励磁系统学习心得

百色水电厂励磁系统学习 刘思远

百色水电厂励磁系统学习

1. 概述

A：右江百色水利枢纽水轮发电机组励磁系统采用UNITROL 5000型静态励磁系统，该系统是瑞士ABB Industrie AG于1998年研制成功的UNITROL系列第五代产品，用于同步发电机静止励磁系统。 B：本厂励磁系统的结构属于具有直流磁场开关的自并激系统，在静态励磁系统（自并励）中，励磁交流电源取自发电机机端GCB机组侧。同步发电机的磁场电流经由励磁变压器-T02（TS），可控整流器EG1、EG2和灭磁开关-Q02供给。励磁变压器起到将发电机端电压降到可控硅整流器的整流阻抗的作用。

C：在起励过程开始时，以残压起励为主、直流起励为辅，当磁场开关一闭合起励设备就带电，励磁被接通，发电机一达到30%-40%其额定电压，起励电路就再次关断，可控硅整流器的输入电压达到10V-20V后，可控硅整流器和励磁调节器就可以正常工作了。随之而来的是AVR控制的软起励过程。 D：并网后，励磁系统可以在AVR模式下工作，调节发电机的端电压和无功功率，或者可以在一种叠加的模式下工作，如恒功率因数调节，恒无功调节等，也可接受电场的成组调节指令。 E：励磁系统配置如下表所示：

名称 灭磁柜 数量 1台 测继电器、直流输出母排。 智能化功率柜、现场总线、2组风机（每组有左右2个风扇）、励磁功率柜 2台 柔性母排连接、单柜额定输出2000A。 配置 灭磁开关、灭磁开关控制回路SiC电阻、起励单元、接地检

四通道冗余、双CPU模式、PID+PSS控制规律、ARCNET网、励磁调节柜 1台 现地控制显示单元。 励磁变压器 1套 三相环氧干式变压器。 柜体排列从左至右依次为：灭磁柜、功率柜（2个）、调节柜。 F：在励磁装置盘柜上装有下列仪表或显示装置：

柜号 1 2 3

柜名 灭磁柜 1#整流柜 2#整流柜 盘面表计 CDP整流器显示单元 CDP整流器显示单元 1

盘面信号灯 百色水电厂励磁系统学习 刘思远 4 调节柜 现地操作面板LCP 2.相关参数： 额定容量：135MW

额定机端电压：13.8KV 额定励磁电压：290V 额定励磁电流：1474A 空载励磁电流：828A

励磁变压器容量：1650KVA 励磁变压器变比：13.8KV/580V 机端PT变比：13.8KV/100V 机端CT变比：10000/1A 励磁变CT变比：2000/1A 控制电源：DC 220V

UNITROL 5000型号：Q5T-0/U2H1-D2000 型号字母代表的意思：

Q：未知

5：微处理器系统5000（UNITROL 5000）

T：标准双套1+1冗余，100%冷备用（Standard Twin） 0：无附加功能

U2：整流器型号（见用户手册4-9）

H：整流器联结采用H连接的独立冗余整流桥（1+1冷备用） 1：整流器附加信息（每个桥臂1个可控硅，3相，6个脉冲） D：至少是双极断点的直流开关（本厂为四断口直流开关） 2000：直流断路器额定电流为2000A 3. 励磁调节器

（1）调节器采用四通道冗余技术，其硬件包括： A：两个相互独立的调节器机箱，每个机箱内装有：

? 一块控制板（COB），是调节器的核心，用于实现调节、限制、保护和通讯等功能。 ? 一块测量板（MUB），内有数字信号处理器（DSP），用于实现交流采样和PSS功能。该板通过

双端口的存储器与COB交换数据。

? 一个独立的手动控制单元（EGC），用于实现磁场电流调节、通道跟踪、以及一些限制和保护

等功能。

B：两块功率信号接口单元（PSI），分别对应于两个调节器机箱，用于获取同步信号及对磁场测量信号进行预处理。

C：两块快速输入输出板（FIO），其中一块用于内部信号接口，另外一块用于外部接口。 D：一块现地控制面板（LCP），安装在调节柜柜门上，用于对励磁系统进行现地操作和监视。 E：一个手持编程器（SPA），用于设定参数和现地操作。 F：两个通讯适配器，分别对应于两块COB板，可提供四种选择：

