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發(fā)電機(jī)自動勵磁調(diào)節(jié)器作用及說明書 |
摘要：在交流同步無刷發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)中，最重要的環(huán)節(jié)-電壓自動調(diào)節(jié)由自動電壓調(diào)節(jié)器來完成。自動電壓調(diào)節(jié)器不但能自動調(diào)整電壓，還能根據(jù)并機(jī)要求整定電壓下降斜率即下垂、電壓的靜態(tài)和動態(tài)的穩(wěn)定等，一般由電子技術(shù)的模擬電路組成。隨著對供電質(zhì)量的要求越來越高、發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)的高可靠性、計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控及自動電壓調(diào)節(jié)器設(shè)置操作的規(guī)范化要求，自動電壓調(diào)節(jié)器已由原模擬自動電壓調(diào)節(jié)（AVR）發(fā)展為數(shù)字電壓調(diào)節(jié)即數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器（DVR）。DVR2000E是典型的數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器之一。
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圖1 馬拉松DVR2000E發(fā)電機(jī)調(diào)壓板 |
一、DVR2000E數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器綜述
1．概述
DVR2000E 自動電壓調(diào)節(jié)器是由電子式固態(tài)微處理器為基礎(chǔ)的控制器件。從調(diào)節(jié)進(jìn)入勵磁機(jī)勵磁繞組的電壓最終控制發(fā)電機(jī)輸出電壓的工作狀態(tài)的自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR）。面板上的顯示器如圖2所示調(diào)壓器及系統(tǒng)的狀態(tài)，接線是通過背板上面的快速接插端子連接，DB-9型9針接線座提供了IBM兼容的PC和調(diào)壓器之間的通信。
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圖2 發(fā)電機(jī)自動電壓調(diào)節(jié)器DVR2000E面板 |
2．特性
DVR2000E 自動電壓調(diào)節(jié)器具有以下特點(diǎn)及性能：
1）4種控制模式：自動電壓調(diào)整（AVR）、手動或磁場電流調(diào)整（FCR）、功率因數(shù)調(diào)整（PF），無功功率調(diào)整（Var）。
2）可編程穩(wěn)定性整定。
3）在AVR模式下的帶時間可調(diào)的軟啟動控制。
4）在AVR乏及功率因數(shù)控制模式下的過勵磁限制（OEL）。
5）低頻（電壓/頻率）調(diào)整。
6）急劇短路電路保護(hù)磁場。
7）過溫度保護(hù)。
8）在AVR模式下的三相或單相電壓檢測/調(diào)整（有效值）。
9）單相發(fā)電機(jī)電流檢測作為測量和調(diào)整之用。
10）磁場電流和電壓檢測。
11）系統(tǒng)界面的4個觸點(diǎn)檢測輸入。
12）報警顯示和斷開功能合用的一個公共輸出繼電器。
13）6個保護(hù)功能：過勵磁關(guān)閉、發(fā)電機(jī)過電壓關(guān)閉、DVR過熱關(guān)閉、發(fā)電機(jī)檢測信號丟失關(guān)閉、過勵磁限制及其急劇短路關(guān)閉。
14）發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時的無功下垂補(bǔ)償和無功差補(bǔ)償。
15）前面板的人-機(jī)界面（HMI）顯示系統(tǒng)及DVR2000E狀態(tài)，并提供整定改變的功能。
16）后面板的RS-232的通信接口為使馬拉松-DVR2000E-COMS Windows 基礎(chǔ)軟件作為PC（機(jī)）通信能快速、友好的建立和控制。
