孔祥帥

(哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040)

ABB UNITROL 6000自并勵靜止勵磁系統(tǒng)研究

孔祥帥

(哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040)

ABB UNITROL 6000自并勵靜止勵磁系統(tǒng)由調(diào)節(jié)及控制單元、功率整流單元、滅磁及過壓保護單元、直流24V工作電源、起勵單元、人機界面等部分組成，與UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)相比，具有穩(wěn)定性更強，調(diào)節(jié)精度更高，功能完善，結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾能力強，調(diào)試運行維護更加簡便等特點。

UNITROL 6000 勵磁系統(tǒng)；光纖通訊

UNITROL 6000 是瑞士ABB公司研發(fā)的全新一代自并勵靜止勵磁系統(tǒng)。UNITROL 6000在UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，吸收目前數(shù)字控制領(lǐng)域內(nèi)最先進的研究成果和工藝，如FPGA、以太網(wǎng)及光纖通訊等技術(shù)研發(fā)而成。

1自并勵靜止勵磁系統(tǒng)的組成

自并勵靜止勵磁系統(tǒng)是指整流單元電源取自發(fā)電機機端的勵磁系統(tǒng)，它包括勵磁變壓器、調(diào)節(jié)及控制單元、整流單元、過壓保護等單元。這種勵磁方式在性能上的顯著特點是具有高起始勵磁電壓響應(yīng)速度，易于實現(xiàn)高起始響應(yīng)比性能。自并勵靜止勵磁系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

圖1 自并勵靜止勵磁系統(tǒng)原理框圖

2 UNITROL 6000勵磁系統(tǒng)組成

2.1調(diào)節(jié)及控制單元。

UNITROL 6000調(diào)節(jié)及控制單元采用全新PEC系列控制平臺，主頻高達600MHz，具有64位浮點運算能力，是當(dāng)前勵磁控制領(lǐng)域速度最快、性能最強的控制器，為勵磁系統(tǒng)提供高可靠性的控制和限制保護功能，包括：自動電壓調(diào)節(jié)、勵磁電流調(diào)節(jié)、軟啟動、轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測功能、勵磁電流限制、定子電流限制、低勵限制、V/Hz限制、恒功率因數(shù)或恒無功功率控制、PT斷線保護、看門狗功能以及電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)等。

UNITROL 6000調(diào)節(jié)及控制單元的典型配置為雙通道(每個通道包含自動電壓調(diào)節(jié)AVR和勵磁電流調(diào)節(jié)FCR兩種控制方式)和一個獨立備用手動通道(BFCR)，實現(xiàn)控制回路冗余設(shè)計。通道配置見圖2。

圖2 通道配置框圖

系統(tǒng)運行時兩個通道互為備用，AVR和FCR兩種控制方式互相跟蹤。假如當(dāng)前系統(tǒng)在I通道的AVR方式下運行，勵磁系統(tǒng)發(fā)生故障時，調(diào)節(jié)器切換順序為：I通道的AVR→II通道的AVR→II通道的FCR→I通道的FCR→BFCR，切換停止于系統(tǒng)穩(wěn)定。如果兩通道或兩種方式間運行狀態(tài)相差較大，調(diào)節(jié)器將閉鎖切換功能。

2.2功率整流單元。

UNITROL 6000由三相全控整流橋組成整流功率單元。整流單元采用n-1冗余設(shè)計，即當(dāng)一個整流橋故障退出時系統(tǒng)仍可滿足包括強勵在內(nèi)的所有運行工況，當(dāng)兩個整流橋故障退出時可以滿足系統(tǒng)在額定勵磁電流的工況下長期連續(xù)運行。一般300MW和350MW機組配3個整流橋，600MW機組配5個整流橋。整流單元采用強迫風(fēng)冷設(shè)計，每個整流屏配4個冷卻風(fēng)機，兩個一組，兩組風(fēng)機互為備用。風(fēng)機電源采用冗余電源設(shè)計，一路取自廠用電，另一路取自勵磁變，確保整流單元冷卻系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

與UNITROL 5000整流單元的不同之處在于UNITROL 6000整流橋的控制由整流橋控制接口板(CCI)，整流橋信號板(CSI)和門極驅(qū)動接口板(GDI)完成，CCI負責(zé)整流橋整體的控制和監(jiān)視功能，具體包括處理CSI采集的陽極電壓，勵磁電壓和勵磁電流等數(shù)據(jù)，整流橋溫度測量，智能均流等。CCI與GDI相連，將可控硅觸發(fā)角的脈沖信號傳給可控硅，完成勵磁電流的調(diào)節(jié)控制功能。

