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　　摘  要  本文介紹了LM系列PLC在WPL-8000型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置中的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞  PLC；勵(lì)磁裝置；發(fā)電機(jī)
 
　　1引言

　　勵(lì)磁裝置是指同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)中除勵(lì)磁電源以外的對(duì)勵(lì)磁電流能起控制和調(diào)節(jié)作用的電氣調(diào)控裝置，隨著現(xiàn)在用電負(fù)荷的加大，人們對(duì)于中小型發(fā)電機(jī)的需求量越來越大，對(duì)于發(fā)電機(jī)輸出電壓的穩(wěn)定性等方面的性能要求也越來越高，以和利時(shí)可編程控制器為核心的WPL-8000型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置，適用于十萬千瓦以下的同步發(fā)電機(jī)組的調(diào)相、調(diào)壓和無功自動(dòng)調(diào)節(jié)。

　　2 勵(lì)磁系統(tǒng)原理

　　勵(lì)磁系統(tǒng)是電站設(shè)備中不可缺少的部分。勵(lì)磁系統(tǒng)包括勵(lì)磁電源和勵(lì)磁裝置。勵(lì)磁電源包括直流勵(lì)磁機(jī)、交流勵(lì)磁機(jī)、勵(lì)磁變壓器及整流器，勵(lì)磁裝置包括電壓調(diào)節(jié)器、滅磁、保護(hù)和監(jiān)視裝置等。勵(lì)磁裝置的使用，是當(dāng)電力系統(tǒng)正常工作的情況下，維持同步發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓于穩(wěn)定給定的水平上，同時(shí)，還具有強(qiáng)行增磁、減磁和滅磁功能。

　　勵(lì)磁系統(tǒng)就是調(diào)節(jié)和控制勵(lì)磁電流的設(shè)備，勵(lì)磁電流與發(fā)電機(jī)有密切的關(guān)系，發(fā)電機(jī)可以通過勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的端電壓。當(dāng)勵(lì)磁電流不變時(shí)，發(fā)電機(jī)的端電壓將隨無功電流的增大而降低。但是為了滿足用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求，發(fā)電機(jī)的端電壓應(yīng)基本保持不變，實(shí)現(xiàn)這一要求的辦法是隨無功電流的變化調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。

　　勵(lì)磁方式為獲得勵(lì)磁電流的方法。目前主要采用的勵(lì)磁方式分為兩大類：一類是用直流發(fā)電機(jī)作為勵(lì)磁電源的直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)；另一類是用整流裝置將交流轉(zhuǎn)化成直流后供給勵(lì)磁的整流器勵(lì)磁系統(tǒng)，也稱為自勵(lì)方式。自勵(lì)式勵(lì)磁可分為自并勵(lì)和自復(fù)勵(lì)兩種方式。

　　自并勵(lì)勵(lì)磁方式：自并勵(lì)系統(tǒng)(見圖1)通過接在發(fā)電機(jī)出口的勵(lì)磁變壓器取得勵(lì)磁電流，經(jīng)整流后供給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。

圖1自并勵(lì)原理圖

　　自并勵(lì)方式的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、造價(jià)低、維護(hù)量小；沒有勵(lì)磁機(jī)，勵(lì)磁變壓器放置自由，縮短了機(jī)組長(zhǎng)度；直接用可控硅控制轉(zhuǎn)子電流、電壓，可獲得很快的勵(lì)磁電壓響應(yīng)速度。 自并勵(lì)方式的缺點(diǎn)：自并勵(lì)系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)能力差；短路電流的迅速衰減，帶時(shí)限的繼電保護(hù)有可能出現(xiàn)拒動(dòng)，使繼電保護(hù)配合較復(fù)雜。

　　自復(fù)勵(lì)勵(lì)磁方式：自復(fù)勵(lì)系統(tǒng)(見圖2)除設(shè)有勵(lì)磁變壓器外，還設(shè)有串聯(lián)在發(fā)電機(jī)定子回路的電流互感器。這種勵(lì)磁方式可以從勵(lì)磁變壓器和串聯(lián)變壓器同時(shí)獲得電源，解決了發(fā)電機(jī)近機(jī)端短路時(shí)的強(qiáng)勵(lì)問題。 

圖2自復(fù)勵(lì)原理圖

　　自復(fù)勵(lì)系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)：

　　1、串聯(lián)變壓器運(yùn)行噪聲很大。

　　2、串聯(lián)變壓器的電抗使整流柜的可控硅換相角和可控硅的關(guān)斷尖峰電壓增大。

　　3、增加了串聯(lián)變壓器，設(shè)備和接線都變得復(fù)雜了，維護(hù)工作量。

　　3 勵(lì)磁裝置實(shí)現(xiàn)

　　WPL-8000型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置硬件部分包含：觸摸屏、LM3108 CPU模塊、LM3310模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、LM3320數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊、脈沖形成與放大板、信號(hào)處理模塊等。

