淺談電動、發(fā)電機(jī)組中的微機(jī)勵磁系統(tǒng)

郭平

摘 要：為了正確了解微機(jī)勵磁裝置，從WKLF-102B型微機(jī)全控勵磁裝置的組成、技術(shù)特點，論述了微機(jī)勵磁裝置在江都三站中的應(yīng)用，為在建南水北調(diào)大型泵站微機(jī)勵磁裝置的設(shè)計選型及其他大型泵站的更新改造提供參考.

關(guān)鍵詞：勵磁裝置;電動;發(fā)電

江都三站1969年建成，共有抽水機(jī)組10臺套，電機(jī)采用可逆變速三相同步電機(jī)，在抽水時，電機(jī)作為同步電動機(jī)運行，取用電網(wǎng)的有功電能轉(zhuǎn)變?yōu)槌樗臋C(jī)械能。在發(fā)電時，電機(jī)轉(zhuǎn)向相反，電機(jī)將機(jī)軸上傳來的機(jī)械能變?yōu)殡娔?。無論排澇還是抗旱，都為里下河地區(qū)的安全生產(chǎn)作出了很大的貢獻(xiàn)，

江都三站電機(jī)配套所使用的勵磁裝置是北京前鋒科技有限公司生產(chǎn)的WKLF-102B專用型微機(jī)控制同步電機(jī)勵磁裝置。該裝置具有豐富的軟、硬件功能，可滿足電動和子同期并網(wǎng)發(fā)電兩種運行工況，并可適應(yīng)電網(wǎng)頻率為50HZ及25HZ兩種工作模式。該裝置的主回路采用的是三相全控橋式整流回路，控制單元采用Excitrol-100勵磁調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器是結(jié)構(gòu)獨立的控制單元，其功能涵蓋了勵磁系統(tǒng)所有測量、控制、調(diào)節(jié)與保護(hù);如觸發(fā)脈沖形成與功率放大、模擬量變送、接點量開入開出、起動回路控制、參數(shù)整定與勵磁調(diào)節(jié)、軟硬件故障監(jiān)測、雙機(jī)通訊、后臺通訊、與PC 機(jī)或液晶操作面板通訊等等。采用雙調(diào)節(jié)器配置時雙機(jī)只通過CAN 通訊電纜連接，無任何公用部分，真正做到百分之百軟、硬件冗余。

采用Excitrol-100 勵磁調(diào)節(jié)器只需另外配置勵磁主回路、用于勵磁電流電壓測量的霍爾傳感器及簡單的操作指示元件即可構(gòu)成整套勵磁系統(tǒng);各部分功能明確，結(jié)構(gòu)簡潔。

Excitrol-100 勵磁調(diào)節(jié)器采用具有超大規(guī)模集成度的32 位嵌入式DSP 處理器作為核心控制單元，其150MHz 的主時鐘頻率足以應(yīng)對任何復(fù)雜的快速運算;Excitrol-100 勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部幾乎所有模擬量測量均采用快速傅立葉變換（FFT）運算，具有極高的工業(yè)現(xiàn)場抗干擾能力。

該裝置的主要技術(shù)特點如下：

1 采用具有超大規(guī)模集成度的32 位嵌入式DSP 處理器做為核心控制單元，主時鐘頻率為150MHz;勵磁調(diào)節(jié)器具有超強的數(shù)字信號處理能力。

2 16 通道模擬量采集均為每周期（每20 毫秒）128 點高速交流直接采樣，并通過快速傅立葉變換（FFT）計算各電參數(shù)基波參數(shù)值，信號測量不受工業(yè)現(xiàn)場干擾影響。

3 采用DSP、CPLD 等超大規(guī)模集成電路，最大限度的減少硬件設(shè)計（即硬件功能的軟件化設(shè)計），主控制線路板采用6 層板結(jié)構(gòu)，全面的表面貼裝工藝。

4 起動無脈振、投勵無沖擊。電機(jī)異步起動過程起動電阻正、負(fù)半波可靠對稱接入，電機(jī)加速平穩(wěn)，能迅速準(zhǔn)確按整定參數(shù)捕捉到滑差，實現(xiàn)投全壓控制和反極性末尾準(zhǔn)角投勵;設(shè)有零壓計時投勵環(huán)節(jié)，確保在電機(jī)輕載起動時可靠投勵?？蓾M足電動機(jī)降壓和全壓起動要求。