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● NMBA-01，Modbus 适配器 ● NMBP-01, Modbus Plus适配器 ● NMBA-02, Profibus适配器 ● AC70BAS, Advant

（2）调节器工作原理

将基准(给定)电压与正比于发电机母线电压的经过电压反馈单元测量得到的直流电压进行比较,然后将比较结果进行比例—积分---微分运算，再将所得的信号电压进行综合放大后，送到移相触发器，去控制可控硅的导通，以调节主励磁机的励磁，达到自动维持发电机电压恒定的目的。 （3）调节器功能

A：调节规律：采用PID+PSS控制模式 B：运行方式：

? 恒发电机机端电压的自动调节功能 ? 恒发电机转子电流的手动调节功能 ? 恒无功调节 ? 恒功率因数调节

C：限制功能：

? V/f限制（DI42：机组励磁系统V/f限制动作，第2块DI板第10号信号灯） ? 过励限制（DI48：机组励磁系统过励限制动作，第2块DI板第16号信号灯） ? 欠励限制（DI43：机组励磁系统欠励限制动作，第2块DI板第11号信号灯） ? 定子电流限制 ? 最大磁场电流限制 ? 最小磁场电流限制

D：监测与保护功能：

? PT断线（DI51：机组励磁系统PT断相，第2块DI板第19号信号灯） ? 电源故障 ? 调节器软件故障 ? 调节器硬件故障

? V/f保护（DI42：机组励磁系统V/f限制动作，第2块DI板第10号信号灯） ? 整流桥故障报警 ? 整流桥内部短路跳闸 ? 整流桥过载跳闸 ? 转子过热报警 ? 转子过热跳闸 ? 转子接地跳闸

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? 转子过电压跳闸 ? 过流保护 ? 失磁保护

? 励磁变超温报警（DI62：机组励磁变绕组温度高报警，第2块DI板第30号信号灯） ? 励磁变超温跳闸

E：其它功能：

? 软起励 ? 残压起励 ? 有功和无功补偿 ? 调差 ? 系统电压跟踪 ? 通道之间自动跟踪 ? 故障智能检测和自动切换 ? 容错控制

? 故障录波和故障记录 ? 辅助调试和试验功能

（4）调节器主要特点

UNITROL 5000型励磁系统的调节器有如下显著特点： ? 调节器有四个独立的通道，平均无故障时间高达46年。

? 组态化图形编程工具，用户可根据需要自行修改运行程序、自行设置参数。 ? 采用加速功率型PSS附加控制，可以有效地抑制电力系统低频振荡。 ? 采用专用的DSP芯片用于交流采样，通过双口RAM与主CPU交换数据。

? 内部ARCnet网络互联技术，提高了励磁系统数字化程度，实现了分层分布控制，提高了系统可

靠性和工艺水平，便于维护。 ? 多种对外接口方式。

? 采用快速脉冲列技术，实现残压起励。当残压太低时，只需利用较小的辅助电流就可确保起励成

功。

? 专用的CMT调试软件，具有操作、试验、故障记录、追忆、事故录波、远程诊断等功能，可设定

故障录波触发条件，可打印。

（5）当调节器主用通道的自动出现鼓掌，自动切换至备用通道的自动，若备用通道的自动在出现故障，则切换至备用通道的手动。 4.功率柜

A：配置：采用两个三相全控整流桥并联输出，整流桥单桥输出能力2000A，每个桥独立安装在一个柜中。

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当其中一个功率柜退出运行时，可保证发电机在所有运行方式下均能连续运行，包括强励在内。

每个桥的主要部件包括： ? 6个盘形可控硅 ? 6个脉冲变压器

? 6个带接点指示的快速熔断器 ? 1套交流过电压吸收回路

? 带冗余的(2+2)的风扇组，由交流马达驱动，风扇的启停是根据风扇盖板的行程开关判断的。 ? 一块整流器接口单元（CIN） ? 一块门极驱动接口单元（GDI） ? 一块整流器显示单元（CDP） ? 两个电流传感器（CUS） B：交流侧过电压保护及换相过压保护

