(北京科电)GEX-2000技术说明书(出版)

GEX-2000发电机励磁调节器

技术说明书

北京科电亿恒电力技术有限公司

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GEX-2000 发电机励磁调节器技术说明书

目 录

第一章 前 言 ...................................................................................... 1 第二章 装置主要特点 .......................................................................... 2

2.1 装置特点........................................................................................................ 2

2.2 装置适用范围................................................................................................ 4

第三章 主要功能及技术指标 .............................................................. 7

3.1 装置主要功能................................................................................................ 7

3.1.1 调节及控制功能.................................................................................... 7 3.1.2 限制和保护功能.................................................................................... 8 3.1.3 其它辅助功能........................................................................................ 8 3.2 主要技术指标................................................................................................ 9

3.2.1 模数转换器输入参数............................................................................ 9 3.2.2 开关量输入输出容量.......................................................................... 10 3.2.3 输出参数：.......................................................................................... 10 3.2.4 网络接口.............................................................................................. 10 3.2.5 电源参数.............................................................................................. 10 3.2.6 指标参数.............................................................................................. 11

第四章 系统配置 ............................................................................... 12

4.1 电气配置...................................................................................................... 12 4.1.1 励磁系统框图...................................................................................... 12 4.1.2 输入输出接口示意图.......................................................................... 12 4.1.3 硬件组成.............................................................................................. 13 4.1.4 软件组成.............................................................................................. 13 4.2 结构配置...................................................................................................... 13

4.2.1 机柜构成.............................................................................................. 13 4.2.2 分层介绍.............................................................................................. 14

第五章 基本原理 ................................................................................ 19

5.1 基本原理...................................................................................................... 19

5.2 单板原理...................................................................................................... 20 5.3 软件说明...................................................................................................... 23

5.3.1 主调度程序........................................................................................ 24 5.3.2 中断程序............................................................................................ 24

第六章 键盘、显示及操作 ............................................................... 31

6.1 键盘操作说明.............................................................................................. 31

6.2 主画面显示.................................................................................................. 32 6.3 主菜单显示.................................................................................................. 33

6.3.1 测量显示.............................................................................................. 34

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6.3.2 参数设置.............................................................................................. 35 6.3.3 保护投退.............................................................................................. 39 6.3.4 开入状态.............................................................................................. 39 6.3.5 传动试验.............................................................................................. 40 6.3.6 系统试验.............................................................................................. 41 6.3.7 故障追忆.............................................................................................. 41 6.3.8 故障波形.............................................................................................. 42 6.3.9 事件记录.............................................................................................. 43 6.3.10 精度调整............................................................................................ 43 6.3.11 机组参数 ............................................................................................ 44 6.3.12 系统设置............................................................................................ 44 6.3.13 试验选项............................................................................................ 45 6.3.14 其它试验............................................................................................ 46

第七章 上位机监控程序 .................................................................... 47

7.1 主画面.......................................................................................................... 47

7.2 状态显示...................................................................................................... 48 7.3 故障记录及SOE ......................................................................................... 50 7.4 参数设置...................................................................................................... 50 7.5 波形分析...................................................................................................... 52 7.6 试验功能...................................................................................................... 52 7.7 系统选项...................................................................................................... 53

附录一： DCS 关于励磁系统设计指南 ......................................... 54 附录二： 开停机步骤及注意事项 ................................................... 55 附录三： PSS 试验方法及试验步骤 .............................................. 57

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第一章 前 言

GEX-2000 微机励磁调节器为依托中国电力科学研究院的技术，由北京科电亿恒电力技术有限公司研制、开发并生产的新一代微机励磁调节器。它具有完善的调节、控制及限制保护功能，并且在计算速度、抗电磁干扰、可靠性以及使用的方便性上都有了很大的提高。GEX-2000适用于从100MW以上从三机励磁到自并励等各种方式的可控硅励磁，是现代大、中型同步发电机理想的励磁调节装置。

GEX-2000 发电机励磁调节器采用美国TI公司最新的高速32位DSP作为核心，配以大规模的可编程逻辑器件CPLD作为辅助元件，将控制系统基本缩小为一个片上系统，大大提高了系统的可靠性。同时外挂的平板机和大屏幕液晶显示器将人机交互提高到了一个更新的高度，给用户的使用提供了极大的方便。 值得一提的是，随着全国联网的基本完成，电力系统稳定的要求对励磁系统提出了更高的指标。GEX-2000采用改进型的PSS-2A 电力系统稳定器的模型，完全解决了单一采用电功率信号的PSS-1A模型带来的反调问题。目前这一技术已经成功投入运行，取得了明显的效果。

本说明书主要介绍了GEX-2000 发电机励磁调节器的功能、特点、工作原理等，以便用户有一个更全面、详细的了解。

本手册有关技术文件：

（1） 《GEX-2000发电机励磁调节器逻辑原理图》 （2） 《GEX-2000发电机励磁调节器装置配线图》 （3） 《ESM V1.0 发电机励磁系统管理软件包使用说明》

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第二章 装置主要特点

GEX-2000 微机励磁调节器作为新一代微机励磁产品，它是将励磁系统的最新研究成果与第一代励磁调节器的多年运行经验相结合，并充分应用了最新的计算机控制技术、数字信号处理器（DSP）技术和先进的网络与通讯技术而研制成功的更新换代产品。

