小型發(fā)電機微機靜止勵磁裝置

1、SEC1005型小型發(fā)電機微機靜止勵磁裝置科大創(chuàng)新股份有限公司科聚分公司公司簡介科大創(chuàng)新股份有限公司是中國科技大學(xué)、中國科學(xué)院等離子體物理研究所、中國科學(xué)院智能機械研究所等單位于1999年聯(lián)合創(chuàng)辦的股份制有限公司，坐落于景色優(yōu)美的合肥國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)?？拼髣?chuàng)新股份有限公司是國家認定的高新技術(shù)企業(yè)和經(jīng)國務(wù)院授權(quán)批準(zhǔn)的博士后工作站。公司依托中國科技大學(xué)和中國科學(xué)院的科技優(yōu)勢和人才優(yōu)勢，主營電力、電子與工業(yè)過程自動化等方面的軟件、設(shè)備、器械以及新型化工材料等產(chǎn)品，于2002年在上海證券交易所掛牌上市?？拼髣?chuàng)新公司科聚分公司前身是中科院等離子體物理研究所電器設(shè)備廠，創(chuàng)立于1986年，1994年改

2、制為合肥科聚高技術(shù)有限責(zé)任公司?？凭酃臼菄鴥?nèi)最早利用國家自然科學(xué)基金和國家攻關(guān)項目的支持，對氧化鋅壓敏材料科學(xué)和工藝進行研究與開發(fā)應(yīng)用的單位，在國內(nèi)率先將高能氧化鋅非線性電阻用于大中型發(fā)電機轉(zhuǎn)子滅磁及過電壓保護，并持續(xù)研究、開發(fā)了多代產(chǎn)品，為新型氧化鋅移能滅磁技術(shù)在國內(nèi)的推廣應(yīng)用做出了巨大貢獻。公司曾承擔(dān)了國家重大科技攻關(guān)項目“三峽水輪發(fā)電機滅磁及過電壓保護”等多項研究課題，共獲國家和省部級成果及科技進步獎14項，專利11項。經(jīng)過多年持續(xù)不懈的努力，科聚公司又開發(fā)出富有特色的發(fā)電機勵磁功率整流裝置和大中小型發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器系列產(chǎn)品，其技術(shù)、性能和生產(chǎn)工藝均居國內(nèi)領(lǐng)先水平，并取得了可喜的應(yīng)用業(yè)

3、績，為發(fā)電機勵磁業(yè)界所矚目。科聚分公司位于合肥高新技術(shù)開發(fā)區(qū)科學(xué)大道G-1區(qū)，占地面積12000m2，廠房8600m2。公司擁有國內(nèi)獨一無二的發(fā)電機轉(zhuǎn)子1:1滅磁模擬試驗室，具有5800安培功率柜溫升試驗系統(tǒng)和全套發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器的靜態(tài)調(diào)試設(shè)備，可進行容量至60萬kW發(fā)電機組的全套勵磁設(shè)備的出廠試驗。科大創(chuàng)新科聚分公司擁有一支高素質(zhì)的員工隊伍?，F(xiàn)有員工100余名，其中研究員2人，高級工程師8名，工程師19名。75%以上員工具有大專以上學(xué)歷，并擁有一支以多名博士和碩士為主要力量組成的研發(fā)隊伍，致力于新技術(shù)、新材料、新產(chǎn)品的研究開發(fā)?？凭鄣漠a(chǎn)品已遍及全國各地，部分產(chǎn)品銷往國外。高性能、高可靠的產(chǎn)品

4、得到了國內(nèi)外電力界朋友的長期支持和厚愛，使科聚持續(xù)取得嬌人的業(yè)績并得以迅速成長。今天的科聚，正以創(chuàng)新的面貌和創(chuàng)新的風(fēng)采展現(xiàn)在世人面前，堅持求實創(chuàng)新，服務(wù)社會和不斷發(fā)展的理念，以更加先進優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，更加滿意周到的服務(wù)，回報長期支持科大創(chuàng)新和科聚電氣事業(yè)發(fā)展的朋友和業(yè)界同仁！顧客滿意是我們永恒的目標(biāo)！產(chǎn)品說明書 科大創(chuàng)新 · 科聚電氣1. 產(chǎn)品概述SEC1005型微機勵磁裝置是科大創(chuàng)新SEC1000系列發(fā)電機勵磁產(chǎn)品中的一員，主要用作小型同步發(fā)電機的勵磁及其自動調(diào)節(jié)。它和SEC2000等用于大中型同步發(fā)電機的勵磁裝置具有相同的核心控制單元，屬高端的微機勵磁產(chǎn)品。SEC1000系列產(chǎn)品采用

