UN6000励磁系统在大型机组的应用

1、L o g oL o g o中国长江三峡集团公司中国长江三峡集团公司长江三峡长江三峡能事达电气股份有限公司能事达电气股份有限公司CHINA THREE GORGES CORPARATION THREE GORGES NENGSHIDA ELECTRIC CO.,LTD UN6000UN6000励磁系统励磁系统在巨型发电机组的应用在巨型发电机组的应用 ABB是国际上著名的发电机励是国际上著名的发电机励磁系统设备供应商，在中国磁系统设备供应商，在中国大容量的大容量的水电、火电和核电水电、火电和核电发电机励磁系统发电机励磁系统都都有很高的市场占有率有很高的市场占有率。 长江三峡能事达电气股份有限长江

2、三峡能事达电气股份有限公司公司是中国长江三峡集团公司旗下是中国长江三峡集团公司旗下专业的专业的励磁设备供应商，具有十多励磁设备供应商，具有十多年的励磁设备生产经验。年的励磁设备生产经验。 P.C.B Factor y Assem bly Shop Power Test Lab 电力试验室电力试验室 装配车间装配车间 工程部工程部 PCBPCB 生产厂生产厂 技术渊源技术渊源NSD&ABB联合设计联合设计瑞士瑞士ABB最新一代的最新一代的UNITROL 6000励磁控制励磁控制技术技术能事达公司自主能事达公司自主研发研发的的STR-RG热管自冷散热热管自冷散热励磁励磁整流技术整流技术UN

3、6000励磁控制系统励磁控制系统 总体设计方案总体设计方案UN6000励磁控制系统励磁控制系统 v 励磁调节柜励磁调节柜 1屏屏v 辅助控制柜辅助控制柜 1屏屏v 大功率热管整流柜大功率热管整流柜 4屏屏v 灭磁开关及过压保护柜灭磁开关及过压保护柜 2屏屏v 非线性灭磁电阻柜非线性灭磁电阻柜 1屏屏v 柔性电制动柔性电制动励磁控制屏励磁控制屏UN6000励磁控制系统励磁控制系统测量测量单元单元AVR+ FCR12n供电单元供电单元自动跟踪自动跟踪监测单元监测单元保护单元保护单元逻辑控制单元逻辑控制单元测量测量单元单元AVR+FCR供电单元供电单元监测单元监测单元保护单元保护单元逻辑控制单元逻辑

4、控制单元系统框图系统框图灭磁及过压保护灭磁及过压保护辅助起励辅助起励励磁变励磁变制动制动变变先进的技术、成熟的产品、最优的配置先进的技术、成熟的产品、最优的配置v 先进的励磁控制器先进的励磁控制器 v 以64位高速模块化控制系统AC800PEC为核心v 以光纤为载体v 网络化励磁控制 传统励磁构架 功能强大、可靠性高、信息丰富，维护方便 网络化励磁构架先进的技术、成熟的产品、最优的配置先进的技术、成熟的产品、最优的配置v 大容量、免维护的自冷型功率柜大容量、免维护的自冷型功率柜 采用环形热管自冷散热技术，单柜自冷额定输出2500A，解决了强迫风冷功率柜噪音大、灰尘多、故障率高的问题，提高了设备

5、可靠性，实现了整流柜的免维护 风冷功率柜风冷功率柜自冷功率柜自冷功率柜风机噪音大无灰尘大小日常维护每周清理滤网风机定期维护可控硅、风道定期拆卸清灰免维护故障率风机是旋转设备，容易发生故障灰尘积累影响绝缘和散热故障率高无旋转设备无灰尘积累故障率低可靠性经常烧毁，可靠性低从未烧毁，可靠性高先进的技术、成熟的产品、最优的配置先进的技术、成熟的产品、最优的配置v 可靠的可靠的灭磁灭磁技术技术交直流冗余灭磁技术交直流冗余灭磁技术 v 直流灭磁技术v 交流灭磁技术v Crowbar转子过电压保护v SIC灭磁电阻 直流灭磁交流灭磁互为备用，可有效防止灭磁开关拒动，实现快速移能灭磁，经三峡、向家坝、溪洛渡等