二、DVR2000E型數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器的功能及運(yùn)行特性
DVR2000E的功能如圖3所示，它的運(yùn)行包括4個運(yùn)行模式、4個保護(hù)功能，提供突然啟動、無功下垂補(bǔ)償、低頻補(bǔ)償和一個輔助模擬輸入，每個運(yùn)行特性將在下面敘述。
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圖3 發(fā)電機(jī)自動電壓調(diào)節(jié)器DVR2000E功能框圖 |
1．功能
（1）模擬輸入
有6個模擬電壓和電流輸入可以檢測并輸入到DVR2000E。發(fā)電機(jī)電壓是在端子E1（A相）、E2（B相）、E3（C相），被監(jiān)視，在這些端子被檢測額定電壓可高到AC 600V。加到輸入端的電壓，在加入模-數(shù)轉(zhuǎn)換器前是要定標(biāo)的和限定的，從發(fā)電機(jī)C相和A相來的信號電壓（VC-A）是通過ADC來計(jì)算跨于C相和A相電壓的有效值，同樣從發(fā)電機(jī)C相和B相的信號電壓（VC-B）是通過ADC來計(jì)算跨于C相和B相的電壓有效值，并且通過微處理器從C相到A相的信號（VC-A）和C相到B相的信號（VC-B）來計(jì)算發(fā)電機(jī)B相到A相電壓（VB-A）有效值。另外，發(fā)電機(jī)C相到A相的（VC-A）信號是加到過零濾波檢測電路，這個信號被加到微處理器，并被用來計(jì)算發(fā)電機(jī)頻率。
（2）B相線電流
B相線電流（IB）信號是從客戶提供的電流互感器產(chǎn)生并通過CT1和CT2端子來監(jiān)控的，這兩個端子可監(jiān)控的電流有效值為5A，監(jiān)控電流是通過內(nèi)部電流互感器和ADC電路來定標(biāo)和限定的，加到ADC的信號被用來計(jì)算B相線電流的有效值。另外，在B相電流與C相到A相電壓之間的相位角通過計(jì)算被用在下垂補(bǔ)償和無功（var）/功率因數(shù)的運(yùn)行。
（3）磁場電壓（Vfield）
跨過調(diào)壓器磁場輸出端F＋和F-的電壓在加到ADC之前是被監(jiān)控、定標(biāo)和限定的，這個結(jié)果被用來計(jì)算磁場電壓的直流值，作為系統(tǒng)/保護(hù)使用。
（4）磁場電流（Ifield）
通過主要功率輸出開關(guān)的電流方式被轉(zhuǎn)換到成比例的電壓水平。這個電壓信號在加到ADC輸入之前被標(biāo)定/限定。其結(jié)果用來計(jì)算磁場電流直流值，它被用于手動運(yùn)行模式和保護(hù)系統(tǒng)。
（5）模擬（輔助）輸入
如果直流電壓在模擬（輔助）輸入處移走，運(yùn)行整定點(diǎn)將返回原來的數(shù)值，通過加正和負(fù)的直線電壓到A、B兩端，其直流輸入可以使得DVR整定點(diǎn)得到調(diào)整，加到輸入端的電壓可以高到DC＋3V，這個電路將在直流電源中作為一個1000Ω的負(fù)載，加了DC＋3V信號相當(dāng)于整定點(diǎn)上有＋30％的改變。
（6）觸點(diǎn)輸入電路
4個觸點(diǎn)輸入電路是由內(nèi)部一個DC13V電源供電，由客戶提供的接觸來提供輸入控制。①上升：6U和7端子的一次閉合接觸就引起實(shí)際運(yùn)行整定點(diǎn)的增加，只要其閉合，功能就起作用。②6D和7端子的一次閉合接觸就引起實(shí)際運(yùn)行整定點(diǎn)減少，只要閉合接觸，功能就起作用。
（7）無功（var）/功率因數(shù)控制（52J/K）選擇
閉合接觸端子52J和52K時，無功/功率因數(shù)控制不起作用，打開連接，能使 DVR2000E（C）在無功或者是功率因數(shù)模式下來控制發(fā)電機(jī)無功功率，當(dāng)這個選擇不存在時，這個接點(diǎn)沒有作用。
（8）發(fā)電機(jī)并聯(lián)補(bǔ)償（52L/M）
閉合接點(diǎn)52L和52M，使并聯(lián)運(yùn)行不起作用，打開接點(diǎn)使得并聯(lián)運(yùn)行起作用，并且DVR2000E運(yùn)行在無功下垂補(bǔ)償形式。如果無功/功率因數(shù)控制選擇存在，則52L/M輸入具有奇偶性的。如果52L/M和52J/K都是打開的，則系統(tǒng)在無功/功率因數(shù)模式運(yùn)行。
