ABB UNITROL 6000自并勵靜止勵磁系統研究

孔祥帥

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150040)

ABB UNITROL 6000自并勵靜止勵磁系統研究

孔祥帥

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150040)

ABB UNITROL 6000自并勵靜止勵磁系統由調節及控制單元、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勵磁系統相比，具有穩定性更強，調節精度更高，功能完善，結構緊湊，抗干擾能力強，調試運行維護更加簡便等特點。

UNITROL 6000 勵磁系統；光纖通訊

UNITROL 6000 是瑞士ABB公司研發的全新一代自并勵靜止勵磁系統。UNITROL 6000在UNITROL 5000勵磁系統的基礎上，吸收目前數字控制領域內最先進的研究成果和工藝，如FPGA、以太網及光纖通訊等技術研發而成。

1自并勵靜止勵磁系統的組成

自并勵靜止勵磁系統是指整流單元電源取自發電機機端的勵磁系統，它包括勵磁變壓器、調節及控制單元、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速度，易于實現高起始響應比性能。自并勵靜止勵磁系統工作原理如圖1所示。

圖1 自并勵靜止勵磁系統原理框圖

2 UNITROL 6000勵磁系統組成

2.1調節及控制單元。

UNITROL 6000調節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，是當前勵磁控制領域速度最快、性能最強的控制器，為勵磁系統提供高可靠性的控制和限制保護功能，包括：自動電壓調節、勵磁電流調節、軟啟動、轉子溫度監測功能、勵磁電流限制、定子電流限制、低勵限制、V/Hz限制、恒功率因數或恒無功功率控制、PT斷線保護、看門狗功能以及電力系統穩定器(PSS)等。

UNITROL 6000調節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節AVR和勵磁電流調節FCR兩種控制方式)和一個獨立備用手動通道(BFCR)，實現控制回路冗余設計。通道配置見圖2。

圖2 通道配置框圖

系統運行時兩個通道互為備用，AVR和FCR兩種控制方式互相跟蹤。假如當前系統在I通道的AVR方式下運行，勵磁系統發生故障時，調節器切換順序為：I通道的AVR→II通道的AVR→II通道的FCR→I通道的FCR→BFCR，切換停止于系統穩定。如果兩通道或兩種方式間運行狀態相差較大，調節器將閉鎖切換功能。

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冗余設計，即當一個整流橋故障退出時系統仍可滿足包括強勵在內的所有運行工況，當兩個整流橋故障退出時可以滿足系統在額定勵磁電流的工況下長期連續運行。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冷設計，每個整流屏配4個冷卻風機，兩個一組，兩組風機互為備用。風機電源采用冗余電源設計，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安全穩定運行。

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)和門極驅動接口板(GDI)完成，CCI負責整流橋整體的控制和監視功能，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據，整流橋溫度測量，智能均流等。CCI與GDI相連，將可控硅觸發角的脈沖信號傳給可控硅，完成勵磁電流的調節控制功能。

2.3滅磁及過壓保護單元。

UNITROL 6000滅磁開關配置如下：300MW機組配SACE系列多斷口交流開關，這種開關各斷口電壓、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，額定電流4500A，600MW機組同樣配置HPB系列開關，額定電流6000A。HPB直流開關弧室比較大，安全性能好，但價格比較昂貴。HPB開關有兩個線圈，I線圈用于合分開關，II線圈只用于跳閘回路。

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

2.4直流24V工作電源。

系統24V工作電源采用冗余電源設計，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，每路有單獨開關控制。

2.5起勵單元。

自并勵靜止勵磁系統在機組首次啟動前發電機機端是沒有電壓的，勵磁系統工作需要有起勵回路。起勵電源取自廠用電，交直流皆可。在起勵命令發出后，起勵電源經二極管整流和限流電阻到發電機轉子，整流橋開始工作。當發電機機端電壓超過設定值(一般為30%Ugn)后，起勵回路自動斷開，勵磁系統開始獨立工作。如果在起勵命令發出10s后，發電機機端電壓未達到設定值，勵磁系統發出起勵失敗報警，并斷開起勵回路。另外ABB UNITROL 6000與UNITROL 5000系統一樣，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，所以在發電機停機時應注意此問題，防止發生意外造成設備損壞或人員傷亡。

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的日常監視與維護。CCP可以顯示整流橋的參數及事件故障記錄。

2.7其他部分。

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

3總結

ABB UNITROL 6000勵磁系統作為全新換代產品，控制平臺全面升級為PEC平臺，通訊由原來的ARCnet總線升級為以太網及光纖通訊，人機界面升級為功能強大的ECT等，使其穩定性更強，調節精度更高，功能完善，結構緊湊，抗干擾能力強，調試運行維護更加簡便。

ClassNo.:TM621.3DocumentMark：A

(責任編輯：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任公司。

1672-6758(2013)05-0053-2

TM621.3

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