三峡电厂陈小明励磁讲座国内外励磁软件学习
励磁系统交直流灭磁原理分析★★★★
励磁系统交直流灭磁原理分析陈小明 胡先洪(三峡水力发电厂 湖北省宜昌市 443113)【摘要】 在介绍直流灭磁和交流灭磁的原理基础上,分析了整流器触发脉冲在交流灭磁过程中作用以及三峡电厂的西门子励磁系统交直流灭磁原理,在讨论交直流灭磁系统可靠性等问题中,给出了使用交流灭磁开关的几点建议。
【关键词】 三峡电厂 西门子励磁 磁场断路器 真空断路器 交流灭磁原理【数据库分类号】 SZ 03收稿日期:2006-08-09。
0 引言为了实现同步发电机快速安全灭磁,目前国内外广泛采用磁场断路器配合灭磁电阻的放电灭磁方式(也称并联灭磁),三峡电厂也是如此。
磁场断路器迅速切断发电机励磁绕组与励磁电源的通路,同时将发电机的励磁电流转移到灭磁电阻中,灭磁电阻消耗磁场能量。
过去和目前,磁场断路器大都串联在励磁直流回路中,采用的是直流灭磁开关及其直流灭磁技术。
随着励磁容量的不断增大,现有直流灭磁开关的选择也越来越困难。
现在,磁场断路器也已经开始串联在励磁整流电源的交流侧,采用交流开关以及交流灭磁技术。
为了保证特大型机组的灭磁安全,三峡电厂的西门子THY RIPO L 励磁装置采用交直流灭磁开关双重灭磁方式。
分析三峡电厂交直流灭磁原理,有利于我们学习和借鉴西门子励磁装置之灭磁图1 发电机灭磁回路原理图技术。
1 直流灭磁原理分析直流灭磁是指跳开励磁整流器直流侧灭磁开关的灭磁。
对于采用放电灭磁方式的励磁系统来说,灭磁的首要任务是将灭磁电阻并联在转子两端,然后跳开灭磁开关进行换流,即将发电机的励磁电流转移到灭磁电阻中。
换流成功就意味着灭磁基本成功。
如果换流失败,放电灭磁就变成单纯的开关灭磁(也称串联灭磁),此时的灭磁开关不仅要承担断流的任务,还要承担消耗磁场能量的任务。
在发电机励磁回路中,灭磁时由三个电压量组成了一个灭磁回路:励磁整流器L P 的整流电压U d 、灭磁开关MK 的灭磁弧压U k 、灭磁电阻R m 的灭磁电压U m ,如图1所示。
励磁维护检修与试验(一)
励磁设备清灰
1、励磁设备最重要的维护工作； 2、吸尘器和吹尘器是必备的工具； 3、功率柜和其他柜的清灰要求不同。 VC-40吹尘器
功率柜的清灰最佳方法： 启动抽风机，吹风机对着可控硅散热 器，顺着风道方向吹。能够将吹起的 灰尘排到厂房外是最好的办法。 对于散热器内的灰垢， 大修时可以考虑采用 管道毛刷清洁。
待续
1、异常检查巡检； 2、主要工况下运行参 数记录：冬夏两季； 3、设备温度巡检：红 外线温度仪等。
励磁设备温度巡检
1、使用红外线测温仪测量电缆，铜排等发热设备； 2、使用红外线热像仪记录观察比较重点设备和部位的温度；
3、灭磁开关触头温度，可以用万用表测量两端的电压值，一 般是40-80毫伏，但要注意安全。
励磁设备散热与防灰
1、励磁调节器是否采用进风滤网？当调节器内 有风扇，则一定要装设滤网；否则，可以不考 虑。自冷散热极大的减少灰尘； 2、励磁调节器是否需要拔出插件板进行清灰？ 尽量不要拔出，防止接触不良。采用吹尘器进 行上下左右远距离的吹灰即可； 3、研究现场励磁设备IP的合理性；核实冷却风 向和风速；风速继电器与风压继电器的整定。
励磁设备IP等级探讨
按照IP防护等级定义， IP20 可以防护超过12mm 以上物体进入设备，但没 有防水的能力，适合励磁 变压器选用；IP32可以防 护超过2.5mm以上物体进 入设备，防护垂直方向呈道，励磁调节器灭磁柜 的盘顶用立柱支起来。
IP防护等级简介
00 11 22
IP防护等级，是指设备
和装置在运行中的防尘防水能力,由两位数组合组成。
33 44 55
IP防护等 级
第一位数 无防护 字表示防 护固体 第二位数 无防护 字表示防 护液体 防护超过 防护超过 防护超过 防尘、允 完全防尘 50mm以 12mm以 2.5mm以 许有限侵 上物体 上物体 上物体 入 防护垂直 防护垂直 防护垂直 防护各个 防护各个 方向下落 方向呈15 方向呈60 方向的喷 方向的低 的水滴 度下落的 度下落的 射水，允 压喷水， 水滴 水滴 许有限侵 允许有限 入 侵入