2.1 装置特点

GEX-2000具有以下特点： 1、模型清晰、准确

GEX-2000励磁控制系统采用串联校正加转子电压硬负反馈，所采用的计算模型均经过计算机仿真和动态信号分析仪实测证明该模型在离散化过程中误差小，精度高。

2、PSS-2A模型国内首家研制成功

经过多年研制成功的改进型PSS-2A电力系统稳定器模块在GEX-2000微机励磁调节器应用，开创了国内调节器的先河，使得GEX-2000微机励磁调节器更有利于提高励磁系统对电力系统稳定的贡献。 3、测量精度高

GEX-2000 发电机励磁调节器采用每周波24点交流采样，快速傅立叶变换，完全消除了零漂等对测量精度的影响，同时采用高速14位A/D变换器，保证了测量通道的精度和快速性。 4、强大的网络功能

GEX-2000 发电机励磁调节器具有强大的通讯功能，双通道、调节器及功率柜之间通过可靠的现场总线CAN-BUS进行连接，实现数据共享和协调控制。

每个控制通道都提供两个独立并进行隔离的RS232和485接口，非常方便的实现调节器与上位管理机的通讯以及与电厂DCS系统的连接。 5、方便、友好的人机界面

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3.1.2 限制和保护功能

1、PT断线保护，通过两组PT间进行比较，或同一PT不同相之间的电压比

较判断PT断线，励磁PT断线切手动，仪表PT断线发信号。

2、V/Hz保护（压/频保护），保护发电机和主变过磁通，实施V/Hz分段限制和保护

3、过励限制与保护，保护发电机转子，分段实施过励限制和保护 4、欠励限制及保护 5、空载过电压保护 6、触发脉冲丢失的检测 7、通讯故障检测 8、可控硅故障检测

9、电源检测，监视CPU电源和24V操作电源是否正常 10、整流柜停风或部分整流柜退出运行时进行励磁电流限制

11、所有的限制及保护定值以及每一种保护的投退均可在现场进行整定

3.1.3 其它辅助功能

1、故障录波功能：GEX-2000 发电机励磁调节器记录故障前10秒故障后10

秒的测量数据，记录的量包括，发电机电压UG1、UG2、自动给定值UGREF、手动给定值IFREF、触发角ARF、有功功率P、无功功率Q、转子电压Ufd、转子电流 Ifd、发电机频率F0、本柜输出电流ILA、它柜输出电流ILB。基本涵盖了所有模拟量，故障波形能够在控制器自带的液晶显示器进行显示，也可以通过串口上传到笔记本电脑，在EMS V1.0上进行显示，处理并打印。

2、试验录波功能：GEX-2000 发电机励磁调节器能够通过手动启动的方式记

录试验时的波形，如10%阶跃响应，灭磁，甩负荷等波形，记录时间为试验启动前1秒，试验启动后19秒的时间，记录的量同故障录波，显示方式同故障录波。

3、故障记录：能够按先进先出的原则记录20次故障动作值、故障时间（精确

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到毫秒）、故障类型，所有信息均可在液晶显示或上位机上进行显示。 4、事件记录：能够按先进先出的原则记录20次事件发生的类型和动作时间（精

确到毫秒）例如灭磁开关的分合，通道的投入/退出，运行方式的转换等。 5、通讯功能：GEX-2000采用标准的MODBUS协议，可以通过灵活的通讯方

式，如RS232，RS485，CAN等，进行通道之间的通讯以及励磁调节器与DCS系统或电厂其它监控系统的接口。

6、软件电位器功能：所有模拟量的处理回路均取消电位器，使用能够在菜单

上整定的软件电位器，调试工作由此变的更加轻松灵活。

7、试验功能：通过控制器上的键盘操作，方便的进行调节器的各项试验，如

开关量传动试验、过励限制、欠励限制、阶跃响应试验、PSS的有补偿试验、PSS无补偿试验、交流励磁机时间常数试验等，并能进行自动录波。 8、完善的励磁系统管理软件ESM V1.0：通过此软件完成励磁系统实时数据显

示、故障记录、波形分析、试验向导、报告生成，数据远传、远程诊断等功能。有关此软件的详细说明见《ESM V1.0发电机励磁系统管理软件包使用说明》。

3.2 主要技术指标 3.2.1 模数转换器输入参数

A/D采样通道： 模拟量输入一览： 机端电压PT1： 机端电压PT2： 系统电压： 定子电流： 转子电流： 转子电压： 励磁机励磁电流： 备用测试信号：

16路

额定值100V 额定值100V

额定值100V(可选) 额定值5A/1A 75mv(由分流器来) 实际电压

75mv（由分流器来） -2V～+2V（不隔离）

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3.2.2 开关量输入输出容量

16路光电隔离输入；

10路开关量输出，其中2路光电隔离输出，8路继电器输出，可扩充到18路。

3.2.3 输出参数：

触发脉冲：可供三相全控整流桥用的六相双脉冲，脉冲宽度100uS,可同时触发4组以下并联运行的三相全控桥；同时可提供单相全（半）控桥触发脉冲。

D/A输出：2路隔离的D/A转换器，每一路D/A输出均可以在菜单具体选择要输出的变量。

D/A量程：-2V～+2V（隔离）

4～20mA（可选）:每一个控制器均可输出2路4～20mA信号（隔离），可在菜单选择任意输出变量。

3.2.4 网络接口

串口1：RS-232 （隔离）

串口2：RS-485 （隔离）

CAN总线：CANH、CANL（隔离）

通讯协议：标准modbus协议

3.2.5 电源参数

工作交流电源：来自励磁变副边或永磁机输出（三机） 工作直流电源：DC220V±20%或DC110V±20% 辅助交流电源：厂用AC220V±15% 电源功率： 小于400瓦