（9）通信接口
通信接口為DVR2000E的編程提供了界面，連接是做成插座式的RS232（DB-9）與用戶標(biāo)準(zhǔn)9分電纜相配接，通信接口是光隔離的，從變壓器隔離電源供電。
（10）微處理器
它是DVR2000E的心臟，通過使用儲存在儲存器里的嵌入編程和不易改變的整定來做質(zhì)量、計(jì)算、控制和通信功能。
（11）電源輸入級
從PMG來的電源被加到端子3和4，在它被加到功率放大器和電源之前是被整流和濾波的。輸入電源為單相交流電，電壓為180～240V，頻率范圍為200～360Hz。
（12）功率放大器
功率放大器是從電源輸入級接收功率的，并通過端子F＋和F-提供一個被控功率給勵磁機(jī)磁場，給勵磁機(jī)提供的功率取決于從微處理器收到的門脈沖，功率放大器使用固定功率開關(guān)提供給勵磁機(jī)磁場所需的功率，功率放大器到磁場的輸出定額是連續(xù)DC 75V，DC 3A和強(qiáng)勵DC 150V，DC 7.5A 10s時間。
（13）前面板指示燈
在前面板上，用12個發(fā)光二極管發(fā)亮來表示各種運(yùn)行模式、保護(hù)功能和調(diào)整等。
（14）前面板開關(guān)
改變整定通過前面板上的3個按鈕開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，3個按鈕上分別標(biāo)有“選擇”、“上升”和“下降”字樣。
（15）繼電器輸出
通過端子AL1和AL2提供一個公共報警輸出觸頭，它通常是打開的，在形成觸點(diǎn)報警或復(fù)電機(jī)跳閘狀態(tài)和保護(hù)關(guān)斷或轉(zhuǎn)換時觸頭閉合，這個繼電器不是自鎖。
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圖4 發(fā)電機(jī)電壓板DVR2000E尺寸圖 |
2．運(yùn)行特性
（1）運(yùn)行模式
DVR2000E 通過 Windows和手掌機(jī)操作系統(tǒng)通信軟件提供多達(dá)4種可選的運(yùn)行模式，即自動電壓調(diào)整模式、手動模式（標(biāo)準(zhǔn)模式）、無功和功率模式，其中后兩種是可選的。
（2）自動電壓調(diào)整模式
在自動電壓調(diào)整模式（AVR），DVR2000E調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出的電壓有效值，通過檢測發(fā)電機(jī)輸出電壓，調(diào)整直流輸出勵磁電流來維持電壓在整定點(diǎn)調(diào)整率的范圍內(nèi)，這電壓整定點(diǎn)是通過面板上升或下降接觸輸入來調(diào)整的，或通過Windows或手掌機(jī)操作通信軟件來完成。在一定條件下，調(diào)整點(diǎn)也可以通過下垂功能或低頻功能來修正。
（3）手動模式
這個模式也稱為磁場電流調(diào)整模式（FCR）。DVR2000E維持直流勵磁在一定的水平。這個電流整定點(diǎn)可以通過上升或下降接觸輸入，也可通過Windows或手掌機(jī)操作通信軟件來達(dá)到DC0～3A的調(diào)整。對于初始啟動，若調(diào)節(jié)器在手動模式下并整定在0.25A，發(fā)電機(jī)大約可達(dá)到額定電壓的一半，在調(diào)節(jié)器調(diào)到AVR模式前檢查一下接線和檢測引線，增加磁場電流0.5A，發(fā)電機(jī)電壓將接近空載額定電壓。
（4）無功（var）控制模式（選擇）/C型
在無功（var）控制模式下，同步發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時，DVR2000E（C）維持發(fā)電機(jī)的乏（伏安-無功）在一整定的水平。DVR2000E（C）利用檢測到的發(fā)電機(jī)輸出電壓
和電流值來計(jì)算同步發(fā)電機(jī)的乏。然后調(diào)整直流勵磁電流來維持乏的整定點(diǎn)。通過前面板開關(guān)，Windows或手掌機(jī)操作系統(tǒng)軟件使得無功控制時使能或使不能。當(dāng)軟件被合上，無功控制使能或使不能是通過無功/功率因數(shù)控制（52J/K）接觸輸入電路來實(shí)現(xiàn)的，無功整定點(diǎn)從100％吸收到100％發(fā)出是通過前面板的開關(guān)升和降觸點(diǎn)輸入，亦可通過Windows 或手掌機(jī)操作軟件來調(diào)節(jié)。