2.3滅磁及過壓保護單元。

UNITROL 6000滅磁開關(guān)配置如下：300MW機組配SACE系列多斷口交流開關(guān)，這種開關(guān)各斷口電壓、電流相對較低，價格也相對便宜。350MW機組配HPB系列快速直流開關(guān)，額定電流4500A，600MW機組同樣配置HPB系列開關(guān)，額定電流6000A。HPB直流開關(guān)弧室比較大，安全性能好，但價格比較昂貴。HPB開關(guān)有兩個線圈，I線圈用于合分開關(guān)，II線圈只用于跳閘回路。

滅磁回路由CROWBAR串聯(lián)滅磁電阻組成，滅磁電阻選用碳化硅非線性電阻，按20%裕量設(shè)計，可在發(fā)電機停機或事故滅磁時消耗轉(zhuǎn)子磁場能量，防止對轉(zhuǎn)子繞組及勵磁系統(tǒng)造成損害。

2.4直流24V工作電源。

系統(tǒng)24V工作電源采用冗余電源設(shè)計，分別由廠用直流電和自用電(取自勵磁變)兩套獨立電源供電，機組啟動前由廠用直流電源提供系統(tǒng)工作電源，機組啟動后由自用電供電。詳見圖3。

圖3 直流24V電源框圖

與UNITROL 5000電源回路的最大不同是在24V電源回路的末端增加了電源分配器(APD)，APD采用模塊化設(shè)計，可靠性高。每個APD可以輸出4路獨立直流

24V，每路有單獨開關(guān)控制。

2.5起勵單元。

自并勵靜止勵磁系統(tǒng)在機組首次啟動前發(fā)電機機端是沒有電壓的，勵磁系統(tǒng)工作需要有起勵回路。起勵電源取自廠用電，交直流皆可。在起勵命令發(fā)出后，起勵電源經(jīng)二極管整流和限流電阻到發(fā)電機轉(zhuǎn)子，整流橋開始工作。當(dāng)發(fā)電機機端電壓超過設(shè)定值(一般為30%Ugn)后，起勵回路自動斷開，勵磁系統(tǒng)開始獨立工作。如果在起勵命令發(fā)出10s后，發(fā)電機機端電壓未達到設(shè)定值，勵磁系統(tǒng)發(fā)出起勵失敗報警，并斷開起勵回路。另外ABB UNITROL 6000與UNITROL 5000系統(tǒng)一樣，具有殘壓起勵功能，整流橋陽極電壓有5-10V電壓就可以殘壓起勵成功，所以在發(fā)電機停機時應(yīng)注意此問題，防止發(fā)生意外造成設(shè)備損壞或人員傷亡。

2.6人機界面。

UNITROL 6000人機界面也采用全新設(shè)計，包括勵磁控制終端 (ECT)和整流屏控制面板(CCP)。ECT具備強大的功能，采用工業(yè)級PC，配備15寸彩色觸摸屏。采用Modbus TCP 通訊方式，多種語言可選，極大方便了用戶對勵磁系統(tǒng)的日常監(jiān)視與維護。CCP可以顯示整流橋的參數(shù)及事件故障記錄。

2.7其他部分。

UNITROL 6000勵磁系統(tǒng)采用以太網(wǎng)及光纖通訊技術(shù)，有效避免了電磁干擾問題，極大地提高了勵磁系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。采用智能均流技術(shù)，均流系數(shù)可達0.95以上。

3總結(jié)

ABB UNITROL 6000勵磁系統(tǒng)作為全新?lián)Q代產(chǎn)品，控制平臺全面升級為PEC平臺，通訊由原來的ARCnet總線升級為以太網(wǎng)及光纖通訊，人機界面升級為功能強大的ECT等，使其穩(wěn)定性更強，調(diào)節(jié)精度更高，功能完善，結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾能力強，調(diào)試運行維護更加簡便。

ClassNo.:TM621.3DocumentMark：A

(責(zé)任編輯：宋瑞斌)

StudyofTypeABBUNITOL6000StaticSelfandShuntExcitationSystem

Kong Xiangshuai

(Harbin Motor Factory Co., Ltd , Harbin, Heilongjiang 150040，China)

Type ABB UNITOL 6000 Static Self and Shunt Excitation System is consist of regulation and control unit, power rectifier unit, demagnetization and overvoltage protection unit, 24V DC power supply and excitation unit, as well as the human-computer interface . The system has some features of more stronger stability, higher rate of accuracy , more compact structure and stronger anti-interference ability. And the system is more convenient in commissioning and maintenance.

Type UNIYROL 6000 excitation system; optical fiber communication

孔祥帥，助理工程師，哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司。

1672-6758(2013)05-0053-2

TM621.3

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