發電機功角監測儀

DPA系列功角監測儀主要型號為：DPA-2功角監測儀；DPA-3功角監測儀；DPA-4功角監測儀

DPA-2功角監測儀用戶手冊

一、簡介

DPA-2，是一種具有LED顯示、變送輸出、數字通訊等功能的智能功角監測儀。DPA-2具備以下特點：

1.接入轉速信號、定子電壓，實時監測功角

2.兼容1:1、1:60兩種轉速信號

3.功角變送輸出（4-20mA）;功角過限報警輸出

4.監測定子電壓、定子電流、有功功率、無功功率等發電機運行參數

5.RS-485（MODBUS）通訊

6.現場無法接入轉速信號時，可啟用計算功角

DPA-2實時監測功角，當現場不具備實測功角條件時，可以顯示計算功角。功角的模擬量輸出4-20mA信號可以接入現場RTU，通過RTU進行數據遠傳。也可通過MODBUS協議向其他系統提過實時數據。

DPA-2還實時監測發電機定子電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因數等參數。

二、技術參數

2.1 測量參量

2.2 準確度

2.3 輸入

注*：根據現場CT的二次值，確定電流通道的標稱輸入，AC5A或AC1A。取標稱輸入的1.2倍為量程。

2.4 報警節點

12A,125VAC;

2.5 電壓信號接線方式

三相三線制

2.6 通訊 

串行口：RS-485，MODBUS協議

2.7 顯示方式

4位LED數碼顯示

2.8 絕緣強度（在輸入／機殼 / 電源之間）

引用標準：IEC688－1992

試驗方法：AC2kV 1分鐘 漏電流2mA

2.9 穩定性

溫度范圍：－10～＋50℃

溫度影響：100ppm/℃

長期穩定性：＜0.2％/年

2.10 工作條件

溫度：－10～＋50℃

濕度：20～95％ 無凝露

2.11 儲藏條件

溫度：－25～＋75℃

濕度：20～95％ 無凝露

2.12 工作電源

電源電壓：AC 198～242V 40～70Hz；DC110-220V

整機功耗：＜ 5W

2.13 重量

凈重：1.5kg

2.14 外形尺寸

外形尺寸(mm)：160(長)×84(寬)×320(深)

