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1、燃 机 培 训 教 程（发电机和励磁机控制）1. 发电机和励磁机控制系统简介1.1. 系统简介1.1.1. 发电机3相单极发电机，转子通过联轴器与燃机透平直接连接，转速为3000rpm。发电机容量为165MVA，出口额定电压为15KV。1.1.2. 励磁机与发电机固定在同一根主轴上，其定子线圈接入直流励磁电流，转子在定子线圈中旋转，产生7相交流电，经固定在转子上、随转子旋转的14个旋转二极管整流后产生电压平稳的直流励磁电流，通过转子内部的回路送到发电机转子线圈实现励磁。1.1.3. 燃机发电机的控制和调节主要由发电机控制屏和励磁调节屏组成。1.1.4. Generator control an
2、d protection cubicle performs the following functions：a. Acquisition and processing of the logic and analog data from the sensors associated with the generator.b. Display of the logic and analog data concerning the generator.c. Local control of the generator (selection of the operation modes and ord
3、ers).d. Protection of the generator and of its auxiliaries (detection of the abnormal operation and generation of alarm and tripping orders).e. Remote control and monitoring.1.1.5. 励磁调节屏包括励磁供应和自动调节系统，能向发电机转子提供直流励磁电流以维持和控制发电机的机端电压。1.2. 发电机控制屏盘面布置(See Fig.1)1.2.1. Control panel push buttons and indica
4、tors(Refer to Tab.1 and Fig.2)1.2.2. Diode matrix (A09) is connected with the protection relays and dispatches the alarm and tripping orders to the output relays. The matrix is programmable: the action of a protection relay is selected by positioning of a diode in the matrix.1.2.3. Analog processing
5、 unit CMS7003 (A10) calculates and displays the generator parameters.1.2.4. Main processing and display unit T1000 (A01) processes the logic and analog signals and displays the system status.1.2.5. Synchronization panel includes:a. P02: frequency meterb. P03: differential voltmeterc. P04: synchrosco
6、ped. S01: 3 position switch for automatic/manual synchronization selection.Figure 1. Generator control and protection cubicle Front vies1.2.6. S02: turn-push button with led for unit circuit breaker trippeing/closing.1.3. The Single-line diagram of the Generator control and protection cubicle see Fi
7、g.3.Figure 2. Control panel元件编号功 能S01自动、手动并网选择开关S02断路器控制开关S04跳闸继电器复归按钮S21、S22励磁开关跳闸合闸按钮S25、S26自动、手动励磁调节按钮S27、S28减、增励磁按钮S31、S32减、增转速/负荷按钮S36试验按钮S37BUZZER STOPS35ENABLE按钮H33WATCH DOGTab 1. Figure 3. Generator control and protection cubicle Single-line diagram2. 发电机控制2.1. 发电机并网的条件：同相位；同电压；同频率。并网条件的判断是通
8、过MARK V控制屏实现的。同步允许信号L25A用于表示在允许进行自动或手动同步并网的操作；自动同步合闸命令用于在自动同步的时候发出合闸指令，其动作范围小于L25A的动作范围。参见表2和Fig.4。信 号继电器判别条件同步允许L25A25A-0.27Hzf0.27Hz；-10+10自动同步合闸指令25-0.05Hzf0.3Hz；0+1025P0.06Hzf0.24Hz；Ugen=Ugrid+100VTab 2.f0.3Hz0.270.240.06-0.05-0.27-10100.15Figure 4. 同步条件判别上下两条横线之间为25P动作范围矩形线框内为同步允许25A动作范围三角形线框内部
9、为25动作范围2525P合闸按钮25AK01V+V-自动并网手动并网并网许可控制主断路器的合闸线圈2.1.1. 通过电压互感器转换、采集的系统和机端电压信号送到MARK V控制屏里，通过不同的输入通道送到、模块和模块的、里面。参见MARK V模块原理图GEH-6195B D-61、D-62。2.1.2. 保护模块的、分别对采样的母线电压和机端电压进行同步合闸判断。当二者满足同步合闸的条件后，、分别给出允许合闸的信号，进行3取2，驱动25继电器动作。2.1.3. 、模块也分别对母线电压和机端电压进行同步合闸的运算。同步合闸的条件满足后分别给出同步信号，经过3取2后驱动25P继电器，产生信号L52
