杜永斌

（哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 前言

ABB UNITROL 5000型勵磁調(diào)節(jié)器是ABB公司研制的微機勵磁調(diào)節(jié)器，由哈電機引進ABB勵磁技術進行散件組裝的該型號勵磁調(diào)節(jié)器在2004年左右在國內(nèi)投運至今，運行情況良好，得到了國內(nèi)用戶的廣泛認可。本文將結合該調(diào)節(jié)器在哈三電廠600MW汽輪發(fā)電機組對其進行介紹和具體分析。

2 系統(tǒng)原理

UNITROL 5000勵磁調(diào)節(jié)器是ABB公司的UNITROL系列的第五代產(chǎn)品，是在原UNITROL.F的基礎上而產(chǎn)生的新的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)。與以前的UNITROL.F相比，UNTROL 5000勵磁系統(tǒng)增加了一系列新的功能，像多橋并聯(lián)運行的可控硅整流橋智能均流、殘壓起勵等。

哈三電廠600MW汽輪發(fā)電機組采用機端自并勵靜止勵磁系統(tǒng)，此UNITROL 5000勵磁系統(tǒng)由兩套完全獨立的相同工控機通道構成兩通道混合冗余冗錯系統(tǒng)。每臺工控機都包含自動通道和手動通道（COB）。兩臺工控機為互為備用的運行方式。同時還設有獨立的手動通道（EGC）作為備用，工控機的自動、手動通道之間和工控機獨立手動通道之間能自動跟蹤且無擾動切換；手動通道還可以在做發(fā)電機空載、短路試驗時使用。

當發(fā)電機的勵磁電壓和電流不超過其額定勵磁電流和電壓的1.1倍時，該勵磁系統(tǒng)可以連續(xù)運行無異常。

該勵磁系統(tǒng)具有短時過載能力，大于發(fā)電機轉子繞組的短時過負荷能力；按80%極端電壓計算，勵磁系統(tǒng)強勵倍數(shù)大于2，勵磁系統(tǒng)強勵時間可大于10S。

該勵磁系統(tǒng)具備高起始響應特性，在0.1S內(nèi)勵磁電壓增長值達到頂值電壓和額定電壓差值的95%。勵磁系統(tǒng)響應比（V/V）即電壓上升速度，大于3.58倍/S。

在空載額定電壓下，當電壓給定階躍響應為±10%時，發(fā)電機電壓超調(diào)量不大于階躍量的30%；振蕩次數(shù)不超過3次；發(fā)電機定子電壓的調(diào)整時間不超過5秒。

發(fā)電機零起升壓時，該調(diào)節(jié)器可控制定子電壓的超調(diào)量不超過額定值的10%，調(diào)節(jié)時間不大于10S，電壓振蕩次數(shù)不大于3次。該勵磁系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)增益保證發(fā)電機電壓靜差率達到±1%。

該勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)壓范圍，發(fā)電機空載時能在0～110%額定電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定平滑調(diào)節(jié)。

在發(fā)電機空載運行狀態(tài)下，自動勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)壓速度，不大于1%額定電壓/秒；不小于0.3%額定電壓/秒。

發(fā)電機轉子回路設有過電壓保護，其動作電壓的分散性不大于±10%，勵磁裝置的可控硅元件以及其他設備能承受直流側短路故障、發(fā)電機滑極、異步運行等工況而不損壞。

3 硬件結構

UNITROL5000勵磁調(diào)節(jié)器的核心是控制板（COB）。所有的調(diào)節(jié)、控制以及脈沖形成等功能均由（COB）實現(xiàn)。帶數(shù)字信號處理器（DSP）的測量單元板（MUB）用于實際值的快速測量。這兩塊板疊裝在同一個金屬箱內(nèi)，形成一個獨立的調(diào)節(jié)通道。箱內(nèi)還可安裝一塊結構上獨立的擴展門極控制板（EGC）作備用通道，用于勵磁電流調(diào)節(jié)。

快速輸入輸出接口板（FIO）和整流橋接口板（CIN）等接口裝置用于電氣隔離和信號轉換。

主回路信號接口板PSI用于實現(xiàn)電氣隔離，以及將磁場測量信號變換后送到測量單元板（MUB）。

采用五個整流橋整流輸出，利用n-2冗余結構，即當一個整流橋故障退出運行時，勵磁系統(tǒng)可以滿足包括強勵在內(nèi)的所有發(fā)電機運行工況；當兩個整流橋故障退出運行時，勵磁系統(tǒng)可以滿足發(fā)電機在額定狀態(tài)連續(xù)運行。