安裝開孔尺寸(mm)：150×75

三、外型、端子定義及安裝開孔尺寸

外形尺寸圖

推薦安裝開孔尺寸

后面板端子示意圖

I_A+/I_A-：A相電流輸入端

I_B+/I_B-：B相電流輸入端

I_C+/I_C-：C相電流輸入端

U_A/U_B/U_C：A相、B相、C相電壓輸入端，電壓為“△”接法。

U_d+/U_d-：轉速信號輸入端

G/N/L：設備工作電源輸入端

RS485-A/B：485信號輸出端

1/60：發電機轉子每旋轉一周發生的脈沖信號個數。詳情請參見第5章

允許/禁止：參數設置的允許或者禁止開關。具體設置方法請參見4.3。

T1+ / T1- ：變送輸出（4-20mA），對應發電機功角(4 mA對應0°,20 mA對應90°) 。

K1+ / K1- ：報警輸出（繼電器節點），對應發電機功角。

四、操作說明

4.1 前面板說明

    主 LED：4位，顯示被測參量值；設置時顯示設置值

    輔 LED：2位，設置時顯示設置項序號

    參量指示燈：指示當前主LED、光柱顯示的參量

    按鍵 ：操作見本手冊后續部分

4.2 切換顯示參量

主LED窗口顯示參量值，指示燈指示當前顯示參量。顯示刷新頻率1Hz-10Hz可設，顯示方式可設置為固定方式或巡顯方式，詳見5.3.2。

在固定顯示方式時，按或鍵，可以切換顯示的參量。

在固定顯示方式時，按鍵，進入巡顯方式，按設定的周期自動切換顯示參量，循環顯示；處于巡顯方式時，按鍵，則退出巡顯方式。

儀器在開機后即進入監測狀態（處于非設置狀態時，詳見5.3.1），按上次關機前的方式顯示，如上次關機時儀器處于巡顯方式，則開機后就進入巡顯方式。

4.3 參數設置

4.3.1 設置方法

儀器內部保存了運行所需的參數，這些參數是斷電保護的。儀器提供了通過前面板設置這些參數的方法。

首先將后面板“設置”開關撥至“允許”位，然后按前面板鍵，此時儀器進入參數設置狀態。

在參數設置狀態，輔LED顯示設置項的序號，序號與設置項的對應關系請參照5.3.2；主LED窗口顯示設置項的值，閃動位指示光標所在位。

在參數設置狀態，按鍵的操作定義如下：

 切換設置項到下一項

 右移光標

 左移光標

光標所在位的值增1

光標所在位的值減1

設置完成后，將后面板“設置”開關撥至“禁止”位，然后按前面板鍵，儀器進入運行狀態。

注意：

1. 一個設置項的值被改變后，必須按一次鍵，將設置項切換，才能覆寫該設置項的內部參數，使得設置生效。

2. 運行狀態時，應使后面板“設置開關”處于“禁止”位，否則儀器開機后將進入設置狀態。

3. 設置項是儀器運行的重要參數，請設置后注意檢查。

4.3.2 設置項

注：

地址：儀表的MODBUS通訊地址，同一總線上的儀表，地址不能重復。出廠時設定的地址見調試報告。

小數位數：用于確定參量顯示時取小數的位數，這個設置值應不使得顯示位數過限（儀表LED的位數）。

變比：儀表外接PT、CT的變比。為簡化輸入，此處的輸入值取PT、CT變比的一次值；約定分別取100V、5A/1A作為變比的二次值。

如，對于定子電壓，輸入15，則其含義是外接PT的變比為15kV/100V。

又如，對于標稱輸入為AC1A的DPA-2，如果定子電流變比輸入28，則其含義是外接CT的變比為28kA/1A。

又如，對于標稱輸入為AC5A的DPA-2，如果定子電流變比輸入12，則其含義是外接CT的變比為12kA/5A。

當實際的CT二次值不符合DPA-2的標稱輸入值時，此處的輸入值應換算得出：

輸入值 = （變比一次值 / 變比二次值）× 標稱輸入值

如，標稱輸入為AC5A的DPA-2，外接的CT的變比為12kA/1A，則交流電流變比值應輸入（12/1）* 5 = 60。

特別地，如果沒有外接CT，或者要求儀表顯示二次值，則變比值應輸入儀表的標稱輸入值，5/1(A)。

4.4 功角初始角

為了準確測量功角，應在一定條件下確定功角的初始角。確定初始角的條件：

1. 用于測量功角的定子電壓、轉速信號已正確接線

2. 儀器顯示的轉速、實測功角值穩定、有效（無效時儀器顯示值為"F"）

3. 發電機已定速、未并網，定子電壓在額定值范圍內

確定初始角的操作是：首先將后面板“設置”開關撥至“禁止”位，然后同時按前面板鍵、鍵，儀表將當前的功角值歸零，并保存初始角。

初始角應嚴格地在限定條件下確認，一經確認不應再操作；不應手動修改初始角值（設置項第14項）。確認后不應改變轉速信號的接線。

如果未能在正確的條件下進行初始角的初始化操作，則在機組運行狀態下可以通過計算發電機功角，并手動設置初始角。這是一種補救措施。具體操作請聯系廠家技術人員。

4.5 極對數

  對于部分水輪機組，其轉子上的測速齒輪盤的齒數與其極對數相同，此時應將極對數輸入對應的設置項（參見4.3.2）。

  例如，某水輪機組的極對數為28，額定轉速為107.1rpm，其安裝于轉子上的齒輪盤的齒數也是28。此時，應將儀表的“極對數”項設置為28，并將儀表后面上的轉速信號類型選擇開關撥至1:1處。在運行時，儀表接收到的轉速信號，是每分鐘發生107.1×28 = 3000個脈沖，儀表使用極對數（28）計算：3000 / 28 = 107.1rpm，得到了機組實際的轉速。

