浅谈UNITROL5000励磁系统在水电厂的应用

浅谈UNITROL5000励磁系统在水电厂的应用

杨虎

（天生桥水力发电总厂562400）

摘要：UNITROL5000励磁系统在水电厂的应用中发挥着重要作用，因此，对UNITROL5000励磁系统在水电厂的应用进行理论性总结和研究也就显得尤为重要。本文中笔者详细叙述了UNITROL5000励磁系统简介、UNITROL5000励磁系统部分功能在水电厂的应用以及UNITROL5000励磁系统励磁投入及运行情况。

关键词：UNITROL5000励磁系统；水电厂；应用

一、UNITROL5000励磁系统简介

UNITROL5000型励磁系统是瑞士ABB公司于98年推出的数字式同步发电机静止励磁系统，为UNITROL系列的第五代励磁系统。

UNITROL5000不仅包含了它的前两代励磁调节器UNITROLF和UNITROLP的核心技术，同时还吸收了目前数字控制领域内最先进的研究成果和工艺，如DSP数字信号处理技术、可控硅整流桥智能化均流技术、低残压快速起励技术、完善的通讯功能和多种调试手段、ARCnet现场总线技术等。可以说，该系统代表了目前励磁控制领域的世界先进水平。

UNITROL5000型励磁系统自推向市场以来，在世界各地得到了广泛应用。近年来，该型原装或组装的励磁系统在国内逐步被众多大中型水、火电厂用户所采用，具有一定的市场影响力。

二、UNITROL5000励磁系统部分功能在发电厂的应用

天生桥水力发电总厂位于贵州省兴义市，电站位于黔桂界河红水河上游南盘江畔，为引水式发电站，电站总装机容量132万千瓦（6×220MW），同时管辖500kV、220kV开关站各一座。电站于1984年初主体工程正式开工，1992年12月首台机组投产发电，2000年全部建成，是西电东送的发源地，也是南方电网主网架的主要枢纽点。

我厂励磁系统为自并励系统，励磁电源取自发电机机端。同步发电机的磁场电流经由励磁变压器–T02、可控硅整流桥+EG.1+EG.4和磁场断路器–Q02、负极隔离开关–Q01提供。起励开始时，发动机的起励能量来自发电机残压。当可控硅整流桥的输入电压升到10V~20V时，可控硅整流桥和励磁调节器就投入正常工作，由AVR控制进行软起励过程。全国大中型水电厂技术协作网技术交流文集200机组开机并网后，正常情况下励磁系统工作于自动电压调节方式（AVR），两套相互独立的励磁调节器（-A10，-A20）对励磁系统进行自动调节。灭磁回路主要由磁场断路器-Q02、灭磁电阻-R02、晶闸管跨接器-F02及其相关的触发元件-A02组成。接口模块如快速输入输出板（FIO）和主回路信号接口板（PSI）等可以为上述控制板提供测量信号和控制信号的电气隔离。此外，每个可控硅整流桥都配备一套接口电路，包括整流桥接口板（CIN）、门极驱动板（GDI）和整流桥显示单元（CDP）。在励磁系统内，控制和状态信号的交换是通过ARCnet网实现的。磁场断路器跳闸回路还附加了硬件回路。

三、UNITROL5000励磁系统励磁投入及运行情况

1、起励

UNITROLR5000型励磁系统能够实现残压起励。在起励过程中，其电子控制回路能够正常工作所需的可控硅整流器阳极电压仅为约10V∽20V。残压起励如果不成功，则启动备用起励回路。

我厂机组在开机第450步时（机组转速>95%Ne且励磁工作正常）由主站发投励磁令，励磁系统接收到该命令后可控硅整流桥控制角马上达到全开放（15°），连续触发可控硅整流桥，当可控硅整流桥的输入电压升到10V~20V，可控硅整流桥和励磁调节器就投入正常工作，机端电压达到发电机额定电压的30%时，延时100ms起励过程结束，软起励过程开始并将发电机电压升到额定电压20KV，整个起励过程大约为13s。如果机组剩磁很少，在5秒内无法用残压建立正常工作所需的10V∽20V电压，则起动备用起励回路（-T03，-V03，-K03）。机端电压即达到发电机额定电压的30%时，K03断开后起励回路自动退出，软起励将发电机电压升到额定。整个起励过程的控制和监测都是通过AVR软件实现的。如果机组在设定的最长10S时间内（5S残压起励时间+5S备用起励时间）机端电压仍无法达到发电机额定电压的30%时，励磁系统将会报警“起励失败”，闭锁脉冲，励磁退出。

2、运行

并网后，励磁系统工作于AVR方式，调节发电机的端电压和无功功率，或工作于叠加调节方式，包括恒功率因数调节、恒无功调节以及可以接受电厂调度指令的组合调节等。励磁调节器采取双通道（-A10和-A20）结构。每个通道是一个主要由主控板（COB）和测量单元板（MUB）构成的独立的处理系统，具有发电机机端电压调节、励磁电流调节、励磁监视保护功能和可编程控制逻辑软件。主控板COB是励磁调节器的核心部分，所有的调节、控制以及脉冲形成等功能均由COB实现。带数字信号处理器DSP的测量单元板MUB用于机端电压和电流的快速测量。这两块板叠装在同一个金属箱内，形成一个独立的调节通道。两个通道完全相同，都包括自动和手动两种调节方式，可任选通道1或通道2为运行通道。备用通道（非运行通道）总是自动地跟踪运行通道。在机组没有检测到故障的情况下，两个通道可以任意切换。

3、停机灭磁

在正常停机第210步时，励磁系统接收到退励磁令后，先进行逆变灭磁，导通角马上全开放（149°），60秒后灭磁过程结束，可控硅触发脉冲被闭锁，励磁退出。当机组转速下降到60%Ne时，监控系统发投电气制动令，励磁重新投入，当机组转速下降到10%Ne时，投入机械制动，直到转速为0切电气制动，励磁退出。由于我厂机组启停操作比较频繁，在正常停机时仅进行逆变灭磁，不跳灭磁开关。在故障情况下，发电机保护或励磁系统本身内部保护动作，作用于灭磁开关跳闸、闭锁脉冲，同时接通跨接器触发板，将转子电流导入灭磁电阻，从而快速的将能量消耗。

四、结语

无论从硬件、软件还是工艺结构设计方面，UNITROL5000型励磁系统均有独到之处；运行安全稳定，维护检修方便。笔者写此文希望学习和总结一些经验和教训，并与其他使用相同型号励磁系统的单位、专家交流，共同吸收和消化其先进技术，确保机组安全稳定运行。

参考文献：

[1]汤晓华，周德平，邹登海，郭小进.自并励励磁系统改造和运行中的几点问题分析及解决措施[A].湖北省中、小水电建设与管理专委会成立大会及学术研讨会资料汇编论文集[C].2004

[2]汤晓华，周德平，邹登海，郭小进.自并励励磁系统改造和运行中的几点问题分析及解决措施[A].湖北省中小水电建设与管理专委会成立大会资料汇编[C].2004

[3]林亿昌.天一水电厂励磁系统改造[A].全国大中型水电厂技术协作网技术交流文集（十三）水电厂改造专集[C].2010

[4]詹坤；程泽斌；李坤寿，UNITROL5000励磁系统在水布垭电厂的应用，全国大中型水电厂技术协作网技术交流论文集（十一）水电机组励磁系统专集2009-09-01中国会议