5、單通道微機勵磁調(diào)節(jié)器，主要針對中小型發(fā)電機組設(shè)計，適合50MW及以下的汽輪發(fā)電機和100MW及以下的水輪發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)。 SEC1005型微機勵磁裝置專為15MW及以下小型同步發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)設(shè)計。產(chǎn)品以靜止自并激勵磁方式為主，適合額定勵磁電流不超過500A，額定勵磁電壓不超過500V的各種機組。本產(chǎn)品同樣可以用于勵磁電流和勵磁電壓不超過上述范圍的同步電動機的勵磁，和用于發(fā)電機的產(chǎn)品略有差異。當(dāng)產(chǎn)品應(yīng)用于同步電動機時，產(chǎn)品的型號為SEC1005/SM。 產(chǎn)品通過參數(shù)的適當(dāng)調(diào)整，也可適用于大中小各型同步發(fā)電機組的交流勵磁機、直流勵磁機和無刷勵磁系統(tǒng)。2. 產(chǎn)品的主要技術(shù)性能2.1 產(chǎn)品滿足的技

6、術(shù)條件GB/T 7409-1997 同步電機勵磁系統(tǒng)GB 10585-1989 中小型同步電機勵磁系統(tǒng)基本技術(shù)要求DL/T 583-1995 大中型水輪發(fā)電機靜止整流勵磁系統(tǒng)及裝置技術(shù)條件GB 3797-89 電控設(shè)備第二部分：裝有電子器件的電控設(shè)備GB/T 7894-2001 水輪發(fā)電機基本技術(shù)條件2.2 產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)² 發(fā)電機容量適用范圍：15MW及以下² 發(fā)電機勵磁方式：可控硅靜止自并激勵磁² 額定勵磁電流：500 A² 額定勵磁電壓：500 V² 強勵頂值倍數(shù)：2倍² 強勵允許時間：20秒² 勵磁調(diào)節(jié)方式：AVR和F

7、CR兩種運行方式可選² 勵磁調(diào)節(jié)算法：全數(shù)字式PID+PSS² 電壓調(diào)節(jié)范圍：10% 140%² 電壓調(diào)差范圍：+15% -15%，每級±0.33%可調(diào)；² 電壓調(diào)節(jié)精度：誤差 < 0.5%² 電壓響應(yīng)時間： 上升 £ 0.1秒，下降 £ 0.15秒² 頻率特性： 頻率每變化1%，機端電壓變化不大于 ±0.25%² 功率整流方式：三相可控硅全控整流橋² 功率橋冷卻方式：自冷 + 輔助風(fēng)冷² 滅磁方式：逆變滅磁 + 滅磁開關(guān)快速移能滅磁² 過電壓保護：

8、交流側(cè)三相阻斷型阻容吸收 + 直流側(cè)氧化鋅非線性電阻限壓吸能 ² 系統(tǒng)強迫停機率：< 0.1% 以上參數(shù)中，額定勵磁電壓、額定勵磁電流、強勵頂值倍數(shù)、強勵允許時間等均指產(chǎn)品所具有的額定輸出能力。產(chǎn)品出廠時，將根據(jù)機組的實際運行要求在微機控制器內(nèi)設(shè)定與機組相匹配的額定參數(shù)，保證機組的正常運行。2.3 產(chǎn)品應(yīng)用的環(huán)境條件 海拔高度：£ 2500 m 環(huán)境溫度：0°C +40°C 空氣相對濕度：£ 90%，無冷凝 空氣成分：不含腐蝕性氣體 空間環(huán)境：戶內(nèi)，無淋水，無強烈的基礎(chǔ)震動 地震烈度： 8度及以下地區(qū)3. 產(chǎn)品的主要功能與特點3.1 產(chǎn)品

