摘  要  本文介紹了LM系列PLC在WPL-8000型發(fā)電機勵磁裝置中的應用。

　　關(guān)鍵詞  PLC；勵磁裝置；發(fā)電機
 
　　1引言

　　勵磁裝置是指同步發(fā)電機的勵磁系統中除勵磁電源以外的對勵磁電流能起控制和調節作用的電氣調控裝置，隨著(zhù)現在用電負荷的加大，人們對于中小型發(fā)電機的需求量越來(lái)越大，對于發(fā)電機輸出電壓的穩定性等方面的性能要求也越來(lái)越高，以和利時(shí)可編程控制器為核心的WPL-8000型發(fā)電機勵磁裝置，適用于十萬(wàn)千瓦以下的同步發(fā)電機組的調相、調壓和無(wú)功自動(dòng)調節。

　　2 勵磁系統原理

　　勵磁系統是電站設備中不可缺少的部分。勵磁系統包括勵磁電源和勵磁裝置。勵磁電源包括直流勵磁機、交流勵磁機、勵磁變壓器及整流器，勵磁裝置包括電壓調節器、滅磁、保護和監視裝置等。勵磁裝置的使用，是當電力系統正常工作的情況下，維持同步發(fā)電機機端電壓于穩定給定的水平上，同時(shí)，還具有強行增磁、減磁和滅磁功能。

　　勵磁系統就是調節和控制勵磁電流的設備，勵磁電流與發(fā)電機有密切的關(guān)系，發(fā)電機可以通過(guò)勵磁電流調節發(fā)電機的端電壓。當勵磁電流不變時(shí)，發(fā)電機的端電壓將隨無(wú)功電流的增大而降低。但是為了滿(mǎn)足用戶(hù)對電能質(zhì)量的要求，發(fā)電機的端電壓應基本保持不變，實(shí)現這一要求的辦法是隨無(wú)功電流的變化調節發(fā)電機的勵磁電流。

　　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(lèi)：一類(lèi)是用直流發(fā)電機作為勵磁電源的直流勵磁機勵磁系統；另一類(lèi)是用整流裝置將交流轉化成直流后供給勵磁的整流器勵磁系統，也稱(chēng)為自勵方式。自勵式勵磁可分為自并勵和自復勵兩種方式。

　　自并勵勵磁方式：自并勵系統(見(jiàn)圖1)通過(guò)接在發(fā)電機出口的勵磁變壓器取得勵磁電流，經(jīng)整流后供給發(fā)電機勵磁。

圖1自并勵原理圖

　　自并勵方式的優(yōu)點(diǎn)：結構簡(jiǎn)單、可靠性高、造價(jià)低、維護量??；沒(méi)有勵磁機，勵磁變壓器放置自由，縮短了機組長(cháng)度；直接用可控硅控制轉子電流、電壓，可獲得很快的勵磁電壓響應速度。 自并勵方式的缺點(diǎn)：自并勵系統強勵能力差；短路電流的迅速衰減，帶時(shí)限的繼電保護有可能出現拒動(dòng)，使繼電保護配合較復雜。

　　自復勵勵磁方式：自復勵系統(見(jiàn)圖2)除設有勵磁變壓器外，還設有串聯(lián)在發(fā)電機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)電機近機端短路時(shí)的強勵問(wèn)題。 

圖2自復勵原理圖

　　自復勵系統存在以下缺點(diǎn)：

　　1、串聯(lián)變壓器運行噪聲很大。

　　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，設備和接線(xiàn)都變得復雜了，維護工作量。

　　3 勵磁裝置實(shí)現

　　WPL-8000型發(fā)電機勵磁裝置硬件部分包含：觸摸屏、LM3108 CPU模塊、LM3310模/數轉換模塊、LM3320數/模轉換模塊、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視畫(huà)面。其中控制程序包括：主程序、初始化程序、運行控制子程序、顯示子程序、模擬量處理子程序、功率計算子程序、調節計算子程序、中斷服務(wù)子程序、通訊子程序等部分?？刂瞥绦蚪M成框圖如圖3所示。

