宝山电站励磁系统改造实施技术

赵健龙

（黑河辰能西沟水电有限责任公司，黑龙江黑河 164300）

宝山电站位于黑龙江省黑河市逊克县宝山乡，是一座以发电为主的混合式开发的水利枢纽工程。电站通过110KV宝汤线经汤旺河变电所送至伊春林区电网，由于伊春电网的电压极不稳定，宝山电站机组经常调峰、调压甚至调频运行，这样对其机组等配套设备的自动化程度有一定的提高。宝山厂现使用的励磁装置为随厂家配套的产品，属于分立元件的模拟电路调节器。由于元器件已经老化，多次出现线路板脱焊以及电位器设置值变化太大造成不能起励或不能逆变灭磁问题，导致机组不能发电。而且由于厂家已取消了常规励磁系统的开发生产，售后服务不能得到可靠的保障，存在元器件、电路板供货难的问题。综合诸多因素，计划对原励磁系统进行改造，改为IEC-125B系列微机双通道励磁系统。

1 IEC-125B型系列微机双通道励磁系统的结构、特点及优越性

1.1 结构

本励磁系统控制器硬件由管理机（人机界面）、DSP28型智能控制器、测量单元、逻辑控制单元和电源单元组成。管理机采用凌控可编程19 mm真彩屏，完成人机接口、可视化图形显示、各种参数设置、事件记录、与优化维护系统及监控系统的通讯等。计算机硬件采用具有可靠性、丰富的编程语言、实用的编程方法、强大的功能、优良的性能、良好的耐恶劣环境的能力的以TI公司生产的DSP2812为主CPU的智能控制板，该产品按恶劣的工业现场条件特别设计，硬件设计合理，配置简单清晰，按励磁控制系统的要求双重化，可满足各种容量发电机励磁控制的要求。测量单元、逻辑控制单元、及电源单元全部采用印制电路板由能达通用电气公司针对工控机系统自主设计，采用母板机箱结构，具有接线简单可靠的优点。管理机可与励磁调节双通道进行信息交换，从而实现对发电机运行状态进行监视和记录，也可作为一个子站与电厂主计算机管理系统进行联网，实现励磁设备自动化管理。

1.2 特点

1.2.1 通道配置

调节器采用两套在软件、硬件及结构上完全相同的自动通道组成。每个通道的电源、测量、开关量输入、开关量输出、调节计算、脉冲输出等各个环节都是相互独立的，构成典型的双通道励磁控制器。

1.2.2 人机交互模式

采用凌控可编程19 mm真彩屏人机交互方式，主要用于显示两个自动通道的工作状态、内部各种限制参数、故障信息及自动录波等功能。软件采用WNDOWS界面，中文显示，友好的人机操作界面，易于用户快速掌握，同时它也是人性化的专家维护系统。

1.2.3 DSP28控制器特点

装置采用32位数字信号处理器DSP2812（Digital signal processor数字信号处理器）芯片，也称数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，主频150MHz，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法，进行复杂的数学运算。DSP高速数据信号处理能力，使励磁装置数据的高速采样和快速数据分析实现成为可能。

1.2.3 全数字化

从输入通道的交流采样到控制脉冲的输出全部实现数字化，没有模拟环节，无电位器调整，全数字化大大提高了精度和可靠性，维护十分方便。

1.2.4 全数字脉冲触发系统

控制角由程序计算出后，可求出所需的延时计数值，当同步信号采集进来时，在自然换流点（方波的上升沿）到达的同时启动高速计数器，高速计数器计数值达到延时计数值时发脉冲，然后依次通过DSP中独特的捕获计数功能推后T/6（T为晶闸管共阳极的电压周期）在其它输出端口发出脉冲。

1.2.5 独特的测频测相系统

本励磁控制器的测频测相差是利用DSP的捕获计数功能，它可对由开关信号引发的事件通过微秒级的分辨率，而本身不增加主CPU的负荷，真正满足了高实时高精度的要求。

1.3 优越性

励磁控制器除具有常规励磁控制器的一般功能（正常的励磁调节、手自动开/停机、）外，还具备以下功能：

1.3.1 调节及控制方式

PID控制;PID+PSS控制;线性最优控制。

1.3.2 运行控制方式

恒机端电压闭环运行方式：维持机端（母线）电压恒定运行;恒励磁电流闭环运行方式：维持发电机转子电流恒定运行;恒无功功率运行方式;恒触发角运行方式;恒功率因数运行方式;系统电压跟踪运行方式。

1.3.3 3 种起励方式

手动零起升压;自动软起励升压;自动给定值起励升压。

1.3.4 限制及保护功能

DSP微机励磁控制器配有完备的限制及保护功能，对发电机各种极限运行工况及时作出反应，确保发电机组安全运行，限制及保护功能如下：

瞬时/延时过励磁电流限制;欠励限制;功率柜故障分级励磁电流限制;PT断线保护;同步回路断线保护;机端电压调差功能。

1.3.5 在线检测与故障诊断及处理功能

微机励磁控制器自身具有自我诊断能力。软件时刻对CPU板、A/D板、计数器板、通讯板、脉冲输出版、微机工作电源以及测量板进行在线诊断，可以提前发现问题。发现故障立即由软件输出、硬件自动切换。

控制器内部各功能模板及各组成单元故障，出现故障后自动切换运行通道或转运行方式，通讯故障能报警但不影响控制器的正常运行。

1.3.6 与监控系统通讯的双向接口功能

双微机之间的通讯由CAN通讯，对外设有RS485（管理机）串行通讯接口，上传控制器的各种数据及故障检测、预警、维护管理报告，接收上位机下传的各种控制命令（开/停机、运行方式、控制方式及方式切换等）。

2 结束语

励磁改造项目完成后，宝山厂的设备自动化水平、健康水平和可靠性将大大提高，同时可减少事故的发生和扩散，由于设备的可靠性增加，设备的故障率降低，增加机组发电小时数，减少弃水;并且机组由计划检修向状态检修过渡，延长检修周期，可减少机组的日常维护及检修费用。通过对老化设备改造，提高了运行稳定性，减少了不安全因素及故障率，延长连续运行时间，相应提高了劳动生产率。

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