[摘 要] 本文概述了同步发电机的励磁种类及其优、缺点，介绍了tdwlt-01微机励磁调节器的主要功能、基本结构和硬件原理、调节器工作原理及运行方式选择方法。

[关键词] 励磁系统 调节器 原理 应用
 
1.概述

同步发电机励磁系统可分为直流励磁机励磁系统、交流励磁机励磁系统和静止励磁系统，同步发电机直流励磁机励磁系统又分为自励直流励磁机励磁系统和他励直流励磁机励磁系统。交流励磁机励磁系统又分为他励交流励磁机励磁系统和自励交流励磁机励磁系统。目前使用最多的仍是直流励磁机励磁，其优点是比较简单，不易受系统影响，调节比较稳定；缺点是：维修工作量大，检修励磁机必须停机，碳刷、整流子维护麻烦，尤其是碳刷冒火问题很难解决。静止励磁系统又称发电机自并励系统,其主要优点有
①励磁系统接线和设备比较简单，无转动部分，维护费用省，可靠性高；
②不需要同轴励磁机，可缩短主轴长度，以节省投资；
③直接用晶闸管控制转子电压，可获得很快的励磁电压响应速度；
④由发电机端取得励磁能量。
同步发电机的励磁系统一般是由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成。励磁调节器是发电厂的重要控制设备，现代励磁调节器除了维持电压恒定和无功调节外，还必须保证电力系统稳定。而随着电力系统的扩大，稳定问题更加突出，电力系统稳定控制（pss）、最优励磁控制（eoc）、非线性最优励磁控制（neoc）等应运而生。常规控制手段难以满足技术要求，采用微处理技术是唯一行之有效的手段。wWW.11665.COM该装置采用完全双通道技术，双机混合工作模式，spd总线结构，硬件系统均采用模块化设计，具有功能齐全，软件丰富，硬件电路少，结构简单，易于扩展，维护方便，通用性强，可靠性高等优点，广泛适用于大、中、小型同步发电机组的励磁控制。
结合国内发电机励磁装置技术的发展，对3#和4#两台同步发电机的励磁系统进行技术改造，经过技术交流和论证后，将原q-kfd-3型自动调整励磁装置更换为由武汉武水电气技术有限责任公司研制的tdwlt-01微机励磁调节器，该励磁调节器以美国intel公司的80c198（80c196）单片机为核心，辅以几片大规模集成电路而组成的新型励磁调节装置。
 
2.tdwlt-01微机励磁调节器的主要功能

tdwlt-01微机励磁调节器的主功能有：
①完善的电压调节、电流调节、无功调节、功率因数调节模式，适用于不同发、变电站的各种运行方式的需要。
②配置有两路串行接口，一路用于双机间通讯，一路用于与上位机通讯，可配接监控器，进行计算机辅助试验和计算机仿真试验以及事件追忆。
③具有完善的保护控制功能，配有断线保护、过励限制、顶值限制、低励限制、欠励保护、v/f限制、误强励保护、空载过压保护等。
④可设定的调差系数,保证发电机间的无功的稳定分配.
⑤交流混合采样技术,三路pt采样，pt断线自动识别。
⑥具有自动零起升压和系统电压跟踪功能，接到建压令后，自动将发电机电压从零递升至额定值，并保证发电机机端电压与系统电压一致。停机自动灭磁。
⑦完全双通道技术，双机混合工作模式，单通道可独立运行。通道自动故障识别，实现无扰动切换。
⑧可配置试验接口，机内关键量以0~10v的标准量送出。
⑨std总线，硬、软件均采用模块化设计，完善的自诊断、自恢复功能，所有参数和状态均具有纠错和检错功能，并带有20个汉字光字指示，运行维护直观方便，可靠性高。所有参数均采用数字显示，可同时显示发电机电压、参考电压、励磁电流、控制角度等，
⑩两套装置独立的双重供电电源，插入式编程器使得调节器在调试完毕投入运行后防止人为意外误操作。采用脉冲触发技术，脉冲输出双重隔离及指示。