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3.2.6 指标参数

GEX-2000 发电机励磁调节器全面满足或优于GB/T 7409.3-1997对大、中型同步发电机励磁系统技术要求。具体指标参数如下： 1. CPU类型：32位高速DSP芯片 2. CPU速度：最高150MHz

3. 可控硅控制角α分辨率：0.0048度/码 4. A/D 转换量分辨率：2-14，16 路。 5. 控制计算调节速度：3.3 毫秒 6. 调压范围：5%～130% 7. 调压精度：<0.5%

8. 移相范围：0～150 度，上下限值可程序设置 9. 调差：软件无功调差、正负大小任选级差为±1%。

10. 频率特性：频率每变化1%，发电机端电压变化不大小额定值的±0.25%。 11. 整定值调节速度：可编程，满足不大于1%每秒，不少于0.3%每秒。 12. 在空载额定电压情况下，当发电机给定阶跃为±10%时，发电机电压超调量

小于阶跃量的30%，振荡次数小于2次，调节时间小于5秒。

13. 当发电机零起升压时，机端电压超调量不超过额定电压的10%，振荡次数小

于2次，调节时间小于5秒

14. 工作方式：双柜均流（三机系统），主备用（自励方式）

15. 励磁系统装设电力系统稳定器（PSS），其有效频率范围为0.1～2.5Hz.。同时，

设置必要的保护和控制回路。

16. 励磁系统的年强行退出比不大于0.05％

17. 励磁系统抗国标严酷等级为3级电磁干扰试验标准，在受到上述级别的干扰

时不应发生误调、失调、误动、拒动等情况。

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第四章 系统配置

4.1 电气配置

GEX-2000以简单、可靠为原则，针对不同励磁方式进行相应的励磁系统配置。本章就以三机励励磁系统为例作详细介绍。

4.1.1 励磁系统框图

图 4-1 是GEX-2000 应用于三机励磁方式时的系统方框图。在这种方式下调节器工作在主、备用方式，主、备通道相互通讯，备用通道作为热备用跟踪工作通道，并能进行无扰动切换。对于三机励磁系统，用户也可以选择GEX-2000配置为双柜均流方式。在这种方式下，单柜运行即能满足发电机各种运行工况的要求，双柜均流提高了系统的可靠性。

4.1.2 输入输出接口示意图

模拟量量程为±5V，操作回路统一使用24V电源。有关信号示意如下： 仪表PT 模拟量 D/A 1 灭磁开关 开关量 自动运行 输入 输入 量测PT D/A 2 置 位 手动运行 定子电流 4-20mA 功率柜故障 PSS投入 转子(输出)电流 4-20mA 增 磁 恒无功 转子(输出)电压 减 磁 恒功率因数 测试信号 RS-232 PSS 投/退 限制保护 信号 开关量 系统电压 输出 RS-485 通道投/退 输出 （可选） CAN 运行/跟踪 跳开关

脉冲输出 12

图 4-1 输入输出接口

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则同步信号直接进入控制单元的PTCT卡；在PTCT卡上，有三个小变压器对同步信号进行隔离。

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第五章 基本原理

5.1 基本原理

发电机微机励磁调节器的主要作用是维持发电机的电压稳定，同时可以通过微机励磁调节器的作用，使得并联运行的机组进行无功功率的合理分配；对于电力系统的暂态稳定和动态稳定的提高，励磁调节器的作用同样非常重要。调节器的输入电气信号有发电机量测PT电压、仪表PT电压及从发电机电流互感器传来的三相定子电流信号。直流信号有发电机转子电流及调节器输出电流和反映装置电源电压的信号。各路信号经各自的信号处理及变换电路对信号滤波、隔离放大，变换成适合于 A/D采样的信号。这些信号送入A/D变换器，由程序控制依次进行模数转换成数字量，存放在存贮器中，供调节器使用。

利用以上采集到的数据，通过软件计算可以得到发电机的运行工况、励磁系统参数、调节器输出参数等全部信息，如交流量采用24点快速傅立叶变换（FFT）计算出发电机三相电压有效值、三相电流有效值、有功功率P、无功功率Q等。 主控或就地对调节器工作方式的选择，增、减励磁操作，灭磁开关等状态量作为开关量输入信号以及故障告警等开关量输出信号是经过光电隔离与CPU接口的。同时反映调节器的状态的运行指示信号，故障指示信号，以开关量输出的方式，经过光耦和继电器隔离后进入电厂的声光报警系统。同时，调节器提供通讯接口，可以和发电厂的DCS（ECS）系统进行通讯。DVR -2100 发电机励磁调节器共有16路开关量输入，10路开关量输出通道，开关量输入输出的通道数量可以根据用户需要进一步进行扩充。

