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

　　關鍵詞  PLC；勵磁裝置；發電機
 
　　1引言

　　勵磁裝置是指同步發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，隨著現在用電負荷的加大，人們對于中小型發電機的需求量越來越大，對于發電機輸出電壓的穩定性等方面的性能要求也越來越高，以和利時可編程控制器為核心的WPL-8000型發電機勵磁裝置，適用于十萬千瓦以下的同步發電機組的調相、調壓和無功自動調節。

　　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，維持同步發電機機端電壓于穩定給定的水平上，同時，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，勵磁電流與發電機有密切的關系，發電機可以通過勵磁電流調節發電機的端電壓。當勵磁電流不變時，發電機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量的要求，發電機的端電壓應基本保持不變，實現這一要求的辦法是隨無功電流的變化調節發電機的勵磁電流。

　　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：一類是用直流發電機作為勵磁電源的直流勵磁機勵磁系統；另一類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(見圖1)通過接在發電機出口的勵磁變壓器取得勵磁電流，經整流后供給發電機勵磁。

圖1自并勵原理圖

　　自并勵方式的優點：結構簡單、可靠性高、造價低、維護量小；沒有勵磁機，勵磁變壓器放置自由，縮短了機組長度；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：自并勵系統強勵能力差；短路電流的迅速衰減，帶時限的繼電保護有可能出現拒動，使繼電保護配合較復雜。

　　自復勵勵磁方式：自復勵系統(見圖2)除設有勵磁變壓器外，還設有串聯在發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變壓器同時獲得電源，解決了發電機近機端短路時的強勵問題。 

圖2自復勵原理圖

　　自復勵系統存在以下缺點：

　　1、串聯變壓器運行噪聲很大。

　　2、串聯變壓器的電抗使整流柜的可控硅換相角和可控硅的關斷尖峰電壓增大。

　　3、增加了串聯變壓器，設備和接線都變得復雜了，維護工作量。

　　3 勵磁裝置實現

　　WPL-8000型發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）及恒功率因數三種運行方式。機組正常運行時，運行方式的切換可按人工預置方式進行，也可在線進行手動切換。當機組從帶負荷狀態進入空載運行時，調節器將自動返回到恒壓運行方式。

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

　　發電機電壓轉換信號Uf1：發電機無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作自動跟蹤電壓信號。

　　無功轉換信號UQ：采用無功變送器將發電機二次B相電壓和B相電流轉換成正比發電機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，真實的跟蹤同步，經同步變壓器轉換成滿足1%殘壓時能同步的信號。

　　開關量輸入信號：指令信號：開、停機信號，增減磁信號，投入運行信號；位置信號：油開關位置，滅磁開關位置，通道切換繼電器位置信號；故障信號：快熔斷信號、風機停信號、PT斷線信號。

　　系統通過觸摸屏來修改、顯示機組參數、現場工況和故障信息。幾個主要的觸摸屏畫面如下所示：

　　1、主菜單畫面：主要是完成系統功能畫面的選擇。可以進入參數顯示、參數設置、功能設置、操作信息等畫面。

　　2、參數顯示畫面，顯示電流、電壓、頻率等參數。

　　3、功能設置畫面。

　　4、操作說明畫面。

　　4 系統優點

　　功能軟件化：充分發揮PLC的軟、硬件功能，實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集成電路克服了以往由分立元件組成的移相觸發電路的煩瑣、維護困難、可靠性差的缺陷。系統既可通過常規電量變送器、繼電器操作方式和計算機監控系統聯接，也可通過串行通訊與計算機監控系統聯接。

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

　　5 結論

 　 WPL-8000型發電機雙微機勵磁裝置采用可編程控制器作為控制核心，可編程控制器是專門為工業控制領域開發的高科技產品，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，故障時能自動切換，極大的提高了調節器的可靠性。

　　參考文獻

　　[1] 李發海.電機與拖動基礎[M].北京： 清華大學出版社

　　[2] 杭州和利時自動化有限公司. LM系列PLC硬件手冊，2008

　　[3] 杭州和利時自動化有限公司. LM系列PLC軟件手冊，2008

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