3. tdwlt-01微机励磁调节器基本结构

tdwlt-01微机励磁调节器由两套完全相同的通道组成，每套由一个控制箱组成，其总体框图见图1。每个控制箱由测量单元、cpu中央处理单元、脉冲单元、电源单元、信号单元、显示单元组成其电流测量、电压测量、控制信号采样、电源、控制输出、同步、脉冲放大等完全独立，单个通道既可组成完整的控制系统。对于大、中型发电机机组可采用由两个控制箱组成的双通道控制系统，对于中、小型发电机机组可采用由一个控制箱组成的单通道控制系统。
当采用双通道结构时，通道间利用80c198（80c196）单片机的串行口相互通讯，关键数据相互传递，并始终保持两个通道状态一致，故障时自动切换。同时通道间采用容错式双机混合工作模式，其工作模式如图2所示。图2中：a1、a2为：测量单元；b1、b2为cpu中央处理单元；c1、c2为输出单元；d1、d2为脉冲放大单元；e1、e2为：通讯单元。

由于每个通道均设置有：手动调压（励磁电流调节）和自动调压功能，故有如下运行方式：a1b1c1d1自动；a2b2c2d2自动；a1b1c1d1手动；a2b2c2d2手动；a1b1e1e2c2d2自动；a2b2e2e1c1d1自动。六种运行方式，可靠性大大高于单通道调节器和采用并联运行方式的双通道调节器。
tdwlt-01微机励磁调节器采用std总线结构，每套由以下模板组成：
①cpu中央处理模板（cb001）：该模板以inter公司的80c198cpu为核心构成，在该单元中，采用76hc138作为地址分配译码；eprom为程序存储器；80c198片内ram为工作寄存器；ram为动态数据存储器；eeprom为参数及数据掉电保护存储器。并扩展一片实时时钟ds12887，具有114字节掉电保护ram。另外该模板还配有：四路10位a/d采样，由cn2口引入，信号范围为0～5v；两路高速输入his.0、his.1，his.0用于捕捉同步信号，his.1用于测量发电机频率和发电机机组电压与电流间的相位差，以计算发电机机组的有功功率和无功功率和；六路高速输出hso.0、hso.1，产生六相触发脉冲，并经cn1送出；提供一个rs232/rs485串行口，共享cpu本身的串行口资源；电源监视和自复位电路。

②多功能信号模板（cb002）：本模板设置有16路光隔离输入、16路光隔离输出、键盘显示接口、8路12为a/d采样输入、1路12为d/a转换输出。该模板可以完成以下功能：
·控制信号输入：由cn1口输入，并接入16路光隔离输入电路。
·16路ttl电平输出：该模板由两片74hc574送出16路ttl电平信号供光子显示用，每路输出口带载能力为30ma。
·键盘显示接口：本模板扩展有键盘显示接口，可接16位数字显示和64只键盘。
·a/d采样输入：cb002带8路12为a/d采样输入，输入电压范围为0～10v，其输入信号由4cn1引入。
d/a转换输出：1路12为d/a转换输出，输出信号为调节器的控制电压，信号范围为0～10v。对于晶闸管励磁，0v时对应控制角为0度，5v时对应控制角为90度，10v时对应控制角为180度。
③输出模板（cb003）：cb003为继电器输出模板，板上共有10只继电器，其中j1为电源监视继电器，j2～j8为信号继电器，j9～j10为切换继电器。合理的使用j9、j10可以正确地完成双机切换。
④通讯模板（cb004）：cb004通讯模板可以完成与计算机监控系统及其它控制装置的通讯，cn1口满足rs232规约，cn2口满足rs485规约，cn3口满足rs422规约，cn4为电流环接口。
⑤显示模板（cb005）：显示模板提供16只数码管，20个光字牌，1只复位按键，信号显示计有：电压调节、电流调节、无功调节、功率因数调节、电压跟踪、调变断线、仪变断线、系统无压、顶值限制、过励限制、低励限制、v/f限制、过励保护、欠励保护等。其中
⑥测量模板（cb006）：每块测量模板可完成两路三相交流信号的调理，将三相交流信号变换成平滑直流电压供a/d采样使用，并检出其a相信号的过零点，送cpu板的his.1中断，以测出其频率和相位。每台励磁调节器由me、me1、me2等测量模板组成，me1测量模板用于测量励磁pt电压、发电机电流；me1测量模板用于测量系统pt电压、总励磁电流il；me2测量模板用于测量整流桥1电流、整流桥1电流。
⑦脉宽调制摸板（开关式励磁）（cb007）。
⑧同步摸板（晶闸管励磁）（cb008）：同步摸板具有两种功能，一是形成同步脉冲，同步信号由cn2引入；二是具有一路三相交流信号测量功能。在励磁调节器中用于测量仪表pt电压，其信号由cn1引入。
⑨脉冲放大摸板（晶闸管励磁）（cb009），该摸板主要任务为：
·将单片机送出的单脉冲信号变换成双脉冲；
·将信号隔离并进行功率放大，以驱动晶闸管；
·完成双机间的脉冲比较和切换。
⑩电源单元：电源采用工业开关电源直接得到各路电压；交、直流220v电源双重供电；机内个路电压为：+5v、+15v、-15v，操作电压24v。
 
