ABB UNITROL 6000自并励静止励磁系统研究

孔祥帅

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150040)

ABB UNITROL 6000自并励静止励磁系统研究

孔祥帅

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150040)

ABB UNITROL 6000自并励静止励磁系统由调节及控制单元、功率整流单元、灭磁及过压保护单元、直流24V工作电源、起励单元、人机界面等部分组成，与UNITROL 5000励磁系统相比，具有稳定性更强，调节精度更高，功能完善，结构紧凑，抗干扰能力强，调试运行维护更加简便等特点。

UNITROL 6000 励磁系统；光纤通讯

UNITROL 6000 是瑞士ABB公司研发的全新一代自并励静止励磁系统。UNITROL 6000在UNITROL 5000励磁系统的基础上，吸收目前数字控制领域内最先进的研究成果和工艺，如FPGA、以太网及光纤通讯等技术研发而成。

1自并励静止励磁系统的组成

自并励静止励磁系统是指整流单元电源取自发电机机端的励磁系统，它包括励磁变压器、调节及控制单元、整流单元、过压保护等单元。这种励磁方式在性能上的显著特点是具有高起始励磁电压响应速度，易于实现高起始响应比性能。自并励静止励磁系统工作原理如图1所示。

图1 自并励静止励磁系统原理框图

2 UNITROL 6000励磁系统组成

2.1调节及控制单元。

UNITROL 6000调节及控制单元采用全新PEC系列控制平台，主频高达600MHz，具有64位浮点运算能力，是当前励磁控制领域速度最快、性能最强的控制器，为励磁系统提供高可靠性的控制和限制保护功能，包括：自动电压调节、励磁电流调节、软启动、转子温度监测功能、励磁电流限制、定子电流限制、低励限制、V/Hz限制、恒功率因数或恒无功功率控制、PT断线保护、看门狗功能以及电力系统稳定器(PSS)等。

UNITROL 6000调节及控制单元的典型配置为双通道(每个通道包含自动电压调节AVR和励磁电流调节FCR两种控制方式)和一个独立备用手动通道(BFCR)，实现控制回路冗余设计。通道配置见图2。

图2 通道配置框图

系统运行时两个通道互为备用，AVR和FCR两种控制方式互相跟踪。假如当前系统在I通道的AVR方式下运行，励磁系统发生故障时，调节器切换顺序为：I通道的AVR→II通道的AVR→II通道的FCR→I通道的FCR→BFCR，切换停止于系统稳定。如果两通道或两种方式间运行状态相差较大，调节器将闭锁切换功能。

2.2功率整流单元。

UNITROL 6000由三相全控整流桥组成整流功率单元。整流单元采用n-1冗余设计，即当一个整流桥故障退出时系统仍可满足包括强励在内的所有运行工况，当两个整流桥故障退出时可以满足系统在额定励磁电流的工况下长期连续运行。一般300MW和350MW机组配3个整流桥，600MW机组配5个整流桥。整流单元采用强迫风冷设计，每个整流屏配4个冷却风机，两个一组，两组风机互为备用。风机电源采用冗余电源设计，一路取自厂用电，另一路取自励磁变，确保整流单元冷却系统安全稳定运行。

与UNITROL 5000整流单元的不同之处在于UNITROL 6000整流桥的控制由整流桥控制接口板(CCI)，整流桥信号板(CSI)和门极驱动接口板(GDI)完成，CCI负责整流桥整体的控制和监视功能，具体包括处理CSI采集的阳极电压，励磁电压和励磁电流等数据，整流桥温度测量，智能均流等。CCI与GDI相连，将可控硅触发角的脉冲信号传给可控硅，完成励磁电流的调节控制功能。

2.3灭磁及过压保护单元。

UNITROL 6000灭磁开关配置如下：300MW机组配SACE系列多断口交流开关，这种开关各断口电压、电流相对较低，价格也相对便宜。350MW机组配HPB系列快速直流开关，额定电流4500A，600MW机组同样配置HPB系列开关，额定电流6000A。HPB直流开关弧室比较大，安全性能好，但价格比较昂贵。HPB开关有两个线圈，I线圈用于合分开关，II线圈只用于跳闸回路。

灭磁回路由CROWBAR串联灭磁电阻组成，灭磁电阻选用碳化硅非线性电阻，按20%裕量设计，可在发电机停机或事故灭磁时消耗转子磁场能量，防止对转子绕组及励磁系统造成损害。

2.4直流24V工作电源。

系统24V工作电源采用冗余电源设计，分别由厂用直流电和自用电(取自励磁变)两套独立电源供电，机组启动前由厂用直流电源提供系统工作电源，机组启动后由自用电供电。详见图3。

图3 直流24V电源框图

与UNITROL 5000电源回路的最大不同是在24V电源回路的末端增加了电源分配器(APD)，APD采用模块化设计，可靠性高。每个APD可以输出4路独立直流

24V，每路有单独开关控制。

2.5起励单元。

自并励静止励磁系统在机组首次启动前发电机机端是没有电压的，励磁系统工作需要有起励回路。起励电源取自厂用电，交直流皆可。在起励命令发出后，起励电源经二极管整流和限流电阻到发电机转子，整流桥开始工作。当发电机机端电压超过设定值(一般为30%Ugn)后，起励回路自动断开，励磁系统开始独立工作。如果在起励命令发出10s后，发电机机端电压未达到设定值，励磁系统发出起励失败报警，并断开起励回路。另外ABB UNITROL 6000与UNITROL 5000系统一样，具有残压起励功能，整流桥阳极电压有5-10V电压就可以残压起励成功，所以在发电机停机时应注意此问题，防止发生意外造成设备损坏或人员伤亡。

2.6人机界面。

UNITROL 6000人机界面也采用全新设计，包括励磁控制终端 (ECT)和整流屏控制面板(CCP)。ECT具备强大的功能，采用工业级PC，配备15寸彩色触摸屏。采用Modbus TCP 通讯方式，多种语言可选，极大方便了用户对励磁系统的日常监视与维护。CCP可以显示整流桥的参数及事件故障记录。

2.7其他部分。

UNITROL 6000励磁系统采用以太网及光纤通讯技术，有效避免了电磁干扰问题，极大地提高了励磁系统的稳定性和安全性。采用智能均流技术，均流系数可达0.95以上。

3总结

ABB UNITROL 6000励磁系统作为全新换代产品，控制平台全面升级为PEC平台，通讯由原来的ARCnet总线升级为以太网及光纤通讯，人机界面升级为功能强大的ECT等，使其稳定性更强，调节精度更高，功能完善，结构紧凑，抗干扰能力强，调试运行维护更加简便。

ClassNo.:TM621.3DocumentMark：A

(责任编辑：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

孔祥帅，助理工程师，哈尔滨电机厂有限责任公司。

1672-6758(2013)05-0053-2

TM621.3

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