9、電氣結(jié)構(gòu)原理 SEC1005型靜止微機勵磁裝置內(nèi)含微機勵磁調(diào)節(jié)器、硅整流橋、滅磁電路、起勵電路以及二次控制電路、脈沖觸發(fā)電路等，置于一個尺寸為800 ´ 800 ´ 2200的屏體內(nèi)。 產(chǎn)品的功率整流電路一般為三相可控硅全控整流橋。電氣原理如圖1所示。對于勵磁電流不超過300A的勵磁系統(tǒng)，如1MW容量以下的水輪發(fā)電機的勵磁和大中型發(fā)電機的交、直流勵磁機的勵磁等場合，另一種可選的方案是采用大功率半導(dǎo)體開關(guān)進行勵磁電流的調(diào)節(jié)。如圖2所示為三相二極管功率整流橋加IGBT開關(guān)裝置的勵磁主電路。勵磁調(diào)節(jié)器的PWM輸出直接驅(qū)動IGBT大功率管進行開關(guān)式勵磁調(diào)節(jié)，可省去滅磁開關(guān)QF（注：

10、因具體設(shè)計不同，實際供貨產(chǎn)品可能略有差異）。圖1 勵磁屏主電路原理圖GS：主發(fā)電機 GCB：發(fā)電機出口斷路器 TE：勵磁變壓器 TA：電流互感器 TV1、TV2：電壓互感器 TS：同步變壓器 AVR：勵磁調(diào)節(jié)器 SCR：可控硅整流橋FV：過電壓保護 QF：滅磁開關(guān) Rm：滅磁電阻 PA、PV1、PV2：表計圖2 使用IGBT開關(guān)的勵磁主電路3.2 勵磁調(diào)節(jié)器介紹3.2.1 高性能的硬件集成系統(tǒng)SEC1005型勵磁裝置的核心硬件系統(tǒng)，是采用工業(yè)控制上先進的高性能MCU + DSP芯片構(gòu)建的系統(tǒng)級勵磁調(diào)節(jié)器專業(yè)處理內(nèi)核，實時完成勵磁系統(tǒng)的信號采集、處理、調(diào)節(jié)算法、控制保護、移相脈沖生成、通訊、人機

11、接口、通道切換和故障自診斷等多項任務(wù)。核心電路采用多層電路板設(shè)計，表面貼裝工藝。精心的設(shè)計，實現(xiàn)了現(xiàn)代數(shù)字勵磁調(diào)節(jié)器先進的設(shè)計理念和高可靠運行要求的完美結(jié)合。整個微機勵磁控制器由3塊電路板構(gòu)成：系統(tǒng)板、信號采樣板和脈沖功放板，集成安裝在在一個很小的控制機箱內(nèi)，構(gòu)成了一個小體積、高集成的勵磁控制器?？刂破骺芍苯优c系統(tǒng)PT、CT相連，通過直接對三相交流電氣參量的高速連續(xù)采樣，直接測量發(fā)電機的各種電氣運行參數(shù)，通過核心調(diào)節(jié)軟件直接輸出6路可控硅移相觸發(fā)脈沖或1路用于開關(guān)式勵磁調(diào)節(jié)的PWM斬波信號，可直接驅(qū)動三相可控硅全控整流橋或IGBT開關(guān)，不需專用的移相脈沖形成電路。人機接口采用LCD液晶大屏幕，

