发电机功角监测仪

DPA系列功角监测仪主要型号为：DPA-2功角监测仪；DPA-3功角监测仪；DPA-4功角监测仪

DPA-2功角监测仪用户手册

一、简介

DPA-2，是一种具有LED显示、变送输出、数字通讯等功能的智能功角监测仪。DPA-2具备以下特点：

1.接入转速信号、定子电压，实时监测功角

2.兼容1:1、1:60两种转速信号

3.功角变送输出（4-20mA）;功角过限报警输出

4.监测定子电压、定子电流、有功功率、无功功率等发电机运行参数

5.RS-485（MODBUS）通讯

6.现场无法接入转速信号时，可启用计算功角

DPA-2实时监测功角，当现场不具备实测功角条件时，可以显示计算功角。功角的模拟量输出4-20mA信号可以接入现场RTU，通过RTU进行数据远传。也可通过MODBUS协议向其他系统提过实时数据。

DPA-2还实时监测发电机定子电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数等参数。

二、技术参数

2.1 测量参量

2.2 准确度

2.3 输入

注*：根据现场CT的二次值，确定电流通道的标称输入，AC5A或AC1A。取标称输入的1.2倍为量程。

2.4 报警节点

12A,125VAC;

2.5 电压信号接线方式

三相三线制

2.6 通讯 

串行口：RS-485，MODBUS协议

2.7 显示方式

4位LED数码显示

2.8 绝缘强度（在输入／机壳 / 电源之间）

引用标准：IEC688－1992

试验方法：AC2kV 1分钟 漏电流2mA

2.9 稳定性

温度范围：－10～＋50℃

温度影响：100ppm/℃

长期稳定性：＜0.2％/年

2.10 工作条件

温度：－10～＋50℃

湿度：20～95％ 无凝露

2.11 储藏条件

温度：－25～＋75℃

湿度：20～95％ 无凝露

2.12 工作电源

电源电压：AC 198～242V 40～70Hz；DC110-220V

整机功耗：＜ 5W

2.13 重量

净重：1.5kg

2.14 外形尺寸

外形尺寸(mm)：160(长)×84(宽)×320(深)

