UN5000勵磁調節器改造后功率柜均流問題的探討

戴超超

（浙江浙能嘉興發電有限公司，浙江嘉興314201）

UN5000勵磁調節器改造后功率柜均流問題的探討

戴超超

（浙江浙能嘉興發電有限公司，浙江嘉興314201）

早期600 MW發電機勵磁調節器使用進口設備，長期運行后UN5000型發電機勵磁調節器出現的一些問題影響了機組的安全穩定運行，為此對勵磁調節器進行了改造，針對改造后出現功率柜均流問題，提出加裝脈沖調節柜的措施，有效解決了勵磁均流問題。

發電機；勵磁調節器；整流柜；均流

嘉興發電廠600 MW發電機為單元式接線，發電機出口無斷路器，勵磁功率單元接線方式為：勵磁電源取自發電機機端，經勵磁變壓器降壓，再經三相全控橋式整流的自并勵方式，發電機勵磁使用UN5000型勵磁調節器，運行時間10年，元件出現老化，而勵磁調節器內部通信為Arcnet現場總線方式，在線處理控制器的卡件會出現誤出口現象，為了發電機勵磁系統的安全，研究UN5000型勵磁調節器的控制器國產化改造以及改造后均流系數不滿足規程要求應采取的措施。

1 UN5000發電機勵磁調節器的改造

1.1 系統結構

ABB公司UN5000勵磁調節器于2004年5月正式投運。如圖1所示，勵磁機柜組成包括：勵磁調節器柜、勵磁開關柜、勵磁直流出線柜、可控硅整流柜和勵磁交流進線柜。

圖1 ABB公司UN5000勵磁系統

UN5000是基于微機控制的數字式控制系統，勵磁調節器的核心是控制板COB，所有的調節、控制以及脈沖形成等功能均由COB實現。帶數字信號處理器DSP的測量單元板MUB用于實際值的快速測量。2塊板疊裝在同一個金屬箱內，形成獨立的調節通道。箱內安裝1塊獨立結構的擴展門極控制板EGC作備用通道，作為自動控制器失效情況下的備用勵磁電流調節。1套勵磁系統配置2套互為冗余并完全獨立的調節通道，每個通道可以控制1個或多個并聯的整流橋。

勵磁系統內部通信通過Arcnet現場總線實現，就地控制面板LCP的測量和報警信號以及就地控制命令也通過通信線路發送。UN5000勵磁系統采用智能均流措施（在每個可控硅整流柜安裝了霍爾測量元件），各整流橋的可控硅觸發角度單獨計算，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均流效果的影響。

1.2 勵磁調節器改造

保持勵磁系統一次設備不變，控制系統全部更換。保留交流進線柜、可控硅整流柜、滅磁開關柜和滅磁電阻柜。采用南瑞科技的NES6100勵磁調節器，工作原理如圖2所示。

圖2 NES6100勵磁調節器工作原理

改造后滿足與原UN5000勵磁系統一次設備所有接口要求。微機勵磁調節裝置具備自診斷功能和檢驗調試各功能的軟件和接口，配置2個軟件、硬件相同且獨立工作的全冗余控制通道，雙自動通道能可靠無擾動地切換，每個通道的自動與手動模式也能可靠無擾動地切換。其控制單元采用高性能微處理器PowerPC和2塊支持高速浮點運算的數字信號處理器DSP構成的多核硬件平臺，采用嵌入式實時多任務操作系統。

NES6100勵磁系統在均流方面的設計思路為物理均流，其可控硅觸發方式屬于各個功率柜一致性觸發，而原交流進線位置在5臺功率柜的一側，屬于單側進線方式，這種安裝方式會導致各個功率柜的交流阻抗不一致，造成機組均流系數不滿足標準要求。

2 改造后出現的問題

2.1 問題分析

勵磁系統的功率整流裝置通常采用多路并連結構，這就要求多柜并聯運行的大功率整流柜間具有良好的均流系數，以便設備容量得到充分合理的應用。對于自并勵勵磁系統，其回路等效電路如圖3所示。在圖3中：電壓源US1i表示第i個可控硅整流柜輸出電壓的大小；US2i表示第i個可控硅整流柜可控硅的平均通態壓降；Ri表示勵磁系統中第i個可控硅整流柜的交直流回路的等效電阻；Li表示勵磁系統中第i個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表示發電機轉子回路電阻；L表示發電機轉子回路電感。

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

UN5000勵磁系統采用智能均流，設計時不必考慮整流變壓器和整流橋間接線對均流效果的影響，交流進線柜可放置在任何位置，靠各個可控硅整流柜正、負板銅排上的霍爾測量元件反饋給勵磁調節器主控板電流值，達到可控硅整流柜均流。但NES6100勵磁調節器控制系統設計思路為物理均流，而由于可控硅整流柜未更換，其布局無法改變，交流進線柜安裝在邊柜，各個可控硅整流柜與交流進線柜有一定距離差，各可控硅支路阻抗不同，使可控硅的均流性受到影響。

圖3 自并勵勵磁回路等效電路

為了掌握可控硅觸發情況以及各個可控硅整流柜電流的差別量，在對功率柜各相電流進行測試，在發電機額定出現差異電壓下，使可控硅的均流性受到影響。如表1所示，均流系數為0.849。

表1 并勵空載額定工況功率柜電流

根據DL/T 843－2010《大中型汽輪發電機勵磁系統技術條件》第6.4.6條的要求，功率整流裝置的均流系數應不小于0.9，可見改造后的均流系數不符合要求。

2.2 解決方案

對UN5000勵磁調節器改造后出現的可控硅整流柜均流問題進行綜合分析，提出了2種解決方案。

方案1：在可控硅整流柜交流進線側安裝磁環以增加阻抗，調節各功率柜之間存在的阻抗差。這種方案制造簡單，便于實現。利用機組停機機會，對可控硅整流柜功率柜交流母線距離進行了測量，如圖4所示，由于交流輸入和直流輸出母線距離太小（小于50 mm），安裝磁環后安全距離不夠，因此放棄該方案。

圖4 UN5000功率柜母線配置

方案2：在各個功率柜中安裝6塊脈沖調理板，圖5為脈沖調理板原理，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，現場使用時，只需調節出力較大的功率柜的脈沖偏移板參數調節，就能達到改善均流的目的。

圖5 脈沖調理板原理

根據空載工況測得的電流波形及電流量情況，EG1和EG4，EG5柜電流偏大，脈沖調理板對調節器發出的脈沖進行核算和調整，使得各機柜的輸出電流盡量接近，脈沖最大調整角度為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為運行時的均流試驗記錄（空載工況和547 MW，120 Mvar負載工況），計算均流系數大于0.9。

表2 并勵功率柜電流

由此可見，通過發電機勵磁調節器脈沖調理板發出的脈沖，對可控硅的均流進行調整，能可靠提高改造后可控硅整流柜的均流系數。

3 結論

對UN5000勵磁調節器控制系統的改造，解決了調節器多年運行后電子元件老化、備品備件價格昂貴以及網源協調技術水平不高等問題。在發電機勵磁調節器功率柜增加脈沖調理板，通過現場試驗和計算，利用脈沖調理板進行脈沖微調移相來達到勵磁系統均流要求。以最小的改動實現了勵磁調節器的更新升級，可為同類型發電機機組的勵磁系統改造提供參考。

[1]DL/T 843－2010大型汽輪發電機勵磁系統技術條件[S].北京：中國電力出版社，2011.

[2]毛立森，何靖.發電機勵磁系統不均流現象分析[J].華電技術，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，高級工程師，主要從事發電廠電氣設備管理工作。