采用ABB独有的集中式阻容电路，既可吸收整流桥的交流侧过电压，也可吸收由晶闸管整流而引起的电压尖峰。AC过电压保护主要由一个三相二极管整流桥和一个连接在DC侧的电容组成。对于高频过电压而言，电容代表一个低阻抗并且起滤波器的作用。与电容并联的有一个放电电阻器，在电容放电时吸收能量。这种用途的电容应能支持较高的di/dt。二极管整流桥的AC侧由带接点指示的熔断器保护。这个电路的优点是损耗小，接线简单。 C：冷却

? 风机供电电源一回取自厂用电，另一回取自自用变，这两回电源互为备用且自动切换。风机控制元件

安装在功率柜中。

? 风扇的启停是根据风扇盖板的形成开关判断的。每个功率柜有前后2组风扇，每组风扇有左右2个风

扇同时工作。风扇故障是根据风扇停止运行（盖板行程开关）来判断的，当一组风扇故障时，自动切换至另一组风扇运行，当另一组风扇也故障时，自动切换至另一功率柜运行（故障功率柜输出直流电流逐渐降低，备用功率柜输出直流电流逐渐升高，始终保持1474A DC的额定输出，基本实现无扰切换），若另一功率柜故障则延时跳开灭磁开关。

? 利用风扇盖板的行程开关来判断风扇是否故障比利用风压传感器更为合理，因为风扇盖板的开合是直

接作用与可控硅的冷却效果的。

? 采用特制的实芯铝散热器，可现场压装，便于维护。 D：柔性连接技术

功率柜的交流输入、直流输出均采用汇流铜排， 铜排折弯处采用柔性连接技术，防疲劳。

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E：整流器接口单元（CIN）

整流器接口单元（CIN）是一个独立的控制和调节装置，并且与门极驱动接口（GDI）、电流传感器（CUS）和整流器显示单元（CDP）配合使用，它是整流柜的一个组成部分。它的主要功能是向门极驱动接口单元（GDI）发送一系列触发脉冲，用于三相全控整流桥的工作。此外，该装置还包括以下功能： ? 在控制板（COB）和门驱动接口（GID）之间为触发脉冲和控制信号提供电气隔离。 ? 提供与ARCnet网络接口与控制板（COB）连接。

? 监控可控硅整流器部件的状态，如熔断器、温度等。这些信号被逐次地通过ARCnet网发送到控制板

（COB）。

? 传送来自控制板（COB）的命令，如脉冲截止/导通，风机接通等。

? 调节并联运行的晶闸管整流桥间的电流分配，并使其最优化，即所谓的智能化均流。 ? 测量整流桥的输出电流，并监测桥臂电流。这些信号还用于本地整流器显示（CDP）。 F：门极驱动接口单元（GDI）

门极驱动接口单元（GDI）用于放大脉冲，使之与晶闸管触发的必需的水平相匹配。脉冲变压器是该装置的一部分，采用真空灌环氧浇注工艺制成的脉冲变压器，绝缘电压高达15000V。 G：电流传感器（CUS霍耳变送器）

电流传感器用于测量晶闸管整流桥的分支电流。它的输出信号直接连接到整流器接口单元（CIN）。 H：整流器显示单元（CDP）

整流器显示器单元（CDP）安装在柜门上，指示整流器的工作状况。它提供以下功能： ? 利用LED显示每个晶闸管支臂的导通状态。有故障的支臂可在其指定的LED上显示出来。 ? 利用LED显示整流器接口单元（CIN）的状态，或CIN故障信号。 ? 显示整流器输出电流。 ? 显示风机的运行状态 5．灭磁系统 A：配置