调节器柜的功率输出部件为三相全控晶闸管整流桥或者单相全（半）控桥。为了保证其输出直流电压连续可调及逆变运行，要求控制角 α在10~170度之间变化。在上下限的范围内，用户可以根据具体需要，在菜单中进行最大触发角和最小触发角的设置。调节器中由脉冲同步电路来保证各晶闸管的依次导通，用大规模逻辑器件直接将数字控制量转换成相应控制角α的触发脉冲信号，移相方式采用余弦移相。

300Hz的中断控制程序可计算发电机电压与参考电压之差，并进行PID运算

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后综合附加调差信号得到一个控制量去改变晶闸管的导通角，这就是励磁调节器的主调节环。PID参数的正确选择，将直接影响调节器的静态和动态特性。 调节器中的保护功能模块如失脉冲检测、低励磁限制、过励限制、V/Hz限制、PT断线保护等都是用后台软件控制来实现的。

励磁调节器的安装地点环境比较恶劣，电磁干扰相当严重。对于微机型励磁调节器来说抗干扰能力是十分重要的。本调节器具有独特的抗干扰措施，如调节器控制板核心部件采用双层屏蔽，每个输入、输出电路均采用光电或电磁隔离电路，电源用开关电源隔离等措施，另外还特设硬件、软件自复归电路。当程序突然遭受大干扰的作用而跑飞或进入死循环时，该电路将自动复归使程序重新从头开始执行，恢复正常工作状态。

调节器柜的前面板设有操作显示界面供人机对话使用。人机界面采用液晶显示，汉化菜单，所有计算机采集到的模拟量值均以有名值显示在液晶显示器上，便于运行人员的监视。另外开关量输入的实时状态显示，开关量强制输出，控制和保护参数设定，故障录波数据的提取和波形显示等功能均可在此人机对话窗口上实现。

调节器的工作电源也是独立的，采用开关电源。输出电压有四种：+5v、±12v电源供主机板，运算放大器用；24Ⅵ供脉冲回路，24Ⅶ供继电器及操作回路用。电源采用两路供电：一路来自蓄电池，另一路来自阳极电压整流。两路电源通过逆止二极管并联运行，任何一路失电，调节器仍能正常工作。

综上所述，本调节器不需要外加的变送器，如电压、有功功率、无功功率变

送器和任何机械的或电子的电压给定机构，充分利用软件程序自动控制，硬件电路简单，提高了可靠性，便于维护。

5.2 单板原理

做为同步发电机励磁系统，其可靠性对于机组和电网的安全稳定至关重要，因此GEX-2000 微机励磁调节器在设计时就将系统的可靠性作为第一重要的内容，因此搭建一个稳定的硬件测控平台是提高系统可靠性的基础。

GEX-2000 的核心控制器由以下几部分组成：

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? 电源1 ? 电源2

? 计算机主板（CPU）

? 模拟量处理及旋转二极管检测板 ? 开关量输入输出板 ? 脉冲放大板 ? PT/CT板 ? 总线底板 ? 显示面板

以上几块控制板卡如图4-4b插在一个专用的4U机箱内。为了提高系统的抗干扰能力，机箱采用金属屏蔽机箱，所有插件采用后插式，保证信号流向的唯一性，避免了信号之间的串扰，以及强弱电之间的交叉。重要的板卡均采用先进的表贴工艺，总线底板安装在机箱的前部，在面板上安装有一个240×128点阵的液晶显示器，进行运行状态的实时监视，前面板上还有一些重要的状态指示灯。 ? 电源系统

为了提高系统的可靠性，系统的供电电源由两路冗余，来自励磁变压器或厂用电的交流电源经过隔离变压器隔离后，经过整流变为直流，并经过二极管和来自厂用蓄电池的直流电并联运行，共同为机箱内的开关电源供电，为了提高系统的抗干扰能力，按照不同的功能将系统电源分为3部分， 1) CPU电源：5V，±12V，其中DSP芯片的内核电压1.8V，外设电压3.3V,

低压系统保证了高速CPU低功耗和高可靠性。

2) 操作电源：24V2，用于开关量的输入输出，对于双通道的励磁系统，其

两个通道的24V2经过二极管并联，提供操作信号。两个通道的0V2直接并联。这样就保证了24V2电源的冗余。

3）脉冲电源：24VI，用于脉冲放大和触发回路使用。

以上电源系统相互独立，避免干扰的产生。 ? 计算机主板（CPU）

此板为系统的中枢控制板，我们选用当前最流行，并且经过多年运行经验

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的32位DSP芯片和大规模可编程逻辑阵列CPLD组成这块板，由于采用了可编程逻辑阵列，使我们的系统具有一定的开放性用户可以根据自己的现场实际，进行逻辑组态，并且大大简化了电路，从而做到了总线不出板，提高系统可靠性。本板由以下部分组成。

?