12、下拉式菜單，全漢字信息顯示，五鍵式操作的方式，直觀易用。全系統(tǒng)的高集成設(shè)計，凸顯微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的高度結(jié)合。每套控制器均獨立裝設(shè)RS232/485通訊接口和工業(yè)現(xiàn)場總線CAN總線，可方便地與發(fā)電機監(jiān)控系統(tǒng)(LCU)以及DCS系統(tǒng)相連，可實現(xiàn)遠程計算機的自動控制。硬件、軟件系統(tǒng)在設(shè)計上采用了多重抗干擾技術(shù)，可適應(yīng)惡劣電磁污染的工業(yè)環(huán)境，使之能在發(fā)電機現(xiàn)場輕松運行。系統(tǒng)設(shè)有機端電壓調(diào)節(jié)的自動通道（AVR）和用于磁場電流調(diào)節(jié)的手動通道（FCR），F(xiàn)CR可自動跟蹤AVR的調(diào)節(jié)參數(shù)，實現(xiàn)從自動到手動的無擾動切換。勵磁控制器的電源系統(tǒng)，采用交直流雙套電源供電，提高了電源的可靠性。3.2.2 穩(wěn)定可

13、靠的軟件控制算法勵磁調(diào)節(jié)器采用數(shù)字式 PID控制算法，算法穩(wěn)定可靠，滿足并超過勵磁標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各項精度指標(biāo)。方便易用的人機操作界面，可通過LCD液晶面板定制調(diào)節(jié)算法中的各個可調(diào)參數(shù)，并可將控制算法靈活配置成P、PI、PD和PID調(diào)節(jié)器，適合各種不同應(yīng)用場合的需要。SEC1005的控制器可根據(jù)用戶需要，設(shè)定以下任一種運行方式：² 恒機端電壓的閉環(huán)PID調(diào)節(jié)(AVR方式或稱自動方式)² 恒勵磁電流的閉環(huán)PID調(diào)節(jié)（FCR方式或稱手動方式）² 給定可控硅觸發(fā)角的開環(huán)運行方式（用于調(diào)試）產(chǎn)品用于同步電動機勵磁時，還可以選定以下任一種運行方式：² 恒輸出無功的閉環(huán)P

14、ID調(diào)節(jié) ² 恒功率因數(shù)的閉環(huán)PID調(diào)節(jié)控制軟件支持-15% +15%范圍內(nèi)的電壓調(diào)差，調(diào)差率大小任意可調(diào)，可直接通過屏幕操作設(shè)定。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS作為內(nèi)附的全軟件產(chǎn)品固化在勵磁控制器內(nèi)，用戶可根據(jù)發(fā)電機的運行要求，通過軟件或外部切換開關(guān)將其投入或切除。當(dāng)PSS投入時，調(diào)節(jié)器的控制算法為PID + PSS。軟件支持交流采樣算法和直接移相脈沖生成技術(shù)。CPU通過對機端三相電壓，定子電流的多點連續(xù)測量，計算出系統(tǒng)的U、I有效值，有功功率P，無功功率Q，功率因數(shù)cosj和頻率f等量，進行PID調(diào)節(jié)運算和處理。控制器還通過對三相同步信號的直接采樣，自動生成三相可控硅功率橋所需的六路移相觸

15、發(fā)脈沖，省去了普通控制器必需的移相脈沖生成電路。軟件的I/O處理節(jié)省了大量的硬件電路，算法簡單獨特，不僅提高了控制響應(yīng)速度和測量精度，也避免了復(fù)雜硬件電路可能產(chǎn)生的故障，提高了可靠性。軟件還支持逆變滅磁功能（只對可控硅全控橋勵磁系統(tǒng)），逆變滅磁可避免滅磁開關(guān)直接分斷勵磁電流，減少觸頭燒蝕，從而提高了產(chǎn)品的可維護性，延長了產(chǎn)品壽命。3.2.3 勵磁調(diào)節(jié)器的主要附加功能勵磁限制保護器：² 最大勵磁電流瞬時限制² 強勵反時限限制² 欠勵限制² 過磁通限制(V/F限制器)² 機端過電壓限制勵磁系統(tǒng)檢測與自診斷： ² PT斷線檢測²

