UNITROL 6800 型自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器邏輯及回路改造

王海波

（上海申能崇明發(fā)電有限公司，上海 202150）

0 引言

近年來(lái)，由于隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，繼電保護(hù)裝置性能不斷提升，故障切除時(shí)間有所縮短。其中，運(yùn)用自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的電力系統(tǒng)效果較為顯著，其瞬時(shí)穩(wěn)定水平高于使用常規(guī)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁的系統(tǒng)，且對(duì)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的正確動(dòng)作的影響較小。同時(shí)，隨著大功率可控硅整流裝置性能的優(yōu)化升級(jí)，使得該勵(lì)磁系統(tǒng)的可靠性也普遍高于交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，尤其大大縮短了機(jī)組軸系長(zhǎng)度，有效降低了機(jī)組的振動(dòng)（圖1）。

圖1 自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)原理

本文對(duì)ABB UNITROL 6800 型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部邏輯梳理，核算勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與發(fā)變組保護(hù)配合關(guān)系，并以某廠1 號(hào)發(fā)電機(jī)組的參數(shù)為例進(jìn)行計(jì)算、分析，解決勵(lì)磁調(diào)節(jié)器實(shí)際應(yīng)用中與發(fā)變組保護(hù)配合等問(wèn)題。

1 系統(tǒng)參數(shù)

自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器參數(shù)：額定勵(lì)磁電壓為445 V；額定勵(lì)磁電流為4534 A；強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)為2；強(qiáng)勵(lì)時(shí)間為20 s。

勵(lì)磁變壓器參數(shù)：容量為7200 kV·A；接線為Yd11；變比為20±2×2.5%/0.88；額定電流為高壓207.85 A，低壓為4399 A；短路電壓為8%；高壓側(cè)TA為600/1=600；低壓側(cè)TA 為6000/1=6000；勵(lì)磁變XT勵(lì)磁變=

2 邏輯及回路改造相關(guān)內(nèi)容

ABB UNITROL 6800 型型勵(lì)磁系統(tǒng)的軟件內(nèi)勵(lì)磁電流限制器、定子電流限制器計(jì)算模型與GB/T 7064—2017《隱極同步發(fā)電機(jī)技術(shù)要求》的規(guī)定存在差異，導(dǎo)致勵(lì)磁系統(tǒng)內(nèi)限制器與機(jī)組實(shí)際過(guò)負(fù)荷能力、發(fā)變組保護(hù)的整定存在配合偏差。針對(duì)以上情況，對(duì)其軟件內(nèi)計(jì)算模塊進(jìn)行改造升級(jí)，修正計(jì)算模型，使其能夠滿足國(guó)標(biāo)要求，匹配發(fā)變組保護(hù)的配合關(guān)系。

2.1 轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷與勵(lì)磁轉(zhuǎn)子過(guò)勵(lì)反時(shí)限配合關(guān)系

（1）根據(jù)GB/T 7064—2017 對(duì)轉(zhuǎn)子過(guò)電流的規(guī)定，自額定工況熱穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組可承受125%過(guò)電流，歷時(shí)60 s。根據(jù)轉(zhuǎn)子熱容量決定轉(zhuǎn)子過(guò)電流與時(shí)間：

其中，if為勵(lì)磁電流的標(biāo)幺值，if=If/IfN（If為勵(lì)磁電流，IfN為額定勵(lì)磁電流）；t 為持續(xù)時(shí)間，適用范圍10～120 s。

允許其他轉(zhuǎn)子過(guò)電流、時(shí)間的組合，但在正常運(yùn)行狀態(tài)下，其產(chǎn)生的熱量必須和額定轉(zhuǎn)子電流時(shí)所產(chǎn)生的熱量相當(dāng)。

轉(zhuǎn)子過(guò)電流時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組溫度有可能會(huì)出現(xiàn)超過(guò)額定值的情況，所以，應(yīng)以每年過(guò)電流次數(shù)不超過(guò)2 次作為電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)條件。

（2）以QFSN 型600～660 MW 水氫氫汽輪發(fā)電機(jī)為例，轉(zhuǎn)子繞組具有規(guī)定的短時(shí)過(guò)電流能力。勵(lì)磁電流為208%、146%、125%、112%時(shí)，過(guò)電流時(shí)間分別為10 s、30 s、60 s、120 s。根據(jù)《大型發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)整定計(jì)算與運(yùn)行技術(shù)》，不同勵(lì)磁方式（常規(guī)三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)整流三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和靜止自并勵(lì)磁系統(tǒng)）發(fā)電機(jī)有相同的轉(zhuǎn)子繞組允許勵(lì)磁過(guò)電流特性方程：

Ifd——發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流，A

Ifd.N——發(fā)電機(jī)額定工況時(shí)的轉(zhuǎn)子電流，A

Khe.al——發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組允許發(fā)熱時(shí)間常數(shù)，取33.75 s

tal——發(fā)電機(jī)允許過(guò)勵(lì)磁時(shí)間，s根據(jù)式（1）、式（2）計(jì)算磁場(chǎng)電流與時(shí)間關(guān)系，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 勵(lì)磁電流與允許持續(xù)時(shí)間關(guān)系

（3）UNITROL 6800型勵(lì)磁電流限制器模型參數(shù)如表2 所示。

表2 勵(lì)磁電流限制器模型參數(shù)

