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　　摘  要  本文介紹了LM系列PLC在WPL-8000型發(fā)電機勵磁裝置中的應用。

　　關(guān)鍵詞  PLC；勵磁裝置；發(fā)電機
 
　　1引言

　　勵磁裝置是指同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)中除勵磁電源以外的對勵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)在用電負荷的加大，人們對于中小型發(fā)電機的需求量越來越大，對于發(fā)電機輸出電壓的穩(wěn)定性等方面的性能要求也越來越高，以和利時可編程控制器為核心的WPL-8000型發(fā)電機勵磁裝置，適用于十萬千瓦以下的同步發(fā)電機組的調(diào)相、調(diào)壓和無功自動調(diào)節(jié)。

　　2 勵磁系統(tǒng)原理

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

　　勵磁系統(tǒng)就是調(diào)節(jié)和控制勵磁電流的設備，勵磁電流與發(fā)電機有密切的關(guān)系，發(fā)電機可以通過勵磁電流調(diào)節(jié)發(fā)電機的端電壓。當勵磁電流不變時，發(fā)電機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電能質(zhì)量的要求，發(fā)電機的端電壓應基本保持不變，實現(xiàn)這一要求的辦法是隨無功電流的變化調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流。

　　勵磁方式為獲得勵磁電流的方法。目前主要采用的勵磁方式分為兩大類：一類是用直流發(fā)電機作為勵磁電源的直流勵磁機勵磁系統(tǒng)；另一類是用整流裝置將交流轉(zhuǎn)化成直流后供給勵磁的整流器勵磁系統(tǒng)，也稱為自勵方式。自勵式勵磁可分為自并勵和自復勵兩種方式。

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

圖1自并勵原理圖

　　自并勵方式的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、造價低、維護量小；沒有勵磁機，勵磁變壓器放置自由，縮短了機組長度；直接用可控硅控制轉(zhuǎn)子電流、電壓，可獲得很快的勵磁電壓響應速度。 自并勵方式的缺點：自并勵系統(tǒng)強勵能力差；短路電流的迅速衰減，帶時限的繼電保護有可能出現(xiàn)拒動，使繼電保護配合較復雜。

　　自復勵勵磁方式：自復勵系統(tǒng)(見圖2)除設有勵磁變壓器外，還設有串聯(lián)在發(fā)電機定子回路的電流互感器。這種勵磁方式可以從勵磁變壓器和串聯(lián)變壓器同時獲得電源，解決了發(fā)電機近機端短路時的強勵問題。 

圖2自復勵原理圖

　　自復勵系統(tǒng)存在以下缺點：

　　1、串聯(lián)變壓器運行噪聲很大。

　　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，設備和接線都變得復雜了，維護工作量。

　　3 勵磁裝置實現(xiàn)

　　WPL-8000型發(fā)電機勵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、運行控制子程序、顯示子程序、模擬量處理子程序、功率計算子程序、調(diào)節(jié)計算子程序、中斷服務子程序、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（恒壓）、手動（恒流）及恒功率因數(shù)三種運行方式。機組正常運行時，運行方式的切換可按人工預置方式進行，也可在線進行手動切換。當機組從帶負荷狀態(tài)進入空載運行時，調(diào)節(jié)器將自動返回到恒壓運行方式。

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

　　發(fā)電機電壓轉(zhuǎn)換信號Uf1：發(fā)電機無功測量信號轉(zhuǎn)換成調(diào)差信號，供PLC作恒壓調(diào)節(jié)反饋信號。

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

　　無功轉(zhuǎn)換信號UQ：采用無功變送器將發(fā)電機二次B相電壓和B相電流轉(zhuǎn)換成正比發(fā)電機無功功率的直流信號UQ，供PLC作低勵限制的Q值信號。

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

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

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

　　勵磁電壓轉(zhuǎn)換信號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，PLC對該信號進行計算處理，達到檢測整流橋工況的目的。

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

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

　　系統(tǒng)通過觸摸屏來修改、顯示機組參數(shù)、現(xiàn)場工況和故障信息。幾個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。可以進入?yún)?shù)顯示、參數(shù)設置、功能設置、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、功能設置畫面。

　　4、操作說明畫面。

　　4 系統(tǒng)優(yōu)點

　　功能軟件化：充分發(fā)揮PLC的軟、硬件功能，實現(xiàn)了大部分限制和保護功能，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算機監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)接，也可通過串行通訊與計算機監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)接。

　　操作簡單：PLC控制系統(tǒng)設計了就地、遠方兩套操作方式，無論是在現(xiàn)場還是在中控室，均能實現(xiàn)對勵磁系統(tǒng)的控制。通過觸摸屏可以即時顯示機組參數(shù)、調(diào)節(jié)器工況和故障信息，并可通過觸摸屏實現(xiàn)控制參數(shù)的修改。

　　5 結(jié)論

 　 WPL-8000型發(fā)電機雙微機勵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，故障時能自動切換，極大的提高了調(diào)節(jié)器的可靠性。

　　參考文獻

　　[1] 李發(fā)海.電機與拖動基礎[M].北京： 清華大學出版社

　　[2] 杭州和利時自動化有限公司. LM系列PLC硬件手冊，2008

　　[3] 杭州和利時自動化有限公司. LM系列PLC軟件手冊，2008

　　[4] 杭州和利時自動化有限公司. LM系列PLC指令與功能塊手冊，2000