6、电厂大量巨型机组运行检验，是目前可靠性最高的灭磁技术励磁调节器励磁调节器Excitation Regulator励磁调节器励磁调节器 v ABB AC800PEC控制器控制器v CCM通讯、控制和测量模块通讯、控制和测量模块 v CIO组合输入输出单元组合输入输出单元 v PSU双路冗余控制电源双路冗余控制电源 v 15.1“彩色触摸屏的独立工业彩色触摸屏的独立工业PC（ECT）v 电压调节规律电压调节规律PID+PSS2B v 逻辑控制及限制保护功能逻辑控制及限制保护功能励磁调节器框图励磁调节器框图AC800PECProcessorModulev Powerful ABB Power Ele

7、ctronics Controller 400MHz PowerPC CPU (IBM/Motorola) 64 bit IEEE 浮点运算核心核心控制模块控制模块Interfacing of PP D113 (AC800PEC)ABBCEX-BUS36 bidirectionaloptical linksS800Slow digital/analog IOCIOCCICCMEthernet TCP/IPECTCCM800 xA IntegrationRedundantEthernetOPCNot usedField Bus-MODBUS RTU-PROFIBUSEnterprisesyste

8、msNot usedNot used 通信控制测量接口CCM 开关量接口CIO Both input lines are supervised individually24VDC24VDC接口模块接口模块v 在线检修 电源电源PSUv 电源冗余电源冗余ICU = Input Coupling Unit PS = 24V Power SupplyAPD = Auxiliary Power Distribution unit (electronic current limiting)故障切换逻辑故障切换逻辑Control channel 1Control channel 2Converter in

9、terface 1Converter interface nConverter interface 2Controller / Converter LinksFIBER OPTIC OR TWISTED PAIR CABLEECT - Excitation Control TerminalOPERATION MENUPOWER CHART MENUSYSTEM MENUTRENDING MENUFAULT LOGGER MENUALARM MENUPARAMETER MENU控制模型控制模型符合IEEE Std 421.5的 PID+PSS2B的控制模型控制流程控制流程限制保护功能限制保护功能

10、 转子过流一段报警转子过流一段报警 转子温升一段报警转子温升一段报警 PT 断线断线 报警报警监测监测报警报警的概念的概念 (措施措施：启用备用通道：启用备用通道 ) 软件自检报警软件自检报警 硬件自检报警硬件自检报警 AVR电源报警电源报警 可控硅监测报可控硅监测报警警 通风报警通风报警 转子接地转子接地 转子短路转子短路 转子过流二段报警转子过流二段报警 转子温升二段报警转子温升二段报警 转子过压转子过压 V/Hz引起饱和引起饱和 过温过温 过载过载保护保护的概念的概念 (措施措施：跳机：跳机 ) 硬件自检报警硬件自检报警 软件自检报警软件自检报警 内部供电报警内部供电报警 内部短路内部短

11、路 可控硅过载可控硅过载故障矩阵故障矩阵通信通信STR-RGSTR-RG热管整流柜热管整流柜STR- RG Heat pipe Rectifier 励磁整流系统完全依赖大功率风机散热，风机是旋转设备，励磁整流系统完全依赖大功率风机散热，风机是旋转设备，长期不间断运行故障长期不间断运行故障率高率高； 风机运行需要交流电源，电源故障会影响风机运行；风机运行需要交流电源，电源故障会影响风机运行； 强迫风冷带来大量灰尘，强迫风冷带来大量灰尘，整流整流柜滤网需经常更换清理，维护柜滤网需经常更换清理，维护工作量大，维护不工作量大，维护不当当将导致滤网堵塞影响将导致滤网堵塞影响整流整流柜正常运行；柜正常运行

