SFPL型同步发电机微机可控硅励磁装置

 

简介

    SFPL型同步发电机微机可控硅励磁装置采用德国SIEMENS S 系列PLC构成单/双通道数字励磁调节器，具有AVR电压调节、MCR电流调节、APF恒功率因数调节、AQ恒无功功率调节等四种调节模式。具有操作简单、维护方便、保护功能全、抗干扰能力强和运行可靠等优点。实现自动跟踪网压、建压，并网后恒功率因数运行调节，自动灭磁和各种保护功能。可充分满足中小型水电站无人值班（少人职守）的要求。

     SFPL型同步发电机微机可控硅励磁装置，适用于机端电压为6.3kV及10.5kV、功率为800-50000kW 频率为50Hz（60Hz）同步发电机的励磁系统。

产品特点

（1）专门为中小型水电站的水轮发电机组研制开发，具有极高的性能价格比。

（2）采用可编程序控制器（PLC）构成微机可控硅励磁系统，可靠性高，抗干扰能力强。

（3）具有自动电压调节、手动电流调节、恒功率因数调节（选项）和恒无功功率（选项）四种调节模式,各种调节方式下可相互切換。

（4）在恒定功率因数调节模式下，无需人工操作，满足中小型水电站无人值班（少人职守）的要求。

（5）控制方式为PID（比例、积分、微分）+PSS（选项）。

（6）开机后空载运行时具有网压自动跟踪功能。

（7）数字给定，软调差。

（8）双回路冗余供电，交直流无扰动切换。

（9）提供RS485接口，可直接与电厂计算机监控系统或电厂综合自动化系统等进行通信。

（10）触摸式显示屏，实现人机对话。

执行标准

GB10585-89	中小型同步发电机励磁系统基本技术要求
GB3797	电控设备第二部分：装有电子器件的电控设备
GB1497	低压电器基本标准
GB755	旋转电机基本技术要求
GB/T 7409.1-7409.3	同步电机励磁系统

工作条件

（1）海拔高度：不超过2000m；

（2）环境温度：-5℃~+40℃；

（3）相对湿度：不大于85%，无凝露；

（4） 环境：干燥，无振动和无粉尘，周围无有害气体

（5）安装地点：室内。

技术参数

（1）额定励磁电流：300-2000A

（2）额定励磁电压：75-250V

（3）电源要求：AC 220±15%  ＜300VA ;  DC 220V±15% ＜1A

性能指标

（1）空载电压整定范围；15%--120%U_F

（1）静态电压调整率；≤±0.5%

（2）发电机空载运行；机组频率每变化0.5Hz，发电机端电压变化率：≤±0.25%

（3）强励倍数：1.6—2.5倍，强励时间不小于20-60秒

（4）调差系数：±10%，可以任意设定调差系数

（5）突甩负荷时：发电机端电压超调量：≤15%，调节时间不大于5s，摆动次数不大于3次

（6）电网电压升高10%时：励磁装置保证长期稳定地额定负载运行

产品功能

（1）多种调节模式

·电流调节：维持发电机励磁电流恒定。

·电压调节：维持发电机机端电压恒定。

· 功率因数调节：维持发电机功率因数恒定。

（2）多种励磁限制、保护和报警（通过软件编程实现）

·频率/电压限制

·空载过电压保护

·欠励磁限制

·失磁保护

·一路电源消失报警

·高压PT断线保护

·转子过电流保护

·触发脉冲丢失报警

·快熔器熔断报警

（3）启励

·残压起励--当机组残压大于额定电压的2%时，可利用残压起励。

·直流激磁启励—手动/自动控制直流激磁启励，电源取至厂用DC220V电池组，电源消耗不大于15－20%的空载励磁电流。

（4）灭磁

·逆变灭磁--机组正常停机解列后当转速下降至85%时，逆变灭磁。

·事故停机时采用灭磁开关灭磁。

（5）人机界面

·运行人员通过触摸屏可以改变运行方式，查看运行参数和状态。

订货须知

请提供:

