UNITROL5000靜態(tài)自并勵勵磁系統(tǒng)國產化改造經驗介紹

張彬 劉晨 靳阿妮

摘 ?要：南方某電廠基建使用ABB UNITROL 5000靜態(tài)自并勵勵磁系統(tǒng)，由于設備本身老化原因及機組增容需要，對勵磁系統(tǒng)進行了整組換型改造。文章對整個改造過程進行詳細描述，并對改造中遇到的現(xiàn)場實際問題進行分析匯總，形成一套可行的勵磁系統(tǒng)國產化改造方案，為日后同類型設備改造提供借鑒參考。

關鍵詞：靜態(tài)自并勵;勵磁系統(tǒng);換型改造

中圖分類號：TM621.6 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）20-0093-02

Abstract： The ABB UNITROL 5000 static self-shunt excitation system is used in the capital construction of a power plant in southern China. Due to the aging of the equipment itself and the need to increase the capacity of the unit， retrofit was conducted to the whole group of excitation system. In this paper， the whole transformation process is described in detail， and the actual problems encountered in the transformation are analyzed and summarized to form a set of feasible domestic transformation scheme of excitation system， which can be used as a reference for the transformation of the same type of equipment in the future.

Keywords： static self-shunt excitation; excitation system; retrofit

1 改造設備概況

改造機組采用上海汽輪機廠QFSN-630-2型發(fā)電機組，額定容量600MW，機端額定電壓為20kV，2019年機組增容后額定容量升高至630MW，機端額定電壓不變。勵磁設備為瑞士ABB原裝進口的靜態(tài)自并勵UN 5000系統(tǒng)，設備型號Q5S-0/U251-S6000。

勵磁系統(tǒng)位于發(fā)電機6.4米層，單獨設置勵磁小間，勵磁變壓器及發(fā)電機位于勵磁小間上方13.7米層。勵磁系統(tǒng)交流進線及直流出線銅排按照上進線方式布置，中間設封閉母線，經軟連接與勵磁系統(tǒng)相連;勵磁系統(tǒng)所有二次電纜集中在勵磁調節(jié)柜、采取下進線方式。

2 改造實施過程

2.1 勵磁系統(tǒng)二次回路改造

（1）改造系統(tǒng)二次回路全部集中于勵磁調節(jié)柜，采取下進線方式。為保證新設備符合現(xiàn)場實際條件，在新設備出廠前，由設備廠家將所有外回路接線匯集到調節(jié)柜端子排。（2）為了減少改造工作量，勵磁系統(tǒng)二次回路電纜沿用舊設備電纜，欠缺的部分新敷設。屏柜拆除前，盤點核查改造系統(tǒng)二次回路電纜，詳細記錄勵磁系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)、PMU系統(tǒng)、AVC系統(tǒng)、同期裝置、發(fā)變組、故障錄波器等系統(tǒng)的接線清冊。接線清冊應包括勵磁設備側及對側設備接線端子位置、接線線號、接線用途等全部信息。（3）原系統(tǒng)二次回路拆除時僅拆勵磁側接線，對側設備接線不用拆除，需要注意，部分接線如DCS信號回路，發(fā)變組跳閘回路帶電，拆除接線時需要特別標記。（4）新設備二次回路接線。與改造設備相比，新系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)遙控、遙信信號名稱數(shù)量均存在偏差，無法按照一一對應的關系接入，在不改變DCS側接線的前提下，提前修編新舊設備通道接線對照表，勵磁側按對照表線套管對應接線。DCS側僅需對原通道按照接線對照表重新命名，更換DCS側接線線號，并按新KKS編碼對畫面進行修編即可。

2.2 勵磁系統(tǒng)一次系統(tǒng)改造

（1）勵磁變二次同步電壓相序直接決定勵磁系統(tǒng)能否

正常工作，實際相序如果與調節(jié)器相序設置不一致，勵磁系統(tǒng)升壓過程勵磁電流不受控制。要求設備拆除前，提前記錄交流進線母排相序，新系統(tǒng)按照原勵磁變二次相序進行設備安裝。（2）現(xiàn)場設備拆除時，僅保留交直流銅排軟連接，軟連接以下部分全部拆除。（3）新設備屏柜較改造設備少1面，需要根據(jù)新設備屏柜寬度，在原設備基礎上焊接新橫擔，保證新設備屏柜安裝牢固可靠。（4）原設備屏柜高1.8米，新設備屏柜高2.2米，新設備屏柜安裝前，需要將原交、直流母線封閉外箱進行切割，切割后使封母外箱下沿高度高于新屏柜。切除的封母外箱部分保留，待新設備安裝到位后焊接回原封母外箱斷口（氬弧焊，焊渣少，便于保護新設備屏柜）。（5）所有新設備屏柜安裝固定完成，柜內交直流銅排安裝到位后，由設備廠家對柜內銅排與軟連接進行測量，加工接口銅排（銅排間、銅排與柜體間距大于4公分）。

2.3 其他現(xiàn)場非標項目

2.3.1 滅磁開關控制回路雙重化改造

勵磁系統(tǒng)改造后滅磁開關采用GE公司的GErapid6007型開關。該開關為單斷口，自帶一路合閘控制回路及兩路跳閘控制回路，外接兩路110V直流電源，合閘驅動電源及控制電源各一路。另外，斷路器內部配置一塊電壓轉換器，將一路直流110V電源轉換為24V電源，分別提供給合閘控制板（SU）、分閘控制板（ST）和ED快速脫扣裝置（NEKO控制裝置），三塊板卡，任意一塊失電，均會影響整個開關分合閘功能的完整性。

