新聞主題	發電機自動勵磁調節器作用及說明書

 

摘要：在交流同步無刷發電機勵磁系統中，最重要的環節-電壓自動調節由自動電壓調節器來完成。自動電壓調節器不但能自動調整電壓，還能根據并機要求整定電壓下降斜率即下垂、電壓的靜態和動態的穩定等，一般由電子技術的模擬電路組成。隨著對供電質量的要求越來越高、發電機勵磁調節的高可靠性、計算機遠程監控及自動電壓調節器設置操作的規范化要求，自動電壓調節器已由原模擬自動電壓調節（AVR）發展為數字電壓調節即數字電壓調節器（DVR）。DVR2000E是典型的數字電壓調節器之一。

 

圖1 馬拉松DVR2000E發電機調壓板

 

 

一、DVR2000E數字電壓調節器綜述

 

1．概述

DVR2000E 自動電壓調節器是由電子式固態微處理器為基礎的控制器件。從調節進入勵磁機勵磁繞組的電壓最終控制發電機輸出電壓的工作狀態的自動電壓調節器（AVR）。面板上的顯示器如圖2所示調壓器及系統的狀態，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和調壓器之間的通信。

 

圖2 發電機自動電壓調節器DVR2000E面板

 

2．特性

DVR2000E 自動電壓調節器具有以下特點及性能：

1）4種控制模式：自動電壓調整（AVR）、手動或磁場電流調整（FCR）、功率因數調整（PF），無功功率調整（Var）。

2）可編程穩定性整定。

3）在AVR模式下的帶時間可調的軟啟動控制。

4）在AVR乏及功率因數控制模式下的過勵磁限制（OEL）。

5）低頻（電壓/頻率）調整。

6）急劇短路電路保護磁場。

7）過溫度保護。

8）在AVR模式下的三相或單相電壓檢測/調整（有效值）。

9）單相發電機電流檢測作為測量和調整之用。

10）磁場電流和電壓檢測。

11）系統界面的4個觸點檢測輸入。

12）報警顯示和斷開功能合用的一個公共輸出繼電器。

13）6個保護功能：過勵磁關閉、發電機過電壓關閉、DVR過熱關閉、發電機檢測信號丟失關閉、過勵磁限制及其急劇短路關閉。

14）發電機并聯運行時的無功下垂補償和無功差補償。

15）前面板的人-機界面（HMI）顯示系統及DVR2000E狀態，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 基礎軟件作為PC（機）通信能快速、友好的建立和控制。

 

二、DVR2000E型數字電壓調節器的功能及運行特性

 

DVR2000E的功能如圖3所示，它的運行包括4個運行模式、4個保護功能，提供突然啟動、無功下垂補償、低頻補償和一個輔助模擬輸入，每個運行特性將在下面敘述。

 

圖3 發電機自動電壓調節器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。發電機電壓是在端子E1（A相）、E2（B相）、E3（C相），被監視，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-數轉換器前是要定標的和限定的，從發電機C相和A相來的信號電壓（V_C-_A）是通過ADC來計算跨于C相和A相電壓的有效值，同樣從發電機C相和B相的信號電壓（V_C-B）是通過ADC來計算跨于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（V_C-A）和C相到B相的信號（V_C-B）來計算發電機B相到A相電壓（V_B-A）有效值。另外，發電機C相到A相的（V_C-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，并被用來計算發電機頻率。

（2）B相線電流

B相線電流（I_B）信號是從客戶提供的電流互感器產生并通過CT1和CT2端子來監控的，這兩個端子可監控的電流有效值為5A，監控電流是通過內部電流互感器和ADC電路來定標和限定的，加到ADC的信號被用來計算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算被用在下垂補償和無功（var）/功率因數的運行。

（3）磁場電壓（V_field）

跨過調壓器磁場輸出端F＋和F-的電壓在加到ADC之前是被監控、定標和限定的，這個結果被用來計算磁場電壓的直流值，作為系統/保護使用。

（4）磁場電流（I_field）

通過主要功率輸出開關的電流方式被轉換到成比例的電壓水平。這個電壓信號在加到ADC輸入之前被標定/限定。其結果用來計算磁場電流直流值，它被用于手動運行模式和保護系統。

（5）模擬（輔助）輸入

如果直流電壓在模擬（輔助）輸入處移走，運行整定點將返回原來的數值，通過加正和負的直線電壓到A、B兩端，其直流輸入可以使得DVR整定點得到調整，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的負載，加了DC＋3V信號相當于整定點上有＋30％的改變。