10、Z。2.1.4. 25继电器和25P继电器均动作后，由其常开接点串联组成的回路接通，产生“自动同步合闸”的指令。2.1.5. 、模块同时还进行“同步允许”的判断。当“同步允许”的条件满足后驱动25A继电器，产生“同步允许”的信号L25A。2.2. 利用安装在发电机主断路器两侧的电压互感器（PT）对机端和系统的电压信号分别进行采集，参见图54-。所采集的机端和系统电压信号送到MARK V控制屏形成DL和SVL信号。当选择手动并网方式时，S01开关的1-2、3-4两对接点闭合，这两个信号分别送到P02（频率计）、P04（相位计）和P03（电压表）用于指示系统电压和机端电压的电压差、频率差和相位差，
11、就可以进行手动并网。2.3. 自动并网控制2.3.1. 通过操作发电机控制屏面板上的S01开关即可选择自动或手动并网。2.3.2. 当选择自动并网时，由MK V控制屏调节燃机转速和机端电压，以达到自动并网的条件。2.3.3. 在自动同步的方式下，只有当“同步允许”和“自动同步合闸”两个条件同时满足后，继电器25、25A、25P均动作，回路接通，方能驱动接触器K01，进而使断路器合闸。2.4. 手动并网控制2.4.1. 当选择手动并网时，燃机转速和机端电压都要靠手动调节。燃机转速可以通过发电机控制屏上的“增”“减”转速/负荷按钮调节，机端电压通过发电机控制屏上的“增”“减”励磁的按钮进行调节。2
12、.4.2. 当机端电压信号的频率、幅值、相位满足“同步允许”的条件时，25A继电器励磁，接点闭合。此时，操作人员根据发电机控制屏上的电压表、相位表和频率表的指示选择正确的合闸时机、按下合闸按钮S02，主断路器就可以合闸。2.5. 解列2.5.1. 发电机的解列通过K02和K03控制。K02和K03任意一个动作后，其常开接点闭合，接在该接点上的主断路器跳闸线圈动作，使断路器跳闸，发电机解列。2.5.2. 发电机解列可分为手动解列、正常停机与故障跳闸三种情况。2.5.3. 通过操作S02开关实现手动解列。将S02的把手拧到跳闸位置，按下把手，S02.P的接点1-01闭合，K02动作。2.5.4.
13、正常停机时，当发电机负荷下降到-4MW时，逆功率继电器F53动作，使主断路器断开。2.5.5. 当机组发生故障、相应的保护继电器动作，需要发电机紧急跳闸，或燃机发生紧急跳闸时，紧急跳闸指令通过二极管矩阵A09使K25、K26动作，断路器即可跳闸。2.5.6. 如果发电机控制屏里的保护电源发生故障、电压降低或消失，接在保护电源上的继电器K13会失磁，其常闭接点4-12闭合，也会导致K02动作，断路器跳闸。2.6. 负荷控制2.6.1. 发电机控制屏上的S31、S32按钮用于进行手动转速/负荷控制，参见图54-04。同时按下S31按钮和ENABLE按钮S35，即可向MARK V控制屏发出降低转速/
14、负荷的命令L70R4CSL；同时按下S32按钮和ENABLE按钮，即可发出增加转速/负荷的命令L70R4CSR。2.7. 励磁控制2.7.1. 发电机控制屏上的S27、S28按钮用于进行手动励磁调节。同时按下S27和ENABLE减少励磁，同时按下S28和ENABLE增加励磁。3. 发电机和励磁机的保护3.1. 电气保护继电器3.2. F53、F54、F56、F57、F58、F60、F61、F62、F63、F66是各种电气保护继电器，用于构成发电机和励磁机的各种继电保护。继电器编号保 护 名 称F53逆功率保护（32）F54定子负序保护（46）F61定子过电流保护（51）F62F63F56发电机
15、失磁保护（40）F58定子过电压保护（27）F57定子接地保护（64G）F66定子低电压保护（27）F60发电机差动保护（87G）3.2.1. 电气保护的回路图见54-09、-10、-11。3.3. 发电机超温保护3.3.1. 见图54-25，在发电机的每一相定子线圈中都装有热电阻，用于监视电子线圈的温度。每一个热电阻都连接到保护继电器F48、F49、F50进行温度测量和判断。当超过设定值（通常是150）时，继电器动作，其常开接点闭合。三个的继电器的接点采用3取2接线方式连接，当有任意2个继电器动作时接通发电机跳闸回路。3.4. 转子线圈接地保护3.4.1. 在发电机主轴上安装有用于检测转子线
16、圈接地的碳刷。正常运行时，该碳刷与发电机主轴不接触；需要进行检测时，安装在碳刷上的线圈动作，使碳刷与机轴接触，由继电器F52检测转子是否接地。当发电机并网运行之后，进行一次接地检测，以后每24小时自动进行一次接地检测；每次自动检测的时间为10”。 按下接地检测按钮S52可手动进行接地检测。3.4.2. 当检测到转子接地故障时，F52动作，通过发电机控制屏发出发电机电气故障报警。3.4.3. 控制回路图见54-12。3.5. 保护动作结果的处理3.5.1. 发电机的各种保护产生的动作命令都送到二极管矩阵A09进行集中处理，然后按不同的情况分别驱动相应的跳闸继电器K25-K35，产生发电机跳闸（解
17、列）、励磁开关跳闸（断开励磁）、燃机紧急跳闸、正常停机的指令和发电机电气故障报警。参见图54-13至-23。3.5.2. 每一种保护指令均对应矩阵上的一列。通过该列上不同位置有无二极管决定该位置对应执行结果是否被执行。第A、B行对应于发电机跳闸，跳闸继电器为K25、K26；第E、F行对应于发电机励磁开关跳闸，跳闸继电器为K29、K30；第G、H行对应于燃机紧急停机，跳闸继电器为K31、K32；第I行对应于燃机正常停机，跳闸继电器为K33；第J行对应于发电机电气故障报警，继电器为K34。3.5.3. 当任一个保护动作后，跳闸继电器能自保持，跳闸继电器复归按钮上的指示灯S04会持续发光。按下跳闸继
18、电器复归按钮能复归跳闸继电器。4. THE AUTOMAT4.1. The automat installed in ghe generator control panal is used to display informations necessary to operate the generator. It is mage of 3 modules: The T1000 (A01), T100 (A02, A03) and CMS7003 (A10). See Fig.5.4.2. T1000 is the heart of the system. It perform function
19、s of:4.2.1. Operator interface, with display and keypad. (See Fig.6).4.2.2. Data acquisition from T100 and CMS7003 for display purposes.4.2.3. Alarm treatment.4.2.4. Customization using a set of keypad, mouse and drive systems included in the module.4.3. T100 is used as an interface with the T1000.