5 全新的可控硅同步觸發(fā)控制方式，同步信號取自勵磁變壓器二次側(cè)，三相線電壓互為冗余，任意一相斷線不影響裝置運行。在不附加任何相移的前提下保證觸發(fā)脈沖與勵磁電源同步，對勵磁變壓器的連接組別不作要求。

6 勵磁調(diào)節(jié)方式可設(shè)置為自動、手動及開環(huán)模式。自動模式為雙閉環(huán)勵磁調(diào)節(jié)方式，內(nèi)環(huán)為勵磁電流調(diào)節(jié)，外環(huán)可選擇采用恒無功功率、恒功率因數(shù)及恒機(jī)端電壓調(diào)節(jié);恒功率因數(shù)調(diào)節(jié)方式配置有上、下限無功功率限位功能，確保電機(jī)不長時間超額運行以及輕載運行的穩(wěn)定性;恒無功功率調(diào)節(jié)方式配置有機(jī)端過、欠電壓限制功能;恒機(jī)端電壓調(diào)節(jié)方式則配置有過勵、欠勵電壓限制及無功電流調(diào)差功能。手動模式采用恒勵磁電流調(diào)節(jié)。開環(huán)模式作為一種安全保守運行模式在前兩種模式無法正常運行時采用，開環(huán)模式將退出所有閉環(huán)調(diào)節(jié)并屏蔽除硬件監(jiān)測保護(hù)外的所有限制保護(hù)功能，相當(dāng)于恒可控硅觸發(fā)導(dǎo)前角運行方式。各種調(diào)節(jié)方式可隨時手動互相切換，且切換無抖動（開環(huán)模式除外）。

7 通過簡單的設(shè)置可使裝置滿足電網(wǎng)頻率為25Hz 時的運行要求，在該模式下各項電參數(shù)的測量精度及功能與工頻50Hz 運行時相同。

8 能適應(yīng)發(fā)電及電動兩種運行工況;發(fā)電運行并網(wǎng)方式采用自同期并網(wǎng)，可選擇采用恒無功功率、恒功率因數(shù)或恒機(jī)端電壓調(diào)節(jié)。

9 具有失步保護(hù)及不減載自動再整步功能。當(dāng)擾動超過同步電機(jī)同步能力極限而失步時，該裝置能迅速檢測到并采取可靠技術(shù)措施，使同步機(jī)自動恢復(fù)再整步，保持連續(xù)運行。在出現(xiàn)受同步電機(jī)自身等條件限制導(dǎo)致再整步不成功時，裝置能可靠跳閘停機(jī)。

10、具有全面的勵磁保護(hù)和限制功能。包括：調(diào)節(jié)器內(nèi)部硬件故障及電源監(jiān)測、霍爾傳感器故障檢測、勵磁輸出開路檢測、觸發(fā)脈沖故障及主橋缺相檢測、起動回路故障及起動回路無法關(guān)斷檢測、同步信號斷線及可控硅觸發(fā)同步故障檢測、增減磁接點粘連保護(hù)、PT 斷線檢測、空氣開關(guān)及快速熔斷器檢測、風(fēng)機(jī)故障檢測、帶勵失步保護(hù)、失磁失步保護(hù)、長時間不投勵保護(hù)、再整步失敗保護(hù)、滅磁失敗保護(hù)，可整定的反時限強勵限制、最小勵磁限制、過勵限制、欠勵限制、機(jī)端過電壓限制、機(jī)端欠電壓限制、低電壓強行勵磁等等。軟件故障設(shè)有兩級看門狗監(jiān)測保護(hù)。

11、具有與斷電保護(hù)裝置配合實現(xiàn)斷電自動再整步功能。

12、支持在線參數(shù)整定，所有參數(shù)即改即用，配置參數(shù)保存于串行EEPROM 中并按正、副本加CRC 校驗碼保存，正本參數(shù)錯誤自動使用副本。掉電不丟失。

13、支持多種控制操作模式。包括：就地面板按鈕操作，帶觸摸屏的就地液晶面板操作（選配），就地PC 機(jī)運行Excitrol_soft 軟件包操作，遠(yuǎn)方RS485 接口后臺PC 機(jī)操作，通過外置調(diào)制解調(diào)器及公用電話線網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程PC 機(jī)連接實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作、調(diào)試及故障診斷。