整流橋接口板（CIN）是一個獨立的控制和調(diào)節(jié)部件，是整流柜的一個組成部分，與門極驅動板（GDI）、電流傳感器（CUS）和整流橋顯示單元（CDP）配合使用。其主要功能是向門極驅動板（GDI）發(fā)送用于觸發(fā)三相全控整流橋的脈沖列。

門極驅動板（GDI）用于將脈沖放大到晶閘管觸發(fā)所必需的水平。脈沖變壓器一般安裝在GDI板上。

電流傳感器（CUS）用于測量晶閘管整流橋的分支電流。其輸出直接送到整流器接口板(CIN)。

整流橋顯示器（CDP）安裝在柜門上，用于指示整流橋的運行狀況。

采用直流側滅磁，它包括安裝于整流橋直流側的HPB磁場斷路器、跨接器、滅磁電阻以及脈沖閉鎖回路等。

多功能手持屏（SPA）用于調(diào)試和維護。SPA具有就地操作、參數(shù)設定和應用程序編程功能。

就地控制面板（LCP）具有良好的人機界面，用于對勵磁系統(tǒng)進行就地操作和監(jiān)視。LCP也可安裝于電站中控室內(nèi)，用于遠方控制。

勵磁系統(tǒng)的內(nèi)部通訊是通過ARCnet現(xiàn)場總線實現(xiàn)的

4 軟件功能

UNITROL 5000勵磁調(diào)節(jié)器的全部調(diào)節(jié)功能都是通過軟件來實現(xiàn)的，其模塊化的圖形語言，為操作者調(diào)試和故障排查提供了便利。其軟件功能除了基本的起勵、調(diào)節(jié)和滅磁外，還包括了一些輔助的功能，如各種限制保護功能、轉子溫度檢測、可控硅溫度檢測、可控硅導通檢測、功率柜自動故障退出和風機自動切換等。

該調(diào)節(jié)器具有雙自動通道，每個自動通道的COB主控板都含有一個自動電壓調(diào)節(jié)器（AVR）和勵磁電流調(diào)節(jié)器（FCR）。自動跟蹤功能用于實現(xiàn)自動電壓調(diào)節(jié)方式（AVR）和勵磁電流調(diào)節(jié)方式（FCR）間的平穩(wěn)切換（見圖1）。切換可以是由PT斷相故障引起的自動切換或是人為切換。AVR控制電壓與FCR控制電壓間的差值被用作備用調(diào)節(jié)器的跟蹤控制。雙自動通道切換時通常是從運行通道的自動方式切換至備用通道的自動方式，任何一個通道都可以工作在運行方式或備用方式。在不能切換到備用通道自動方式時，才切換到手動方式。如果兩個通道都不能正常工作，勵磁系統(tǒng)將啟動跳閘命令。此時，備用通道的跟蹤信號為運行通道控制電壓和備用通道控制電壓的差值。

圖1 UNITROL 5000勵磁調(diào)節(jié)器通道切換示意圖

該調(diào)節(jié)器具有軟起勵功能，用于防止機端電壓的起勵超調(diào)。勵磁調(diào)節(jié)器接到開機令后即開始起勵升壓，當機端電壓大于10%額定值后，調(diào)節(jié)器以可設定的速度增加給定值，使機端電壓逐步上升到額定值。

該調(diào)節(jié)器的PID調(diào)節(jié)控制器的輸入是實際值對給定值的偏差。PID控制器的輸出電壓為門極控制單元的輸入信號。

該調(diào)節(jié)器的每個限制器都有其限制量和限制值，當限制量的數(shù)值達到限制值時，限制器動作。每個限制器均產(chǎn)生一個限制量與限制值之間的偏差信號。 其具體限制功能包括勵磁電流限制器、定子電流限制器、P/Q限制器、V/Hz限制器等。

該調(diào)節(jié)器的并聯(lián)整流橋采用智能均流設計，利用軟件動態(tài)電流分布功能，通過軟件可以補償每個可控硅回路性能的差異，使流過每個可控硅的電流基本相等，可保證整流橋的均流系數(shù)在90%以上。

該調(diào)節(jié)器采用CMT軟件調(diào)試和維護，利用CMT工具可以實現(xiàn)調(diào)節(jié)器的所有控制功能和參數(shù)的在線修改，同時可以自行選擇測量信號進行錄波，還可以自動存儲故障時的波形，方便故障時診斷和分析。

5 結語

哈電機組裝的UNITROL 5000勵磁調(diào)節(jié)器成功地在哈三電廠600MW汽輪發(fā)電機組上投入運行，其強大的功能和成熟的控制理論值得我們借鑒和吸收，以加強國內(nèi)勵磁調(diào)節(jié)器的設計水平和國際競爭力。

[1]GB/T 7409.3-2007《大、中型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術要求》