UNITROL5000系統(tǒng)仿真機(jī)的研制與應(yīng)用

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（華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204）

0 引言

勵(lì)磁系統(tǒng)在電廠二次設(shè)備中屬于較為復(fù)雜的系統(tǒng)，除了調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓，還有轉(zhuǎn)子接地保護(hù)、交流側(cè)阻容吸收回路、軸電壓吸收回路、過(guò)勵(lì)／低勵(lì)限制器保護(hù)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器等諸多功能。目前全國(guó)大部分600 MW及以上機(jī)組配置UNITROL5000勵(lì)磁系統(tǒng)，設(shè)備及其配套資料和調(diào)試軟件未漢化，且只能在檢修時(shí)才能對(duì)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和人員培訓(xùn)，對(duì)電廠工程人員掌握技術(shù)造成了一定的困難。2015年初，華電濰坊發(fā)電有限公司4號(hào)機(jī)組因勵(lì)磁調(diào)節(jié)器故障導(dǎo)致機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)2次，因技術(shù)人員對(duì)設(shè)備性能不夠熟悉，在分析處理事故時(shí)十分被動(dòng)［1］。

為解決此問(wèn)題，利用機(jī)組更換下的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器卡件，并外購(gòu)部分卡件和儀器，與上海設(shè)備成套院合作研制UNTROL5000勵(lì)磁調(diào)節(jié)器模擬機(jī)，為勵(lì)磁專(zhuān)業(yè)人員提供UNTROL5000勵(lì)磁調(diào)節(jié)器培訓(xùn)平臺(tái)，對(duì)于學(xué)習(xí)、掌握發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)，增強(qiáng)技術(shù)人員技術(shù)素養(yǎng)，熟悉掌握勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)試方法，提高勵(lì)磁系統(tǒng)檢修質(zhì)量和分析問(wèn)題的能力等方面具有非常重要的意義。

1 UNTROL5000仿真機(jī)的原理

當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)工作在自動(dòng)方式時(shí)，其控制的對(duì)象為發(fā)電機(jī)電壓，MUB板卡經(jīng)發(fā)電機(jī)電壓互感器采集到電壓，傳送給COB板卡；COB板卡比較實(shí)際的電壓與給定值的偏差，再將此偏差與各低勵(lì)限制器、過(guò)勵(lì)限制器比較，計(jì)算出三相全控整流橋所需的脈沖觸發(fā)角度，并傳送給CIN板卡；CIN板卡則確認(rèn)當(dāng)前整流柜內(nèi)各元件的狀態(tài)是否正常，若無(wú)故障，即將COB傳來(lái)觸發(fā)脈沖進(jìn)行微調(diào)處理（整流橋智能均流）后傳送給GDI板卡；62.5 kHz的脈沖電壓經(jīng)GDI板卡脈沖變壓器放大后進(jìn)入可控硅晶閘體，就此在轉(zhuǎn)子正負(fù)極產(chǎn)生勵(lì)磁電壓，形成勵(lì)磁電流［2］。

如圖1所示，PSI板卡的功能是采樣勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓和同步電壓3個(gè)量供COB板卡計(jì)算參考。EGC板卡作為后備手動(dòng)通道，在2個(gè)主通道都失去作用的時(shí)候會(huì)啟動(dòng)，繼續(xù)維持勵(lì)磁電流的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)恒勵(lì)磁電流模式運(yùn)行，使整個(gè)系統(tǒng)不致進(jìn)入混亂運(yùn)行狀態(tài)。Q02為磁場(chǎng)斷路器，緊急情況下斷路器會(huì)跳閘并將轉(zhuǎn)子中的能量經(jīng)由F02跨接器裝置導(dǎo)入滅磁電阻，保護(hù)并維持轉(zhuǎn)子的整體性能。A03起勵(lì)回路模塊的作用是在發(fā)電機(jī)還未產(chǎn)生電壓并且沒(méi)有殘壓的時(shí)候，給轉(zhuǎn)子提供一個(gè)約60 A的直流電流，在發(fā)電機(jī)電壓達(dá)到額定電壓的30%后即切除。

2 UNTROL5000仿真機(jī)的設(shè)計(jì)要求

勵(lì)磁仿真機(jī)系統(tǒng)為性能可靠的單通道數(shù)字裝置，帶手動(dòng)和自動(dòng)控制方式，并具備與外部設(shè)備通信的硬件接口。

勵(lì)磁仿真機(jī)系統(tǒng)具備反時(shí)限勵(lì)磁電流限制及保護(hù)，瞬間過(guò)勵(lì)磁電流保護(hù)，過(guò)勵(lì)磁限制；過(guò)勵(lì)磁保護(hù)；低勵(lì)磁限制；功率因數(shù)控制器；電壓互感器斷線保護(hù)；定子電流限制；勵(lì)磁電流限制；電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）；電壓／頻率限制及保護(hù)等；強(qiáng)勵(lì)頂值限制；遠(yuǎn)方和就地控制等功能。