　　其中控制子程序包含自動(dòng)（恒壓）、手動(dòng)（恒流）及恒功率因數三種運行方式。機組正常運行時(shí)，運行方式的切換可按人工預置方式進(jìn)行，也可在線(xiàn)進(jìn)行手動(dòng)切換。當機組從帶負荷狀態(tài)進(jìn)入空載運行時(shí)，調節器將自動(dòng)返回到恒壓運行方式。

　　WPL-8000型發(fā)電機勵磁裝置在調節過(guò)程中，很重要一點(diǎn)是要把發(fā)電機和裝置本身的狀態(tài)信號采集給PLC，然后通過(guò)PLC模擬量處理子程序來(lái)完成。這些信號包括：

　　發(fā)電機電壓轉換信號Uf1：發(fā)電機無(wú)功測量信號轉換成調差信號，供PLC作恒壓調節反饋信號。

　　系統電壓轉換信號Uf2：系統二次電壓轉換成直流信號，供PLC作自動(dòng)跟蹤電壓信號。

　　無(wú)功轉換信號UQ：采用無(wú)功變送器將發(fā)電機二次B相電壓和B相電流轉換成正比發(fā)電機無(wú)功功率的直流信號UQ，供PLC作低勵限制的Q值信號。

　　有功轉換信號UP：轉換與上面一樣，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運算獲得COSφ值的信號。

　　勵磁電流轉換信號UIL：采用電流變送器將轉子電流轉換成直流信號，送PLC作為恒流、限流環(huán)節的反饋信號UIL。

　　勵磁電壓轉換信號UL：采用電壓變送器將轉子電壓轉換成波形不失真的信號，PLC對該信號進(jìn)行計算處理，達到檢測整流橋工況的目的。

　　同步信號：取自機端整流變的副邊，真實(shí)的跟蹤同步，經(jīng)同步變壓器轉換成滿(mǎn)足1%殘壓時(shí)能同步的信號。

　　開(kāi)關(guān)量輸入信號：指令信號：開(kāi)、停機信號，增減磁信號，投入運行信號；位置信號：油開(kāi)關(guān)位置，滅磁開(kāi)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)機停信號、PT斷線(xiàn)信號。

　　系統通過(guò)觸摸屏來(lái)修改、顯示機組參數、現場(chǎng)工況和故障信息。幾個(gè)主要的觸摸屏畫(huà)面如下所示：

　　1、主菜單畫(huà)面：主要是完成系統功能畫(huà)面的選擇?？梢赃M(jìn)入參數顯示、參數設置、功能設置、操作信息等畫(huà)面。

　　2、參數顯示畫(huà)面，顯示電流、電壓、頻率等參數。

　　3、功能設置畫(huà)面。

　　4、操作說(shuō)明畫(huà)面。

　　4 系統優(yōu)點(diǎn)

　　功能軟件化：充分發(fā)揮PLC的軟、硬件功能，實(shí)現了大部分限制和保護功能，完成各種控制、調節功能。系統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、維護困難、可靠性差的缺陷。系統既可通過(guò)常規電量變送器、繼電器操作方式和計算機監控系統聯(lián)接，也可通過(guò)串行通訊與計算機監控系統聯(lián)接。

　　操作簡(jiǎn)單：PLC控制系統設計了就地、遠方兩套操作方式，無(wú)論是在現場(chǎng)還是在中控室，均能實(shí)現對勵磁系統的控制。通過(guò)觸摸屏可以即時(shí)顯示機組參數、調節器工況和故障信息，并可通過(guò)觸摸屏實(shí)現控制參數的修改。

　　5 結論

 　 WPL-8000型發(fā)電機雙微機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(zhuān)門(mén)為工業(yè)控制領(lǐng)域開(kāi)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調節器，兩套調節器互為備用，故障時(shí)能自動(dòng)切換，極大的提高了調節器的可靠性。

　　參考文獻

　　[1] 李發(fā)海.電機與拖動(dòng)基礎[M].北京： 清華大學(xué)出版社

　　[2] 杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司. LM系列PLC硬件手冊，2008

　　[3] 杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司. LM系列PLC軟件手冊，2008

　　[4] 杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司. LM系列PLC指令與功能塊手冊，2000