20、It collects miscellaneous parameters from the field. These data are conditionned and transmitted to T1000 through a coaxial cable.4.3.1. According to options this module may receive up to 16 cards.4.3.2. 10 different functions are available. Each function requires one hardware module and a software
21、configuration. These additional modules may use one or two slots among the 16. The configuration is to be done through the T1000 as no direct access to the T100 is available.4.3.3. The functions available are:a. T111: It monitors a RTD probe, such as stator, hotair and cold air temperatures.b. T120:
22、 It accepts one analog input either voltage or current such as excitation current and voltage.c. T140: It may handle up to eight digital inputs, such as alarms (normal, latched) and logic status (breakers position, control messages). These inputs may be configured for volt free contact using the int
23、ernal 24V supply or an external supply (max. 30V).4.3.4. The configuration of T100 refers Fig. 54-30, -31.4.4. CMS7003 receives 3 stator voltages and 3 stator currents.4.4.1. These informations are used to calculate:a. Active power P in MW.b. Reactive power Q in MVAR.c. Apparent power in MVA.d. Acti
24、ve energy in MWH.e. Reactive energy in MVARH.4.4.2. The calculated parameters and the primary voltage and current informations are send to the T1000 through a serial link.Figure 5. Automat for A502Figure 6. T1000 Front Panel5. 励磁调节屏励磁控制回路5.1. 励磁回路5.1.1. 参见图54-03和Fig.7。发电机出口电压为15kV，出口母线上接有三台Y/Z-11接法的
25、电压互感器，将15kV电压转变成为100V三相四线制电压信号，经过可控硅整流后转变成直流，由主励磁开关Q01控制提供给励磁机定子线圈。励磁机转子随发电机主轴以3000rpm的转速在励磁机定子线圈形成的直流磁场内旋转，感应出7相交流电流，经过14支旋转二极管整流之后形成平稳的直流电流送到发电机转子线圈中实现对转子线圈的励磁。5.1.2. 由于发电机正常工作时，励磁机转子铁芯工作在非饱和区域，此时励磁机的励磁电流Iexc与发电机转子的励磁电流Irot近似成线性关系。因此，通过测量和控制Iexc就可以控制发电机转子线圈的实际励磁电流Irot。5.1.3. 可控硅G1-G4的导通和截止由励磁调节装置A
26、VR控制。5.1.4. 发电机刚启动时，发电机出口母线上还没有建立起电压，此时需要额外的起动励磁电源，该电源为MCC提供的直流125V电源。Q03是起励开关。由于起励时需要的励磁电流很小，在此回路中串联了一只限流电阻R03，将起动励磁电流限制在50A以下。起励完成之后Q03自动断开。5.1.5. Q02是强励开关。强励电源和起励电源一样，也是直流125V。其回路中串联有一只可控硅G04，由AVR控制。当发电机并网、主断路器合上时，Q02就闭合，但此时可控硅G4并未导通，因此强励回路尚未工作。当发电机出口或出口不远处发生短路故障、机端电压快速下降到很低、已经不能维持正常电压时，为保证发电机保护继
27、电器能得到正常的电压信号以正确动作，以及保证发电机的稳定性，AVR控制可控硅G4导通，向励磁机线圈中加入很大的强励电流，短时间维持机端电压，直到发电机跳闸。当机端电压恢复或强励5”之后，Q02自动断开、合上，为下一次强励作准备。5.1.6. F10是压敏电阻，其电阻随两端电压的升高而降低，从而起到限制励磁过电压的作用。5.1.7. F50是旋转二极管故障检查继电器。5.2. 主励磁开关的控制5.2.1. 参见图54-11和图54-04。手动或自动都可以使主励磁开关Q01合闸。Q01合闸的前提条件是：无手动或自动断开Q01的指令且MARKV允许投励磁（L83SRX=1）。该条件满足后，同时按下发
28、电机控制屏的S22和ENABLE按钮就可以使Q01手动合闸。在燃机起机的过程中，当燃机转速到达95%转速时，MARK V控制屏发出L41FX1指令，自动合上Q01，投上励磁，准备并网。5.2.2. 在发电机并网前，以下情况可以使Q01断开a. 同时按下S21和ENABLE按钮，Q01断开。b. L83SRX=0也可使Q01断开。c. 机组发生故障，需要断开励磁。此时，发电机控制屏通过二极管矩阵使K29或K30动作，发出指令断开Q01（灭磁）。d. 起励开关闭合时间过长（起励时间过长，机端电压无法建立），会导致Q01断开。5.2.3. 当发电机并网后，K14会动作（参见图54-12），其常开接点
29、闭合，将Q01跳闸回路的接点都短接。此时，只有发电机解列、主断路器断开后才能使K14失磁、断开Q01灭磁。这样能起到保护发电机的作用。5.3. 起励和强励5.3.1. 当燃机转速达到95%N.S.（L14HSX1=1）时Q03合上，进行起励。机端电压正常时（到达低电压继电器K10的设定值）断开。如果起励时间过长（K29=10”）Q03还未断开，说明发电机励磁系统有故障，此时会自动断开起励和主励磁开关停止励磁。5.3.2. 强励开关Q02的动作由AVR控制。参见图54-14、155.4. 定子电压、电流的测量、励磁变压器过电压6. 励磁自动调节AVR6.1. The regulation sys
