UNITROL 5000励磁调节器在600MW汽轮发电机组上的应用

杜永斌

（哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150040）

1 前言

ABB UNITROL 5000型励磁调节器是ABB公司研制的微机励磁调节器，由哈电机引进ABB励磁技术进行散件组装的该型号励磁调节器在2004年左右在国内投运至今，运行情况良好，得到了国内用户的广泛认可。本文将结合该调节器在哈三电厂600MW汽轮发电机组对其进行介绍和具体分析。

2 系统原理

UNITROL 5000励磁调节器是ABB公司的UNITROL系列的第五代产品，是在原UNITROL.F的基础上而产生的新的励磁调节系统。与以前的UNITROL.F相比，UNTROL 5000励磁系统增加了一系列新的功能，像多桥并联运行的可控硅整流桥智能均流、残压起励等。

哈三电厂600MW汽轮发电机组采用机端自并励静止励磁系统，此UNITROL 5000励磁系统由两套完全独立的相同工控机通道构成两通道混合冗余冗错系统。每台工控机都包含自动通道和手动通道（COB）。两台工控机为互为备用的运行方式。同时还设有独立的手动通道（EGC）作为备用，工控机的自动、手动通道之间和工控机独立手动通道之间能自动跟踪且无扰动切换；手动通道还可以在做发电机空载、短路试验时使用。

当发电机的励磁电压和电流不超过其额定励磁电流和电压的1.1倍时，该励磁系统可以连续运行无异常。

该励磁系统具有短时过载能力，大于发电机转子绕组的短时过负荷能力；按80%极端电压计算，励磁系统强励倍数大于2，励磁系统强励时间可大于10S。

该励磁系统具备高起始响应特性，在0.1S内励磁电压增长值达到顶值电压和额定电压差值的95%。励磁系统响应比（V/V）即电压上升速度，大于3.58倍/S。

在空载额定电压下，当电压给定阶跃响应为±10%时，发电机电压超调量不大于阶跃量的30%；振荡次数不超过3次；发电机定子电压的调整时间不超过5秒。

发电机零起升压时，该调节器可控制定子电压的超调量不超过额定值的10%，调节时间不大于10S，电压振荡次数不大于3次。该励磁系统稳态增益保证发电机电压静差率达到±1%。

该励磁调节器的调压范围，发电机空载时能在0～110%额定电压范围内稳定平滑调节。

在发电机空载运行状态下，自动励磁调节器调压速度，不大于1%额定电压/秒；不小于0.3%额定电压/秒。

发电机转子回路设有过电压保护，其动作电压的分散性不大于±10%，励磁装置的可控硅元件以及其他设备能承受直流侧短路故障、发电机滑极、异步运行等工况而不损坏。

3 硬件结构

UNITROL5000励磁调节器的核心是控制板（COB）。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）用于实际值的快速测量。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。箱内还可安装一块结构上独立的扩展门极控制板（EGC）作备用通道，用于励磁电流调节。

快速输入输出接口板（FIO）和整流桥接口板（CIN）等接口装置用于电气隔离和信号转换。

主回路信号接口板PSI用于实现电气隔离，以及将磁场测量信号变换后送到测量单元板（MUB）。

采用五个整流桥整流输出，利用n-2冗余结构，即当一个整流桥故障退出运行时，励磁系统可以满足包括强励在内的所有发电机运行工况；当两个整流桥故障退出运行时，励磁系统可以满足发电机在额定状态连续运行。

整流桥接口板（CIN）是一个独立的控制和调节部件，是整流柜的一个组成部分，与门极驱动板（GDI）、电流传感器（CUS）和整流桥显示单元（CDP）配合使用。其主要功能是向门极驱动板（GDI）发送用于触发三相全控整流桥的脉冲列。

门极驱动板（GDI）用于将脉冲放大到晶闸管触发所必需的水平。脉冲变压器一般安装在GDI板上。

电流传感器（CUS）用于测量晶闸管整流桥的分支电流。其输出直接送到整流器接口板(CIN)。

整流桥显示器（CDP）安装在柜门上，用于指示整流桥的运行状况。

采用直流侧灭磁，它包括安装于整流桥直流侧的HPB磁场断路器、跨接器、灭磁电阻以及脉冲闭锁回路等。

多功能手持屏（SPA）用于调试和维护。SPA具有就地操作、参数设定和应用程序编程功能。

就地控制面板（LCP）具有良好的人机界面，用于对励磁系统进行就地操作和监视。LCP也可安装于电站中控室内，用于远方控制。

励磁系统的内部通讯是通过ARCnet现场总线实现的

4 软件功能

UNITROL 5000励磁调节器的全部调节功能都是通过软件来实现的，其模块化的图形语言，为操作者调试和故障排查提供了便利。其软件功能除了基本的起励、调节和灭磁外，还包括了一些辅助的功能，如各种限制保护功能、转子温度检测、可控硅温度检测、可控硅导通检测、功率柜自动故障退出和风机自动切换等。

该调节器具有双自动通道，每个自动通道的COB主控板都含有一个自动电压调节器（AVR）和励磁电流调节器（FCR）。自动跟踪功能用于实现自动电压调节方式（AVR）和励磁电流调节方式（FCR）间的平稳切换（见图1）。切换可以是由PT断相故障引起的自动切换或是人为切换。AVR控制电压与FCR控制电压间的差值被用作备用调节器的跟踪控制。双自动通道切换时通常是从运行通道的自动方式切换至备用通道的自动方式，任何一个通道都可以工作在运行方式或备用方式。在不能切换到备用通道自动方式时，才切换到手动方式。如果两个通道都不能正常工作，励磁系统将启动跳闸命令。此时，备用通道的跟踪信号为运行通道控制电压和备用通道控制电压的差值。

图1 UNITROL 5000励磁调节器通道切换示意图

该调节器具有软起励功能，用于防止机端电压的起励超调。励磁调节器接到开机令后即开始起励升压，当机端电压大于10%额定值后，调节器以可设定的速度增加给定值，使机端电压逐步上升到额定值。

该调节器的PID调节控制器的输入是实际值对给定值的偏差。PID控制器的输出电压为门极控制单元的输入信号。

该调节器的每个限制器都有其限制量和限制值，当限制量的数值达到限制值时，限制器动作。每个限制器均产生一个限制量与限制值之间的偏差信号。 其具体限制功能包括励磁电流限制器、定子电流限制器、P/Q限制器、V/Hz限制器等。

该调节器的并联整流桥采用智能均流设计，利用软件动态电流分布功能，通过软件可以补偿每个可控硅回路性能的差异，使流过每个可控硅的电流基本相等，可保证整流桥的均流系数在90%以上。

该调节器采用CMT软件调试和维护，利用CMT工具可以实现调节器的所有控制功能和参数的在线修改，同时可以自行选择测量信号进行录波，还可以自动存储故障时的波形，方便故障时诊断和分析。

5 结语

哈电机组装的UNITROL 5000励磁调节器成功地在哈三电厂600MW汽轮发电机组上投入运行，其强大的功能和成熟的控制理论值得我们借鉴和吸收，以加强国内励磁调节器的设计水平和国际竞争力。

[1]GB/T 7409.3-2007《大、中型同步发电机励磁系统技术要求》