（1）发电机额定励磁电压、空载励磁电压、额定励磁电流和强励倍数。

（2）采用单或双通道励磁调节器。

（3）是否采用非线性电阻灭磁。

（4）功率柜桥路数及组屏要求。

（5）可配套供应励磁变压器，如供货中包括励磁变压器，请注明结构型式。

附件

（1）装箱清单              

（2）产品使用说明书        

（3）随机图纸             

（4）合格证

TDFL系列同步电动机励磁装置

一 、概述

      TDFL系列同步电动机励磁装置主要用于轻载或重载起动的同步电动机，如球磨机、空气压缩机、泵类负载等。可控制功率为 125--10000KW 的同步电动机。可用于三相全控桥式整流电路，亦可用于三相半控桥式整流电路。

    本装置主整流桥的交流侧电源与定子回路不直接相连，因此定子电压可为高压 3KV、6KV、10KV 或低压 380V，交流侧电源不受定子回路控制。

    无论是全压或降压起动，当同步电动机的转速达到同步速的 94%-96%(亚同步转速)时，通过投励环节(滑差投励)顺极性自动投励或延时投励，将同步电动机牵入同步运行。

    本装置具有电压前馈，通过线性调节器的作用，保持励磁电压或励磁电流的恒定。具有较强的抗干扰能力，一旦电网电压降到 80% 时, 可自动投入强励磁环节，保证电机不失步运行。

    励磁装置具有灭磁环节，在同步电动机异步起动或停机过程中，能自动逆变灭磁。还具有失步保护功能，对电机进行失步保护。当电动机定子回路断开时，可通过本装置中的延迟环节，使三相全控桥进入逆变状态，释放电动机励磁绕组能量，使硅元件不受过电压影响。

本装置采用集成电路，将触发电路、投励环节及直流电源等电路集中于同一印刷板，具有结构紧凑、调试方便等优点。半导体元件均经过电、热老化筛选。

二 、使用条件:

2.1  海拔高度小于 1000 米;

2.2  周围环境温度在 -10℃ -- 40℃ 之间;

2.3  周围湿度不大于 85% ( 20℃ ± 5℃ );

2.4  没有导电、易爆炸尘埃，没有足以能腐蚀金属或破坏绝缘的气体;

2.5  无剧烈振动冲击，倾斜度不能超过 5% 的场合。

三 、技术参数

1. 输入要求：AC380V，50HZ。

             DC220V+/-15%

2. 可满足额定励磁电压50V～250V，额定励磁电流130A～600A励磁柜控制要求。

3. 功率因数在0.5～1范围内连续可调。

4. 强励倍数为1.2～1.8倍。

5. 恒流精度±1％。

6. 定时精度±0.1秒。

四 、系统工作原理

同步电动机晶闸管励磁装置的原理框图如图一所示。

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图一  同步电动机励磁装置原理方框图

      同步电动机的定子合上电源，降压或全压起动后，同步电动机进入异步运行状态，通过灭磁环节自行灭磁。在此期间，触发电路脉冲被封锁，整流桥不工作。由滑差检测电路测量电动机的转速，通过投全压环节，电动机全压起动，当电动机的转速达到亚同步速时，通过投励环节的作用，触发电路开启，输出脉冲送至晶闸管控制极，全控桥输出直流电压，施加于电动机的励磁绕组，同步电动机被牵入同步运行，起动完毕。改变励磁给定值，可使电动机在要求的功率因数下运行。

 当电网电压变化时，通过电压反馈电路和调节器的作用，使电机励磁绕组端压保持恒定。 当电网电压下降到 80% 以下时，给出强励磁信号，并与励磁给定值迭加，使电动机励磁电流(或电压)上升。一旦电压恢复，强励切除，系统又恢复到原来的稳定状态。

    电动机定子回路断电后，由于调节器的延时作用，使触发电路延时封锁脉冲。在此延迟时间内，三相全控桥进入逆变状态，使贮藏于励磁绕组中的能量回馈电网，保证硅元件不受过电压影响。

由于某因素造成同步电动机失步运行。一旦失步，电动机定子回路功率因数会大幅度下降，失步保护电路经延时后，给出失步跳闸信号，延时跳闸可避免误动作，增加了系统运行的可靠性。

五 、调节器的主要功能与基本原理介绍

1.       滑差投全压、投励

    同步电动机在起动（异步运行）时，会在转子两端感应一个频率由50HZ向0HZ衰减的正弦波，它在某一时段的频率值对应着此时电机的滑差值（如附图所示）。控制单元将转子感应的正弦波信号通过隔离、整形、放大后变换成一个方波信号输入PLC，通过PLC内部程序处理计算出电机转速，当电机转速达到投全压转速设定值时，PLC发出投全压信号，全压启动电动机。当PLC检测转速达到预设滑差投励值且在方波上升沿时（保证投励顺极性），向脉冲触发部分电路发出解除脉冲封锁信号，使晶闸管整流桥向转子输出直流实施投励。

