3.8 励磁系统的数字电压调节器（DVR）
在交流同步无刷发电机励磁系统中，最重要的环节——电压自动调节由自动电压调节器来完成。自动电压调节器不但能自动调整电压，还能根据并机要求整定电压下降斜率即下垂、电压的静态和动态的稳定等，一般由电子技术的模拟电路组成。随着对供电质量的要求越来越高、发电机励磁调节的高可靠性、计算机远程监控及自动电压调节器设置操作的规范化要求，自动电压调节器已由原模拟自动电压调节（AVR）发展为数字电压调节即数字电压调节器（DVR）。DVR2000E是典型的数字电压调节器之一。
3.8.1 DVR2000E数字电压调节器综述
1.概述
DVR2000E自动电压调节器是由电子式固态微处理器为基础的控制器件。从调节进入励磁机励磁绕组的电压最终控制发电机输出电压的工作状态的自动电压调节器（AVR）。面板上的显示器如图3-27所示调压器及系统的状态，接线是通过背板上面的快速接插端子连接，DB-9型9针接线座提供了IBM兼容的PC和调压器之间的通信。
2.特性
DVR2000E自动电压调节器具有以下特点及性能：
1）4种控制模式：自动电压调整（AVR）、手动或磁场电流调整（FCR）、功率因数调整（PF），无功功率调整（Var）。
2）可编程稳定性整定。
3）在AVR模式下的带时间可调的软启动控制。
图3-27 DVR2000E面板
4）在AVR乏及功率因数控制模式下的过励磁限制（OEL）。
5）低频（电压/频率）调整。
6）急剧短路电路保护磁场。
7）过温度保护。
8）在AVR模式下的三相或单相电压检测/调整（有效值）。
9）单相发电机电流检测作为测量和调整之用。
10）磁场电流和电压检测。
11）系统界面的4个触点检测输入。
12）报警显示和断开功能合用的一个公共输出继电器。
13）6个保护功能：过励磁关闭、发电机过电压关闭、DVR过热关闭、发电机检测信号丢失关闭、过励磁限制及其急剧短路关闭。
14）发电机并联运行时的无功下垂补偿和无功差补偿。
15）前面板的人-机界面（HMI）显示系统及DVR2000E状态，并提供整定改变的功能。
16）后面板的RS-232的通信接口为使马拉松-DVR2000E-COMS Windows基础软件作为PC（机）通信能快速、友好的建立和控制。
3.8.2 DVR2000E型数字电压调节器的功能及运行特性
DVR2000E的功能如图3-28所示，它的运行包括4个运行模式、4个保护功能，提供突然启动、无功下垂补偿、低频补偿和一个辅助模拟输入，每个运行特性将在下面叙述。
图3-28 DVR2000E功能框图
1.功能
（1）模拟输入
有6个模拟电压和电流输入可以检测并输入到DVR2000E。发电机电压是在端子E1（A相）、E2（B相）、E3（C相），被监视，在这些端子被检测额定电压可高到AC 600V。加到输入端的电压，在加入模-数转换器前是要定标的和限定的，从发电机C相和A相来的信号电压（VC-A）是通过ADC来计算跨于C相和A相电压的有效值，同样从发电机C相和B相的信号电压（VC-B）是通过ADC来计算跨于C相和B相的电压有效值，并且通过微处理器从C相到A相的信号（VC-A）和C相到B相的信号（VC-B）来计算发电机B相到A相电压（VB-A）有效值。另外，发电机C相到A相的（VC-A）信号是加到过零滤波检测电路，这个信号被加到微处理器，并被用来计算发电机频率。
（2）B相线电流
B相线电流（IB）信号是从客户提供的电流互感器产生并通过CT1和CT2端子来监控的，这两个端子可监控的电流有效值为5A，监控电流是通过内部电流互感器和ADC电路来定标和限定的，加到ADC的信号被用来计算B相线电流的有效值。另外，在B相电流与C相到A相电压之间的相位角通过计算被用在下垂补偿和无功（var）/功率因数的运行。
（3）磁场电压（Vfield）
跨过调压器磁场输出端F+和F-的电压在加到ADC之前是被监控、定标和限定的，这个结果被用来计算磁场电压的直流值，作为系统/保护使用。
（4）磁场电流（Ifield）
