百色水电厂励磁系统学习 刘思远
百色水电厂励磁系统学习
1. 概述
A：右江百色水利枢纽水轮发电机组励磁系统采用UNITROL 5000型静态励磁系统，该系统是瑞士ABB Industrie AG于1998年研制成功的UNITROL系列第五代产品，用于同步发电机静止励磁系统。 B：本厂励磁系统的结构属于具有直流磁场开关的自并激系统，在静态励磁系统（自并励）中，励磁交流电源取自发电机机端GCB机组侧。同步发电机的磁场电流经由励磁变压器-T02（TS），可控整流器EG1、EG2和灭磁开关-Q02供给。励磁变压器起到将发电机端电压降到可控硅整流器的整流阻抗的作用。
C：在起励过程开始时，以残压起励为主、直流起励为辅，当磁场开关一闭合起励设备就带电，励磁被接通，发电机一达到30%-40%其额定电压，起励电路就再次关断，可控硅整流器的输入电压达到10V-20V后，可控硅整流器和励磁调节器就可以正常工作了。随之而来的是AVR控制的软起励过程。 D：并网后，励磁系统可以在AVR模式下工作，调节发电机的端电压和无功功率，或者可以在一种叠加的模式下工作，如恒功率因数调节，恒无功调节等，也可接受电场的成组调节指令。 E：励磁系统配置如下表所示：
名称 灭磁柜 数量 1台 测继电器、直流输出母排。 智能化功率柜、现场总线、2组风机（每组有左右2个风扇）、励磁功率柜 2台 柔性母排连接、单柜额定输出2000A。 配置 灭磁开关、灭磁开关控制回路SiC电阻、起励单元、接地检
四通道冗余、双CPU模式、PID+PSS控制规律、ARCNET网、励磁调节柜 1台 现地控制显示单元。 励磁变压器 1套 三相环氧干式变压器。 柜体排列从左至右依次为：灭磁柜、功率柜（2个）、调节柜。 F：在励磁装置盘柜上装有下列仪表或显示装置：
柜号 1 2 3
柜名 灭磁柜 1#整流柜 2#整流柜 盘面表计 CDP整流器显示单元 CDP整流器显示单元 1
盘面信号灯 百色水电厂励磁系统学习 刘思远 4 调节柜 现地操作面板LCP 2.相关参数： 额定容量：135MW
额定机端电压：13.8KV 额定励磁电压：290V 额定励磁电流：1474A 空载励磁电流：828A
励磁变压器容量：1650KVA 励磁变压器变比：13.8KV/580V 机端PT变比：13.8KV/100V 机端CT变比：10000/1A 励磁变CT变比：2000/1A 控制电源：DC 220V
UNITROL 5000型号：Q5T-0/U2H1-D2000 型号字母代表的意思：
Q：未知
5：微处理器系统5000（UNITROL 5000）
T：标准双套1+1冗余，100%冷备用（Standard Twin） 0：无附加功能
U2：整流器型号（见用户手册4-9）
H：整流器联结采用H连接的独立冗余整流桥（1+1冷备用） 1：整流器附加信息（每个桥臂1个可控硅，3相，6个脉冲） D：至少是双极断点的直流开关（本厂为四断口直流开关） 2000：直流断路器额定电流为2000A 3. 励磁调节器
（1）调节器采用四通道冗余技术，其硬件包括： A：两个相互独立的调节器机箱，每个机箱内装有：
? 一块控制板（COB），是调节器的核心，用于实现调节、限制、保护和通讯等功能。 ? 一块测量板（MUB），内有数字信号处理器（DSP），用于实现交流采样和PSS功能。该板通过
双端口的存储器与COB交换数据。
? 一个独立的手动控制单元（EGC），用于实现磁场电流调节、通道跟踪、以及一些限制和保护
等功能。
B：两块功率信号接口单元（PSI），分别对应于两个调节器机箱，用于获取同步信号及对磁场测量信号进行预处理。
C：两块快速输入输出板（FIO），其中一块用于内部信号接口，另外一块用于外部接口。 D：一块现地控制面板（LCP），安装在调节柜柜门上，用于对励磁系统进行现地操作和监视。 E：一个手持编程器（SPA），用于设定参数和现地操作。 F：两个通讯适配器，分别对应于两块COB板，可提供四种选择：
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● NMBA-01，Modbus 适配器 ● NMBP-01, Modbus Plus适配器 ● NMBA-02, Profibus适配器 ● AC70BAS, Advant
（2）调节器工作原理
将基准(给定)电压与正比于发电机母线电压的经过电压反馈单元测量得到的直流电压进行比较,然后将比较结果进行比例—积分---微分运算，再将所得的信号电压进行综合放大后，送到移相触发器，去控制可控硅的导通，以调节主励磁机的励磁，达到自动维持发电机电压恒定的目的。 （3）调节器功能
A：调节规律：采用PID+PSS控制模式 B：运行方式：
