戴超超

（浙江浙能嘉興發(fā)電有限公司，浙江嘉興314201）

UN5000勵(lì)磁調(diào)節(jié)器改造后功率柜均流問題的探討

戴超超

（浙江浙能嘉興發(fā)電有限公司，浙江嘉興314201）

早期600 MW發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器使用進(jìn)口設(shè)備，長(zhǎng)期運(yùn)行后UN5000型發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器出現(xiàn)的一些問題影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為此對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器進(jìn)行了改造，針對(duì)改造后出現(xiàn)功率柜均流問題，提出加裝脈沖調(diào)節(jié)柜的措施，有效解決了勵(lì)磁均流問題。

發(fā)電機(jī)；勵(lì)磁調(diào)節(jié)器；整流柜；均流

嘉興發(fā)電廠600 MW發(fā)電機(jī)為單元式接線，發(fā)電機(jī)出口無斷路器，勵(lì)磁功率單元接線方式為：勵(lì)磁電源取自發(fā)電機(jī)機(jī)端，經(jīng)勵(lì)磁變壓器降壓，再經(jīng)三相全控橋式整流的自并勵(lì)方式，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁使用UN5000型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，運(yùn)行時(shí)間10年，元件出現(xiàn)老化，而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部通信為Arcnet現(xiàn)場(chǎng)總線方式，在線處理控制器的卡件會(huì)出現(xiàn)誤出口現(xiàn)象，為了發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的安全，研究UN5000型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制器國(guó)產(chǎn)化改造以及改造后均流系數(shù)不滿足規(guī)程要求應(yīng)采取的措施。

1 UN5000發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的改造

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ABB公司UN5000勵(lì)磁調(diào)節(jié)器于2004年5月正式投運(yùn)。如圖1所示，勵(lì)磁機(jī)柜組成包括：勵(lì)磁調(diào)節(jié)器柜、勵(lì)磁開關(guān)柜、勵(lì)磁直流出線柜、可控硅整流柜和勵(lì)磁交流進(jìn)線柜。

圖1 ABB公司UN5000勵(lì)磁系統(tǒng)

UN5000是基于微機(jī)控制的數(shù)字式控制系統(tǒng)，勵(lì)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(shí)現(xiàn)。帶數(shù)字信號(hào)處理器DSP的測(cè)量單元板MUB用于實(shí)際值的快速測(cè)量。2塊板疊裝在同一個(gè)金屬箱內(nèi)，形成獨(dú)立的調(diào)節(jié)通道。箱內(nèi)安裝1塊獨(dú)立結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展門極控制板EGC作備用通道，作為自動(dòng)控制器失效情況下的備用勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)。1套勵(lì)磁系統(tǒng)配置2套互為冗余并完全獨(dú)立的調(diào)節(jié)通道，每個(gè)通道可以控制1個(gè)或多個(gè)并聯(lián)的整流橋。

勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)部通信通過Arcnet現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)，就地控制面板LCP的測(cè)量和報(bào)警信號(hào)以及就地控制命令也通過通信線路發(fā)送。UN5000勵(lì)磁系統(tǒng)采用智能均流措施（在每個(gè)可控硅整流柜安裝了霍爾測(cè)量元件），各整流橋的可控硅觸發(fā)角度單獨(dú)計(jì)算，因此不必考慮整流變壓器和整流橋間接線以及各整流柜物理位置等對(duì)均流效果的影響。

1.2 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器改造

保持勵(lì)磁系統(tǒng)一次設(shè)備不變，控制系統(tǒng)全部更換。保留交流進(jìn)線柜、可控硅整流柜、滅磁開關(guān)柜和滅磁電阻柜。采用南瑞科技的NES6100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，工作原理如圖2所示。

圖2 NES6100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器工作原理

改造后滿足與原UN5000勵(lì)磁系統(tǒng)一次設(shè)備所有接口要求。微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置具備自診斷功能和檢驗(yàn)調(diào)試各功能的軟件和接口，配置2個(gè)軟件、硬件相同且獨(dú)立工作的全冗余控制通道，雙自動(dòng)通道能可靠無擾動(dòng)地切換，每個(gè)通道的自動(dòng)與手動(dòng)模式也能可靠無擾動(dòng)地切換。其控制單元采用高性能微處理器PowerPC和2塊支持高速浮點(diǎn)運(yùn)算的數(shù)字信號(hào)處理器DSP構(gòu)成的多核硬件平臺(tái)，采用嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。

NES6100勵(lì)磁系統(tǒng)在均流方面的設(shè)計(jì)思路為物理均流，其可控硅觸發(fā)方式屬于各個(gè)功率柜一致性觸發(fā)，而原交流進(jìn)線位置在5臺(tái)功率柜的一側(cè)，屬于單側(cè)進(jìn)線方式，這種安裝方式會(huì)導(dǎo)致各個(gè)功率柜的交流阻抗不一致，造成機(jī)組均流系數(shù)不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 改造后出現(xiàn)的問題

2.1 問題分析

勵(lì)磁系統(tǒng)的功率整流裝置通常采用多路并連結(jié)構(gòu)，這就要求多柜并聯(lián)運(yùn)行的大功率整流柜間具有良好的均流系數(shù)，以便設(shè)備容量得到充分合理的應(yīng)用。對(duì)于自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)，其回路等效電路如圖3所示。在圖3中：電壓源US1i表示第i個(gè)可控硅整流柜輸出電壓的大??；US2i表示第i個(gè)可控硅整流柜可控硅的平均通態(tài)壓降；Ri表示勵(lì)磁系統(tǒng)中第i個(gè)可控硅整流柜的交直流回路的等效電阻；Li表示勵(lì)磁系統(tǒng)中第i個(gè)可控硅整流柜的交直流回路的等效電感（包括自感和互感）；R表示發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路電阻；L表示發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路電感。

