孔祥帥

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040)

ABB UNITROL 6000自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)研究

孔祥帥

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040)

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

UNITROL 6000 勵(lì)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(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)。UNITROL 6000在UNITROL 5000勵(lì)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(jìn)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(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的組成

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

圖1 自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)原理框圖

2 UNITROL 6000勵(lì)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(tái)，主頻高達(dá)600MHz，具有64位浮點(diǎn)運(yùn)算能力，是當(dāng)前勵(lì)磁控制領(lǐng)域速度最快、性能最強(qiáng)的控制器，為勵(lì)磁系統(tǒng)提供高可靠性的控制和限制保護(hù)功能，包括：自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)、勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)、軟啟動(dòng)、轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測(cè)功能、勵(lì)磁電流限制、定子電流限制、低勵(lì)限制、V/Hz限制、恒功率因數(shù)或恒無(wú)功功率控制、PT斷線保護(hù)、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(gè)通道包含自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)AVR和勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)FCR兩種控制方式)和一個(gè)獨(dú)立備用手動(dòng)通道(BFCR)，實(shí)現(xiàn)控制回路冗余設(shè)計(jì)。通道配置見(jiàn)圖2。

圖2 通道配置框圖

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)兩個(gè)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(yùn)行，勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，調(diào)節(jié)器切換順序?yàn)椋篒通道的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(yùn)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(jì)，即當(dāng)一個(gè)整流橋故障退出時(shí)系統(tǒng)仍可滿足包括強(qiáng)勵(lì)在內(nèi)的所有運(yùn)行工況，當(dāng)兩個(gè)整流橋故障退出時(shí)可以滿足系統(tǒng)在額定勵(lì)磁電流的工況下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。一般300MW和350MW機(jī)組配3個(gè)整流橋，600MW機(jī)組配5個(gè)整流橋。整流單元采用強(qiáng)迫風(fēng)冷設(shè)計(jì)，每個(gè)整流屏配4個(gè)冷卻風(fēng)機(jī)，兩個(gè)一組，兩組風(fēng)機(jī)互為備用。風(fēng)機(jī)電源采用冗余電源設(shè)計(jì)，一路取自廠用電，另一路取自勵(lì)磁變，確保整流單元冷卻系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)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(hào)板(CSI)和門極驅(qū)動(dòng)接口板(GDI)完成，CCI負(fù)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(yáng)極電壓，勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁電流等數(shù)據(jù)，整流橋溫度測(cè)量，智能均流等。CCI與GDI相連，將可控硅觸發(fā)角的脈沖信號(hào)傳給可控硅，完成勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)控制功能。

2.3滅磁及過(guò)壓保護(hù)單元。

UNITROL 6000滅磁開關(guān)配置如下：300MW機(jī)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(duì)較低，價(jià)格也相對(duì)便宜。350MW機(jī)組配HPB系列快速直流開關(guān)，額定電流4500A，600MW機(jī)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(jià)格比較昂貴。HPB開關(guān)有兩個(gè)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(jì)，可在發(fā)電機(jī)停機(jī)或事故滅磁時(shí)消耗轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)能量，防止對(duì)轉(zhuǎn)子繞組及勵(lì)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(jì)，分別由廠用直流電和自用電(取自勵(lì)磁變)兩套獨(dú)立電源供電，機(jī)組啟動(dòng)前由廠用直流電源提供系統(tǒng)工作電源，機(jī)組啟動(dòng)后由自用電供電。詳見(jiàn)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(jì)，可靠性高。每個(gè)APD可以輸出4路獨(dú)立直流

24V，每路有單獨(dú)開關(guān)控制。

2.5起勵(lì)單元。

自并勵(lì)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)在機(jī)組首次啟動(dòng)前發(fā)電機(jī)機(jī)端是沒(méi)有電壓的，勵(lì)磁系統(tǒng)工作需要有起勵(lì)回路。起勵(lì)電源取自廠用電，交直流皆可。在起勵(lì)命令發(fā)出后，起勵(lì)電源經(jīng)二極管整流和限流電阻到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，整流橋開始工作。當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓超過(guò)設(shè)定值(一般為30%Ugn)后，起勵(lì)回路自動(dòng)斷開，勵(lì)磁系統(tǒng)開始獨(dú)立工作。如果在起勵(lì)命令發(fā)出10s后，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓未達(dá)到設(shè)定值，勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)出起勵(lì)失敗報(bào)警，并斷開起勵(lì)回路。另外ABB UNITROL 6000與UNITROL 5000系統(tǒng)一樣，具有殘壓起勵(lì)功能，整流橋陽(yáng)極電壓有5-10V電壓就可以殘壓起勵(lì)成功，所以在發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)應(yīng)注意此問(wèn)題，防止發(fā)生意外造成設(shè)備損壞或人員傷亡。

2.6人機(jī)界面。

UNITROL 6000人機(jī)界面也采用全新設(shè)計(jì)，包括勵(lì)磁控制終端 (ECT)和整流屏控制面板(CCP)。ECT具備強(qiáng)大的功能，采用工業(yè)級(jí)PC，配備15寸彩色觸摸屏。采用Modbus TCP 通訊方式，多種語(yǔ)言可選，極大方便了用戶對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的日常監(jiān)視與維護(hù)。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(lì)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(wèn)題，極大地提高了勵(lì)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(dá)0.95以上。

3總結(jié)

ABB UNITROL 6000勵(lì)磁系統(tǒng)作為全新?lián)Q代產(chǎn)品，控制平臺(tái)全面升級(jí)為PEC平臺(tái)，通訊由原來(lái)的ARCnet總線升級(jí)為以太網(wǎng)及光纖通訊，人機(jī)界面升級(jí)為功能強(qiáng)大的ECT等，使其穩(wěn)定性更強(qiáng)，調(diào)節(jié)精度更高，功能完善，結(jié)構(gòu)緊湊，抗干擾能力強(qiáng)，調(diào)試運(yùn)行維護(hù)更加簡(jiǎn)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(jī)廠有限責(zé)任公司。

1672-6758(2013)05-0053-2

TM621.3

A