滑差投励和投全压的预设值，可以通过人机操作界面在0～0.99之间修改。出厂时，投全压值设定为0.9，投励滑差值设定为0.95。

2.       定时投全压、投励

这个功能主要是在滑差全压、投励失败后作为一种后备保护措施来实现投全压、投励。在CPU中设定一个定时投全压和投励的时间值，电机起动后若在设定的时间内没有完成滑差投全压或滑差投励，那么CPU会强制发出投全压和投励信号。

定时投全压、投励的时间值可以通过人机操作界面在0～99秒修改。出厂时，定时投全压时间设定为3秒，定时投励时间设定为5秒。需要指出的是，这两个时间设定都应比滑差投全压投励的时间长，否则会造成滑差投全压、投励失效。

3.       恒流与限流

在控制单元中安装有电网电压、励磁电流和功率因素等传感器，它们将各自相对应的强电信号采集进来变成0～5V的电压信号送入CPU。它与给定量在CPU中作PID运算，将运算结果变成一个电压信号，送入触发脉冲电路中，作为触发脉冲的移相电压。这样，无论是外电网电压发生波动，还是负载发生变化，控制单元都可以使励磁电流的输出保持恒定。

通过人机操作界面，可以设定控制输出最大值，它起到一个限制最大励磁电流的作用。当控制输出值超过设定的控制输出最大值时，系统会认为给定无效而使用控制输出最大设定值作为给定值，控制输出最大值在0～0.8之间修改。为了满足不同场合的使用要求，可通过人机操作界面设定PID运算的参数。对于转子参数不同或使用场合电网情况不同，要使励磁电流满足要求可能需要对PID调节参数进行修改。

4.       停机逆变

控制单元具有停机逆变的功能。也就是同步电动机在停车时控制单元将触发脉冲推入可控硅的逆变区，使整流桥处于逆变状态，将电动机异步运行时所产生的一部分能量回馈至电网。当控制单元CPU接到停车信号时，置触发脉冲的移相电压为零，同时延时5秒封锁触发脉冲。

5.       强励

励磁装置具有强励功能。当电网电压下降到额定的80%时，励磁装置输出设定的强励电流，实现强励功能，强励倍数和时间可由触摸屏设定。

6.       低通灭磁                                                   

励磁装置具有低通灭磁功能。当电动机起动时，励磁装置强制接通灭磁电路对电动机进行灭磁，当励磁装置投励时低通灭磁解除。

7.       失步保护

电动机发生失步时功率因数会随之降低，通过功率因数传感器CPU能感知电机功率因数变化情况，当电机发生失步功率因数降到设定保护值且在设定的延时时间内还未恢复时，CPU会向外界发出失步保护信号。失步保护值和失步保护延时时间均可通过人机操作界面进行设定，失步保护整定为功率因数滞后 0.6 -- 0.8,时限 4 -- 6秒。。

8.       报警

控制单元具有故障报警功能。当发生电机失步、励磁柜熔断器烧坏等故障时，控制单元不但能向外界发出报警信号，而且会在人机操作界面上有相应的中文提示，直到故障消除后操作人员按“复位”键后提示信息才能从屏幕上清除。

9.  具有各种保护和限制功能(可选)

(1)转子最大电流限制

(2)转子最小电流限制

(3)最大最小控制角限制

(4)最大滞相无功限制

(5)最大进相无功功率限制

(6)转子过电流保护

 (7)失步保护

(8同步失败保护

(9)失磁保护

(10)启动超时保护
(11)定子PT断线保护

   (12)过电压保护

   (13)短路保护

   (14) 灭磁晶闸管误导通检测环节及保护

10. 串行通讯

备有标准串行通信口，可方便实现与计算机监控系统通讯，通信规约为MODBUS 通讯协议。

11. 多种调节方式(可选)

   调节规律采用PID调节，具有恒励磁电流调节、恒功率因数、恒触发角调节等多种调节方式。调节方式可由触摸屏选择。

12. 双机热备

   两套PLC同时采集和处理数据，并不断进行数据交换和互校，当主用通道出现故障时可无扰动的切换到备用通道运行。