1引言
勵磁裝置是指同步發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)中除勵磁電源以外的對勵磁電流能起控制和調(diào)節(jié)作用的電氣調(diào)控裝置，隨著現(xiàn)在用電負(fù)荷的加大，人們對于中小型發(fā)電機(jī)的需求量越來越大，對于發(fā)電機(jī)輸出電壓的穩(wěn)定性等方面的性能要求也越來越高，以和利時(shí)可編程控制器為核心的WPL-8000型發(fā)電機(jī)勵磁裝置，適用于十萬千瓦以下的同步發(fā)電機(jī)組的調(diào)相、調(diào)壓和無功自動調(diào)節(jié)。
2 勵磁系統(tǒng)原理
勵磁系統(tǒng)是電站設(shè)備中不可缺少的部分。勵磁系統(tǒng)包括勵磁電源和勵磁裝置。勵磁電源包括直流勵磁機(jī)、交流勵磁機(jī)、勵磁變壓器及整流器，勵磁裝置包括電壓調(diào)節(jié)器、滅磁、保護(hù)和監(jiān)視裝置等。勵磁裝置的使用，是當(dāng)電力系統(tǒng)正常工作的情況下，維持同步發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓于穩(wěn)定給定的水平上，同時(shí)，還具有強(qiáng)行增磁、減磁和滅磁功能。
勵磁系統(tǒng)就是調(diào)節(jié)和控制勵磁電流的設(shè)備，勵磁電流與發(fā)電機(jī)有密切的關(guān)系，發(fā)電機(jī)可以通過勵磁電流調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的端電壓。當(dāng)勵磁電流不變時(shí)，發(fā)電機(jī)的端電壓將隨無功電流的增大而降低。但是為了滿足用戶對電能質(zhì)量的要求，發(fā)電機(jī)的端電壓應(yīng)基本保持不變，實(shí)現(xiàn)這一要求的辦法是隨無功電流的變化調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流。
勵磁方式為獲得勵磁電流的方法。目前主要采用的勵磁方式分為兩大類：一類是用直流發(fā)電機(jī)作為勵磁電源的直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)；另一類是用整流裝置將交流轉(zhuǎn)化成直流后供給勵磁的整流器勵磁系統(tǒng)，也稱為自勵方式。自勵式勵磁可分為自并勵和自復(fù)勵兩種方式。
自并勵勵磁方式：自并勵系統(tǒng)(見圖1)通過接在發(fā)電機(jī)出口的勵磁變壓器取得勵磁電流，經(jīng)整流后供給發(fā)電機(jī)勵磁。
圖1自并勵原理圖
自并勵方式的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、造價(jià)低、維護(hù)量??；沒有勵磁機(jī)，勵磁變壓器放置自由，縮短了機(jī)組長度；直接用可控硅控制轉(zhuǎn)子電流、電壓，可獲得很快的勵磁電壓響應(yīng)速度。 自并勵方式的缺點(diǎn)：自并勵系統(tǒng)強(qiáng)勵能力差；短路電流的迅速衰減，帶時(shí)限的繼電保護(hù)有可能出現(xiàn)拒動，使繼電保護(hù)配合較復(fù)雜。
自復(fù)勵勵磁方式：自復(fù)勵系統(tǒng)(見圖2)除設(shè)有勵磁變壓器外，還設(shè)有串聯(lián)在發(fā)電機(jī)定子回路的電流互感器。這種勵磁方式可以從勵磁變壓器和串聯(lián)變壓器同時(shí)獲得電源，解決了發(fā)電機(jī)近機(jī)端短路時(shí)的強(qiáng)勵問題。
圖2自復(fù)勵原理圖
自復(fù)勵系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)：
1、串聯(lián)變壓器運(yùn)行噪聲很大。
2、串聯(lián)變壓器的電抗使整流柜的可控硅換相角和可控硅的關(guān)斷尖峰電壓增大。
3、增加了串聯(lián)變壓器，設(shè)備和接線都變得復(fù)雜了，維護(hù)工作量。
3 勵磁裝置實(shí)現(xiàn)
WPL-8000型發(fā)電機(jī)勵磁裝置硬件部分包含：觸摸屏、LM3108 CPU模塊、LM3310模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、LM3320數(shù)/模轉(zhuǎn)換模塊、脈沖形成與放大板、信號處理模塊等。
圖3 控制程序組成框圖
軟件部分包含：控制程序和觸摸屏監(jiān)視畫面。其中控制程序包括：主程序、初始化程序、運(yùn)行控制子程序、顯示子程序、模擬量處理子程序、功率計(jì)算子程序、調(diào)節(jié)計(jì)算子程序、中斷服務(wù)子程序、通訊子程序等部分。控制程序組成框圖如圖3所示。