16、整流橋觸發(fā)脈沖檢測² 調(diào)節(jié)器電源異?；蚬收蠙z測² 操作容錯診斷智能調(diào)試輔助功能：² 自動錄波功能² 操作時間自動記錄功能² 操作員密碼鎖功能3.2.4 起勵SEC1005勵磁裝置設(shè)計了獨特的發(fā)電機起勵方式。調(diào)節(jié)器接受開機命令后，首先嘗試殘壓起勵的方式，這在一般情況下，均可成功建壓而順利進入運行狀態(tài)。裝置還專門設(shè)計了一套依靠直流220V電源的起勵電路。當(dāng)發(fā)電機殘壓起勵不成功時，將直接接通外部起勵電路。起勵方式可選零起升壓、軟起勵或100%全壓起勵的方式，適合于各種機組起勵的需要，靈活可靠。3.3 三相功率整流橋勵磁電源的功率整流部分采用三相全控橋

17、式整流電路（較小的機組亦可選用半控整流橋或不可控整流橋+IGBT開關(guān)），大功率半導(dǎo)體整流元件均選用優(yōu)質(zhì)大規(guī)格元件，設(shè)計裕量較大。功率橋的冷卻方式采用自冷+輔助風(fēng)冷的冷卻方式。風(fēng)機置于柜頂，僅在負荷較大、環(huán)境溫度較高的情況下才啟動運行，加強冷卻效果；其他情況下風(fēng)機停止，功率橋處于自冷狀態(tài)。眾所周知，強迫風(fēng)冷設(shè)計的缺陷有兩點：一是風(fēng)機連續(xù)運轉(zhuǎn)可靠性低，二是風(fēng)機長期運轉(zhuǎn)會給柜內(nèi)帶來大量積塵，影響電器的絕緣。這種自冷為主的工作方式在很大程度上改善了上述不足，使得勵磁裝置內(nèi)功率橋的運行可靠性大大提高。整流橋的橋臂為單元件，無串并聯(lián)支路。整流橋額定輸出電流為500A，并可提供1000A/20s輸出的發(fā)電機

18、強行勵磁能力。功率整流橋的每一橋臂元件均串聯(lián)一個快速熔斷器，在橋臂元件發(fā)生過電流時迅速將其切斷；交流側(cè)還集中設(shè)置了三相阻斷型阻容吸收器，可有效吸收可控硅功率橋產(chǎn)生的換相尖峰過電壓；加上直流側(cè)設(shè)置的無間隙氧化鋅過電壓專用保護器，可確保功率橋的安全。3.4 滅磁與轉(zhuǎn)子過電壓保護SEC1005勵磁裝置的滅磁方式主要采用逆變滅磁+滅磁開關(guān)快速移能滅磁的方案。在采用可控硅功率橋的勵磁裝置中，電路以逆變滅磁為主。勵磁調(diào)節(jié)器在接到停機令后，立即將可控硅功率橋的觸發(fā)角推到逆變區(qū)，使得磁場能量迅速反饋到交流電源側(cè)吸收。滅磁開關(guān)正常停機時可延遲于逆變滅磁跳閘，保護滅磁開關(guān)的觸頭免受燒蝕，延長開關(guān)的使用壽命；在事故

19、滅磁情況下，繼電保護立即動作于滅磁開關(guān)跳閘，分斷磁場電流并迅速在滅弧柵中建立很高的換流弧電壓。當(dāng)該電壓使轉(zhuǎn)子繞阻的端電壓高于非線性電阻的導(dǎo)通電壓時，非線性電阻導(dǎo)通換流，可實現(xiàn)快速滅磁。磁場電流可在不到0.5秒的時間內(nèi)衰減到零。在較小機組中亦可選用IGBT開關(guān)式勵磁調(diào)節(jié)的方式，不設(shè)滅磁開關(guān)。勵磁調(diào)節(jié)器通過切斷PWM的輸出直接關(guān)斷IGBT功率開關(guān)。IGBT開關(guān)截止后，磁場電流經(jīng)續(xù)流二極管續(xù)流耗能，亦可達到滅磁的目的。滅磁電阻采用高能氧化鋅非線性電阻，其非線性系數(shù)a高達2540，具有優(yōu)良的限壓保護特性，因此氧化鋅滅磁電阻還可兼作發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組和功率整流橋的過電壓保護。3.5 裝置的外形、面板布置及安