12、； 长期灰尘积累会影响绝缘和散热，易导致长期灰尘积累会影响绝缘和散热，易导致整流整流柜柜内部内部短路烧短路烧毁，影响整个系统的安全运行；毁，影响整个系统的安全运行； 长期强迫风冷造成灰尘积累，长期强迫风冷造成灰尘积累，整流整流柜可控硅、散热器和风道柜可控硅、散热器和风道需要定期拆卸清理再重新组装，维护工作量大，组装过程中需要定期拆卸清理再重新组装，维护工作量大，组装过程中的不确定因素易导致的不确定因素易导致整流整流柜故障甚至烧毁。柜故障甚至烧毁。 强迫风冷整流强迫风冷整流系统存在的隐患系统存在的隐患解决方案解决方案热管自冷励磁整流系统热管自冷励磁整流系统 强迫风冷方式强迫风冷方式过多依靠人工维

13、护，过多依靠人工维护，在设计原理上降低了设备的可靠在设计原理上降低了设备的可靠性，给电力系统带来了安全隐患。随着机组容量的增加性，给电力系统带来了安全隐患。随着机组容量的增加，励磁参数的，励磁参数的增增大，对冷却和绝缘的要求越来越高，强迫风冷带来的问题更显突出。大，对冷却和绝缘的要求越来越高，强迫风冷带来的问题更显突出。 基于本质安全的设计思想基于本质安全的设计思想，采用热管自冷散热技术，采用热管自冷散热技术，从根源上消除从根源上消除强迫风冷带来的安全隐患，提高整个系统的可靠性。强迫风冷带来的安全隐患，提高整个系统的可靠性。 无需无需风机，风机，避免了避免了风机风机和风机电源的故障和风机电源的

14、故障； 避免了灰尘积累引起的整流避免了灰尘积累引起的整流柜柜故障和事故；故障和事故； 免免维护维护，避免了，避免了拆卸组装拆卸组装过程引起的整流过程引起的整流柜柜故障和事故故障和事故； 满足满足“黑启动黑启动”要求，增强了事故应对能力；要求，增强了事故应对能力； 减少了噪音，改善了设备运行环境；减少了噪音，改善了设备运行环境； 缩短了检修工期，提高了劳动生产率。缩短了检修工期，提高了劳动生产率。热管自冷技术原理热管自冷技术原理 相变传热相变传热毛 细 现 象加 热蒸 发液 相 回 流冷 却冷 凝绝 热 段蒸 发 段蒸 气 流冷 凝 段工 质吸 液 芯密 闭 容 器热 管 工 作 原 理 传热速

15、度快传热速度快 ：热管壳体内部为真：热管壳体内部为真空状态空状态，工作介质的相变温度远工作介质的相变温度远低于常压下的沸点温度，内部流低于常压下的沸点温度，内部流体的流动阻力小。体的流动阻力小。 等温性能好等温性能好 : :通过热管快速将热通过热管快速将热量传递到整个散热器，减小了散量传递到整个散热器，减小了散热器温差，增大了有效散热面积。热器温差，增大了有效散热面积。 完全自冷散热，运行时无需风机，完全自冷散热，运行时无需风机，无噪声和灰尘，节能环保，免维无噪声和灰尘，节能环保，免维护，可靠性高。护，可靠性高。专利技术专利技术环形热管散热器环形热管散热器 散热片与热管接触面大散热片与热管接触

16、面大, ,热容量大热容量大. . 工作时相变产生的蒸发汽体与冷凝产生的液体运动方向相同，避免工作时相变产生的蒸发汽体与冷凝产生的液体运动方向相同，避免了汽、液混流引起的相互干扰，不存在了汽、液混流引起的相互干扰，不存在”干烧干烧”问题。问题。 采用环形结构可改变传热方向，有利于充分利用空间。采用环形结构可改变传热方向，有利于充分利用空间。STR-2500RG热管整流柜热管整流柜 进口大功率可控硅进口大功率可控硅 完全自冷型大功率热管散热器完全自冷型大功率热管散热器 高频脉冲列强触发技术，独立高频脉冲列强触发技术，独立脉冲变组件脉冲变组件 可控硅过流保护可控硅过流保护低功耗快速熔断器低功耗快速熔