（6）觸點輸入電路

4個觸點輸入電路是由內部一個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際運行整定點的增加，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際運行整定點減少，只要閉合接觸，功能就起作用。

（7）無功（var）/功率因數控制（52J/K）選擇

閉合接觸端子52J和52K時，無功/功率因數控制不起作用，打開連接，能使 DVR2000E（C）在無功或者是功率因數模式下來控制發電機無功功率，當這個選擇不存在時，這個接點沒有作用。

（8）發電機并聯補償（52L/M）

閉合接點52L和52M，使并聯運行不起作用，打開接點使得并聯運行起作用，并且DVR2000E運行在無功下垂補償形式。如果無功/功率因數控制選擇存在，則52L/M輸入具有奇偶性的。如果52L/M和52J/K都是打開的，則系統在無功/功率因數模式運行。

（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）與用戶標準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量、計算、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磁場，給勵磁機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提供給勵磁機磁場所需的功率，功率放大器到磁場的輸出定額是連續DC 75V，DC 3A和強勵DC 150V，DC 7.5A 10s時間。

（13）前面板指示燈

在前面板上，用12個發光二極管發亮來表示各種運行模式、保護功能和調整等。

（14）前面板開關

改變整定通過前面板上的3個按鈕開關來實現，3個按鈕上分別標有“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，在形成觸點報警或復電機跳閘狀態和保護關斷或轉換時觸頭閉合，這個繼電器不是自鎖。

 

圖4 發電機電壓板DVR2000E尺寸圖

 

 

2．運行特性

（1）運行模式

DVR2000E 通過 Windows和手掌機操作系統通信軟件提供多達4種可選的運行模式，即自動電壓調整模式、手動模式（標準模式）、無功和功率模式，其中后兩種是可選的。

（2）自動電壓調整模式

在自動電壓調整模式（AVR），DVR2000E調節發電機輸出的電壓有效值，通過檢測發電機輸出電壓，調整直流輸出勵磁電流來維持電壓在整定點調整率的范圍內，這電壓整定點是通過面板上升或下降接觸輸入來調整的，或通過Windows或手掌機操作通信軟件來完成。在一定條件下，調整點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整模式（FCR）。DVR2000E維持直流勵磁在一定的水平。這個電流整定點可以通過上升或下降接觸輸入，也可通過Windows或手掌機操作通信軟件來達到DC0～3A的調整。對于初始啟動，若調節器在手動模式下并整定在0.25A，發電機大約可達到額定電壓的一半，在調節器調到AVR模式前檢查一下接線和檢測引線，增加磁場電流0.5A，發電機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，同步發電機與無窮大電網并聯運行時，DVR2000E（C）維持發電機的乏（伏安-無功）在一整定的水平。DVR2000E（C）利用檢測到的發電機輸出電壓

和電流值來計算同步發電機的乏。然后調整直流勵磁電流來維持乏的整定點。通過前面板開關，Windows或手掌機操作系統軟件使得無功控制時使能或使不能。當軟件被合上，無功控制使能或使不能是通過無功/功率因數控制（52J/K）接觸輸入電路來實現的，無功整定點從100％吸收到100％發出是通過前面板的開關升和降觸點輸入，亦可通過Windows 或手掌機操作軟件來調節。

（5）功率因數控制模式（選擇）/C型

在功率因數控制模式里，當發電機與無窮大電網并聯運行時能維持發電機功率因數在整定水平上。DVR2000E（C）是利用檢測到的發電機輸出電壓和電流值來計算功率因數，然后控制直流勵磁電流來維持功率因數在整定點的，功率因數控制使能和使不能是通過前面板、Win-dows 或手掌機實現的。當使用軟件時，使能或使不能是通過無功/功率因數控制（52J/K）接觸輸入電路來實現的。功率因數在0.6滯后和0.6超前之間是通過前面板開關上升和下降接觸輸入或通過Windows或手掌機操作軟件實現的。

（6）無功下垂補償

在發電機并聯運行期間。DVR2000E提供了一個無功下垂補償特性來幫助無功負載的分配。當這個特性使能時，DVR2000E利用檢測到的發電機輸出電壓和電流量來計算發電機負載的無功部分，然后按此修正電壓調整率的整定點，功率因數1.0發電機負載差不多不改變發電機的輸出電壓，一個滯后功率因數負載會導致發電機輸出電壓減小，一個超前功率因數負載（容性）會導致發電機輸出電壓增加。下垂依B相線電流（5A電流加到CT1和CT2端子上）和0.8功率因數可調至10％，下垂特性使能與使不能是通過并聯發電機補償接觸輸入電路（端子52L和52M）實現，若無功/功率因數選擇存在，52J/K的輸入必須閉合才會使下垂特性使不能。