DSP（数字信号处理器）：本系统采用的芯片为著名的DSP厂商德州仪器专门为控制领域推出的C2××系列芯片作为主CPU，此CPU具有以下特点：

1) 最高工作频率达到150MHz，每个指令的执行周期只有6.67ns 2) 32位的数据线，24位地址线使得它的寻址空间达到了4M 3) 哈佛结构，高速的流水线指令操作，进一步提高了运行速度 4) 强大的外设功能：

一个增强型的CAN总线驱动器 一个串型外设接口（SPI） 两个串型通讯接口（SCI） 三个32位的定时/计数器 片上128K×16位的FLASH

5) A/D转换：16路高速（400KSPS）高精度（14位）A/D，同步采样，

能避免由于采样速度造成的相移，提高了精度，采样频率为0.833ms。 6) 两路可编程的D/A输出，为PSS参数整定和调节器模型的辨识提供

硬件接口。

7) 大规模的逻辑阵列CPLD：完成脉冲形成、开关量输入输出、以及

其它的逻辑操作和译码功能。

8） 外扩存储器：一片128K/16位的数据存储器用于进行故障录波的数据

存储，16K位的串型EEPROM存储参数和重要的故障数据。 9） 看门狗电路：采用专门的看门狗监视芯片。

10）通讯部分：本板提供一路RS232，一路RS485，一路CAN-BUS，其隔

离和电平变换采用模块化产品。RS232从前面板输出，RS485从凤凰端子输出，CAN 通过凤凰端子输出。 11）时钟电路：时钟采用DS1305，时钟芯片。

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12）两路可编程输出4～20mA电流环信号，用来作为变送器信号，提供给

表记或其它设备使用。

13）四路光耦隔离的开关量输入，要求操作电源电压等级为24V。 14) 四路光耦隔离的开关量输出，输出为本通道24V2 有源信号。 ? 模拟量处理板

该板的主要功能是进行电平变换和隔离，由于采用交流采样，所以电流、电压回路经过高精度CT和PT隔离后，进行滤波和电平转换适配到A/D测量范围内进入主机板。直流量有转子电流经过滤波电平转换后进行采样。同时将同步信号整形为方波，供主机板CPU产生脉冲。 ? 开关量输入继电器输出板

本板将16路开关量输入信号经过光电隔离后，进入测控CPU板，进行状态判断，另外所有的电源检测电路也在这块板上。将10路开关量输出信号经过光电隔离后驱动继电器，进行信号输出。 ? 脉冲放大板

本板将主CPU板产生的双窄脉冲进行功率放大输出，每一路脉冲功率可驱动5组以上并联的可控硅桥。同时本板上有脉冲指示灯，用于显示脉冲是否正常，本板上可以通过跨接器选择脉冲变压器是内置式，还是外置式。 ? PT/CT 板

PT/CT板将发电机量测PT、仪表PT、系统PT、同步电压信号采用小型化的电压互感器进行隔离，后适配为A/D量程内的弱电信号。将定子电流互感器来的信号经过内部电流互感器隔离后，适配为A/D量程内的弱电信号。

5.3 软件说明

GEX-2000 发电机励磁系统控制软件包 EXPID V1.0 是基于DSP 语言编制的，EXPID V1.0软件包实现了励磁调节和限制保护等基本功能，同时还增加了友好的人机交互程序，强大的网络通讯功能，充分体现了微机励磁调节器的优越性。

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5.3.1 主调度程序

主调度程序主要完成下列功能： 1. 初始化处理

在上电复位或者按下复位键，首先进行硬件和软件的初始化，硬件初始化包括对CPU及其他智能芯片的初始化，软件初始化是指对一些变量置初值。 2. 键盘分析及液晶显示

在程序每个循环周期内，对小键盘进行采样，不同的键按下，对应不同的处理子程序，同时在液晶显示器上显示不同的菜单指示。通过键盘和液晶显示的配合，可以完成人机对话，包括：运行参数的实时显示、开关量状态的在线监视、用于调试的开关量强制输出，以及参数修改，事故追忆及故障数据的提取和显示。

5.3.2 中断程序

作为中断服务程序：主控制程序具有最高的中断优先级，中断周期为0 .833

毫秒。在中断程序中完成以下功能： 1. 交流采样，

模拟输入量有发电机测量 PT输出电压和仪表 PT输出电压以及发电机定子

电流(均为三相)，另外还有转子电流以及调节器的输出电流等，在主控制程序中进行模拟量的采样，每个周波采集24点。 2. FFT快速傅立叶变换及其它数据处理

32位DSP芯片通过FFT变换分别计算出发电机三相电压，三相电流有功功率，无功功率。 3. 调差计算

按照设定好的调差系数和调差极性进行调差计算，将附加调差给定加（减）

Uref_tiaocha?UGN?Q?KQN24

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到给定值上。

其中：K为调差系数，Uref为电压参考值，Uref_tiaocha为附加调差给定值。

Uref?Uref?Uref_tiaocha(正调差)Uref?Uref?Uref_tiaocha(负调差)4. 控制规律的实现

按照给定的控制规律和运行参数进行控制量计算。GEX-2000 采用串联校正模型，本系统传递函数如 图5-2 所示。 5. 电力系统稳定器(PSS)