安装开孔尺寸(mm)：150×75

三、外型、端子定义及安装开孔尺寸

外形尺寸图

推荐安装开孔尺寸

后面板端子示意图

I_A+/I_A-：A相电流输入端

I_B+/I_B-：B相电流输入端

I_C+/I_C-：C相电流输入端

U_A/U_B/U_C：A相、B相、C相电压输入端，电压为“△”接法。

U_d+/U_d-：转速信号输入端

G/N/L：设备工作电源输入端

RS485-A/B：485信号输出端

1/60：发电机转子每旋转一周发生的脉冲信号个数。详情请参见第5章

允许/禁止：参数设置的允许或者禁止开关。具体设置方法请参见4.3。

T1+ / T1- ：变送输出（4-20mA），对应发电机功角(4 mA对应0°,20 mA对应90°) 。

K1+ / K1- ：报警输出（继电器节点），对应发电机功角。

四、操作说明

4.1 前面板说明

    主 LED：4位，显示被测参量值；设置时显示设置值

    辅 LED：2位，设置时显示设置项序号

    参量指示灯：指示当前主LED、光柱显示的参量

    按键 ：操作见本手册后续部分

4.2 切换显示参量

主LED窗口显示参量值，指示灯指示当前显示参量。显示刷新频率1Hz-10Hz可设，显示方式可设置为固定方式或巡显方式，详见5.3.2。

在固定显示方式时，按或键，可以切换显示的参量。

在固定显示方式时，按键，进入巡显方式，按设定的周期自动切换显示参量，循环显示；处于巡显方式时，按键，则退出巡显方式。

仪器在开机后即进入监测状态（处于非设置状态时，详见5.3.1），按上次关机前的方式显示，如上次关机时仪器处于巡显方式，则开机后就进入巡显方式。

4.3 参数设置

4.3.1 设置方法

仪器内部保存了运行所需的参数，这些参数是断电保护的。仪器提供了通过前面板设置这些参数的方法。

首先将后面板“设置”开关拨至“允许”位，然后按前面板键，此时仪器进入参数设置状态。

在参数设置状态，辅LED显示设置项的序号，序号与设置项的对应关系请参照5.3.2；主LED窗口显示设置项的值，闪动位指示光标所在位。

在参数设置状态，按键的操作定义如下：

 切换设置项到下一项

 右移光标

 左移光标

光标所在位的值增1

光标所在位的值减1

设置完成后，将后面板“设置”开关拨至“禁止”位，然后按前面板键，仪器进入运行状态。

注意：

1. 一个设置项的值被改变后，必须按一次键，将设置项切换，才能覆写该设置项的内部参数，使得设置生效。

2. 运行状态时，应使后面板“设置开关”处于“禁止”位，否则仪器开机后将进入设置状态。

3. 设置项是仪器运行的重要参数，请设置后注意检查。

4.3.2 设置项

注：

地址：仪表的MODBUS通讯地址，同一总线上的仪表，地址不能重复。出厂时设定的地址见调试报告。

小数位数：用于确定参量显示时取小数的位数，这个设置值应不使得显示位数过限（仪表LED的位数）。

变比：仪表外接PT、CT的变比。为简化输入，此处的输入值取PT、CT变比的一次值；约定分别取100V、5A/1A作为变比的二次值。

如，对于定子电压，输入15，则其含义是外接PT的变比为15kV/100V。

又如，对于标称输入为AC1A的DPA-2，如果定子电流变比输入28，则其含义是外接CT的变比为28kA/1A。

又如，对于标称输入为AC5A的DPA-2，如果定子电流变比输入12，则其含义是外接CT的变比为12kA/5A。

当实际的CT二次值不符合DPA-2的标称输入值时，此处的输入值应换算得出：

输入值 = （变比一次值 / 变比二次值）× 标称输入值

如，标称输入为AC5A的DPA-2，外接的CT的变比为12kA/1A，则交流电流变比值应输入（12/1）* 5 = 60。

特别地，如果没有外接CT，或者要求仪表显示二次值，则变比值应输入仪表的标称输入值，5/1(A)。

4.4 功角初始角

为了准确测量功角，应在一定条件下确定功角的初始角。确定初始角的条件：

1. 用于测量功角的定子电压、转速信号已正确接线

2. 仪器显示的转速、实测功角值稳定、有效（无效时仪器显示值为"F"）

3. 发电机已定速、未并网，定子电压在额定值范围内

确定初始角的操作是：首先将后面板“设置”开关拨至“禁止”位，然后同时按前面板键、键，仪表将当前的功角值归零，并保存初始角。

初始角应严格地在限定条件下确认，一经确认不应再操作；不应手动修改初始角值（设置项第14项）。确认后不应改变转速信号的接线。

如果未能在正确的条件下进行初始角的初始化操作，则在机组运行状态下可以通过计算发电机功角，并手动设置初始角。这是一种补救措施。具体操作请联系厂家技术人员。

4.5 极对数

  对于部分水轮机组，其转子上的测速齿轮盘的齿数与其极对数相同，此时应将极对数输入对应的设置项（参见4.3.2）。

  例如，某水轮机组的极对数为28，额定转速为107.1rpm，其安装于转子上的齿轮盘的齿数也是28。此时，应将仪表的“极对数”项设置为28，并将仪表后面上的转速信号类型选择开关拨至1:1处。在运行时，仪表接收到的转速信号，是每分钟发生107.1×28 = 3000个脉冲，仪表使用极对数（28）计算：3000 / 28 = 107.1rpm，得到了机组实际的转速。

  对于额定转速为3000rpm的火电机组，此项应设置为1，然后再选择转速信号的类型（1:1或1:60），参见第5章。设置的极对数值，不影响功角的计算。

4.6 启用I_B计算值

在无法接入B相电流时，可以启用I_B计算值功能，通过接入的A相电流和C相电流计算出B相电流。

五、转速信号

仪表接入的转速信号，需要预先确定其类型：

5.1 1:1信号

这种信号通常来自汽轮机的测速信号，发电机转子每旋转一周发出一个脉冲信号。基于测速传感器类型的不同，脉冲信号的特性有所区别。

5.2 1：60信号

这种信号来自60齿的齿轮盘，发电机转子每旋转一周发出60个正弦电压信号。正弦电压信号的峰峰值高于1.0V即可正常测量

在仪表的后面板，安装有转速信号类型选择的拨动开关，开关位置应按实际接入信号的类型。如果仪表显示转速值、功角异常（显示“F”或不稳定），则应确认转速信号是否符合要求。

以上的两种转速信号，基本覆盖了火电机组的情况。对于水轮机组，或不符合以上两种情况的转速信号，请参见4.5极对数一节。

六、计算功角原理

在无法接入转速信号时，功角可以用计算功角替代。

   ……   (1)

公式（1）是计算功角的公式。式中：

P：发电机有功功率，单位为MW

Q：发电机无功功率，单位为Mvar

U_BC:发电机机端电压，单位为kV

X_q:机组饱和电抗值。如果无此参数，可按X_q = 0.9X_d取值 

启用计算功角，应进行相应设置，而且X_q值需要正确写入。请参见4.3节参数设置。

七、报警信号

当d_G超过设置的限值时，仪表将发出对应的报警信号。限值的设置参见4.3节参数设置。

报警信号发出10秒后将停止，之后将阻塞10分钟。阻塞时间之后，如果d_G依然处于过限状态，则会再次报警。

限值设为0，则禁止了报警功能。

八、通讯说明

  8.1 通讯功能简介：

DPA-2具备一路RS485接口。通讯采用MODBUS- RTU协议，便于现场联网使用, 可与 RTU、PLC及多种工控组态软件（组态王Synall、Intouch）实现网络通讯。

8.2 RS485接线方法

DPA-2仪表通讯口使用特征阻抗为120Ω的屏蔽双绞线连接,连接到RS485网络上。推荐上图的接线方式；总线两端应接匹配电阻（120Ω）。最大电缆长度1200米。