三峡左岸电站进口励磁调试方案解析
三峡左岸电站进口励磁调试方案解析，王会霞1，周景丽 2，陈小明1（1、三峡水力发电厂湖北宜昌市 443113；2、中国水利水电第八工程局湖南长沙市 410000）摘要本文介绍了三峡左岸电站进口励磁调试方案，并对其调试步骤进行了解析和总结。
学习和借鉴三峡进口励磁调试方案，有助于规范国内励磁调试方案和提高其技术管理水平。
关键词三峡电厂进口励磁调试方案1 引言长江三峡左岸电站14台700MW水轮发电机组，采用德国西门子THYRIPOL自并励可控硅整流励磁系统，双通道可编程调节器，器件众多，结构复杂，外观漂亮，运行可靠。
对于这种大型进口励磁装置，安装由中方负责，外方专家指导，调试则由外方专家负责，中方协助。
三峡左岸电站THYRIPOL励磁装置，大部分由西门子励磁调试工程师托马斯.库恩先生调试，整个调试工作可以概括为：资料详细全面，工具先进齐全，工作井然有序，记录真实可靠。
总结和解析进口励磁调试方案，有利于我们学习和借鉴国外先进的技术管理经验。
2 调试资料和记录表格THYRIPOL励磁装置调试资料，封面文件和总目录见表一和表二，整个调试项目共有43项，每个项目都有如表三一样的表格，这些文件既是调试方法又是调试记录。
完成一台励磁装置的调试，其调试文件和记录表格总共有100多页，录波图近50份，上述所有数据和励磁软件都有光盘备份。
这些资料整理成册，既方便学习，又方便其它机组励磁调试，是一份非常实用的励磁资料。
表一三峡电厂励磁调试文件封面表二三峡电厂励磁调试项目总目录3 静态调试步骤及其内容解析3．1 励磁变和制动变耐压及绝缘试验(ComEx002、ComEx003)：常规电气试验，主要包括电阻测量，变比和组别试验，耐压试验等，由施工单位完成。
3．2 可控硅模块外观检查：常规检查，主要检查可控硅模块有无破损，有无杂物等情况。
3．3 脉冲变绝缘检查(ComEx005b)：可控硅模块绝缘检查，DC1000V＋30″，试验电压偏低3．4 功率柜4000V交流耐压试验(ComEx004)：功率柜阳极电缆未接，短接三相阳极母排，AC4000V＋1′。
三峡电厂励磁系统交直流灭磁原理分析
IA
MKA
IB
MKB
RV LQ
t
IC
MKC
LB
U
-UL/UZ
KA- KB- KC-
t
MKA
KA+
IL
t1
+ UKA -
+ UZ -
- UKC +
- RV LQ UL U +
灭磁换流公式： Uk ± Uz ≥ UL
MKc
KC-
9. 脉冲正常下的交流灭磁原理分析
IL KA+ KB+ KC+
IA
MKA
IB
MK
IK
IL
LP +
UZ -
+ UK -
UL u
+
LQ RV
IRV
灭磁换流公式：Uk ± Uz ≥ UL
整流：Uk － Uz ≥ UL ，Uk要求高 逆变：Uk ＋ Uz ≥ UL ，Uk要求低 封脉冲： Uk ± Uz ≥ UL， Uz交变
5. 整流器交直流波形对比
整流器交流电源波形a＝60°Fra bibliotekMKB
IC
MKC
RV LQ
U
LB KA- KB- KC-
脉冲顺序 导通周期120° SCR关断条件
＋A
灭磁过程简述：
-B
-C
1、KA+、KB+导通时分开关； 2、MKB分断； MKA和MKC无法
关断，电弧燃烧；
60°
3、KB+不导通，KA+无法关断；
4、KA-导通、KC-被关断；
＋C
＋B 5、KA+和KA-导通，电流续流；
a＝90°
三峡电厂励磁软件结构框图及其特色分析
三峡电厂励磁软件结构框图及其特色分析1121陈小明，胡先洪，霍乾涛，章俊(1:三峡水力发电厂;2:国电自动化研究院)摘要本文介绍了三峡左岸电厂SIEMENS励磁调节器硬软件，详细分析了其软件结构框图和主要限制器特性曲线，并探讨国外励磁软件特色。
关键词 SIEMENS，THYRIPOL，SIMADYN-D，STRUC G，IBS，励磁软件。