圖3 控制程序組成框圖

　　軟件部分包含：控制程序和觸摸屏監(jiān)視畫面。其中控制程序包括：主程序、初始化程序、運(yùn)行控制子程序、顯示子程序、模擬量處理子程序、功率計(jì)算子程序、調(diào)節(jié)計(jì)算子程序、中斷服務(wù)子程序、通訊子程序等部分。控制程序組成框圖如圖3所示。

　　其中控制子程序包含自動(dòng)（恒壓）、手動(dòng)（恒流）及恒功率因數(shù)三種運(yùn)行方式。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行方式的切換可按人工預(yù)置方式進(jìn)行，也可在線進(jìn)行手動(dòng)切換。當(dāng)機(jī)組從帶負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)入空載運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)器將自動(dòng)返回到恒壓運(yùn)行方式。

　　WPL-8000型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置在調(diào)節(jié)過程中，很重要一點(diǎn)是要把發(fā)電機(jī)和裝置本身的狀態(tài)信號(hào)采集給PLC，然后通過PLC模擬量處理子程序來完成。這些信號(hào)包括：

　　發(fā)電機(jī)電壓轉(zhuǎn)換信號(hào)Uf1：發(fā)電機(jī)無功測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成調(diào)差信號(hào)，供PLC作恒壓調(diào)節(jié)反饋信號(hào)。

　　系統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)換信號(hào)Uf2：系統(tǒng)二次電壓轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)，供PLC作自動(dòng)跟蹤電壓信號(hào)。

　　無功轉(zhuǎn)換信號(hào)UQ：采用無功變送器將發(fā)電機(jī)二次B相電壓和B相電流轉(zhuǎn)換成正比發(fā)電機(jī)無功功率的直流信號(hào)UQ，供PLC作低勵(lì)限制的Q值信號(hào)。

　　有功轉(zhuǎn)換信號(hào)UP：轉(zhuǎn)換與上面一樣，供PLC作低勵(lì)限制的P值信號(hào)。

　　功率因素信號(hào)Uφ：UP和UQ經(jīng)PLC運(yùn)算獲得COSφ值的信號(hào)。

　　勵(lì)磁電流轉(zhuǎn)換信號(hào)UIL：采用電流變送器將轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)，送PLC作為恒流、限流環(huán)節(jié)的反饋信號(hào)UIL。

　　勵(lì)磁電壓轉(zhuǎn)換信號(hào)UL：采用電壓變送器將轉(zhuǎn)子電壓轉(zhuǎn)換成波形不失真的信號(hào)，PLC對(duì)該信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，達(dá)到檢測(cè)整流橋工況的目的。

　　同步信號(hào)：取自機(jī)端整流變的副邊，真實(shí)的跟蹤同步，經(jīng)同步變壓器轉(zhuǎn)換成滿足1%殘壓時(shí)能同步的信號(hào)。

　　開關(guān)量輸入信號(hào)：指令信號(hào)：開、停機(jī)信號(hào)，增減磁信號(hào)，投入運(yùn)行信號(hào)；位置信號(hào)：油開關(guān)位置，滅磁開關(guān)位置，通道切換繼電器位置信號(hào)；故障信號(hào)：快熔斷信號(hào)、風(fēng)機(jī)停信號(hào)、PT斷線信號(hào)。

　　系統(tǒng)通過觸摸屏來修改、顯示機(jī)組參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)工況和故障信息。幾個(gè)主要的觸摸屏畫面如下所示：

　　1、主菜單畫面：主要是完成系統(tǒng)功能畫面的選擇。可以進(jìn)入?yún)?shù)顯示、參數(shù)設(shè)置、功能設(shè)置、操作信息等畫面。

　　2、參數(shù)顯示畫面，顯示電流、電壓、頻率等參數(shù)。

　　3、功能設(shè)置畫面。

　　4、操作說明畫面。

　　4 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

　　功能軟件化：充分發(fā)揮PLC的軟、硬件功能，實(shí)現(xiàn)了大部分限制和保護(hù)功能，完成各種控制、調(diào)節(jié)功能。系統(tǒng)采用高集成度的移相觸發(fā)集成電路克服了以往由分立元件組成的移相觸發(fā)電路的煩瑣、維護(hù)困難、可靠性差的缺陷。系統(tǒng)既可通過常規(guī)電量變送器、繼電器操作方式和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)接，也可通過串行通訊與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)接。

　　操作簡(jiǎn)單：PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了就地、遠(yuǎn)方兩套操作方式，無論是在現(xiàn)場(chǎng)還是在中控室，均能實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的控制。通過觸摸屏可以即時(shí)顯示機(jī)組參數(shù)、調(diào)節(jié)器工況和故障信息，并可通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的修改。

　　5 結(jié)論

 　 WPL-8000型發(fā)電機(jī)雙微機(jī)勵(lì)磁裝置采用可編程控制器作為控制核心，可編程控制器是專門為工業(yè)控制領(lǐng)域開發(fā)的高科技產(chǎn)品，本身具有高可靠性。本裝置配有兩套PLC調(diào)節(jié)器，兩套調(diào)節(jié)器互為備用，故障時(shí)能自動(dòng)切換，極大的提高了調(diào)節(jié)器的可靠性。

　　參考文獻(xiàn)

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