限制器積分器啟動(dòng)值為：設(shè)定長(zhǎng)期運(yùn)行值加上STS_IfMaxLim_IntStartOffset。

限制器積分器計(jì)算值為：設(shè)定長(zhǎng)期運(yùn)行值加上STS_IfMaxLim_IntBaseOffset。

限制器動(dòng)作之后，勵(lì)磁電流返回值為：設(shè)定長(zhǎng)期運(yùn)行值STS_IfmaxLim_MaxThermal。

啟動(dòng)值：Ifd.op=1.1Ifd.n。

升級(jí)前勵(lì)磁過(guò)勵(lì)反時(shí)限限制公式：

升級(jí)后勵(lì)磁過(guò)勵(lì)反時(shí)限限制公式：

綜合上述分析，計(jì)算可得表3。

表3 勵(lì)磁電流限制器升級(jí)前后參數(shù)對(duì)比

2.2 定子過(guò)負(fù)荷與勵(lì)磁定子過(guò)流反時(shí)限曲線配合關(guān)系

根據(jù)GB/T 7064—2017 對(duì)定子過(guò)電流的說(shuō)明：額定容量在1200 MV·A 及以下的電機(jī)，自額定工況熱穩(wěn)定狀態(tài)下開始，應(yīng)能承受1.5 倍的額定定子電流，歷時(shí)30 s 無(wú)損傷。額定容量超過(guò)1200 MV·A 的電機(jī)，最大可以承受1.5 倍額定定子電流，過(guò)電流時(shí)間需要經(jīng)過(guò)供需雙方進(jìn)行協(xié)商后確定，可以小于30 s。隨電機(jī)容量增加，承受1.5 倍額定定子電流過(guò)電流時(shí)間也可以減少，最小值為15 s。

對(duì)于容量在1200 MV·A 及以下的電機(jī)，允許的過(guò)電流時(shí)間與過(guò)電流倍數(shù)如下：

式中，i 為定子過(guò)電流的標(biāo)幺值，i=（I/IN）（I 為定子電流，IN為額定定子電流）；t 為持續(xù)時(shí)間，適用范圍10～120 s。

允許其他定子過(guò)電流和時(shí)間的組合，但其組合時(shí)產(chǎn)生的熱量需要與在額定定子電流時(shí)所產(chǎn)生的熱量相當(dāng)。

3 新增PT 慢熔識(shí)別判據(jù)

新增的PT 慢熔識(shí)別判據(jù)如圖2 所示。

圖2 PT 慢熔識(shí)別判據(jù)

判據(jù)1：將備用通道測(cè)量的發(fā)電機(jī)電壓標(biāo)幺值與當(dāng)前通道測(cè)量的發(fā)電機(jī)電壓標(biāo)幺值做差，如果偏差超過(guò)5%，則判據(jù)啟動(dòng)，在延時(shí)2 s 后切換通道。

判據(jù)2：當(dāng)前通道同步電壓標(biāo)幺值（可控硅陽(yáng)極電壓標(biāo)幺值）與當(dāng)前通道測(cè)量的發(fā)電機(jī)電壓標(biāo)幺值做差，如果偏差超過(guò)5%，判據(jù)啟動(dòng)，延時(shí)2 s 后切換通道。

以上兩個(gè)判據(jù)同時(shí)識(shí)別、同時(shí)有效，有效避免了因發(fā)電機(jī)PT 一次保險(xiǎn)慢熔引起的勵(lì)磁系統(tǒng)錯(cuò)誤。

4 新增增減磁防粘連識(shí)別判據(jù)

新增的增減磁防粘連識(shí)別判據(jù)如圖3 所示。當(dāng)外部增減磁指令低于100 ms 時(shí)，軟件程序不執(zhí)行增減磁指令；當(dāng)100 ms<外部增減磁指令<700 ms 時(shí)，軟件程序執(zhí)行增減磁時(shí)長(zhǎng)為t-100 ms；當(dāng)700 ms<外部增減磁指令<3 s 時(shí)，軟件程序執(zhí)行增減磁時(shí)長(zhǎng)為700-100=600 ms；當(dāng)外部增減磁指令>3 s 時(shí)，程序執(zhí)行增減磁時(shí)長(zhǎng)為700-100=600 ms，并發(fā)出報(bào)警。程序中所有時(shí)間均可以通過(guò)軟件進(jìn)行調(diào)整。

圖3 增減磁防接點(diǎn)粘連識(shí)別判據(jù)

5 新增控制柜超溫報(bào)警邏輯

新增的控制柜超溫報(bào)警邏輯如圖4 所示。電源取自柜內(nèi)DC 24 V，經(jīng)溫控器接點(diǎn)，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定值時(shí)，觸點(diǎn)導(dǎo)通，板卡收到信號(hào)后，內(nèi)部定義“控制柜內(nèi)超溫”信號(hào)，發(fā)總報(bào)警信號(hào)至DCS。

圖4 控制柜超溫報(bào)警邏輯

6 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器作為發(fā)電廠的重要調(diào)節(jié)設(shè)備，與發(fā)變組的正確配合對(duì)發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。因此，在初期自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和發(fā)變組選型之前，就要計(jì)算出兩者的整定配合關(guān)系，以防止勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與發(fā)變組保護(hù)配合不當(dāng)，造成機(jī)組停機(jī)或設(shè)備損壞的重大事故。對(duì)于已投產(chǎn)機(jī)組，需要積極梳理設(shè)備邏輯原理，及時(shí)修正勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與發(fā)變組保護(hù)定值匹配不符的問(wèn)題，保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。