为了抑制系统的低频振荡，本调节器具有电力系统稳定器功能，电力系统稳定器采用改进型的 PSS-2A 模型，其输入信号为电功率P和角速度信号ω。模型框图 图 5-1 所示： TW2S 1?TW2S + ?W TW1S1?TW1S 1?T8S (1?T9S)M Ks3 ?P TW1SKs2 1?TW1S1?T7S限幅 1?T5SKS(1?T1S)1?T3S 1?T2S1?T4S 1?T6S 图 5-1 PSS 框图

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转子电压负反馈 超前滞后环节 可控硅环节 发电机 Ke 1?TeSKR 1 1 ? T 1 S 1 ? T 3 S _ KP??1 ?T1? T 4S1?TS 1?TS2 SR d0β 测量环节 1 1?Tcs 图 5-2 自动环节传递函数方框图 PSS具有下列辅助功能： a) 自动投切 b) 手动投切

c) 输出限幅，限幅值为发电机电压标么值的±5%~±10%，可现场整定。 d) 故障时自动退出运行。

e) 自动电压调节器有PSS输出信号的模拟量测量接口以及PSS相加点模拟

量信号输入口，方便测量整定PSS特性。

6. 给定子程序，设定发电机在不同的运行工况下的参考电压或参考转子电流

值并综合计及PSS附加给定，恒功率因数给定，和无功功率调节附加给定值。在自动运行方式下，按下置位按钮，在5秒内电压给定值增加到95％额定，并且置位功能闭锁，置位功能在水电厂尤其重要，起到一个快速建压并网的作用。 7. 保护程序

所有保护的投退均可在菜单上进行设定，保护只有在设定为投入状态时才

起作用。 ? PT断线

程序将测量到的仪表PT值和量测PT的值进行比较，如果其差值大于较大值的1/8，则发PT断线信号，如果是量测PT断线，除发信号外，运行方式由自动运行切换到手动运行方式。

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? 失脉冲检测

六组触发脉冲重新被CPU重新回读，并进行综合判断，确定失脉冲的相，并显示在液晶显示器上。失脉冲发生时，发报警信号。 ? 欠励限制和保护

欠励限制按两段整定，如图5-3 所示，Ⅰ为限制线，Ⅱ为保护线。需要说明的是，在调节器控制程序中，有一个恒无功PI闭环计算环节，简称无功环。在发电机无功功率未进入欠励限制线内，自动控制环起作用，此时无功环节跟踪，计算出的控制量不输出。当发电机无功功率进入低励限制区时，无功环计算出的控制量输出给可控硅，调节器进入恒无功功率运行，控制无功功率在限制值附近，不会再继续减少，同时发报警信号。如果系统运行情况发生变化，自动恒电压环计算出的控制量大于恒无功功率输出时，调节器自动切换到恒电压调节，从而退出低励环。如果调节器在某种工况下进入限制区，而没有被控制住，无功功率继续减少，当无功功率低于保护线时，调节器发报警信号并且切手动方式运行。

低励限制线和低励环参数可以在菜单上进行整定。保护线为对应的限制线上无功功率的1.25倍。

QQbPIIIQa1.25Qa图5-3 低励限制示意图

其中，Qa点为零有功时，允许进相的无功功率值。Qb点允许发电机进相运行的最大有功功率。 ? 过励限制

过励限制是为了防止发电机转子励磁绕组长期过负载而采取的限制励磁措施，从转子励磁绕组发热考虑，当强励时，其容许的强励时间t是随发电

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机励磁电流Ifd2的大小成反比关系。如图5-4 所示。

If(A)Ifd_max1.1Ifdnt(s)1.5S图 5-4 最大励磁电流反时限保护 过励限制和保护按照下列原则：

(a) Ifd＞Ifd_max时，延时1.5秒直接封锁脉冲退出运行.

Ifd_max为菜单整定的瞬时过励值；

(b) Ifd＞1.1Ifdn、 Ifd＜1.0Ifdn时计算反时限等效时间： Heat=∫(Ifd2- Ifdn2)*t ;

Heat_n= ∫(Ifd_2set- Ifdn2)*t_set ; 其中：Ifd_set：设定的强励倍数

t_ set：强励时间

H0?Heat?100% ；H0：显示在液晶上，便于监视。

Heat_n(c) H0>50%，发信号，限制增磁

H0>80%，切手动运行，并且手动运行给定值设为90%Ifdn H0<10%，可以复归过励信号

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? V/Hz 限制和保护

V/Hz是为了防止发电机及其出口变压器出现磁饱和。 限制和保护的原则是：

(a) 当 V/Hz＞设定值时，闭锁增磁,发过 V/Hz信号，限制增磁。

(b) 当 V/Hz＞(设定值时+0.05)，面板 V/Hz故障指示灯亮，过V/Hz继电器

动作，励磁调节器转为手动方式运行。切手动1S后，如果V/Hz仍然动作，则本通道退出运行。

(c ) 当频率大于45Hz，小于47.5Hz，等比例减小自动运行电压给定值。

(d) 当频率低于45Hz时，立即退出运行。 ? 系统自检保护

系统自检功能含存储器校验、电源检测、可控硅故障，通讯故障等、当有故障发生时，发通道故障信号，同时本通道退出运行。对于主备用系统，备用通道自投。 8. 故障录波

记录故障前10秒，故障后10秒所有采集到的模拟量数据。GEX-2000 按先进先出的原则记录5组录波数据，波形能显示在液晶屏幕上，也可以上传到上位机进行分析打印。 9. 试验录波