勵(lì)磁仿真機(jī)系統(tǒng)在受到現(xiàn)場(chǎng)任何電氣操作、雷電、靜電及無(wú)線電收發(fā)信機(jī)等電磁干擾時(shí)不發(fā)生誤動(dòng)、拒動(dòng)等情況，滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求［3］。

勵(lì)磁仿真機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)電壓、電流進(jìn)行采樣，發(fā)電機(jī)電壓的分辨率不小于0.2%，采樣精度不低于0.5%。

勵(lì)磁仿真機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)?lì)磁電壓、同步電壓進(jìn)行采樣，勵(lì)磁電壓與同步電壓采用分壓式采樣法。

勵(lì)磁仿真機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)θ嗳乜煽毓枵鳂蜻M(jìn)行控制，根據(jù)觸發(fā)角度發(fā)出62.5 kHz的觸發(fā)脈沖列，以驅(qū)動(dòng)可控硅整流橋工作。

勵(lì)磁仿真機(jī)系統(tǒng)具有模擬量輸入、輸出，數(shù)字量輸入、輸出接口，能夠正常接收和發(fā)送信號(hào)。

圖1 UNITROL 5000勵(lì)磁系統(tǒng)原理

勵(lì)磁仿真機(jī)系統(tǒng)使用220 V交流電源即可正常運(yùn)行，須配置1個(gè)電源模塊，可將220 V交流電源轉(zhuǎn)換為24 V直流電源，以供控制板卡及其他元件使用。

勵(lì)磁仿真機(jī)系統(tǒng)使用三相全控整流橋能夠滿足假負(fù)載試驗(yàn)要求，交流進(jìn)線電源可承受400 V／50 Hz檢修電源，并具備一定的通流能力。

勵(lì)磁仿真機(jī)系統(tǒng)配置一個(gè)琺瑯電阻負(fù)載用來(lái)進(jìn)行假負(fù)載試驗(yàn)，電阻為1.5 kΩ，容量為300 W。

勵(lì)磁仿真機(jī)系統(tǒng)配置1個(gè)接觸器作為磁場(chǎng)斷路器，此接觸器合閘所需的電壓脈沖應(yīng)不大于2 s。接觸器須配置一個(gè)鎖扣器用來(lái)機(jī)械保持，即接觸器合閘后，無(wú)需通電保持。

勵(lì)磁仿真機(jī)系統(tǒng)須由金屬橫梁與面板搭建，整體結(jié)構(gòu)應(yīng)小巧緊湊、方便攜帶。

據(jù)此，設(shè)計(jì)的UNITROL5000勵(lì)磁仿真機(jī)如圖2所示，采取單通道（-A10）的結(jié)構(gòu)，通道主要由控制板（COB）和測(cè)量單元板（MUB）構(gòu)成，形成一個(gè)獨(dú)立的處理系統(tǒng)。通道含有發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)節(jié)、磁場(chǎng)電流調(diào)節(jié)、勵(lì)磁監(jiān)測(cè)／保護(hù)功能和可編程邏輯控制的軟件。除勵(lì)磁調(diào)節(jié)器外，一些接口電路如快速輸入／輸出（FIO）模塊和功率信號(hào)接口模塊（PSI）也被用來(lái)提供測(cè)量和控制信號(hào)的電隔離。此外，每個(gè)可控硅整流橋都配備1套整流器接口電路，包括整流器接口單元（CIN）、門(mén)極驅(qū)動(dòng)接口單元（GDI）。

圖2 UNITROL5000系統(tǒng)仿真機(jī)制造方案

3 UNTROL5000仿真機(jī)功能

研制的UNITROL5000系統(tǒng)仿真機(jī)如圖3所示，接線原理如圖4所示。

圖3 UNITROL5000系統(tǒng)仿真機(jī)

3.1 常規(guī)檢查訓(xùn)練

勵(lì)磁仿真機(jī)模擬現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行方式進(jìn)行配置，通過(guò)仿真機(jī)學(xué)習(xí)，勵(lì)磁技術(shù)人員可對(duì)UNITROL5000系統(tǒng)硬件組成、通信方式、控制方式、電源分配方式以及勵(lì)磁系統(tǒng)工作原理等有一定了 解［4］。

通過(guò)檢查仿真機(jī)各板卡、扁平線、同軸電纜、連接線外觀，查閱圖紙梳理扁平線、同軸電纜、連接線走向，勵(lì)磁技術(shù)人員可具有判斷勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)各板卡、扁平線、同軸電纜、接線外觀是否良好，是否存在老化、燒焦現(xiàn)象，是否固定、接觸良好的能力以及按照?qǐng)D紙，檢查所有接線是否正確的能力。

