UNITROL5000励磁系统原理及典型故障分析_胡欣

1系统原理及设备结构1.1概述UNITROL5000型励磁系统是瑞士ABB 公司研发的数字式同步发电机静止励磁系统，为自并励励磁系统。

其中包含了如DSP 数字信号处理、可控硅整流桥智能化均流、低残压快速起励等技术，以及Modbus 、ProfitBus 、ARCnet 现场总线等多种通讯功能和调试手段。

1.2自并励励磁系统组成原理自并励励磁系统具有结构简单、造价低、响应快、便于系列生产，减少轴系振动等优点，在大型汽轮机组中较多采用此种励磁方式[1]。

自并励励磁系统的主回路见图1，典型的接线方式是将励磁变压器ET 接在发电机的出口端[2]。

该接线方式比较简单，只要发电机处在运行，即可取得励磁电源，可靠性较高。

当外部短路故障切除后，强励能力可以迅速发挥出来。

本厂采用此接线方式。

1.3UNITROL 5000型励磁系统结构和工艺UNITROL5000系统的设计方案中柜体的排列顺序为：调节柜ER 、灭磁柜、功率柜、进线柜。

灭磁柜安放在调节柜与功率柜之间，此设计具有以下特点[3]：摘要：ABB 公司研发的UNITROL 5000型数字式励磁系统被采用在景德镇发电厂的2台660MW 发电机组中，被发电厂作为最重要的电气设备而被加以研究和维护。

简要介绍该型励磁系统组成原理及设备结构，并分析了几个励磁系统中出现的重大缺陷和故障案例，为提高今后发电厂励磁系统安全性及稳定性提供了有益的经验。

关键词：励磁系统；原理；结构；分析；故障中图分类号：TM311文献标志码：A文章编号：1005－7676（2014）01－0013－06Principle and Typical Fault Analysis ofU N I TR OL 5000Excitation SystemHU Xin,HUANG Wen,FANG Xinliang（China Power Investment Jiangxi Power Co.,Ltd.Jingdezhen Power Plant,Jingdezhen 333036,Jiangxi,China ）Abstract:UNITROL5000digital excitation system developed by ABB was adopted in two 660MW generating units of Jingdezhen Power Plant.It was studied and maintained as one of the most important electrical equipment by the Power Plant.The composition principles and device structure of the excitation system was briefly described by this article,several critical fault and failure cases of this excitation system was eful experience was provided to improve the security and stability of the excitation system in future .Key words:excitation system;principles;structure;analyze;faultU N I TR OL 5000励磁系统原理及典型故障分析胡欣，黄文，方新亮（中电投江西电力有限公司景德镇发电厂，江西景德镇333036）收稿日期：2013-12-02作者简介：胡欣（1979—），男，南昌人，技师，大学本科，毕业于上海电力学院，热能动力专业，主要从事电厂运行及节能管理工作。

1）缩短和方便柜间连线。

通常调节柜与功率柜之间的联系相对简单，包括脉冲电缆和反映功率柜状态信息的信号电缆等。

在采用了ARCNET现场总线的UNITROL5000系统中，连接更为简单，只需脉冲总线电缆和ARCNET电缆即能满足需求。

而调节柜与灭磁柜之间的联系相对就要复杂一些，至少包括灭磁开关分合闸的控制回路、起励控回路制等，这一般需要通过硬接线来实现。

将灭磁柜和调节柜相邻布置，只需考虑2柜间的互联，跨柜连线将大为缩短，可以极大方便柜内布置，减轻布线工作量。

2）设计注重人身安全，实现集中操作。

我厂的UNITROL5000系统将需要操作的开关如直流控制电源开关、起励电源开关、交流电源开关等全部集中在调节柜，开机或运行情况下如需操作只需打开调节柜门进行操作即可。

而功率柜、灭磁柜则属于强电区域，带有高电压，运行期间基本不需要打开柜门，这样可以很大程度上避免不必要的人身危险。

另外，所有对外接口也全部集中在调节柜，方便调试检查。

3）降低干扰。

功率柜远离调节柜，可以减少对调节器的电磁干扰，提高运行的可靠性。

UNITROL5000励磁系统内部实现了功能单元模块化、组件化，对方便柜内器件安装、集中功能，提高维护效率和安全性都具有很大的益处。

功率柜由整流桥、阻容吸收单元、风机单元和控制单元4部分组成，每一部分均实现模块组件化，安装方便，结构层次清晰。

灭磁柜、调节柜也是将共同实现某种功能的器件集中在一起。

在布线方面，涉及到高压的部分尽量采用高压电缆和耐压绝缘线，不用绝缘套管，走线采取悬空或走线槽的方式，尽量不直接绑扎在柜体金属表面，此种工艺既充分保证了柜内的绝缘，又显得美观。

在铜排的设计方面，根据机组的载流量来选择合理的铜排截面积。

在部分铜排连接处，采用了软连接技术，减少了铜排的震动受力。

1.4电源系统UNITROL5000系统电源回路由3部分组成：直流电源回路、交流电源回路和内部DC24V电源回路。

直流电源回路由外部提供2路控制电源输入，其中1路电源供给调节器和内部操作回路使用，另1路专门提供给灭磁开关分闸回路使用，灭磁开关的跳闸回路分别由2路独立的回路控制，提高了系统灭磁的可靠性。