通过主要功率输出开关的电流方式被转换到成比例的电压水平。这个电压信号在加到ADC输入之前被标定/限定。其结果用来计算磁场电流直流值，它被用于手动运行模式和保护系统。
（5）模拟（辅助）输入
如果直流电压在模拟（辅助）输入处移走，运行整定点将返回原来的数值，通过加正和负的直线电压到A、B两端，其直流输入可以使得DVR整定点得到调整，加到输入端的电压可以高到DC+3V，这个电路将在直流电源中作为一个1000Ω的负载，加了DC+3V信号相当于整定点上有+30%的改变。
（6）触点输入电路
4个触点输入电路是由内部一个DC 13V电源供电，由客户提供的接触来提供输入控制。①上升：6U和7端子的一次闭合接触就引起实际运行整定点的增加，只要其闭合，功能就起作用。②6D和7端子的一次闭合接触就引起实际运行整定点减少，只要闭合接触，功能就起作用。
（7）无功（var）/功率因数控制（52J/K）选择
闭合接触端子52J和52K时，无功/功率因数控制不起作用，打开连接，能使DVR2000E（C）在无功或者是功率因数模式下来控制发电机无功功率，当这个选择不存在时，这个接点没有作用。
（8）发电机并联补偿（52L/M）
闭合接点52L和52M，使并联运行不起作用，打开接点使得并联运行起作用，并且DVR2000E运行在无功下垂补偿形式。如果无功/功率因数控制选择存在，则52L/M输入具有奇偶性的。如果52L/M和52J/K都是打开的，则系统在无功/功率因数模式运行。
（9）通信接口
通信接口为DVR2000E的编程提供了界面，连接是做成插座式的RS232（DB-9）与用户标准9分电缆相配接，通信接口是光隔离的，从变压器隔离电源供电。
（10）微处理器
它是DVR2000E的心脏，通过使用储存在储存器里的嵌入编程和不易改变的整定来做质量、计算、控制和通信功能。
（11）电源输入级
从PMG来的电源被加到端子3和4，在它被加到功率放大器和电源之前是被整流和滤波的。输入电源为单相交流电，电压为180～240V，频率范围为200～360Hz。
（12）功率放大器
功率放大器是从电源输入级接收功率的，并通过端子F+和F-提供一个被控功率给励磁机磁场，给励磁机提供的功率取决于从微处理器收到的门脉冲，功率放大器使用固定功率开关提供给励磁机磁场所需的功率，功率放大器到磁场的输出定额是连续DC 75V，DC 3A和强励DC 150V，DC 7.5A 10s时间。
（13）前面板指示灯
在前面板上，用12个发光二极管发亮来表示各种运行模式、保护功能和调整等。
（14）前面板开关
改变整定通过前面板上的3个按钮开关来实现，3个按钮上分别标有“选择”、“上升”和“下降”字样。
（15）继电器输出
通过端子AL1和AL2提供一个公共报警输出触头，它通常是打开的，在形成触点报警或复电机跳闸状态和保护关断或转换时触头闭合，这个继电器不是自锁。
2.运行特性
（1）运行模式
DVR2000E通过Windows和手掌机操作系统通信软件提供多达4种可选的运行模式，即自动电压调整模式、手动模式（标准模式）、无功和功率模式，其中后两种是可选的。
（2）自动电压调整模式
在自动电压调整模式（AVR），DVR2000E调节发电机输出的电压有效值，通过检测发电机输出电压，调整直流输出励磁电流来维持电压在整定点调整率的范围内，这电压整定点是通过面板上升或下降接触输入来调整的，或通过Windows或手掌机操作通信软件来完成。在一定条件下，调整点也可以通过下垂功能或低频功能来修正。
（3）手动模式
这个模式也称为磁场电流调整模式（FCR）。DVR2000E维持直流励磁在一定的水平。这个电流整定点可以通过上升或下降接触输入，也可通过Windows或手掌机操作通信软件来达到DC 0～3A的调整。对于初始启动，若调节器在手动模式下并整定在0.25A，发电机大约可达到额定电压的一半，在调节器调到AVR模式前检查一下接线和检测引线，增加磁场电流0.5A，发电机电压将接近空载额定电压。
（4）无功（var）控制模式（选择）/C型