能够记录试验启动前1秒，后19秒的通道的录波数据，记录通道为12个，波形能显示在液晶屏幕上，也可以上传到上位机进行分析打印。在菜单上能设定阶跃响试验的阶跃量和阶跃时间。 10. 事件记忆SOE

按照时间的先后记录20组事件发生的时间（精确到毫秒），包括：运行操作信号如通道投入、退出；开关量输入信号，如：灭磁开关的合、分闸； 11. 故障追忆

按照时间先后记录20 组故障发生的时刻（精确到毫秒），故障动作值。 12. 试验功能

通过此功能可以设置信号相加点的位置，PSS有补偿试验使能，PSS无补偿试验使能，可以设定调节器按恒定触发角输出，输出触发角大小在设定的最小触发角到设定的最大触发角范围内任意可调。通过这种操作可以测定交流励磁机的时间常数。

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13. 跟踪切换

手动运行方式时，自动通道实时跟踪发电机电压；自动运行时，手动通道延时30秒跟踪转子电流（或输出电流）。两种运行方式之间能进行无扰动切换。 双自动通道之间通过CAN总线高速通讯将双方的运行数据进行交换，完成备用通道对运行通道的跟踪，同时，调节器根据转子电流计算出对应的触发角，这两种跟踪方式的跟踪结果实时进行比较，以防止由于通讯过程中可能发生的误码，导致错误跟踪，进一步保证了系统的可靠性。

在通道进行人为切换试验前，先检查备用通道的工作状态应该在跟踪状态，跟踪通道的显示的触发角和运行通道的触发角基本相等，自动电压给定值UGR基本相等，IFR也基本相等。 14. 运行方式的选择

调节器具有以下四种运行方式选择： ? ? ? ?

恒机端电压调节（AVR） 恒励磁电流调节（AER） 恒功率因数调节（可选） 恒无功功率调节（可选）

以上四种运行方式可以进行无扰动切换，其中后两种调节方式是叠加在第一种调节方式上的辅助功能。

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第六章 键盘、显示及操作

GEX-2000微机励磁调节器，采用240*128的大屏幕彩色液晶显示器进行显示，此显示器可以显示15*8=120个汉字或30*16=480个字符，此显示器采用T6963C作为控制芯片，可以进行图形和文本的两种显示模式。液晶显示器内带驱动负电源，外配背光和芯片电源控制回路。

液晶显示器主要完成人机交互界面的功能。主要作用包括：测量显示、参数

整定、故障显示、事件追忆显示，与键盘结合使用，完成以上功能。

6.1 键盘操作说明

上，下，左，右箭头键的作用是用于选择菜单的当前工作栏，选中当前菜单栏以后，分为以下两种情况：

（1）对用于反白显示的菜单会以反白形式显示。 （2）以光标显示的菜单会将光标跳到选中的位置闪烁。

在修改参数时既可以用上下箭头键，也可以用“+”，“-”键。其中上箭头键用于数字增加，同“+”键，下箭头键用于数字减小，同“-”键；

“回车”键用于确认当前选重的菜单进入下一级菜单，修改参数时用于确认参数的修改。在初始界面显示下，如果按一下“回车”键，进入下一级主菜单界面显示。

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“Q”键用于退出子菜单，返回上一级菜单，在修改参数时用于取消对参数的修改。

“复归”键用于对运行中出现的信号进行复归。

CPU复位：“复归”键和“复位”键一起按下，可以对CPU进行复位操作，运行中，严禁操作CPU复位，会造成无功波动。

注意，在某些特殊的情况下，只按复归键无法对故障信号进行复归时，可以采用快速同时按下并弹起“复归”和“Q”组合键几次，可以将信号清除。

6.2 主画面显示

主画面进行系统运行状态及主要测量数据的显示。此屏显示从上到下共分为

四个区域。

第一区域：故障显示区

位于最顶端一行，最上面一行在调节器正常运行时显示微机励磁调节器，调节器出现故障时显示相应的故障，例如：+C相脉冲故障，按下“复归”键后重新显示微机励磁调节器标识。 第二区域：数据显示区

对应显示量定义如下，所有变量均以实际值进行显示。

UG1: IG1:

机端三相线电压平均值 定子三相电流平均值

励磁电压，对于无刷励磁系统此处显示零

励磁电流，对于无刷励磁系统显示的为调节器输出电流 自动（恒机端电压调节）PID的给定参考电压

手动（恒转子电流或恒输出电流调节）PID的给定参考电流 有功功率 无功功率 可控硅触发角 功率因数 机端电压频率

对于双柜均流运行方式下的本柜输出电流

UFD: IFD:

UGR: IFR: P: Q:

ARF: COS: F0:

ILD：

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微 机 励 磁 调 节 器 ----------------------------------------------------------- UG1: 13.80KV IG1: 6.25 KV UFD: 265.1 V IFD: 1650 A UGR: 13.81KV IFR: 1651 A P : 125.2MW Q : -10.13 M ARF: 150.1 COS : 0.866 F0 : 50.01 Hz ILD: 50.12 A ----------------------------------------------------------- 灭磁开关：合/分 通道状态：运行/跟踪 主油开关：合/分 运行方式：自动/手动 ----------------------------------------------------------- 2003-8-18 16：12：20 第三区域：状态显示区