0 励磁调节器硬软件简介三峡左岸电站的励磁系统采用德国SIEMENS公司生产的THYRIPOL静止式可控硅自并励励磁设备，由11面柜组成，如图1所示，从左到右分别是:调节器柜、辅助控制柜、5屏晶闸管整流柜、2屏灭磁开关柜、过电压保护和灭磁电阻柜、电制动整流柜。
整套系统结构复杂，器件众多，外观漂亮，运行可靠。
图1 THYRIPOL励磁装置SIEMENS THYRIPOL全数字式微机励磁调节器，硬件由两套完全独立的SIMADYN D全数字控制器组成。
每套控制器包括3块32位的CPU 控制板，以及各种数字模拟信号输入及输出接口板，耦合存储模块，扩展模块以及通讯接口模块，所有的模块集成于一个机箱中，组成一个完整的励磁调节通道。
励磁调节器两通道采用热备用的运行方式，同时接受输入控制并执行操作与调节，但只有处于工作状态的通道有输出，并对可控硅进行触发。
当工作通道发生故障时则备用通道自动投入运行，并闭锁故障通道。
通道内部各模块之间以及通道和通道之间实时通信跟踪，并及时上传数据到面板显示屏和监控系统，保证系统无扰动切换。
在整套励磁装置盘面上，只有励磁调节器有两个可操作器件:远方现地切换控制锁和西门子OP2N操作面盘。
励磁调节器编辑软件采用的STRUC G逻辑功能图语言，属于可编程逻辑图语言(组态语言)。
STRUC G是SIEMENS公司专门针对SIMADYN D硬件平台开发的结构化图形语言，主要编辑逻辑功能图，并通过存储卡读写器将软件写入存储卡中。
三峡励磁SIMADYN D有三块CPU板，故需1要插入三个程序存储卡。
三峡电厂机组励磁调节
三峡机组无功调节原理及其运行情况分析陈小明,谢秋华，黄家志（三峡水力发电厂，湖北宜昌市，443113）摘 要：本文简要介绍了三峡励磁调节器及其无功模式原理，描述了三峡机组无功调节环节层次和AVC投退条件。
针对机组运行中出现的两次无功和电压异常现象，进行了定性分析并给出结论和建议。
关键词：水电厂监控系统，励磁调节器，AVC，Q模式，无功闭环调节1．三峡励磁调节器及其无功模式简介三峡电厂采用SIEMENS THYRIPOL微机励磁调节器，硬件由两套完全独立的SIMADYN D 全数字控制器组成，软件由自动电压调节（AVR）、励磁电流调节（ECR）、无功模式（Q模式）、励磁电压调节控制和移相脉冲触发器等组成，其发电机励磁系统及其三个模式的控制结构如图1所示。
在图1中，AVR、ECR、Q三个模式下的外部增减磁通道随控制模式进行相应的切换，其作用是分别改变相应模式的参考值ref。
参考值同测量实际值act进行比较后再进行后续控制。
AVR以发电机机端电压测量值Ugact和其参考值Ugref的差值作为电压控制器的输入，以维持发电机机端电压等于其参考值。
AVR是励磁调节器的基本和主要调节方式。
ECR是以发电机励磁电流测量值Ifact和其参考值Ifref的差值作为电流控制器的输入，以保持励磁电流等于其参考值的方式控制发电机的运行。
AVR和ECR信号经AVR/ECR模式切换逻辑进入励磁电压控制器PI。
励磁电压控制器的放大倍数为1且积分为零。
由于励磁电压的变化快于其它电参数（比如励磁电流）的变化，其负反馈对于稳定励磁电压具有一定作用，因而也被称谓镇定器。
Q模式以发电机无功测量值Qact和其参考值Qref的差值作为脉宽调制模块的输入，当二者相差大于1％时（0.77Mvar），则通过脉宽调制器模块产生脉冲，作为Q模式增减磁命令，增减AVR模式的机端电压参考值使其上升下降，以使在某一范围内的无功功率保持不变。
在此范围内，AVR响应系统电压的变化，并以自动电压调节的方式保持系统的稳定。
陈小明老师内蒙励磁会议：发电机励磁原理(1)
电力系统励磁控制发展过程：
PID 控制；
PSS 控制
线性最优控制LO－PSS （Linear Optimal Control） 非线性最优控制NO－PSS （Nonlinear Optimal Control） 非线性鲁棒控制NR－PSS （Nonlinear Robust Control）
单机无穷大系统线性化小偏差理论数学模型
（菲利普斯-海佛曼模型）（ F. P. deMello and C. Concordia. ）
功角稳定比喻