在无功（var）控制模式下，同步发电机与无穷大电网并联运行时，DVR2000E（C）维持发电机的乏（伏安-无功）在一整定的水平。DVR2000E（C）利用检测到的发电机输出电压和电流值来计算同步发电机的乏。然后调整直流励磁电流来维持乏的整定点。通过前面板开关，Windows或手掌机操作系统软件使得无功控制时使能或使不能。当软件被合上，无功控制使能或使不能是通过无功/功率因数控制（52J/K）接触输入电路来实现的，无功整定点从100%吸收到100%发出是通过前面板的开关升和降触点输入，亦可通过Windows或手掌机操作软件来调节。
（5）功率因数控制模式（选择）/C型
在功率因数控制模式里，当发电机与无穷大电网并联运行时能维持发电机功率因数在整定水平上。DVR2000E（C）是利用检测到的发电机输出电压和电流值来计算功率因数，然后控制直流励磁电流来维持功率因数在整定点的，功率因数控制使能和使不能是通过前面板、Win- dows或手掌机实现的。当使用软件时，使能或使不能是通过无功/功率因数控制（52J/K）接触输入电路来实现的。功率因数在0.6滞后和0.6超前之间是通过前面板开关上升和下降接触输入或通过Windows或手掌机操作软件实现的。
（6）无功下垂补偿
在发电机并联运行期间。DVR2000E提供了一个无功下垂补偿特性来帮助无功负载的分配。当这个特性使能时，DVR2000E利用检测到的发电机输出电压和电流量来计算发电机负载的无功部分，然后按此修正电压调整率的整定点，功率因数1.0发电机负载差不多不改变发电机的输出电压，一个滞后功率因数负载会导致发电机输出电压减小，一个超前功率因数负载（容性）会导致发电机输出电压增加。下垂依B相线电流（5A电流加到CT1和CT2端子上）和0.8功率因数可调至10%，下垂特性使能与使不能是通过并联发电机补偿接触输入电路（端子52L和52M）实现，若无功/功率因数选择存在，52J/K的输入必须闭合才会使下垂特性使不能。
（7）低频
1）发电机低频 当发电机频率下降到选择的转折频率整定点之下时。电压整定点自动由DVR2000E调整，使发电机电压按照选择的V/Hz曲线变化。前面板上和在马拉松- DVR2000E-32里的低频动作指示灯就会闪。转折频率从40～55Hz可调，V/Hz曲线的斜率可以整定用0.01的增量来调，通过Windows或手掌机操作通信软件用0.01的增量调整，预置为59Hz和斜率1。
2）柴油机卸载 柴油发动机卸载特性修正低频曲线。当同步发电机频率减少到转折频率下的一个可编程的量（空载启动的频率）和当速度改变率大于空载启动频率时，这特性有效。当柴油发动机启动时下垂量是有卸载下垂的，即通过整定的百分值，柴油机卸载自动的时间是由卸载下垂时间（s）来整定的。
柴油机卸载调整是通过Windows和手掌机操作系统通信软件来实现。空载启动频率是在低频转折角以下的数值进入。转折角的地方柴油机空载特性可被启动。一个0.9～9Hz的频率值可以以0.1Hz的增量来进入，0.9Hz是个预设点，空载启动0～25.5Hz的速度是以25ms的速率（1Hz/25ms）计算。可以用每25ms 0.1Hz的增量进入，当频率改变率超过这方面的整定，柴油机卸载特性被启动，0.1Hz的速率是预设点。
卸载下垂（%）定义为柴油机运行在卸载模式时，发电机频率每减少1.5%，发电机输出电压的下降百分比，此百分比可调范围为1%～20%，步长为1%，预设值为10%。
卸载下垂时间（s）定义为柴油机卸载模式起作用到通过正常的低频运行模式的时间长度，下垂时间从1～5s，用1s作为可调增量，1s为预设值。
（8）发电机软启动
DVR2000E带有一个可调的软启动特性，以控制发电机从斜坡到整定点的时间，斜率是通过Windows或手掌机操作系统特性软件从1～120s，以1s为增量可调的，低频特性在软启动期间也起作用，且优先于发电机的电压控制，预设整定值为7s。
3.保护
DVR2000E有以下6种保护功能：过励磁关断、发电机过电压关断、DVR过温度关断、发电机检测丢失关断、过励磁限定和急剧短路关断。