  對于額定轉速為3000rpm的火電機組，此項應設置為1，然后再選擇轉速信號的類型（1:1或1:60），參見第5章。設置的極對數值，不影響功角的計算。

4.6 啟用I_B計算值

在無法接入B相電流時，可以啟用I_B計算值功能，通過接入的A相電流和C相電流計算出B相電流。

五、轉速信號

儀表接入的轉速信號，需要預先確定其類型：

5.1 1:1信號

這種信號通常來自汽輪機的測速信號，發電機轉子每旋轉一周發出一個脈沖信號?；跍y速傳感器類型的不同，脈沖信號的特性有所區別。

5.2 1：60信號

這種信號來自60齒的齒輪盤，發電機轉子每旋轉一周發出60個正弦電壓信號。正弦電壓信號的峰峰值高于1.0V即可正常測量

在儀表的后面板，安裝有轉速信號類型選擇的撥動開關，開關位置應按實際接入信號的類型。如果儀表顯示轉速值、功角異常（顯示“F”或不穩定），則應確認轉速信號是否符合要求。

以上的兩種轉速信號，基本覆蓋了火電機組的情況。對于水輪機組，或不符合以上兩種情況的轉速信號，請參見4.5極對數一節。

六、計算功角原理

在無法接入轉速信號時，功角可以用計算功角替代。

   ……   (1)

公式（1）是計算功角的公式。式中：

P：發電機有功功率，單位為MW

Q：發電機無功功率，單位為Mvar

U_BC:發電機機端電壓，單位為kV

X_q:機組飽和電抗值。如果無此參數，可按X_q = 0.9X_d取值 

啟用計算功角，應進行相應設置，而且X_q值需要正確寫入。請參見4.3節參數設置。

七、報警信號

當d_G超過設置的限值時，儀表將發出對應的報警信號。限值的設置參見4.3節參數設置。

報警信號發出10秒后將停止，之后將阻塞10分鐘。阻塞時間之后，如果d_G依然處于過限狀態，則會再次報警。

限值設為0，則禁止了報警功能。

八、通訊說明

  8.1 通訊功能簡介：

DPA-2具備一路RS485接口。通訊采用MODBUS- RTU協議，便于現場聯網使用, 可與 RTU、PLC及多種工控組態軟件（組態王Synall、Intouch）實現網絡通訊。

8.2 RS485接線方法

DPA-2儀表通訊口使用特征阻抗為120Ω的屏蔽雙絞線連接,連接到RS485網絡上。推薦上圖的接線方式；總線兩端應接匹配電阻（120Ω）。最大電纜長度1200米。

8.3 地址和波特率設置

  同一總線上的多臺DPA-2，應擁有不相同的地址值。地址值范圍001~255；波特率要和主站設置的一致?？梢栽?200，2400，4800，9600，19200中選擇。如果通訊距離較長，無法建立通訊，應該降低波特率。

8.4 ModBus基本規則

RS-485通訊遵照主/從方式。數據可以在一個主站和64個子站（DPA-2）之間傳遞。

u 主站初始化和控制在RS-485通訊回路上傳遞的所有信息。

u 任何一次通訊都不能從子站開始。

u 在RS-485回路上的所有通訊都以“信息幀”方式傳遞。

u 如果主站或子站接收到含有未知命令的信息幀，則不做響應。

8.5 字節格式

通訊傳輸為異步方式，并以字節為單位。 在RS-485線路上傳遞的每一個字節都是10位的串行數據流：

8.6 DPA-2通訊規約

當通訊命令發送至儀表時（下行），符合相應的地址碼的設備接收通訊命令，讀取信息，如果沒有出錯，則執行相應的任務；然后把執行結果返送給發送者（上行）。

  下行幀格式：

  上行幀格式：

注* ：延時時間，按設定波特率，至少等于傳輸4個字節的時間

  地址碼（ADDR）：

主機發送的信息幀，地址碼表明目的子機；子機發送的信息幀，地址碼表明發送者的地址。

  功能碼（CS）：

主機發送的信息幀，功能碼告訴子機執行什么動作；子機響應的信息幀，功能碼與主機發送來的功能碼一樣，并表明子機已響應主機進行操作。如果子機發送的功能碼的最高位是1（功能碼＞127），則表明子機沒有響應或出錯。