3.2 終端控制系統(tǒng)訓(xùn)練

通過(guò)仿真機(jī)終端控制工具 LCP／SPA／ECT的實(shí)際操作，勵(lì)磁技術(shù)人員可掌握LCP／SPA／ECT 3種終端控制系統(tǒng)工具的使用方法。如操作滅磁開(kāi)關(guān)分、合閘，查看模擬量采樣值、開(kāi)入開(kāi)出量、系統(tǒng)參數(shù)等。

3.3 勵(lì)磁系統(tǒng)關(guān)鍵部件校驗(yàn)訓(xùn)練

開(kāi)關(guān)量通道校驗(yàn)。勵(lì)磁仿真機(jī)系統(tǒng)具有模擬量輸入、輸出，數(shù)字量輸入、輸出接口，能夠正常接收和發(fā)送信號(hào)。通過(guò)仿真機(jī)的開(kāi)關(guān)量通道校驗(yàn)，勵(lì)磁技術(shù)人員可具有判斷各回路輸入輸出環(huán)節(jié)是否正確、是否可靠、動(dòng)作時(shí)間是否配合的能力。

圖4 UNITROL5000系統(tǒng)仿真機(jī)接線

模擬量通道校驗(yàn)。通過(guò)仿真機(jī)的模擬量通道校驗(yàn)，勵(lì)磁技術(shù)人員可具有校驗(yàn)?zāi)M量通道測(cè)量精度、線性度和范圍（包括定子電壓、定子電流等）的能力，具有判斷各通道采樣是否滿足分辨率要求的能力。

電源模塊校驗(yàn)。勵(lì)磁仿真機(jī)系統(tǒng)使用220 V交流電源即可正常運(yùn)行，配置一個(gè)電源模塊，可將220 V交流電源轉(zhuǎn)換為24 V直流電源，以供控制板卡及其他元件使用。通過(guò)仿真機(jī)的電源模塊校驗(yàn)，勵(lì)磁技術(shù)人員可具有判斷電源模塊性能是否可以滿足勵(lì)磁系統(tǒng)正常運(yùn)行的能力。

整流橋性能校驗(yàn)。勵(lì)磁仿真機(jī)系統(tǒng)使用三相全控整流橋能夠滿足假負(fù)載試驗(yàn)要求。將380 V的交流電源直接加在勵(lì)磁仿真機(jī)系統(tǒng)交流輸入側(cè)，將負(fù)載和直流輸出回路連接好，將萬(wàn)用表和示波器與電阻并接。假負(fù)載試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示現(xiàn)場(chǎng)的整流橋脈沖觸發(fā)回路工作正常，用示波器觀察模擬負(fù)載（RL）兩端波形正確，每周期內(nèi)波形有6個(gè)波頭，每個(gè)波頭波形一致性較好，無(wú)畸變，符合三相全控整流橋的工作原理。在觸發(fā)角全開(kāi)放時(shí)，其輸出電壓符合公式。通過(guò)仿真機(jī)的假負(fù)載試驗(yàn)，勵(lì)磁技術(shù)人員可具有判斷各整流橋可控硅、整流橋控制系統(tǒng)工作性能好壞的能力［5］。

3.4 限制器判斷訓(xùn)練

勵(lì)磁仿真機(jī)系統(tǒng)模擬設(shè)置各限制器定值，在相應(yīng)模擬量通道分別加入三相電壓、電流，并配合相應(yīng)參數(shù)修改，模擬勵(lì)磁仿真機(jī)系統(tǒng)定子電流限制器、電壓／頻率限制器、欠勵(lì)限制器、勵(lì)磁電流限制器等動(dòng)作正確，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合規(guī)程要求［3］。通過(guò)仿真機(jī)的限制器試驗(yàn)，技術(shù)人員能了解勵(lì)磁系統(tǒng)限制器與發(fā)變組保護(hù)的配合情況，并具有判斷各限制器是否能夠可靠動(dòng)作的能力，確保并網(wǎng)工作的勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。

4 結(jié)語(yǔ)

電廠新員工多，考慮機(jī)組安全生產(chǎn)的原因，新員工動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)很少，技術(shù)進(jìn)步較慢。利用機(jī)組更換下的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器卡件，并外購(gòu)部分卡件和儀器，研制UNTROL5000勵(lì)磁調(diào)節(jié)器仿真機(jī)，為勵(lì)磁專(zhuān)業(yè)人員提供UNTROL5000勵(lì)磁調(diào)節(jié)器培訓(xùn)平臺(tái)，可提高專(zhuān)業(yè)勵(lì)磁技術(shù)人員技能水平，確保勵(lì)磁系統(tǒng)在生產(chǎn)期間的穩(wěn)定運(yùn)行，并在勵(lì)磁系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)以最快的速度排障消缺，減小因勵(lì)磁系統(tǒng)故障而導(dǎo)致的損失。