UNITROL 6800 型自动励磁调节器逻辑及回路改造

王海波

（上海申能崇明发电有限公司，上海 202150）

0 引言

近年来，由于随着科学技术的发展，继电保护装置性能不断提升，故障切除时间有所缩短。其中，运用自并励励磁系统的电力系统效果较为显著，其瞬时稳定水平高于使用常规交流励磁机励磁的系统，且对电力系统继电保护的正确动作的影响较小。同时，随着大功率可控硅整流装置性能的优化升级，使得该励磁系统的可靠性也普遍高于交流励磁机励磁系统，尤其大大缩短了机组轴系长度，有效降低了机组的振动（图1）。

图1 自并励励磁系统原理

本文对ABB UNITROL 6800 型励磁调节器内部逻辑梳理，核算励磁调节器与发变组保护配合关系，并以某厂1 号发电机组的参数为例进行计算、分析，解决励磁调节器实际应用中与发变组保护配合等问题。

1 系统参数

自动励磁调节器参数：额定励磁电压为445 V；额定励磁电流为4534 A；强励倍数为2；强励时间为20 s。

励磁变压器参数：容量为7200 kV·A；接线为Yd11；变比为20±2×2.5%/0.88；额定电流为高压207.85 A，低压为4399 A；短路电压为8%；高压侧TA为600/1=600；低压侧TA 为6000/1=6000；励磁变XT励磁变=

2 逻辑及回路改造相关内容

ABB UNITROL 6800 型型励磁系统的软件内励磁电流限制器、定子电流限制器计算模型与GB/T 7064—2017《隐极同步发电机技术要求》的规定存在差异，导致励磁系统内限制器与机组实际过负荷能力、发变组保护的整定存在配合偏差。针对以上情况，对其软件内计算模块进行改造升级，修正计算模型，使其能够满足国标要求，匹配发变组保护的配合关系。

2.1 转子过负荷与励磁转子过励反时限配合关系

（1）根据GB/T 7064—2017 对转子过电流的规定，自额定工况热稳定状态时，转子绕组可承受125%过电流，历时60 s。根据转子热容量决定转子过电流与时间：

其中，if为励磁电流的标幺值，if=If/IfN（If为励磁电流，IfN为额定励磁电流）；t 为持续时间，适用范围10～120 s。

允许其他转子过电流、时间的组合，但在正常运行状态下，其产生的热量必须和额定转子电流时所产生的热量相当。

转子过电流时，转子绕组温度有可能会出现超过额定值的情况，所以，应以每年过电流次数不超过2 次作为电机结构设计条件。

（2）以QFSN 型600～660 MW 水氢氢汽轮发电机为例，转子绕组具有规定的短时过电流能力。励磁电流为208%、146%、125%、112%时，过电流时间分别为10 s、30 s、60 s、120 s。根据《大型发电机组继电保护整定计算与运行技术》，不同励磁方式（常规三机励磁系统、旋转整流三机励磁系统和静止自并励磁系统）发电机有相同的转子绕组允许励磁过电流特性方程：

Ifd——发电机转子电流，A

Ifd.N——发电机额定工况时的转子电流，A

Khe.al——发电机转子励磁绕组允许发热时间常数，取33.75 s

tal——发电机允许过励磁时间，s根据式（1）、式（2）计算磁场电流与时间关系，结果见表1。

表1 励磁电流与允许持续时间关系

（3）UNITROL 6800型励磁电流限制器模型参数如表2 所示。

表2 励磁电流限制器模型参数

限制器积分器启动值为：设定长期运行值加上STS_IfMaxLim_IntStartOffset。

限制器积分器计算值为：设定长期运行值加上STS_IfMaxLim_IntBaseOffset。

限制器动作之后，励磁电流返回值为：设定长期运行值STS_IfmaxLim_MaxThermal。

启动值：Ifd.op=1.1Ifd.n。

升级前励磁过励反时限限制公式：

升级后励磁过励反时限限制公式：

综合上述分析，计算可得表3。

表3 励磁电流限制器升级前后参数对比

2.2 定子过负荷与励磁定子过流反时限曲线配合关系

根据GB/T 7064—2017 对定子过电流的说明：额定容量在1200 MV·A 及以下的电机，自额定工况热稳定状态下开始，应能承受1.5 倍的额定定子电流，历时30 s 无损伤。额定容量超过1200 MV·A 的电机，最大可以承受1.5 倍额定定子电流，过电流时间需要经过供需双方进行协商后确定，可以小于30 s。随电机容量增加，承受1.5 倍额定定子电流过电流时间也可以减少，最小值为15 s。

对于容量在1200 MV·A 及以下的电机，允许的过电流时间与过电流倍数如下：

式中，i 为定子过电流的标幺值，i=（I/IN）（I 为定子电流，IN为额定定子电流）；t 为持续时间，适用范围10～120 s。

允许其他定子过电流和时间的组合，但其组合时产生的热量需要与在额定定子电流时所产生的热量相当。

3 新增PT 慢熔识别判据

新增的PT 慢熔识别判据如图2 所示。

图2 PT 慢熔识别判据

判据1：将备用通道测量的发电机电压标幺值与当前通道测量的发电机电压标幺值做差，如果偏差超过5%，则判据启动，在延时2 s 后切换通道。

判据2：当前通道同步电压标幺值（可控硅阳极电压标幺值）与当前通道测量的发电机电压标幺值做差，如果偏差超过5%，判据启动，延时2 s 后切换通道。

以上两个判据同时识别、同时有效，有效避免了因发电机PT 一次保险慢熔引起的励磁系统错误。

4 新增增减磁防粘连识别判据

新增的增减磁防粘连识别判据如图3 所示。当外部增减磁指令低于100 ms 时，软件程序不执行增减磁指令；当100 ms<外部增减磁指令<700 ms 时，软件程序执行增减磁时长为t-100 ms；当700 ms<外部增减磁指令<3 s 时，软件程序执行增减磁时长为700-100=600 ms；当外部增减磁指令>3 s 时，程序执行增减磁时长为700-100=600 ms，并发出报警。程序中所有时间均可以通过软件进行调整。

图3 增减磁防接点粘连识别判据

5 新增控制柜超温报警逻辑

新增的控制柜超温报警逻辑如图4 所示。电源取自柜内DC 24 V，经温控器接点，当温度超过设定值时，触点导通，板卡收到信号后，内部定义“控制柜内超温”信号，发总报警信号至DCS。

图4 控制柜超温报警逻辑

6 结束语

自动励磁调节器作为发电厂的重要调节设备，与发变组的正确配合对发电机组安全稳定运行起着至关重要的作用。因此，在初期自动励磁调节器和发变组选型之前，就要计算出两者的整定配合关系，以防止励磁调节器与发变组保护配合不当，造成机组停机或设备损坏的重大事故。对于已投产机组，需要积极梳理设备逻辑原理，及时修正励磁调节器与发变组保护定值匹配不符的问题，保障机组安全稳定运行。