DPA-2功能碼：

  數據區字節數（LEN）：

僅上行幀包含此段。

  數據區（DATA）：

由主機發送的讀命令（03H）信息幀的數據區，包含需要回送的數據的信息，包括寄存器的起始地址及讀取長度（寄存器個數）；子機應答信息幀的數據區給出了寄存器的內容。

由主機發送的寫開出量命令（06H）信息幀的數據區，包含指定儀表開出量狀態的信息；子機應答信息幀的數據區包含同樣信息。

  錯誤校驗碼（CRC）：

主機或子機可用校驗碼進行判別接收信息是否出錯。錯誤校驗碼采用冗余循環校驗碼（CRC）。校驗碼包含2個字節，即16位二進制。CRC碼由發送端計算，放置于發送信息的尾部。接收端的設備再重新計算接收到信息的CRC碼，比較計算得到的CRC碼是否與接收到的相符，如果二者不相符，則表明出錯。

  CRC碼的計算步驟為：

1、置16位寄存器為十六進制FFFF（即全為1）。稱此寄存器為CRC寄存器。

2、把一個8位數據與16位CRC寄存器的低位相異或，把結果放于CRC寄存器。

3、把寄存器的內容右移一位（朝低位），用0填補最高位，檢查最低位（移出位）。

4、如果最低位為0：重復第3步（再次移位）。

如果最低位為1：CRC寄存器與多項式A001（1010 0000 0000 0001）進行異或。

5、重復步驟3和4，直到右移8次，這樣整個8位數據全部進行了處理。

6、重復步驟2到步驟5，進行下一個8位的處理。

7、最后得到的CRC寄存器即為CRC碼，低字節在前，高字節在后。

8.7 出錯處理

接收到的信息如有CRC錯誤，則將被DPA-2忽略。

當DPA-2檢測到了CRC碼出錯以外的錯誤時，將向主機回送信息幀。子機返送給主機的功能碼，是將錯誤信息幀的功能碼邏輯或80H。以下的這些代碼表明有意外的錯誤發生。

錯誤報告信息幀格式

DPA-2定義的錯誤碼

8.8 信息幀（03H）格式舉例：

DPA-2的模擬量寄存器以2字節為基本單位。

例如：子機地址為01，起始地址0034的3個寄存器的數據為：

  主機發送：

  子機響應：

8.9 數據變換

從DPA-2輸出的模擬量數據，都被規范成2個字節整數。

8.10 寄存器地址定義

  功能碼03H所映射的數據區：

注意：

i.讀取的數據（03H），是以“Big Endianness”形式存儲的，Windows平臺的應用程序獲得這些數據時，應轉換為Little Endianness后再使用。

ii.電能數據占4字節。當讀取電能數據時，或一次讀取多個數據，且起點或終點落入電能寄存器區間時，應留意命令幀（03H）的“起始地址”、“讀取寄存器數”。對于每個電能數據，“讀取寄存器數”應為2 ，“起始地址”應指向項電能的高位字，如指向低位字，則上傳的數據無意義。

九、訂貨說明

訂貨時，如無特殊說明，儀表按本手冊技術參數配置；

以下參數可按用戶需求定制：

u 串口類型：RS485 或 RS232

u 通訊協議（須用戶提供詳盡資料）

u 通道類型

u 通道量程

   用戶最好能夠提供以下參數，以便減少用戶對儀表設置的工作量：

u PT變比

u CT變比

u 交流電壓、交流電流、有功功率、無功功率額定值（或標稱值）

裝置采用紙箱包裝，內襯防震泡沫及防水塑料袋。

裝箱資料：出廠調試報告、合格證、用戶手冊