其中控制子程序包含自動（恒壓）、手動（恒流）及恒功率因數(shù)三種運(yùn)行方式。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行方式的切換可按人工預(yù)置方式進(jìn)行，也可在線進(jìn)行手動切換。當(dāng)機(jī)組從帶負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)入空載運(yùn)行時(shí)，調(diào)節(jié)器將自動返回到恒壓運(yùn)行方式。
WPL-8000型發(fā)電機(jī)勵磁裝置在調(diào)節(jié)過程中，很重要一點(diǎn)是要把發(fā)電機(jī)和裝置本身的狀態(tài)信號采集給PLC，然后通過PLC模擬量處理子程序來完成。這些信號包括：
發(fā)電機(jī)電壓轉(zhuǎn)換信號Uf1：發(fā)電機(jī)無功測量信號轉(zhuǎn)換成調(diào)差信號，供PLC作恒壓調(diào)節(jié)反饋信號。
系統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)換信號Uf2：系統(tǒng)二次電壓轉(zhuǎn)換成直流信號，供PLC作自動跟蹤電壓信號。
無功轉(zhuǎn)換信號UQ：采用無功變送器將發(fā)電機(jī)二次B相電壓和B相電流轉(zhuǎn)換成正比發(fā)電機(jī)無功功率的直流信號UQ，供PLC作低勵限制的Q值信號。
有功轉(zhuǎn)換信號UP：轉(zhuǎn)換與上面一樣，供PLC作低勵限制的P值信號。
功率因素信號Uφ：UP和UQ經(jīng)PLC運(yùn)算獲得COSφ值的信號。
勵磁電流轉(zhuǎn)換信號UIL：采用電流變送器將轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)換成直流信號，送PLC作為恒流、限流環(huán)節(jié)的反饋信號UIL。
勵磁電壓轉(zhuǎn)換信號UL：采用電壓變送器將轉(zhuǎn)子電壓轉(zhuǎn)換成波形不失真的信號，PLC對該信號進(jìn)行計(jì)算處理，達(dá)到檢測整流橋工況的目的。
同步信號：取自機(jī)端整流變的副邊，真實(shí)的跟蹤同步，經(jīng)同步變壓器轉(zhuǎn)換成滿足1%殘壓時(shí)能同步的信號。
開關(guān)量輸入信號：指令信號：開、停機(jī)信號，增減磁信號，投入運(yùn)行信號；位置信號：油開關(guān)位置，滅磁開關(guān)位置，通道切換繼電器位置信號；故障信號：快熔斷信號、風(fēng)機(jī)停信號、PT斷線信號。
系統(tǒng)通過觸摸屏來修改、顯示機(jī)組參數(shù)、現(xiàn)場工況和故障信息。幾個(gè)主要的觸摸屏畫面如下所示：
1、主菜單畫面：主要是完成系統(tǒng)功能畫面的選擇。可以進(jìn)入?yún)?shù)顯示、參數(shù)設(shè)置、功能設(shè)置、操作信息等畫面。
2、參數(shù)顯示畫面，顯示電流、電壓、頻率等參數(shù)。
3、功能設(shè)置畫面。
4、操作說明畫面。
4系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)
功能軟件化：充分發(fā)揮PLC的軟、硬件功能，實(shí)現(xiàn)了大部分限制和保護(hù)功能，完成各種控制、調(diào)節(jié)功能。系統(tǒng)采用高集成度的移相觸發(fā)集成電路克服了以往由分立元件組成的移相觸發(fā)電路的煩瑣、維護(hù)困難、可靠性差的缺陷。系統(tǒng)既可通過常規(guī)電量變送器、繼電器操作方式和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)接，也可通過串行通訊與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)接。
操作簡單：PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了就地、遠(yuǎn)方兩套操作方式，無論是在現(xiàn)場還是在中控室，均能實(shí)現(xiàn)對勵磁系統(tǒng)的控制。通過觸摸屏可以即時(shí)顯示機(jī)組參數(shù)、調(diào)節(jié)器工況和故障信息，并可通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)控制參數(shù)的修改。
5結(jié)論
WPL-8000型發(fā)電機(jī)雙微機(jī)勵磁裝置采用可編程控制器作為控制核心，可編程控制器是專門為工業(yè)控制領(lǐng)域開發(fā)的高科技產(chǎn)品，本身具有高可靠性。本裝置配有兩套PLC調(diào)節(jié)器，兩套調(diào)節(jié)器互為備用，故障時(shí)能自動切換，極大的提高了調(diào)節(jié)器的可靠性。
參考文獻(xiàn)
[1] 李發(fā)海.電機(jī)與拖動基礎(chǔ)[M].北京： 清華大學(xué)出版社
[2] 杭州和利時(shí)自動化有限公司. LM小型一體化PLC硬件手冊，2008
[3] 杭州和利時(shí)自動化有限公司. LM小型一體化PLC軟件手冊，2008
[4] 杭州和利時(shí)自動化有限公司. LM小型一體化PLC指令與功能塊手冊，2000