20、裝 裝置采用專用屏體，內(nèi)結(jié)構(gòu)作加強設(shè)計，內(nèi)外表面噴塑處理。前門單開，后門雙開。微機控制器及各儀表指示燈均安裝于前門面板，操作維護方便。裝置外殼防護等級為IP20。 整個勵磁屏的外形尺寸為：寬´深´高 = 800´800´2200，顏色為淺駝灰，如圖3所示。 屏面設(shè)有：² 表計：交流電壓表、勵磁電壓表、勵磁電流表和集中顯示器² 指示燈：滅磁開關(guān)狀態(tài)、風(fēng)機狀態(tài)，報警信號燈² 勵磁控制器單元² 各種切換把手：滅磁開關(guān)分/合；自動/手動調(diào)節(jié)方式選擇；定觸發(fā)角方式投/切；調(diào)差投/切等² 按鈕：開機、停機、增磁、減磁

21、柜內(nèi)布線規(guī)范、工整，所有內(nèi)部繼電器等全部采用DIN卡槽式安裝，特別便于測試、檢修和更換。 4. 產(chǎn)品的成套性與訂貨4.1 供貨設(shè)備圖3 勵磁屏外形圖4.1.1 勵磁屏 原則上每臺發(fā)電機配備SEC1005勵磁屏1面，為了增加設(shè)備的可靠性，也可配備兩臺勵磁屏并聯(lián)運行，形成獨立的全套備用勵磁系統(tǒng)。并聯(lián)運行的勵磁產(chǎn)品在技術(shù)上有更多和更嚴格的要求，產(chǎn)品訂貨時應(yīng)在合同中特別注明。4.1.2 勵磁變壓器 在發(fā)電機端自并激勵磁系統(tǒng)中，為保證勵磁系統(tǒng)供貨的成套性，本公司可為用戶設(shè)計計算并選配勵磁電源變壓器，以及勵磁電源變壓器至勵磁屏的連接電纜。4.2 備品備件 根據(jù)訂貨合同要求提供。4.3 設(shè)備隨行資料SEC1

22、005微機勵磁裝置使用說明書微機勵磁控制器用戶手冊SEC1005微機勵磁裝置調(diào)試大綱 SEC1005微機勵磁裝置電氣設(shè)計圖紙² 勵磁裝置原理圖，含一次系統(tǒng)圖、二次原理圖、元件選型表² 勵磁裝置接線圖，外引端子圖SEC1005微機勵磁裝置出廠試驗報告產(chǎn)品檢驗合格證4.4 訂貨須知 SEC1005勵磁裝置的正常供貨周期為2個月，為確保產(chǎn)品的及時使用，用戶應(yīng)提前23個月以上訂貨。 SEC1005型勵磁屏的外形尺寸、顏色、內(nèi)部電路以及勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部參數(shù)的出廠設(shè)置等可按用戶要求進行局部變動，因此，用戶訂貨時如有要求，應(yīng)和本公司技術(shù)人員充分溝通，并訂立技術(shù)協(xié)議，確保供貨產(chǎn)品的適用性。訂貨時應(yīng)提供發(fā)電機組的有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，包括發(fā)電機容量、勵磁方式、額定電壓、額定電流、額定功率因數(shù)、額定勵磁電壓、額定勵磁電流、強勵頂值倍數(shù)以及發(fā)電機有關(guān)阻抗參數(shù)，如Xd、Xq、Xd、Xq以及Td0等，確保產(chǎn)品設(shè)計的合理性和勵磁調(diào)節(jié)器的正確配置。5. 設(shè)備的質(zhì)量承諾與售后服務(wù)5.1 技術(shù)支持 遵循科大創(chuàng)新“顧客第一”的服務(wù)宗旨，搞好技術(shù)支持工作：本公司對所有產(chǎn)品的售前、售中及售后均提供優(yōu)質(zhì)的技術(shù)支持工作。對每套設(shè)備的初次安裝調(diào)試，本公司均安排技術(shù)人員到達現(xiàn)場協(xié)助用戶對產(chǎn)品進行安裝調(diào)試；在此過程中，將對用戶提供細致、周到的技術(shù)服務(wù)，并對用戶進行各種技術(shù)細節(jié)和運行維護知識的講解與培訓(xùn)，