灭磁系统安装在灭磁柜中。 ? 一台灭磁开关 ? 一套灭磁开关操作回路 ? 灭磁及保护用SiC电阻 ? 可控硅跨接器 ? 起励回路 ? 直流输出母排

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? 绝缘检测继电器 B：灭磁主回路

? 正常停机逆变灭磁，事故时跳灭磁开关将能量转移到灭磁电阻进行灭磁。

? 采用SiC电阻,既用于事故灭磁，也用于转子侧过压保护。SiC电阻容量的配置可确保快速吸收从

强励顶值电流直到10%额定电流范围内磁场能量。最严重灭磁工况下，SiC电阻承受的耗能容量不超过其工作能容的80%。

? 由于SiC电阻较软的伏安特性曲线，正反向均采用可控硅跨接器(CROWBAR)以防止机组正常运行时

通流，正向跨接器动作值低于转子绕组出厂对地试验电压幅值的70%，反向跨接器动作值低于转子绕组出厂对地试验电压幅值的50%。

? 采用独特的熄灭线技术，转子出现瞬间过电压动作时，可由用户选择停机或不停机处理方式。 C：灭磁开关

本方案采用ABB SACE系列E2N/E 2000/1000V型直流断路器， 该开关具有如下优点： ? 具有自动防跳功能

? 有一个合闸线圈和两个分闸线圈 ? 具有电动储能和手动储能机构 该开关性能指标如下：

? 型号 ? 类型

E2N/E 2000A/1000V

能量转移型 四断口 1000V 2000A DC 220V <1A <1A

? 断口数量 ? 额定电压 ? 额定电流 ? 操作电压

? 最大合闸电流 ? 最大分闸电流

? 最大合分闸时间 ? 电动储能最大电流

D：SiC的设计

? 型号

<60ms

<2A

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HIER 464797

? 非线性系数 2.5 1.9s

? 灭磁时间（机端突然三相短路）

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? 灭磁时间（误强励） 采用SiC灭磁的优点： ? 特性稳定，免维护

4s

? 失效模式为开路，比较安全

? 无须苛刻的串并联条件，灭磁耗能有保证 E：转子接地保护

转子接地保护的目的是监测转子绕组对地的绝缘水平，ABB提供转子接地保护继电器UNS 3020。该继电器的测量原理基于WHETSTONE BRIDGE，在这个桥路中由两个电容建立起测量桥的平衡；一个电容连接在转子正极和地之间，另一个连接在转子负极和地之间。利用这个继电器，不仅能探测到转子绕组的绝缘水平，而且还能探测到所有电力设备包括励磁变压器的次级线圈的绝缘水平。

该继电器有两级输出，一级用于报警，一级用于跳闸，动作值和延时时间均可独立调节。无论何时发出了接地故障报警，报警都会储存在继电器中，并可用模块前面的复位按钮对信号进行复位。 6．励磁变压器

A：励磁变压器由三相户内环氧树脂浇注的变压器组成，参数如下：

型式 户内、防潮干式环氧三相变压器组 额定容量

1600KVA

额定电压：

原边 副边

13.8kV 580V Y/?－11 6%

原边F级,副边H级 80K

联结组别 短路阻抗 绝缘等级

绕组最高温升

变压器绝缘水平：

工频对地耐受电压：45KV 雷电冲击耐受电压：115KV

B：冷却方式为自然空气冷却。

C：变压器满足强励运行要求，并留有适当裕度，承受二倍额定励磁电流下的过载时间大于50S。三相电压不对称度小于5%。

D：变压器高压侧留有封母接口，能方便地与发电机离相封闭母线对应分支相连。低压侧采用电缆出线。在变压器线圈中埋置Pt100电阻用于温度检测，并带有温控温显装置，引出两对触点分别用于报警和跳闸。变压器高、低压侧间有金属屏蔽并接地。励磁变高压侧每相各装一个电流互感器，用于励磁变保护。低压侧每相各装一个电流互感器，用作励磁调节器测量回路。变压器低压侧发生三相短路，

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在2S时间内，变压器线圈平均温度<250o。 7.与励磁系统有关的测点 测点类型 测点号 4 8 12 SOE 17 21 25 29 1 3 4 5 10 12 13 14 20 39 DI 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49

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备注 保护 保护 保护 保护 保护 保护 保护 保护 保护 保护 保护 保护 保护 保护 保护 百色水电厂励磁系统学习 刘思远 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 6 7 8 9 10 11 12 13 DO 14 15 16 17 18 19 20 21

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百色水电厂励磁系统学习 刘思远 19 AI 20 8．励磁系统工作电源 A：交流

1#机励磁电流 1#机励磁电压 一回取自励磁变低压侧（又称为交流自用电源）；一回取自380V厂用电；两回交流电由-K15和-K16切换向向功率柜的风机供电，此外交流自用电还向规律柜中的可控硅供电、为开关电源-G05提供电源、为PSI功率信号接口板提供同步信号，而另一回厂用电还向功率柜加热器、励磁调节器风扇提供电源。 B：直流