在此区域内，将主要的开关量状态进行显示，其中包括：

灭磁开关：如果不做特殊说明，灭磁开关接常闭辅助接点，状态显示为“分”或“合”。

主油开关：用于显示机组并网运行还是空载运行。主油开关的状态根据定子电流的有无进行判别。

通道状态：表示调节器本通道的运行状态。分为以下三种情况：运行、跟踪、和退出。

运行方式：显示的是当前的运行方式，分为自动运行和手动运行两种方式。其中自动运行方式，为恒发电机机端电压调节，手动运行方式为恒转子电流闭环调节，对于无刷励磁系统，转子电流测不到，手动运行方式为恒调节器输出电流调节。

6.3 主菜单显示

在主画面显示情况下，按“回车”键，进入主菜单显示。按上下左右键选中

菜单，按“回车”键后进入主菜单显示，按“Q”键逐级退回显示菜单。

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-----主 菜 单------ ? 参数设置 ? 开入状态 ? 系统试验 ? 故障波形 ? 精度调整 ? 系统设置 ? 其它试验 ? 测量显示 ? 保护投退 ? 传动试验 ? 故障追忆 ? 事件记录 ? 机组参数 ? 试验选项 6.3.1 测量显示

本菜单将全部测量到的数据以及计算得到的值显示在屏幕上。 对应显示量:

UAB1,UBC1,UCA1: UG1:

量测PT三相线电压 量测PT三相线电压平均值 仪表PT三相线电压 仪表PT三相线电压平均值 定子对应三相电流 定子三相电流平均值

UAB2,UBC2,UCA2:

UG2:

IA,IB,IC: IG:

ILA,ILB: 应用于三机有刷励磁系统，按双柜均流运行方式

运行，本柜和它柜输出的励磁电流

F0: F1:

发电机机端电压频率 励磁电源频率 外部叠加的测试信号

PSS的输出，在投入PSS时，先检查此信号，此信号为零时，投入PSS没有冲击。

UFD： IFD： P： Q： COS:

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URAN: UPSS:

转子电压 转子电流 有功功率 无功功率

功率因数，小数点后三位显示

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ARF: U5V:

触发角 5V电源 12V电源 发热量百分比 系统侧电压

U12V: H0:

US：

---------- 测 量 显 示 --------- UG1： K V ILA： A UAB1： KV ILB A UBC1： KV P: MW UCA1： KV Q: MVar IG： KA COS IA： KA F0： Hz IB： KA F1： Hz IC： KA ARF UG2： KV URAN： V UAB2： KV UPSS： V UBC2： KV U5V： V UCA2： KV U12V： V UFD： V H0： % IFD： A US: KV 6.3.2 参数设置

本菜单主要设定机组运行需要的参数；例如PID参数，PSS参数；以及保护

和限制参数。有》》》代表有下一级菜单；无》》》就在当前菜单修改。本菜单需要密码进入。修改参数的方法如下：

首先选中对应菜单，按下确认键，这时会出现闪烁的光标，按左右键使光标移动到需修改的位置，按上下键（或+，- 键）增减数字，修改后须按回车键确定修改有效，光标取消。若按下Q键则修改无效，闪烁光标消失。

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------- 参 数 设 置 ------ ? 自动PID 》》》 ? 手动PID 》》》 ? PSS参数 》》》 ? 欠励限制 》》》 ? 强励倍数 2.0 ? 强励时间 10 S ? 瞬时过励 2.2 ? V/Hz倍数 1.15 ? 调差极性 正 ? 调差系数 5% ? 最大?角 150 ? 最小?角 20 ? 交轴电抗 0.7 ? 增减速度 0.2% 1、自动PID

本菜单图形化设定系统运行需要的PID参数。 修改参数的方法同上。

Ke 1?TeS _ 1?TS1?T3S KP? 1 ? 1?T2S1?T4S b T1= 0.94 S T3= 0.5S KP=12 T2= 9.4S T4= 0.05S b=0.02 ------ 自 动 PID 参 数 ------ 2、手动PID

本菜单设定手动运行时需要的PID参数。

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----- 手 动 PID 参 数 ------- KP?1?T1S1?T3S ?1?T2S1?T4S

T1= 0.8S T3=2.0 S T2= 8.0S T4= 2.0 S KP=5 3、PSS参数

图形化方式显示PSS传递函数并将有关的参数在此页进行显示。

9 10 + ---- P S S 参 数 ----- ?W TW2STW1S 1?TW1S1?TW2S 11 12，13 ?P TW1S1?TW1S Ks21?T7S 14-22 24-27 1?T8S (1?T9S)M Ks3 KS(1?T1S) 1?T 2S 1?T3S 1?T4S1?T5S1?T6STw2=0.25 T6=0.25 T9=0.25 T1=0.13 T4=0.05 Ks2=1.00 T7=1.00 M=4 T2=0.22 Ks3=1.00 Tw1=0.15 T5=0.15 T8 =0.15 KS1=100 T3=0.08 4、欠励限制

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