14、功率參數(shù)測量的在線選線功能。功率參數(shù)的測量依賴于PT、CT 次回路的接線正確性;在電機(jī)開機(jī)前要確保接線正確有一定難度，開機(jī)后難免存在帶電調(diào)換接線或需停機(jī)調(diào)換接線的難題，而且很難保證一次調(diào)線就能解決問題;Excitrol系列勵磁調(diào)節(jié)器可同時顯示PT、CT 所有接線組合測得的功率參數(shù)值，用戶可根據(jù)當(dāng)時電機(jī)運行工況輕松地選擇正確的接線組合并永久保存至調(diào)節(jié)器，無須調(diào)換PT、CT 物理接線位置。

15、完備的事件記錄功能。能準(zhǔn)確記錄勵磁裝置的每一次就地或遠(yuǎn)方操作、裝置的瞬時或永久故障信息、輸入輸出接點量及內(nèi)部狀態(tài)變位等信息，可記錄最新發(fā)生的1500 多條事件信息，掉電不丟失。

16、功能強大的內(nèi)置錄波器。勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部配置有可同時錄制兩路模擬量和八路接點量的錄波器;最大錄波分辯率為每周期（每20 毫秒）128 點，最大錄波時長為76 秒，在錄波時長內(nèi)可任意配置錄波追憶時間;兩路模擬量可根據(jù)需要選擇配置為調(diào)節(jié)器采集的所有模擬通道中的任意兩個通道;錄波器可手動觸發(fā)或自動觸發(fā)，配合Excitrol_soft 軟件包中的波形分析功能很方便的實現(xiàn)波形分析、存儲、打印等（前面的波形圖均為內(nèi)置錄波器錄制）。

17、優(yōu)異的抗干擾性能，通過GB/T17626 嚴(yán)酷等級為Ⅲ級的抗干擾測試，勵磁輸出無波動，調(diào)節(jié)器各項功能不受影響。

18、雙機(jī)熱備用功能。雙套調(diào)節(jié)器通過CAN 通訊電纜連接，分主、備機(jī)運行，雙套調(diào)節(jié)器軟、硬件完全獨立，備機(jī)自動跟蹤主機(jī)運行狀況;雙機(jī)均正常時可操作手動切換任意指定主機(jī)通道，在主機(jī)發(fā)生軟、硬件故障，電源故障，調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)、限制失效等故障且故障等級惡劣于備機(jī)時（設(shè)有故障自動切換優(yōu)先級控制器），自動無抖動切換至備用通道;若備機(jī)同時發(fā)生更嚴(yán)重故障則在非致命故障條件下自動動轉(zhuǎn)入手動模式或開環(huán)保守模式運行，致命故障動作于跳閘停機(jī)。

19、勵磁屏就地操作顯示標(biāo)準(zhǔn)配置為640×480 點陣7.7 英寸（或更大尺寸）真彩色中文顯示觸摸屏液晶面板。

20、全面的電參數(shù)測量顯示功能?？蓽y量顯示的電參數(shù)包括：勵磁電流、勵磁電壓、定子三相線電壓、定子電流、電網(wǎng)頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、可控硅觸發(fā)導(dǎo)前角、電機(jī)起動時間、累計運行時間、調(diào)節(jié)器環(huán)境溫度及輔助功能的兩路4-20mA電流值。

21、功能的可擴(kuò)展性。預(yù)留了兩路與調(diào)節(jié)器內(nèi)部隔離且相互隔離的4-20毫安模擬量輸入接口，可設(shè)置上、下限閾值，動作于報警或跳閘停機(jī)。在用戶有電機(jī)轉(zhuǎn)速、軸承溫升、可控硅溫升、勵磁變壓器溫升等要求時可輕松實現(xiàn)功能擴(kuò)展。

經(jīng)過十幾年的實際運行，該勵磁裝置性能依舊穩(wěn)定可靠，具有豐富的軟、硬件功能，滿足了電動和子同期并網(wǎng)發(fā)電兩種運行工況，并可適應(yīng)電網(wǎng)頻率為50HZ及25HZ兩種工作模式，勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部幾乎所有模擬量測量均采用快速傅立葉變換（FFT）運算，測量部分采用霍爾元件，具有極高的工業(yè)現(xiàn)場抗干擾能力，與上位機(jī)通訊快速靈敏，可以說該勵磁裝置的成功應(yīng)用為泵站的水利調(diào)度和變頻發(fā)電提供了保障，同時其便利操作界面也大大減化了員工的值班工作量。

參考文獻(xiàn)：

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[4].北京前鋒科技WKLF-102B勵磁裝置說明書? ?2008

（江都水利工程管理處，江蘇 揚州 225200）