17、断器 阻容保护吸收可控硅换相过电阻容保护吸收可控硅换相过电压压大功率线编式无感电阻大功率线编式无感电阻进口专用交流电容进口专用交流电容专利技术专利技术可控硅温度红外在线监可控硅温度红外在线监测测 准确性准确性 直接测量可控硅温度直接测量可控硅温度 安全性安全性 非接触式测温非接触式测温 实时性实时性 在线温度监测在线温度监测 StStSt电流均分线来自AVR的触发信号+-12n整流柜均流巨型机组热管整流系统巨型机组热管整流系统 根据电力系统的设计规范设计，所有技术指标符合根据电力系统的设计规范设计，所有技术指标符合GB/T7409.3-2007GB/T7409.3-2007及及DL/T583-

18、2006DL/T583-2006的要求的要求 装置额定输入交流电压装置额定输入交流电压1 1337V 337V 单柜在无风条件下，额定输出单柜在无风条件下，额定输出2500A2500A 整套系统整套系统4 4个整流柜并联，个整流柜并联，在无风条件下，额定输出在无风条件下，额定输出10000A10000A 装置主电路工频耐压装置主电路工频耐压50005000V V，辅助电路工频耐压辅助电路工频耐压15001500V V 装置噪音小于装置噪音小于4 40 0分贝分贝 柜体尺寸：柜体尺寸：4000mm4000mm1200mm1200mm2360mm(2360mm(宽宽深深高高) )主要技术指标主要技

19、术指标大电流试验室大电流试验室 电源：大容量整流变压器电源：大容量整流变压器 负载：大功率水阻负载：大功率水阻 额定输出：额定输出：3600A3600A2500A2500A自冷温升测试自冷温升测试 温度红外在线监测系统温度红外在线监测系统 红外测温仪红外测温仪FLUKE65FLUKE65 红外热像仪红外热像仪FLUKETI40FLUKETI40 热管整流柜测试热管整流柜测试ABB试验室测试试验室测试 2010 2010年年7 7月，月，能事达公司将能事达公司将STRSTR2500 RG2500 RG型环形热型环形热管整流柜送至瑞士管整流柜送至瑞士ABBABB公司的实验室进行测试。公司的实验室进

20、行测试。ABB试验室测试试验室测试 ABB测试结果测试结果 v实验实验1 1：无风自冷状态，单：无风自冷状态，单柜电流输出柜电流输出2550A2550A，温度趋，温度趋于稳定，估算出整流柜额定于稳定，估算出整流柜额定电流电流2490A2490A。v实验实验2 2：无风自冷状态，单：无风自冷状态，单柜电流输出从柜电流输出从3000A3000A降低到降低到2793A2793A使温度稳定后，计算使温度稳定后，计算出整流柜额定电流出整流柜额定电流2646A2646A。v实验实验3 3：无风自冷状态，单：无风自冷状态，单柜电流输出从柜电流输出从2600A2600A降低到降低到2547A2547A使温度稳

21、定后，计算使温度稳定后，计算出整流柜额定电流出整流柜额定电流2576A2576A。灭磁及过电压保护装置灭磁及过电压保护装置De-Excitation and Over Voltage Protection device灭磁主回路灭磁主回路v 直流直流侧灭磁开关侧灭磁开关 2CEX 06 5500 4.2 TS 2000VDC2CEX 06 5500 4.2 TS 2000VDCv 交流侧灭磁开关交流侧灭磁开关 3AH3 078-83AH3 078-8v 碳化硅非线性电阻碳化硅非线性电阻M&I M&I FME/600A/US252/126P/2S/SpecFME/600A/US2

22、52/126P/2S/Specv 转子灭磁和过电压保护转子灭磁和过电压保护ABBABB CROWBAR CROWBAR 2CEX062CEX06 55005500 4.24.2 TSTS 2000VDC2000VDC技术参数制造厂家LENOIR ELEC公司额定电流5500A额定电压2000V最大分断电压3000V最大分断电流30KA最大弧压5000V分断时间70100 ms 断口数量 8直流灭磁开关交流灭磁开关 技术参数型号3AH3078-8额定电流4000A额定电压 7200V额定开断电流63KA断开时间 65 ms分断次数10000制造厂家SIEMENS公司冗余式可控硅跳闸监视触发回路Crowbar及转子过压保护及转子过压保护非线性电