（5）功率因數(shù)控制模式（選擇）/C型
在功率因數(shù)控制模式里，當(dāng)發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時能維持發(fā)電機(jī)功率因數(shù)在整定水平上。DVR2000E（C）是利用檢測到的發(fā)電機(jī)輸出電壓和電流值來計(jì)算功率因數(shù)，然后控制直流勵磁電流來維持功率因數(shù)在整定點(diǎn)的，功率因數(shù)控制使能和使不能是通過前面板、Win-dows 或手掌機(jī)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)使用軟件時，使能或使不能是通過無功/功率因數(shù)控制（52J/K）接觸輸入電路來實(shí)現(xiàn)的。功率因數(shù)在0.6滯后和0.6超前之間是通過前面板開關(guān)上升和下降接觸輸入或通過Windows或手掌機(jī)操作軟件實(shí)現(xiàn)的。
（6）無功下垂補(bǔ)償
在發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行期間。DVR2000E提供了一個無功下垂補(bǔ)償特性來幫助無功負(fù)載的分配。當(dāng)這個特性使能時，DVR2000E利用檢測到的發(fā)電機(jī)輸出電壓和電流量來計(jì)算發(fā)電機(jī)負(fù)載的無功部分，然后按此修正電壓調(diào)整率的整定點(diǎn)，功率因數(shù)1.0發(fā)電機(jī)負(fù)載差不多不改變發(fā)電機(jī)的輸出電壓，一個滯后功率因數(shù)負(fù)載會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出電壓減小，一個超前功率因數(shù)負(fù)載（容性）會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出電壓增加。下垂依B相線電流（5A電流加到CT1和CT2端子上）和0.8功率因數(shù)可調(diào)至10％，下垂特性使能與使不能是通過并聯(lián)發(fā)電機(jī)補(bǔ)償接觸輸入電路（端子52L和52M）實(shí)現(xiàn)，若無功/功率因數(shù)選擇存在，52J/K的輸入必須閉合才會使下垂特性使不能。
（7）低頻
1）發(fā)電機(jī)低頻 當(dāng)發(fā)電機(jī)頻率下降到選擇的轉(zhuǎn)折頻率整定點(diǎn)之下時。電壓整定點(diǎn)自動由DVR2000E調(diào)整，使發(fā)電機(jī)電壓按照選擇的V/Hz曲線變化。前面板上和在馬拉松-DVR2000E-32里的低頻動作指示燈就會閃。轉(zhuǎn)折頻率從40～55Hz可調(diào)，V/Hz曲線的斜率可以整定用0.01的增量來調(diào)，通過Windows或手掌機(jī)操作通信軟件用0.01的增量調(diào)整，預(yù)置為59Hz和斜率1。
2）柴油機(jī)卸載 柴油發(fā)動機(jī)卸載特性修正低頻曲線。當(dāng)同步發(fā)電機(jī)頻率減少到轉(zhuǎn)折頻率下的一個可編程的量（空載啟動的頻率）和當(dāng)速度改變率大于空載啟動頻率時，這特性有效。當(dāng)柴油發(fā)動機(jī)啟動時下垂量是有卸載下垂的，即通過整定的百分值，柴油機(jī)卸載自動的時間是由卸載下垂時間（s）來整定的。
柴油機(jī)卸載調(diào)整是通過Windows和手掌機(jī)操作系統(tǒng)通信軟件來實(shí)現(xiàn)?？蛰d啟動頻率是在低頻轉(zhuǎn)折角以下的數(shù)值進(jìn)入。轉(zhuǎn)折角的地方柴油機(jī)空載特性可被啟動。一個0.9～9Hz的頻率值可以以0.1Hz的增量來進(jìn)入，0.9Hz是個預(yù)設(shè)點(diǎn)，空載啟動0～25.5Hz的速度是以25ms的速率（1Hz/25ms）計(jì)算。可以用每25ms 0.1Hz的增量進(jìn)入，當(dāng)頻率改變率超過這方面的整定，柴油機(jī)卸載特性被啟動，0.1Hz的速率是預(yù)設(shè)點(diǎn)。
卸載下垂（％）定義為柴油機(jī)運(yùn)行在卸載模式時，發(fā)電機(jī)頻率每減少1.5％，發(fā)電機(jī)輸出電壓的下降百分比，此百分比可調(diào)范圍為1％～20％，步長為1％，預(yù)設(shè)值為10％。