8.3 地址和波特率设置

  同一总线上的多台DPA-2，应拥有不相同的地址值。地址值范围001~255；波特率要和主站设置的一致。可以在1200，2400，4800，9600，19200中选择。如果通讯距离较长，无法建立通讯，应该降低波特率。

8.4 ModBus基本规则

RS-485通讯遵照主/从方式。数据可以在一个主站和64个子站（DPA-2）之间传递。

u 主站初始化和控制在RS-485通讯回路上传递的所有信息。

u 任何一次通讯都不能从子站开始。

u 在RS-485回路上的所有通讯都以“信息帧”方式传递。

u 如果主站或子站接收到含有未知命令的信息帧，则不做响应。

8.5 字节格式

通讯传输为异步方式，并以字节为单位。 在RS-485线路上传递的每一个字节都是10位的串行数据流：

8.6 DPA-2通讯规约

当通讯命令发送至仪表时（下行），符合相应的地址码的设备接收通讯命令，读取信息，如果没有出错，则执行相应的任务；然后把执行结果返送给发送者（上行）。

  下行帧格式：

  上行帧格式：

注* ：延时时间，按设定波特率，至少等于传输4个字节的时间

  地址码（ADDR）：

主机发送的信息帧，地址码表明目的子机；子机发送的信息帧，地址码表明发送者的地址。

  功能码（CS）：

主机发送的信息帧，功能码告诉子机执行什么动作；子机响应的信息帧，功能码与主机发送来的功能码一样，并表明子机已响应主机进行操作。如果子机发送的功能码的最高位是1（功能码＞127），则表明子机没有响应或出错。

DPA-2功能码：

  数据区字节数（LEN）：

仅上行帧包含此段。

  数据区（DATA）：

由主机发送的读命令（03H）信息帧的数据区，包含需要回送的数据的信息，包括寄存器的起始地址及读取长度（寄存器个数）；子机应答信息帧的数据区给出了寄存器的内容。

由主机发送的写开出量命令（06H）信息帧的数据区，包含指定仪表开出量状态的信息；子机应答信息帧的数据区包含同样信息。

  错误校验码（CRC）：

主机或子机可用校验码进行判别接收信息是否出错。错误校验码采用冗余循环校验码（CRC）。校验码包含2个字节，即16位二进制。CRC码由发送端计算，放置于发送信息的尾部。接收端的设备再重新计算接收到信息的CRC码，比较计算得到的CRC码是否与接收到的相符，如果二者不相符，则表明出错。

  CRC码的计算步骤为：

1、置16位寄存器为十六进制FFFF（即全为1）。称此寄存器为CRC寄存器。

2、把一个8位数据与16位CRC寄存器的低位相异或，把结果放于CRC寄存器。

3、把寄存器的内容右移一位（朝低位），用0填补最高位，检查最低位（移出位）。

4、如果最低位为0：重复第3步（再次移位）。

如果最低位为1：CRC寄存器与多项式A001（1010 0000 0000 0001）进行异或。

5、重复步骤3和4，直到右移8次，这样整个8位数据全部进行了处理。

6、重复步骤2到步骤5，进行下一个8位的处理。

7、最后得到的CRC寄存器即为CRC码，低字节在前，高字节在后。

8.7 出错处理

接收到的信息如有CRC错误，则将被DPA-2忽略。

当DPA-2检测到了CRC码出错以外的错误时，将向主机回送信息帧。子机返送给主机的功能码，是将错误信息帧的功能码逻辑或80H。以下的这些代码表明有意外的错误发生。

错误报告信息帧格式

DPA-2定义的错误码

8.8 信息帧（03H）格式举例：

DPA-2的模拟量寄存器以2字节为基本单位。

例如：子机地址为01，起始地址0034的3个寄存器的数据为：

  主机发送：

  子机响应：

8.9 数据变换

从DPA-2输出的模拟量数据，都被规范成2个字节整数。

8.10 寄存器地址定义

  功能码03H所映射的数据区：

注意：

i.读取的数据（03H），是以“Big Endianness”形式存储的，Windows平台的应用程序获得这些数据时，应转换为Little Endianness后再使用。

ii.电能数据占4字节。当读取电能数据时，或一次读取多个数据，且起点或终点落入电能寄存器区间时，应留意命令帧（03H）的“起始地址”、“读取寄存器数”。对于每个电能数据，“读取寄存器数”应为2 ，“起始地址”应指向项电能的高位字，如指向低位字，则上传的数据无意义。

九、订货说明

订货时，如无特殊说明，仪表按本手册技术参数配置；

以下参数可按用户需求定制：

u 串口类型：RS485 或 RS232

u 通讯协议（须用户提供详尽资料）

u 通道类型

u 通道量程

   用户最好能够提供以下参数，以便减少用户对仪表设置的工作量：

u PT变比

u CT变比

u 交流电压、交流电流、有功功率、无功功率额定值（或标称值）

装置采用纸箱包装，内衬防震泡沫及防水塑料袋。

装箱资料：出厂调试报告、合格证、用户手册