? 恒发电机机端电压的自动调节功能 ? 恒发电机转子电流的手动调节功能 ? 恒无功调节 ? 恒功率因数调节
C：限制功能：
? V/f限制（DI42：机组励磁系统V/f限制动作，第2块DI板第10号信号灯） ? 过励限制（DI48：机组励磁系统过励限制动作，第2块DI板第16号信号灯） ? 欠励限制（DI43：机组励磁系统欠励限制动作，第2块DI板第11号信号灯） ? 定子电流限制 ? 最大磁场电流限制 ? 最小磁场电流限制
D：监测与保护功能：
? PT断线（DI51：机组励磁系统PT断相，第2块DI板第19号信号灯） ? 电源故障 ? 调节器软件故障 ? 调节器硬件故障
? V/f保护（DI42：机组励磁系统V/f限制动作，第2块DI板第10号信号灯） ? 整流桥故障报警 ? 整流桥内部短路跳闸 ? 整流桥过载跳闸 ? 转子过热报警 ? 转子过热跳闸 ? 转子接地跳闸
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? 转子过电压跳闸 ? 过流保护 ? 失磁保护
? 励磁变超温报警（DI62：机组励磁变绕组温度高报警，第2块DI板第30号信号灯） ? 励磁变超温跳闸
E：其它功能：
? 软起励 ? 残压起励 ? 有功和无功补偿 ? 调差 ? 系统电压跟踪 ? 通道之间自动跟踪 ? 故障智能检测和自动切换 ? 容错控制
? 故障录波和故障记录 ? 辅助调试和试验功能
（4）调节器主要特点
UNITROL 5000型励磁系统的调节器有如下显著特点： ? 调节器有四个独立的通道，平均无故障时间高达46年。
? 组态化图形编程工具，用户可根据需要自行修改运行程序、自行设置参数。 ? 采用加速功率型PSS附加控制，可以有效地抑制电力系统低频振荡。 ? 采用专用的DSP芯片用于交流采样，通过双口RAM与主CPU交换数据。
? 内部ARCnet网络互联技术，提高了励磁系统数字化程度，实现了分层分布控制，提高了系统可
靠性和工艺水平，便于维护。 ? 多种对外接口方式。
? 采用快速脉冲列技术，实现残压起励。当残压太低时，只需利用较小的辅助电流就可确保起励成
功。
? 专用的CMT调试软件，具有操作、试验、故障记录、追忆、事故录波、远程诊断等功能，可设定
故障录波触发条件，可打印。
（5）当调节器主用通道的自动出现鼓掌，自动切换至备用通道的自动，若备用通道的自动在出现故障，则切换至备用通道的手动。 4.功率柜
A：配置：采用两个三相全控整流桥并联输出，整流桥单桥输出能力2000A，每个桥独立安装在一个柜中。
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当其中一个功率柜退出运行时，可保证发电机在所有运行方式下均能连续运行，包括强励在内。
每个桥的主要部件包括： ? 6个盘形可控硅 ? 6个脉冲变压器
? 6个带接点指示的快速熔断器 ? 1套交流过电压吸收回路
? 带冗余的(2+2)的风扇组，由交流马达驱动，风扇的启停是根据风扇盖板的行程开关判断的。 ? 一块整流器接口单元（CIN） ? 一块门极驱动接口单元（GDI） ? 一块整流器显示单元（CDP） ? 两个电流传感器（CUS） B：交流侧过电压保护及换相过压保护
采用ABB独有的集中式阻容电路，既可吸收整流桥的交流侧过电压，也可吸收由晶闸管整流而引起的电压尖峰。AC过电压保护主要由一个三相二极管整流桥和一个连接在DC侧的电容组成。对于高频过电压而言，电容代表一个低阻抗并且起滤波器的作用。与电容并联的有一个放电电阻器，在电容放电时吸收能量。这种用途的电容应能支持较高的di/dt。二极管整流桥的AC侧由带接点指示的熔断器保护。这个电路的优点是损耗小，接线简单。 C：冷却
? 风机供电电源一回取自厂用电，另一回取自自用变，这两回电源互为备用且自动切换。风机控制元件
安装在功率柜中。
? 风扇的启停是根据风扇盖板的形成开关判断的。每个功率柜有前后2组风扇，每组风扇有左右2个风
扇同时工作。风扇故障是根据风扇停止运行（盖板行程开关）来判断的，当一组风扇故障时，自动切换至另一组风扇运行，当另一组风扇也故障时，自动切换至另一功率柜运行（故障功率柜输出直流电流逐渐降低，备用功率柜输出直流电流逐渐升高，始终保持1474A DC的额定输出，基本实现无扰切换），若另一功率柜故障则延时跳开灭磁开关。
? 利用风扇盖板的行程开关来判断风扇是否故障比利用风压传感器更为合理，因为风扇盖板的开合是直
接作用与可控硅的冷却效果的。
? 采用特制的实芯铝散热器，可现场压装，便于维护。 D：柔性连接技术
功率柜的交流输入、直流输出均采用汇流铜排， 铜排折弯处采用柔性连接技术，防疲劳。
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