4.调节器工作原理及运行方式选择

4.1励磁调节器调节原理

tdwlt-01微机励磁调节器有：电压调节（自动）、电流调节（手动）、无功调节、恒功率因数调节共四种调节模式。而电压调节（自动方式）又分为：系统电压跟踪和不跟踪两种情况。
励磁pt和仪表pt同时断线时，可转换为手动（电流调节）运行方式；空载状态下，只有电流调节和电压调节两种模式；主断路器合闸时，有四种调节模式：电压调节、电流调节、无功调节、恒功率因数调节；在无功调节和电压调节模式下，电流给定自动跟踪励磁电流（ig=il）；如果功率测量故障，则自动切换至电压调节模式；在电压调节和电流调节模式下，无功给定自动跟踪机组无功（qg=qin）；在无功调节模式下，电压给定不变；pt断线时，只有电流调节（手动）模式；在电流调节模式下，电压给定自动跟踪发电机电压；在无功调节模式下，当发电机电压与参考电压之差△u﹥eu设定值时，电压自动参与调节；恒功率因数调的跟踪和切换处理方式类同于无功调节模式。

4.2励磁调节器工作方式选择

励磁调节器运行方式选择操作方法是：
①电压调节方式：按下电压选择键即进入自动电压调节方式。
②自动电压跟踪：在电压调节方式下，跟踪键处于按下位置时，当开机建压时，发电机自动跟踪系统电压。
③恒励磁电流调节方式：按下电流选择键即进入电流调节方式。
④恒功率运行方式：按下无功选择键即进入恒无功调节方式，在恒无功调节方式下，当主机主开关断开时自动进入电压调节方式。
⑤恒功率因数运行方式：按下cos选择键即进入恒功率因数调节方式，在恒功率因数调节方式下，当主机主开关断开时自动进入电压调节方式。当电流、电压、无功、cos四个键均不按下时，装置总处于电压调节方式。当多个选择键同时按下时，按电压、电流、无功、cos优先顺序确定调节方式。
 
6结语

2004年12月，对热电分厂3#和4#两台同步发电机的kfd-3型励磁调节器装置进行改造，更换为武汉武水电气技术有限责任公司研制的tdwlt-01微机励磁调节器。通过改造，减少了对同步发电机同轴励磁机的运行维护工作，该装置投运至今，未发生任何异常情况，tdwlt-01微机励磁调节器运行非常稳定、可靠，进而确保发电机系统的安全、长周期、稳定运行的需要，达到了改造的目的。
 
参考资料：
1、《电力系统自动调节装置原理》杨冠城主编（第二版）电力工业出版社
2、《电力系统自动化》浙江大学主编电力工业出版社
3、《电力系统自动装置》许正亚主编水利电力工业出版社