滅磁開關第1路操作電源失電后，無論第2路操作電源帶電與否，第2跳閘回路均無法跳閘，開關雙跳閘線圈沒有實現(xiàn)完全冗余配置，不滿足規(guī)程要求。

現(xiàn)場解決方案：第2跳閘板卡單獨設置24V供電模塊，接線方式如圖1所示。

24V外置電源采用菲尼克斯QUINT-PS/1AC/24DC/10（10A）大功率電源，增加24V外置電源監(jiān)視，電源損壞后發(fā)告警至DCS系統(tǒng)。

改造后經過實際操作驗證，該方案可以實現(xiàn)開關雙跳閘線圈冗余配置要求，具體為：

（1）第1路且第2路操作電在，合閘回路正常，正常合閘。（2）只要第1路操作電在、第1路跳圈正常，第1跳圈跳閘。（3）只要第2路操作電在、第2路跳圈正常，第2跳圈跳閘。

2.3.2 進線柜阻容吸收回路新增散熱元件

對于靜態(tài)自并勵勵磁系統(tǒng)，其整流橋通常采用可控硅整流方式，但由于可控硅在反向關斷過程中的恢復特性，運行中容易產生周期性換相過電壓，長時期的過電壓會引起勵磁變壓器及發(fā)電機絕緣性能弱化，也可能導致可控硅晶閘管損壞。為了抑制可控硅換相尖峰過電壓，南瑞繼保PCS-9400勵磁系統(tǒng)在交流進線柜設計集中式三相橋式阻容保護回路。

三相橋式阻容保護回路結構簡單，對尖峰過電壓保護特性良好，但在工作時電阻長時間消耗電功率，會存在發(fā)熱問題。通過紅外熱成像測量，交流進線柜阻容吸收回路電阻溫度大于150℃。該勵磁系統(tǒng)出廠時雖然設計了散熱風扇，但實際運行時交流進線柜運行時處于一個密封環(huán)境，電阻發(fā)出的熱量無法直接排除到柜外，導致整個柜體溫度均較高，實際測量，相鄰的一次銅排溫度高達60℃。

現(xiàn)場優(yōu)化解決方案：（1）在當前勵磁系統(tǒng)交流進線柜柜頂安裝兩個散熱風機，風機采取抽風的方式，與原二極管下部設計散熱風扇FJ1配合，將柜內熱氣通過下吹上吸的方式排出柜外。（2）新增散熱風扇電源取自原柜內散熱風扇FJ1風扇開關下口，新增風扇與原散熱風扇同時啟動。（3）在柜頂新增風扇上部設置防雨罩，防止勵磁小間房頂凝露雨水直接滴入進線柜內，不影響設備安全運行。

優(yōu)化改造后，通過實際測量，阻容回路電阻溫度有較大程度的降低，測量溫度128℃，較優(yōu)化前柜體溫度大幅下降。

3 改造效果評估

3.1 完美解決原ABB勵磁系統(tǒng)過熱限制不滿足標準問題

改造機組勵磁調節(jié)器改造前軟件版本41305-10，該軟件版本下過熱限制器公式（轉子電流限制與定子電流限制公式一致）：

經換算，IEEE和國標關于轉子過電流限制及定子過電流限制公式為：

其中：Imax為最大電流設定值;Ith為限制器啟動值;T為最大限制電流可持續(xù)時間;I為實測電流值。

ABB調節(jié)器限制器公式必須將啟動值Ith設置為100%才能完全符合IEEE和國標的要求，但Ith設置為100%又與國標要求的勵磁電流在110%額定勵磁電流下長期運行不符合。

改造結束后，南瑞繼保勵磁系統(tǒng)過電流限制公式為：（I2-1）*T=C，其中C為熱容，與IEEE和國標要求相同，通過實際試驗驗證，限制器限制特性與實際計算值一致。

3.2 優(yōu)化通訊方式，提高運行可靠性

ABB UN5000勵磁系統(tǒng)采用的ARCnet總線及脈沖總線的通訊方式，該種通訊方式穩(wěn)定性較差，易受干擾，嚴重的影響機組正常運行。本廠機組在基建調試期間就曾出現(xiàn)因脈沖總線受干擾，勵磁系統(tǒng)啟動異常，勵磁電流突變現(xiàn)象，現(xiàn)場更換了整套脈沖線并使用薄銅膜對脈沖線進行覆蓋屏蔽處理后方才正常運行，另外一臺機在運行中發(fā)生因ARCnet總線受干擾導致調節(jié)器無法檢測整流器運行狀態(tài)勵磁系統(tǒng)強制退出事件。

改造結束后，PCS-9400勵磁系統(tǒng)調節(jié)器與整流橋通訊方式改為光纖通訊，抗干擾能力較之前通訊大為提高。PCS-9400勵磁系統(tǒng)兩套調節(jié)器，每套調節(jié)器均通過光纖與整流柜測控裝置通訊，單套調節(jié)器故障，不影響整流柜接收觸發(fā)角指令。

4 結束語

增容機組勵磁系統(tǒng)改造結束后，各分系統(tǒng)啟動正常，假負載試驗正常，勵磁系統(tǒng)動態(tài)試驗正常，勵磁系統(tǒng)改造圓滿完成。通過改造，在滿足機組增容需求的同時，解決了勵磁系統(tǒng)元器件老化、過熱限制不滿足規(guī)程要求等隱患，滿足機組長時間穩(wěn)定運行需求。

參考文獻：

[1]南京南瑞繼保電氣有限公司.PCS-9400勵磁系統(tǒng)說明書[Z].

[2]ABB UNITROL 5000勵磁器用戶手冊[Z].

[3]UNITROL 5000勵磁調節(jié)器參數(shù)說明[Z].