NES5100检修规程

1、发电机励磁系统概述舟山电厂#4机励磁调节器采用国电南瑞生产的NES5100发电机励磁调节器，用于同步发电机静止励磁系统。本系统包括NES5100调节装置1台（包括两套完全相同的NES5100调节器）、FLZ可控硅整流装置3台、FLK灭磁开关1台、FLR灭磁电阻柜1台、FLJ进线柜1台，其示意图如下：2、发电机励磁系统说明2.1励磁系统参数及电源配置：1)励磁系统参数：名称参数额定功率350MW额定定子电压20KV额定定子PT变比20000/100V额定定子电流11887A额定定子CT变比15000/5A额定功率因数0.85励磁变压器变比20000/980V转子电流CT变比3000/5A强励倍数2倍/10S空载励磁电压/电流147V/706A负载励磁电压/电流485V/2031A2)电源配置：用途电压功率（最大）调节器A套电源AC220V（UPS）400VA调节器B套电源AC220V（UPS）400VA调节器A套电源DC220V400W调节器B套电源DC220C400W辅助电源AC220V（UPS）500VA灭磁开关操作电源DC220V/2路15A/2S风机电源1AC380V9KVA风机电源2AC380V9KVA照明、加热器电源AC220V800VA起励电源AC380V3KV/10S3、励磁调节器输入接口参数机端电压3相交流，线电压额定值100V（最大150V）同步电压3相交流，线电压额定值100V（最大150V）定子电流3相交流，输入范围：0∽5A转子电流3相方波，输入范围：0∽5A（交流侧，由励磁变压器低压侧的电流互感器来）4、励磁调节器硬件配置单套NES5100调节器的单板插件组合示意图如下：EX01EX02EX03EX04EX05EX06EX07EX08单板的名称见表：单板编号单板名称EX01脉冲电源板EX02系统电源板EX03CPU板EX04模拟量板EX05同步电压板EX06开关量板EX07扩展开关量板EX08脉冲放大板4.1电源板电源板包括EX01脉冲电源板和EX02系统电源板。EX01脉冲电源板用来提供脉冲输出的正24V电源.EX02系统电源板：该板为双路供电，AC220V、DC220V（或DC110V）输入，输出+12V、-12V、两路+5V和两路24V用于开关量输入输出电源。4.2CPU板EX03CPU板是核心控制板，主要功能有：将模拟量板送来的模拟信号进行A/D变换采样；根据A/D采样的结果及开入信号逻辑判断进行控制计算，产生小脉冲；根据逻辑判断程序开出信号到开关量板；测频及脉冲回读检测；双套切换逻辑的实现；通讯功能4.3模拟量板该板的主要功能是进行信号调理，调理的信号包括机端电压、系统电压、同步电压、定子电流、转子电流等，调理过程是将高压（100V）、大电流（5A）信号进行隔离并转换为±10V电压信号，然后传输到主CPU板，该板还包括D/A输出部分，有4路12位的D/A输出。4.4同步电压板该板的主要功能是将整流柜送来的高压（100V左右）的同步电压信号进行变换，然后传输到主CPU板，4.5开关量板开关量板包括EX06开关量板和EX07扩展开关量板。EX07扩展开关量板和EX06开关量板的硬件是一样的，所以功能也一样。该板上有20路开关量输入通道，通过光耦隔离输入；16路开关量输出，经过光耦隔离后通过继电器节点输出。开关量板具有很强的显示功能，每一个开关量的状态都可以通过面板上的灯的状态来显示，从而可以直观地观察开关量的状态。4.6脉冲放大板该板的主要功能是将CPU板上形成的小脉冲通过光电隔离及电平转换送至6片CMOS管放大，然后输出。5、软件系统5.1概述软件组成包括三个方面：嵌入式操作系统、人机交互程序以及励磁应用程序。嵌入式操作系统部分包括操作系统本体，还包括硬件底层驱动软件、系统任务配置、系统中断配置等。底层驱动包括Flash驱动、以太网驱动等。人机交互的核心程序位于通信报文处理任务中。