腕中放置一个球，且受到外部的一个小外力，它就偏离原来的 位置。如果这个腕的高度很矮，像一个盘子，该球就有可能从 碗中掉下来。此时，我们就说这个系统静稳不足。提高腕的高 度最经济的办法就是采用自动电压调节器。 当碗中的球受到一个大的外力，怎样保证该球不飞出，最主要 措施就是快速的继电保护。继保的作用就相当于减少这个外部 力量的作用时间，继保越快，外力的作用时间就越短，这个球 就不会一下子掉下来。自动电压调节器此时作用相当于自动改 变这个腕的坡度，当这个球上升时增加坡度，当这个球下降时 就减少这个坡度，使这个球在碗中滚动幅度迅速减小。 当腕和球之间的摩擦很小，这个球受到扰动后在碗中滚动幅度 大且时间长。动稳定影响到电力系统阻尼，就如同影响这个碗 中的摩擦系数一样，正阻尼就是增大摩擦系数，负阻尼减少摩 擦系数。当这个球在滚动中，如果有一个外力在其上升时帮助 其上升，在其下降时帮助其下降，这个球的滚动幅度就越滚越 大，反之就越滚越小并最终停下来。PSS的作用就是增加阻尼。
发电机励磁系统原理（1）
三峡电厂陈小明 Chen_xiaoming@
水轮发电厂原理
大坝、水电厂、水轮 机、发电机定子、转 子、励磁系统
陈小明主编：发电机励磁系统检修(10)
2．试验内容和方法简介（1）励磁变和制动变耐压及绝缘试验：常规电气试验，主要包括电阻测量，变比和组别试验，耐压试验等。
（2）晶闸管模块外观检查：常规检查，主要检查晶闸管模块有无破损，有无杂物等情况。
（3）脉冲变绝缘检查：晶闸管模块绝缘检查，DC1000V＋30″（时间30秒）。
（4）功率柜4000V交流耐压试验：功率柜阳极电缆未接，短接三相阳极母排和直流输出母排，AC4000V＋1′交流耐压。
耐压前进行DC2500V+30″绝缘电阻检查。
此试验实际上也就是晶闸管和脉冲变的绝缘电阻和耐压试验。
（5）励磁装置主回路绝缘电阻检测：根据回路的不同，选用不同的直流电压进行绝缘电阻检查，具体内容及表格见表3－3。
（6）转子过电压保护校验：卸下跨接器电缆，首先进行DC2500V+30″绝缘电阻检查，然后使用电压发生器，分别校验正向和反向过电压动作值。
（7）灭磁电阻试验：按要求应进行伏安特性试验，但现场只检查绝缘电阻。
（8）外部交直流供电电源检测：这是励磁装置投电检查，检测输入电压值和相序，检测稳压电源输出电压值；合上所有开关，检查投电后的各种指示；采取临时措施屏蔽故障信号，使整个装置投电后正常运行，为下一步的试验作好准备。
（9）直流灭磁开关时差试验：跳直流灭磁开关，记录放电常闭断口与主断口之间的时差，记录正负主断口之间的跳闸时差。
（10）PT和CT二次通电模拟试验：使用继电保护仪，在PT回路外加额定二次电压100V，在CT回路外加额定二次电流，并改变相位，检查调节器采样计算和显示的正确性。
（11）励磁电压和励磁电流变送器试验：使用毫伏直流电压发生器，在励磁电压和电流变送器二次侧外加毫伏电压，从零到额定值，检查调节器采样计算和显示的正确性。
（12）励磁变温度检测试验：常规仪表试验，校验测温电阻和温度监视器。
（13）励磁装置小电流开环试验：在励磁变副边(交流灭磁开关进线端)外接电源400V，断开转子负载，功率柜外接电阻假负载，调节器开环а角控制，检查脉冲和功率柜输出电压波形。
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国内外励磁软件学习(1)
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学习要点
国内励磁软件学习方法
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1、学习励磁技术说明书，结合硬软件学习！ 2、熟悉硬件原理图，特别是操作原理图，能够指 导运行人员进行操作； 3、熟悉各个励磁软件功能的原理，先易后难； 4、学习厂家提供的软件流程图； 5、清楚外部开关量和模拟量在软件中的作用； 6、学会小电流试验、开机试验等基本操作； 7、编写规程、检修作业指导书； 8、互相交流。