等集控室的信号电缆有电，不能摇绝缘，只能用万用表测量对地电压的平衡判断绝缘。3、电源检查、电源检查送直流电源一（-Q15） ，检查直流主操作电源（-W15）和 24V 装置工ABB 励磁系统励磁系统 unitol5000 技术培训教材（第一版）技术培训教材（第一版）第 69 页 共 95 页作电源（-W50） 。送（-Q51）检查 24V 继电器操作电源（-W51） 。送直流电源二（-Q25） ，检查直流副操作电源（-W25） 。送交流电源一（-Q90） ，检查加热器电源（X90-X91） （正常停机后自动投加热器，-K89 动作，-U70-6：参数：参数 706，U70-DO06，-X08-28、29 为加热电源） 、照明插座电源（L1、N1）应正常。送交流（-Q96） ，检查调节器风机电源正常（-K70 动作，-U70-7：参数：参数 707，U70-DO07） 。送交流电源二（-Q91） ，检查风机电源（-K16 动作，- U71-17：参数 817，U71-DO17）(1、N ，-X08-28、29 为风机电源)。送各整流柜 1、2 风机电源(-Q11)，送整流柜 3、4 风机电源(-Q12)，检查各风机电源正常。送起励磁直流电源（-Q03） ，检查起励磁直流电源正常。-Q05 为励磁变来的 24V 主电源（经保险-F15、隔离变-T05）到 24VDC电源模块，输出与直流一 24VDC 电源模块并联（-W15） 。-Q02 为灭磁开关。4、参数下载和上传，参数定值检查、参数下载和上传，参数定值检查下载