该任务和网络通信任务、RS232/RS485通信任务一同构成了整个人机交互的下位机系统。网络通信任务、RS232/RS485通信任务接收到上位机发出的指令后，将指令发送到一共同的消息队列中，通信报文处理任务从消息队列中逐条取出并处理。励磁应用程序包括两个部分：主流程和控制调节程序。主流程放置于主任务中，约每160ms运行一次，完成励磁应用程序的初始化以及机组状态的判断等功能；控制调节程序放置于3.3ms中断中，完成所有的励磁控制调节功能，确保了控制调节的快速和精度。调节控制程序模拟量测量和A/D变换采集发电机机端交流电压Uga、Ugb、Ugc，定子交流电流Iga、Igb、Igc，励磁电流Ifa、Ifb、Ifc（整流桥阳极电流），同步电压Usyna、Usynb、Usync等模拟量，计算出发电机定子电压、发电机定子电流、同步电压、发电机有功功率、发电机无功功率、发电机功率因数、发电机励磁电流等。具体如下：调节器通过模拟量板和同步电压板将高压（100V）、大电流（5A）信号进行隔离并转换为±10V电压信号，然后传输到主CPU板上的A/D转换器，将模拟信号转换为数字信号。给定调节利用增、减磁开关量输入信号，控制AVR给定值的增、减或预置。给定值有最大上限和最小下限。给定的变化速度可通过软件设定。NES5100调节器的自动通道有电压给定和电流给定两个给定单元，分别用于恒机端电压调节和恒励磁电流调节。恒机端电压调节称为AVR调节方式，恒励磁电流调节称为FCR调节方式。发电机起励建压后，两种运行方式是相互跟踪的，即备用方式跟踪运行方式，跟踪的依据是两种调节输出相等，且这种跟踪关系是不能人工解除的。调差发电机无功调差功能是励磁调节发电机无功出力的重要参数。发电机无功调差有两方面作用：一方面是确定共母线机组稳态时无功按比例分配；另一方面是在系统电压波动时确定发电机组无功出力增量按比例分配。软起励软起励功能是为了在起励时防止机端电压超调。励磁接收到开机令后即开始起励升压，当机端电压大于10%额定值后，调节器以一个可调整的速度逐步增加给定值使发电机电压逐渐上升直到设定值。自动跟踪自动跟踪功能保证了从自动电压调节（AVR）模式到磁场电流调节（FCR）模式、A通道到B通道的平稳切换。切换可能是由于故障（如PT断线）引起的自动切换或人工切换。跟踪指两个独立的自动通道之间的跟踪，跟踪信号来源于运行通道控制信号和备用通道控制信号的差值。闭环调节励磁调节器工作的目标是保证被调节量实时跟踪对应的目标值，也就是说，通过闭环控制使被调节量随其目标值增大而增大，随其目标值减小而减小，从而达到调节发电机工况的目的。电压闭环调节方式是最基本、最常用的励磁控制方式，也是励磁运行的主要运行方式，电压闭环调节方式以发电机的机端电压作为调节变量，调节目的是维持发电机的机端电压与电压目标值一致，而电压目标值则主要由增磁命令（远方或就地）或减磁命令（远方或就地）进行增加或减小。发电机空载时，电压目标值变化，使机端电压也随之变化；发电机负载时，电压目标值变化仍然使发电机电压随之变化，同时引起发电机无功功率更大范围变化。励磁电流闭环调节方式是常规励磁控制方式，主要在励磁试验时或电压环故障（PT断线）时使用，励磁电流闭环调节方式以发电机励磁电流作为调节变量，调节目的是维持发电机励磁电流与电流目标值一致，而励磁电流目标值则主要由增磁命令（远方或就地）或减磁命令（远方或就地）进行增加或减小。脉冲输出闭环调节模块计算得到的触发角度，经相控脉冲形成环节，产生所要求触发角度的相控脉冲，由功率放大环节放大后输出至整流桥。