共3回直流电都取自机直流分电屏，其中起励电源取自机组直流母线1段（32A），另两回分别用于灭磁开关的跳闸线圈2（220V DC）和盘柜中24V DC（经开关电源转换）用户和灭磁开关储能马达的供电。 9.面板操作

F.C.B.ON 合灭磁开关 F.C.B.OFF 断开灭磁开关 EXC.ON 投励磁 EXC.OFF 退励磁

RAISE 手动方式下增励磁电流 LOWER 手动方式下减励磁电流 AUTO 自动运行方式 MANUAL 手动运行方式 CH.I 第一通道 CH.II 第二通道

PF/MVAR ON 无功功率调节(功率因数调节)接通 PF/MVAR OFF无功功率调节(功率因数调节)断开 LOCAL 现地 REMATE 远方 LAMP TEST 信号灯测试

RELEASE 切换时同时按(相当于确认，除了增、减励磁电流不用按此按钮，其他操作都应同时按此按

钮)

10．出厂试验 A：信号回路检查

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目的：根据图纸设计，模拟测试输入、输出信号的正确性。

方法：短接端子（/901、/902、/903、/904对外端子图），观察励磁调节柜中-U70和-U71相应的灯是否亮（/450、/451）。 B：开环试验

目的：检查各个整流桥输出波形三相是否对称，增减调节时是否变化连续，无突变现象。 方法：蒸馏桥加他励电源，PT倒送电（给信号给PT，是调节器能正常工作），直流侧输出加电阻（0.5欧）负载；每个整流桥分别通小电流试验，检查脉冲波形是否无突变；分别置两个通道的自、手动模式工作，检查检查脉冲波形是否无突变。 C：空载试验 方法：

1．起励特性：分别在两个通道的自动、手动模式下进行起励，均能按预置值建立机端电压，录制输出波形分析电压超调量、振荡次数和调节时间。

2.跟踪及切换试验：分别置调节器在1、2通道的自动方式下运行，人工进行通道的切换，录制波形，切换时机端电压无明显扰动；自动切换至手动模式，录制波形，切换时机端电压无明显扰动。 3.阶跃响应试验：置调节器在自动方式下运行，施加10%阶跃响应，录制波形。

4．调节范围：改变调节通道调节范围的上下限参数，改变给定，校核调节范围的正确性。 5．PT断相试验：通过解端子的方法模拟PT断相，检验通道切换及自、手动模式切换的正确性。 6.V/f限制特性：自动通道的限制值正顶在115%额定值，改变给定，检验限制动作是否正常。 7．EGC试验：通过人工（断开风扇电源开关）进入或模拟故障紧急切换进入EGC运行，检查给定调节情况、功率柜故障切换及过励限制、过励保护动作情况。 D：负载闭环试验

1.调差试验：调差极性出厂设定为正调差，改变调差系数，检验调差特性动作是否正常。

2.P（Q）限制器试验：监视器将发电机的运行状态和P（Q）限制输出进行比较，如果差异达到一定时间，则对外发出报警信号；自动模式下运行，给出P（Q）曲线的限制值，减励，检验限制器动作的可靠性及指示，欠励运行中系统应稳定工作。

3.IE限制器试验：监视器将IE限制器的设定与实际励磁电流数值进行比较，如果差异达到一定时间，则对外发出报警信号，检验限制器动作的可靠性及指示。

4.叠加控制调节：叠加控制方式分别设定为恒无功调节和恒功率调节时，系统应运行稳定，能根据设定值进行正常调节。 E：大电流试验

1.大电流试验：每柜分别同大电流至1474A，检查输出波形是否正常，调节过程是否稳定，功率柜应无异

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常情况。

2.励磁电流校核：根据实际输出励磁电流，调整软件相关参数，使得棉班表计和程序显示参数与实际值相符合。

3.风机故障试验：通过断开风机电源开关来模拟风机故障，检验主备用风机切换是否正常，信号显示是否正常。

4.冷备用切换试验：功率柜采用1+1模式运行，当运行功率柜出现故障时（通过模拟风机故障来实现），能自动切换到备用功率柜运行。

2005-5-17

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/00tg.html