影響可控硅整流柜均流有以下因素：可控硅觸發(fā)的一致性；可控硅平均通態(tài)壓降；交直流回路電阻和電感。

UN5000勵(lì)磁系統(tǒng)采用智能均流，設(shè)計(jì)時(shí)不必考慮整流變壓器和整流橋間接線對(duì)均流效果的影響，交流進(jìn)線柜可放置在任何位置，靠各個(gè)可控硅整流柜正、負(fù)板銅排上的霍爾測(cè)量元件反饋給勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主控板電流值，達(dá)到可控硅整流柜均流。但NES6100勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路為物理均流，而由于可控硅整流柜未更換，其布局無法改變，交流進(jìn)線柜安裝在邊柜，各個(gè)可控硅整流柜與交流進(jìn)線柜有一定距離差，各可控硅支路阻抗不同，使可控硅的均流性受到影響。

圖3 自并勵(lì)勵(lì)磁回路等效電路

為了掌握可控硅觸發(fā)情況以及各個(gè)可控硅整流柜電流的差別量，在對(duì)功率柜各相電流進(jìn)行測(cè)試，在發(fā)電機(jī)額定出現(xiàn)差異電壓下，使可控硅的均流性受到影響。如表1所示，均流系數(shù)為0.849。

表1 并勵(lì)空載額定工況功率柜電流

根據(jù)DL/T 843－2010《大中型汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件》第6.4.6條的要求，功率整流裝置的均流系數(shù)應(yīng)不小于0.9，可見改造后的均流系數(shù)不符合要求。

2.2 解決方案

對(duì)UN5000勵(lì)磁調(diào)節(jié)器改造后出現(xiàn)的可控硅整流柜均流問題進(jìn)行綜合分析，提出了2種解決方案。

方案1：在可控硅整流柜交流進(jìn)線側(cè)安裝磁環(huán)以增加阻抗，調(diào)節(jié)各功率柜之間存在的阻抗差。這種方案制造簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)。利用機(jī)組停機(jī)機(jī)會(huì)，對(duì)可控硅整流柜功率柜交流母線距離進(jìn)行了測(cè)量，如圖4所示，由于交流輸入和直流輸出母線距離太?。ㄐ∮?0 mm），安裝磁環(huán)后安全距離不夠，因此放棄該方案。

圖4 UN5000功率柜母線配置

方案2：在各個(gè)功率柜中安裝6塊脈沖調(diào)理板，圖5為脈沖調(diào)理板原理，通過模擬電路將脈沖滯后0°～2°后，再將脈沖通過脈沖變壓器隔離后送至可控硅，現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，只需調(diào)節(jié)出力較大的功率柜的脈沖偏移板參數(shù)調(diào)節(jié)，就能達(dá)到改善均流的目的。

圖5 脈沖調(diào)理板原理

根據(jù)空載工況測(cè)得的電流波形及電流量情況，EG1和EG4，EG5柜電流偏大，脈沖調(diào)理板對(duì)調(diào)節(jié)器發(fā)出的脈沖進(jìn)行核算和調(diào)整，使得各機(jī)柜的輸出電流盡量接近，脈沖最大調(diào)整角度為1.5°（EG1柜移相了1.0°，EG4柜移相了0.5°，EG5柜移相了1.5°）。表2為運(yùn)行時(shí)的均流試驗(yàn)記錄（空載工況和547 MW，120 Mvar負(fù)載工況），計(jì)算均流系數(shù)大于0.9。

表2 并勵(lì)功率柜電流

由此可見，通過發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器脈沖調(diào)理板發(fā)出的脈沖，對(duì)可控硅的均流進(jìn)行調(diào)整，能可靠提高改造后可控硅整流柜的均流系數(shù)。

3 結(jié)論

對(duì)UN5000勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)的改造，解決了調(diào)節(jié)器多年運(yùn)行后電子元件老化、備品備件價(jià)格昂貴以及網(wǎng)源協(xié)調(diào)技術(shù)水平不高等問題。在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器功率柜增加脈沖調(diào)理板，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和計(jì)算，利用脈沖調(diào)理板進(jìn)行脈沖微調(diào)移相來達(dá)到勵(lì)磁系統(tǒng)均流要求。以最小的改動(dòng)實(shí)現(xiàn)了勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的更新升級(jí)，可為同類型發(fā)電機(jī)機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)改造提供參考。

[1]DL/T 843－2010大型汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件[S].北京：中國(guó)電力出版社，2011.

[2]毛立森，何靖.發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)不均流現(xiàn)象分析[J].華電技術(shù)，2010（3）∶13－16.

（本文編輯：徐晗）

Discussion on Current Sharing of Power Cabinet after Retrofit of UN5000 Excitation Regulator

DAI Chaochao
（Zhejiang Zheneng Jiaxing Power Generation Co.，Ltd.，Jiaxing Zhejiang 314201，China）

In the early time，excitation regulators imported from abroad were used for 600 MW generators.After long operation，problems occurred in UN5000 excitation regulators of generators affect operation safety and stability of units.Therefore，the excitation regulators are transformed.To handle current sharing of power cabinet that occurs after the retrofit，the paper suggests equipping pulse conditioning board and excitation current sharing is effectively finished.

generator；excitation regulator；silicon controlled rectifier；current sharing

TM761+.11

：B

：1007-1881（2016）04-0059-03

2015-11-20

戴超超（1963），男，高級(jí)工程師，主要從事發(fā)電廠電氣設(shè)備管理工作。