以上每一种功能除了急剧短路关断外，都有相应的前面板指示灯，当功能动作时前面板指示灯会亮，一个动作的保护功能也可以通过Windows或手掌机系统特性软件实现。
（1）过励磁关断（磁场电压）
这个功能的使能和使不能是通过马拉松-DVR2000E-32软件实现，当使能时，磁场电压超过整定点预设值为DC 80V，在前面板上的和在Windows或手掌机操作系统特性软件里的过励磁关断指示灯就闪动，继电器输出在15s后就关闭，DVR2000E关断。若过励磁关断后，在给DVR2000E通电时，过励磁指示灯就闪动5s。
（2）发电机过电压关断
DVR2000E监视检测同步发电机输出电压，若它超过过电压整定点（额定值的某个百分比）0.75s，在前面板上的和在Windows或手掌机软件里的发电机过电压指示灯闪动。继电器输出闭合，DVR2000E关断。在给DVR2000E通电时，发电机过电压指示灯闪动5s，这里预设整定点是额定值的120%。
（3）DVR过温度关断
DVR2000E的温度检测功能可以连续监视调压器的温度，若温度超过70℃，DVR过温度灯在前面板闪亮和在Windows或手掌机软件里显示，继电器输出闭合。DVR2000E关断。
（4）发电机检测丢失
DVR2000E可以检测发电机的电压输出，若检测到电压丢失则会做出保护动作，对于单相检测，检测电压小于50%额定值时就作为检测到丢失；对于三相检测，一相全部丢失或相间不平衡大于额定值的20%就视为检测丢失。同前所述，当检测到丢失，则指示灯会自动由软件显示，则DVR2000E判断。若再接通DVR2000E，则检测丢失指示灯闪动5s。如果发电机短路或当检测频率降低到12Hz以下，这种功能就不起作用。
（5）过励磁限定
DVR2000E的磁场电流限定值在出厂时为6.5A，该值在0～7.5A可调，并带有0～10s范围的时间延时。两个整定都是通过Windows或手掌机操作软件设定，其他与前同。
（6）急剧短路关断
急剧短路关断电路是保护发电机转子避免过电流损坏和DVR2000E功率开关短路。在运行时，若磁场电压超过整定点并功率级1.5s没有收到门脉冲，急剧短路功能就动作，并把DVR2000E输入电源端之间置于短路。通过输入电源熔丝爆掉和移去调压器电源来保护发电机。
3.8.3 DVR2000E典型应用的接线与调整
1.DVR2000E典型应用的接线
DVR2000E可用于三相电压检测、单相电压检测、单相发电机、两台或多台发电机恒流（无功差）补偿的应用等。如图3-29所示是DVR2000E的典型应用。显示了DVR2000E是接成三相电压检测的应用。
图3-29 A、B、C顺相序和三相检测的典型连接
注意：
1）只有选择无功/功率因数控制时需要，52B打开起作用，闭合不起作用。
2）S2打开，并联控制和下垂起作用，S2闭合不起作用。
3）S1调节DVR2000E的整定点。
4）常开输出触点闭合作为客户报警或跳闸使用。
5）假如电压超过AC 660V需要检测变压器。
6）模拟输入电压在±3V之间来调节整定点。
7）不是马拉松公司提供的器件。
8）S1在6U位置整定值增加，S1在6D位置整定值减少。
9）当电源从DVR2000E移去，整定点丢失。
2.DVR2000E的初步启动与调整
第一次启动发电机和DVR2000E之前，应作如下处理：
1）作标记并拆开有DVR2000E的接线，要确保导线端子绝缘，以避免短路。
2）启动原动机并做所有柴油机调速器的调整。
3）调整器调整后，关掉原动机。
4）只连接DVR2000E的电源端子到指定电源输入范围的辅助电源上。
5）使用前面板的人-机界面（HM1）或连接手掌机或PC到DVR2000E后面的通信接口上，用DVR2000E软件来操作所有初步的DVR2000E整定。
6）使用标记以识别连接余下的DVR2000E的引线。
7）启动原动机，在额定转速和负载下作最后的调整。
8）在初次启动后，除非在系统里有改变DVR2000E设置的，一般无需进行任何的调整，调整时使用外部开关，前面板HMI或通过后面板通信接口用DVR2000E软件来做调整。