30、tem determines permanently the value of the excitation current. The main regulator functions are as follows：6.1.1. Adjustment of the generator voltage with a low time constatn6.1.2. Participation in maintaining the stability of the network energy transport6.1.3. Fast return of the generator to its p
31、redetermined operating point whtn network perturbations occur6.1.4. Maintaining the generator within its operating range by means of the limitation functions:a. Underexcitation (LSES card)b. Overexcitation (RS1 card)c. U/F (LUF2 card)6.2. The regulator is composed of clectronic cards which form two
32、regulation channels: Automatic channel for automatic stator voltage regulation and manual channel for manual excitation current adjustment. The automatic and manual regulation channels are independent from each other: each channel has its own supply and thyristor pulse generation circuit.6.3. The tr
33、acking function allows switching from one channel to the other without generator voltage alteration. The regulation channels can be selected by means of controls of the generator control and protection cubicle.Switching from automatic to manual channel is automatic in case of a regulation voltage me
34、asurement fault, a regulation supply fault and an excitation overcurrent 1st step fault.6.4. Characteristics of the regulation system6.4.1. The main characteristics of the regulation channels are:a. Stator voltage adjustment range from 90% to 110% of its rated value with an accuracy of 0.5%.b. Droop
35、 compensation adjustment from 0 to 4.5%.c. Permanent limitation of excitation current 110% of its rated value.6.4.2. The manual channel:a. Adjustment range of the manual reference from zero (generator not loaded) to 110% of the rated excitation current.b. The zero adjustment is only used during comm
36、issioning and tests: the unit breaker must be opened and the excitation circuit supplied by an external power supply.6.5. Functions of the electronic cards (See Fig.8)6.5.1. Regulation supply and measurementa. Card ALS2 (+D69) Supply of the automatic regulation channel.b. Card ALS2 (+C69) Supply of
37、the manual regulation channel.c. Card MIF13 (+E3) and MTF1 (+E1) measurement.d. Card MIF2 (+C3) Filter ciruit.e. Card ANF1 (-Z01).6.5.2. Automatic channela. Card CMS1 (+D64) Automatic reference voltage (setpoint).b. Card RS1 (+D57) Voltage regulation.c. Card LSES (+D50) Underexcitation limitation.d.
38、 Card LUF2 (+D45) U/F limitation.6.5.3. Manual channela. Card CMS1 (+C64) Manual reference voltage (setpoint).b. Card RIEX (+C57) Excitation current regulation.c. Card GIMS (+C78, +D78) Pulse generation.d. Card ASEX1 (+E78) Excitation booster.Figure 7. Excitation Single-line diagramFigure 8. Regulation Single-line diagram