卸載下垂時間（s）定義為柴油機(jī)卸載模式起作用到通過正常的低頻運(yùn)行模式的時間長度，下垂時間從1～5s，用1s作為可調(diào)增量，1s為預(yù)設(shè)值。
（8）發(fā)電機(jī)軟啟動
DVR2000E帶有一個可調(diào)的軟啟動特性，以控制發(fā)電機(jī)從斜坡到整定點(diǎn)的時間，斜率是通過Windows或手掌機(jī)操作系統(tǒng)特性軟件從1～120s，以1s為增量可調(diào)的，低頻特性在軟啟動期間也起作用，且優(yōu)先于發(fā)電機(jī)的電壓控制，預(yù)設(shè)整定值為7s。
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圖5 發(fā)電機(jī)電壓板斜率和轉(zhuǎn)折頻率曲線圖 |
圖6 發(fā)電機(jī)電壓板低頻和斜率圖例 |
3．保護(hù)
DVR2000E有以下6種保護(hù)功能：過勵磁關(guān)斷、發(fā)電機(jī)過電壓關(guān)斷、DVR過溫度關(guān)斷、發(fā)電機(jī)檢測丟失關(guān)斷、過勵磁限定和急劇短路關(guān)斷。
以上每一種功能除了急劇短路關(guān)斷外，都有相應(yīng)的前面板指示燈，當(dāng)功能動作時前面板指示燈會亮，一個動作的保護(hù)功能也可以通過Windows或手掌機(jī)系統(tǒng)特性軟件實(shí)現(xiàn)。
（1）過勵磁關(guān)斷（磁場電壓）
這個功能的使能和使不能是通過馬拉松-DVR2000E-32軟件實(shí)現(xiàn)，當(dāng)使能時，磁場電壓超過整定點(diǎn)預(yù)設(shè)值為DC 80V，在前面板上的和在Windows或手掌機(jī)操作系統(tǒng)特性軟件里的過勵磁關(guān)斷指示燈就閃動，繼電器輸出在15s后就關(guān)閉，DVR2000E關(guān)斷。若過勵磁關(guān)斷后，在給DVR2000E通電時，過勵磁指示燈就閃動5s。
（2）發(fā)電機(jī)過電壓關(guān)斷
DVR2000E監(jiān)視檢測同步發(fā)電機(jī)輸出電壓，若它超過過電壓整定點(diǎn)（額定值的某個百分比）0.75s，在前面板上的和在Windows或手掌機(jī)軟件里的發(fā)電機(jī)過電壓指示燈閃動。繼電器輸出閉合，DVR2000E關(guān)斷。在給DVR2000E通電時，發(fā)電機(jī)過電壓指示燈閃動5s，這里預(yù)設(shè)整定點(diǎn)是額定值的120％。
（3）DVR過溫度關(guān)斷
DVR2000E的溫度檢測功能可以連續(xù)監(jiān)視調(diào)壓器的溫度，若溫度超過70℃，DVR過溫度燈在前面板閃亮和在Windows或手掌機(jī)軟件里顯示，繼電器輸出閉合。DVR2000E關(guān)斷。
（4）發(fā)電機(jī)檢測丟失
DVR2000E可以檢測發(fā)電機(jī)的電壓輸出，若檢測到電壓丟失則會做出保護(hù)動作，對于單相檢測，檢測電壓小于50％額定值時就作為檢測到丟失；對于三相檢測，一相全部丟失或相間不平衡大于額定值的20％就視為檢測丟失。同前所述，當(dāng)檢測到丟失，則指示燈會自動由軟件顯示，則DVR2000E判斷。若再接通DVR2000E，則檢測丟失指示燈閃動5s。如果發(fā)電機(jī)短路或當(dāng)檢測頻率降低到12Hz以下，這種功能就不起作用。
（5）過勵磁限定
DVR2000E的磁場電流限定值在出廠時為6.5A，該值在0～7.5A可調(diào)，并帶有0～10s范圍的時間延時。兩個整定都是通過Windows或手掌機(jī)操作軟件設(shè)定，其他與前同。
（6）急劇短路關(guān)斷
急劇短路關(guān)斷電路是保護(hù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子避免過電流損壞和DVR2000E功率開關(guān)短路。在運(yùn)行時，若磁場電壓超過整定點(diǎn)并功率級1.5s沒有收到門脈沖，急劇短路功能就動作，并把DVR2000E輸入電源端之間置于短路。通過輸入電源熔絲爆掉和移去調(diào)壓器電源來保護(hù)發(fā)電機(jī)。
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