限制及保护程序调节器将采样及计算所得到的相关数值，与预先整定的限制保护值相比较，分析发电机组的实时工况，判断发电机的工作区域，对过负荷和欠负荷工况进行限制，防止发电机进入不安全或不稳定区域，从而保护机组的安全可靠运行低励磁限制发电机励磁不足反映在各个电气参量中，主要表现为：励磁电流低、进相深度大（负无功功率大）和定子电流增大，为保证发电机安全运行，针对反映低励磁的主要电气量有相应的限制手段，在NES5100调节器中，用P/Q限制来实现过励磁限制发电机过激磁也反映为各个电气参量变化，主要表现为：励磁电流高、无功功率过负荷和定子过电流，为保证发电机安全运行，针对反映过励磁的主要电气量有相应的限制手段，主要包括：励磁过流过热限制、无功功率过励限制、瞬时强励限制和伏赫兹（V/Hz）限制。励磁过流过热限制：励磁过流过热限制也称为励磁过电流反时限限制，主要用来防止转子回路过热。无功功率过励延时限制：在NES5100调节器中，无功功率过励延时限制亦通过P/Q限制来实现。无功功率过励限制为延时限制，一般动作延时时间为5秒。瞬时强励限制：瞬时过励限制，或者称为强励顶值限制。其作用是防止在调节过程中发电机转子电流瞬时超过容许的强励顶值。其与前述过励限制有两点不同：其定值是强励容许值，不是长期允许值；动作是瞬时的，不是按发热积累考虑的延时。伏赫兹（V/Hz）限制发电机运行时，发电机端电压与发电机频率的比值有一个安全工作范围，当伏赫兹比值超过安全范围时，容易导致发电机及主变过激磁和过热现象，因此当伏赫兹比值超出安全范围时，必须限制发电机端电压幅值，控制发电机端电压随发电机频率变化而变化，维持伏赫兹比值在安全范围内。实际应用中一般取1.06为伏赫兹比值安全范围，当伏赫兹比值超出1.06时，伏赫兹限制启动，调低发电机端电压并预留一定的安全裕度。另外，发电机空载时，当发电机频率低于整定值时（45Hz），实际发电机组不允许继续维持机端电压，此时，需发出逆变脉冲，励磁系统逆变灭磁。伏赫兹（V/Hz）限制动作条件为过电压或低频率。发电机负载时，由于发电机频率即为系统频率，实际负载伏赫兹（V/Hz）限制主要为过电压限制。发电机空载时，由于发电机电压和频率的比值与发电机励磁电流成比例关系，实际空载伏赫兹（V/Hz）限制主要为过电流限制。PT断线保护发电机机端PT断线为电厂常见故障之一，同时PT断线也是误强励发生的主要诱因之一。励磁系统对PT断线的处理要求要迅速又要准确，如果判断时间过长，实际PT断线时，如果不能及时进行容错控制，发电机励磁电流很快上升直至强励。NES5100励磁装置对PT断线判断采用三种方法：双PT比较法、负序比较法和冗余判别法，保证各种PT断线均能被正确而迅速地判别出，PT断线保护采用两种方法：主从切换和控制方式切换。电力系统稳定器（PSS）电力系统稳定器（PSS）是NES5100励磁调节器的一个标准功能。PSS的目的是通过引入一个附加的反馈信号，增加弱阻尼或负阻尼控制系统的正阻尼系数，以抑制同步发电机的低频振荡，提高发电机组最大输出能力，有助于整个电网的稳定性。电力系统稳定器机组正常运行时应投入。目标值设定正常运行时，NES5100励磁调节器不断地检测增减控制命令，并按照增减的控制命令持续时间、励磁闭环控制方式、发电机工况和预置的增减速度等要求，修改被调节量的目标值，从而实现被调节量的增加或减小双机通讯从通道自动跟踪主通道的被调节量的目标值和输出的控制值。正常运行中，一个自动通道为主通道运行，另一个自动通道为从通道运行，为保证通道间切换时无扰动，从通道通过双机通讯，交换控制信息，自动跟踪主通道的工况。6、操作和显示6.1运行操作零起升压机组第一次起动或大修之后一般采用零起升压方式。可操作如下：1）调节器设为电压闭环控制方式。2）通过“就地减磁”按钮将电压给定值降为10％对发电机或主变进行零升试验注：①，可设定的电压给定预置值的最小下限的大小取决于可控硅正常换流的最低阳极电压。②，如果发电机不能建压或发电机电压向上攀升不能控制，应立即逆变灭磁或跳灭磁开关灭磁。停机检查励磁整流变压器原边的高压保险有否熔断和整流桥的交流输入与发电机的相位、相序是否一致，并且应是正相序。③，零起升压正常后，将“起励定子电压给定值”返回（一般设定为100％），修改“起励定子电压给定值”后，必须经过一次开停机，或者写入flash关电重启后才有效。