（7）低頻

1）發電機低頻 當發電機頻率下降到選擇的轉折頻率整定點之下時。電壓整定點自動由DVR2000E調整，使發電機電壓按照選擇的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。轉折頻率從40～55Hz可調，V/Hz曲線的斜率可以整定用0.01的增量來調，通過Windows或手掌機操作通信軟件用0.01的增量調整，預置為59Hz和斜率1。

2）柴油機卸載 柴油發動機卸載特性修正低頻曲線。當同步發電機頻率減少到轉折頻率下的一個可編程的量（空載啟動的頻率）和當速度改變率大于空載啟動頻率時，這特性有效。當柴油發動機啟動時下垂量是有卸載下垂的，即通過整定的百分值，柴油機卸載自動的時間是由卸載下垂時間（s）來整定的。

柴油機卸載調整是通過Windows和手掌機操作系統通信軟件來實現。空載啟動頻率是在低頻轉折角以下的數值進入。轉折角的地方柴油機空載特性可被啟動。一個0.9～9Hz的頻率值可以以0.1Hz的增量來進入，0.9Hz是個預設點，空載啟動0～25.5Hz的速度是以25ms的速率（1Hz/25ms）計算。可以用每25ms 0.1Hz的增量進入，當頻率改變率超過這方面的整定，柴油機卸載特性被啟動，0.1Hz的速率是預設點。

卸載下垂（％）定義為柴油機運行在卸載模式時，發電機頻率每減少1.5％，發電機輸出電壓的下降百分比，此百分比可調范圍為1％～20％，步長為1％，預設值為10％。

卸載下垂時間（s）定義為柴油機卸載模式起作用到通過正常的低頻運行模式的時間長度，下垂時間從1～5s，用1s作為可調增量，1s為預設值。

（8）發電機軟啟動

DVR2000E帶有一個可調的軟啟動特性，以控制發電機從斜坡到整定點的時間，斜率是通過Windows或手掌機操作系統特性軟件從1～120s，以1s為增量可調的，低頻特性在軟啟動期間也起作用，且優先于發電機的電壓控制，預設整定值為7s。

 

圖5 發電機電壓板斜率和轉折頻率曲線圖

圖6 發電機電壓板低頻和斜率圖例

 

 

3．保護

DVR2000E有以下6種保護功能：過勵磁關斷、發電機過電壓關斷、DVR過溫度關斷、發電機檢測丟失關斷、過勵磁限定和急劇短路關斷。

以上每一種功能除了急劇短路關斷外，都有相應的前面板指示燈，當功能動作時前面板指示燈會亮，一個動作的保護功能也可以通過Windows或手掌機系統特性軟件實現。

（1）過勵磁關斷（磁場電壓）

這個功能的使能和使不能是通過馬拉松-DVR2000E-32軟件實現，當使能時，磁場電壓超過整定點預設值為DC 80V，在前面板上的和在Windows或手掌機操作系統特性軟件里的過勵磁關斷指示燈就閃動，繼電器輸出在15s后就關閉，DVR2000E關斷。若過勵磁關斷后，在給DVR2000E通電時，過勵磁指示燈就閃動5s。

（2）發電機過電壓關斷

DVR2000E監視檢測同步發電機輸出電壓，若它超過過電壓整定點（額定值的某個百分比）0.75s，在前面板上的和在Windows或手掌機軟件里的發電機過電壓指示燈閃動。繼電器輸出閉合，DVR2000E關斷。在給DVR2000E通電時，發電機過電壓指示燈閃動5s，這里預設整定點是額定值的120％。

（3）DVR過溫度關斷

DVR2000E的溫度檢測功能可以連續監視調壓器的溫度，若溫度超過70℃，DVR過溫度燈在前面板閃亮和在Windows或手掌機軟件里顯示，繼電器輸出閉合。DVR2000E關斷。

（4）發電機檢測丟失

DVR2000E可以檢測發電機的電壓輸出，若檢測到電壓丟失則會做出保護動作，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。如果發電機短路或當檢測頻率降低到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，并帶有0～10s范圍的時間延時。兩個整定都是通過Windows或手掌機操作軟件設定，其他與前同。

（6）急劇短路關斷

急劇短路關斷電路是保護發電機轉子避免過電流損壞和DVR2000E功率開關短路。在運行時，若磁場電壓超過整定點并功率級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壓器電源來保護發電機。

 

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