交流电源回路由厂用电源回路和自用电源回路组成。

厂用电源一般用于提供柜内照明、加热和插座以及功率柜风机的后备电源。

内部采用2个自用变压器通过熔丝接在励磁变压器低压侧，分别提供风机电源和励磁调节器电源。

DC24V电源由直流控制电源和自用电源经过开关电源变送后并联输出，每路均设有回路监视功能。

1.5现场总线与系统通讯系统内部采用ARCNet(Auxiliary Resource Computer Network辅助资源计算机网络)总线用于系统内部的互联，ARCNet是一种局域网（LAN）技术，是广泛应用于工业控制中的通讯方法之一。

它采用令牌总线（token-bus）方案来管理LAN上工作站和其他设备之间的共享线路。

其中LAN服务器总是在1条总线上连续循环的发送1个空信息帧，当有设备要发送报文时，它就在空帧中插入1个“令牌”以及相应的报文。

当目标设备或LAN服务器接收到该报文后，就将“令牌”重新设置为0，以便该帧可被其他设备重复使用。

这种方案是十分高效的，特别是在网络负荷大的时候，可为网络中的各个设备提供平等使用网络资源的机会，极大的提高了运行效率。

ARCNET可采用同轴电缆或光缆线，信息传递量大，接线简单。

在采用了ARCNET总线的线路板上，设置了数码管，通过其上显示的数值能够对总线系统进行监控。

ARCNET总线在UNITROL5000系统中的地位极其重要，比如励磁调节器主控板COB对功率柜整流元件导通角进行控制的触发脉冲就是依赖于1组ZJD R ZD JK MK LQFJJDAVRKZETTATVRmT A：电流互感器；F、L Q：主发电机、转子绕组；TV：电压互感器；MK、Rm：磁场开关、非线性灭磁电阻；E T：励磁变压器；KZ：可控整流桥；A V R：调节器；JK：起励接触器；Z D：起励二极管；R：限流电阻；ZJ D：直流起励电源；JJ D：交流起励电源。

注：交、直流起励电源2种方式可任取1种，我厂目前采用交流方式，引自机组保安段。

图1自励系统自并励励磁方式（包括起励装置）ARCNET总线传递，且无备用。

如果该条总线任一节点松动，触发脉冲将中断，整流元件将因为无触发脉冲而退出运行，进而造成机组停运事故。

这是本装置一个重大安全隐患，后文中将就具体案例进行分析。

2UNITROL5000励磁系统控制与功能2.1人机交互界面UNITROL5000系统采用的是称为就地控制面板LCP（Local Control Panel）的人机交互界面（见图2），可用于对励磁系统进行就地操作和监视，也可将其安装于电站中控室内，用于远方控制。

面板可同时显示8个模拟量信号，或者以棒图的形式同时显示4个模拟量信号（显示比例0～120%）。

在出现警报的情况下，励磁系统的报警显示先于测量信号的显示。

在报警功能键上有1个报警指示灯，每次发生报警时它就闪烁。

按确认键之后，若警报还存在，指示灯始终发亮。

警报消失后，报警指示灯自动熄灭。

2.2逻辑控制功能2.2.1开停机控制功能励磁系统不进行开机条件的判断，不需接入发电机转速信号，只接受外部（一般是DCS）发出的起励或停机信号，进行相关操作；具有远控和近控方式，远近方操作相互闭锁；可以通过参数设定选择停机时是否跳灭磁开关。

通过软件参数设定灭磁开关分合闸间歇时间，具有跳闸次数记录功能。

2.2.2切换控制功能包括运行方式切换和通道切换：自、手动方式间可实现在线切换，有自/手动跟踪到位信号输出便于实现无扰动切换。

如果在运行通道由自动方式转换为手动方式运行，则2个通道（包括非运行通道）均转换为手动方式，不能够1个通道为自动，另1通道为手动。

叠加控制方式只有在并网条件下才能进行。

通道切换也是以通道正常为前提下进行的，如果某种运行方式或通道出现了故障，则调节器自动进行闭锁，强行切换无效，可防止误操作[5]。

通道之间的通信采用2种方式，硬布线连接和ARCNET通讯，有关通道运行、方式运行等信号通过硬布线完成，关于状态信号、报警信息等则通过现场总线完成。

通道配置从物理上设定为1通道（CHⅠ）和2通道(CHⅡ)，站号有所区别，便于与监控系统连接,但不固定主备用通道，在通道运行将被默认为主通道，非运行通道自动变为备用通道。

当运行通道出现故障时，切换至备用通道运行，如此时备用通道也有故障，则直接跳闸停机。

通常选择自动方式运行，通道切换优先于自手动方式的切换。

如出现PT 故障，先切至备用通道自动方式，不成功，则切换到手动方式运行。

2.3调节控制功能2.3.1给定值调整可使用开关量输入命令、模拟输入信号或串行通讯线路实现AVR给定值的增、减或复归。

给定值的上限幅、下限幅以及上下限幅间的运行时间均可分别整定。