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大型发电机励磁系统的研制 罗景华 汪大卫 李宇俊 鲁勇勤 周平 况明伟 杨伟 （东方电机控制设备有限公司） 摘要 本文通过对励磁系统特点的论述，介绍了新型励磁系统的优点，尤其是在励磁系统结构、控制器和软件设计上的进步。 关键词 发电机 励磁系统 设计 1 引言 我国生产励磁系统已有30多年的历史，在产业结构上已初步形成规模化、标准化的体系。国内已有数家公司具备提供各种规格和型号励磁系统的能力，有些公司的产品还具有较强的市场竞争实力。但这些产品多是针对中小型发电机组而言，产品的制造工艺、技术水平与国外知名厂家相比还存在较大的差距，而能够对大型发电机组提供全套励磁设备的厂家则是凤毛麟角。 目前由国内开发的励磁产品主要存在下述问题。首先，自主开发的控制器档次偏低，且更新换代比较困难。虽然自主开发能使硬件成本降低，但由于开发队伍的局限，使得控制器的技术起点低，开发出来的控制器使用范围窄、可靠性和稳定性差，难以大量推广，不能形成一定的生产规模。其次，自主开发系统的软件平台多采用汇编语言或C语言。使用这样的平台来进行软件产品的开发，不但费时费力，而且通用性差。而国外则采用功能块图形化语言进行开发，开发速度快、周期短、通用性强。国内不少项目采用散件进口，国内整机组装的途径生产励磁系统，这样势必长期依赖外国公司并受制于人，产品的大部份利润将被国外公司或散件供货商所获得，我们便无法掌握核心技术，也无法在控制设备领域掌握主动权。 我公司在引进三峡电厂水轮发电机组励磁设备的基础上开展了对大型发电机励磁系统的研制，希望能够通过项目的引进，掌握国外先进设计技术、制造工艺，进一步了解国外的必威体育精装版标准，通过全球采购的模式，采购世界上一流的电器部件或组件及核心控制器，使我们的技术始终保持在一个较高水平，同时又可提高产品的可靠性、降低制造成本。此外，通过开发系统的远程调试和维护工具软件，提高产品的竞争力。 2 励磁系统研制的主要内容 (1)励磁系统由励磁调节器、可控硅整流装置及灭磁装置组成,其中励磁调节器是整个系统的控制中心，而控制器则是调节器的核心。通过对国际上各类控制器技术性能和价格的综合比对，我们选择了一款具有较高性价比的核心控制器。 (2) 通过研究ABB和Siemens公司励磁系统的控制软件，使用新型软件设计平台，将三峡励磁调节器的控制软件国产化；设计并完善励磁系统动态试验软件,以便于对进行装置调试和维护；开发基于Internet的励磁系统远程调试和维护工具软件，提高产品的竞争力。 (3) 通过与专业研发公司合作，设计开发融通讯、脉冲触发、智能均流为一体的可控硅整流装置专用控制器，提高可控硅整流装置智能化和可靠性。 (4) 对试验方法和手段进行改进，通过建立数字仿真系统，对大型发电机组进行仿真研究，通过试验来选取最佳的励磁调节参数。 (5)研究目前国际国内可控硅整流装置所采用的各种冷却方式，针对大型机组的实际情况确定最佳冷却方式，提出结构设计方案。 3 励磁系统研制 3.1 励磁系统结构 （1）励磁系统的结构框图，见图1。 图1 励磁系统框图 励磁调节器是整个系统的控制中心，励磁系统的可靠性及先进性在很大程度上取决于调节器，而控制器则是调节器的核心。本设计方案设计了具有A、B、C三个控制通道的励磁调节器。A、B控制通道是从信号采集到脉冲输出完全独立的两套主调节控制通道，C通道独立具备从励磁电流信号采集到脉冲输出功能。工作时C通道实时自动监测发电机运行工况，当A、B通道均发生故障时，C通道将完成无扰动切换，以恒励磁电流方式独立完成所有的模拟和逻辑控制，满足发电机的基本运行，减少强迫停机率，提高系统的运行可靠性。 （2）励磁系统采用分层控制，如图2所示。 图2 励磁系统分层控制图3.6 （3）励磁系统工业以太网络通讯 在励磁系统中，存在多台控制器，因此，在系统设计中，采用以网络为中心的设计原则，各控制器的信息在网络上进行交换。在网络设计时侧重于下面几个原则： 网络冗余设计，实现冗余工业以太网，互为备用，任何一路网络故障，不影响励磁系统的调节控制。 网络抗干扰，满足恶劣的工业环境的要求，工作温度提高到－40－＋85℃，电磁兼容EMC符合EN 50081-2工业级和EN 50082-2工业级标准。 在可靠性上，采用双电源24V，提高电源可靠性；采用工业级耐腐蚀、防尘、防水材料；MTBF提高到十年。 实时性问题，为了防止以太网通讯的不确定性，采用MODBUS TCP协议，增加实时响应能力。 为了解决MODBUS的主从控制问题，采用同一端口的多线程控制，在多线程的控制下，同一端口同时为MODBUS的主从控制器，解决控制器冗余控制的问题。 为了防止某一个站点过多的占用通讯带宽，对每个站点都有带宽限制，防止一个站点的故障影响其余站点的通讯。 3.2