ABB-UN5000励磁系统专题

系统设备介绍运行操作性能要求UN5000励磁系统技术数据清单运行方式保护及逻辑回路隐极同步发电机

转子下线大电流集电环

电刷就地控制屏

LCP正常运行中的LCP状态维护操作面板(手持屏)

UNS0874多功能手持屏用于调试和维护。具有就地操作、参数设定和应用程序编程功能。可显示励磁系统的数据（如发电机机端电压、励磁电流和励磁电压）、设定参数。还具有实时报警和故障记录管理功能。

该手持屏有16个触摸键和一个4×20字符的液晶显示屏，类似于一个袖珍计算器。它通过串行接口RS485与励磁装置相连接，数据传输速率为9600位/秒。手持屏的电源通过串行电缆提供，其本身不需电池。

手持屏与AVR双通道之间的通讯是通过公共接口实现的。两通道由各自的ID识别号区分，不需要重新连接电缆，就可以自由选择与任一通道进行通讯。

CMT是一个非常便捷的软件工具，它可以安装在个人电脑中，用于设备的调试和维护。它的主要功能：

1、就地控制面板功能

2、趋势图功能

3、故障录波功能

4、显示和删除内部故障记录功能

5、软件框图实时显示功能

6、编程功能

7、参数修改、装载和磁盘保存功能

8、以文件形式保存当前设定和图形记录功能调试维护工具（CMT）发电机励磁系统AVR励磁调节器（AVR）采用数字微机型，AVR中装设无功功率、功率因数等自动调节功能。励磁调节器设有过励磁限制、过励磁保护、低励磁限制、电力系统稳定器、V/H限制及转子过电压保护和PT断线闭锁保护等单元；其附加功能包括转子一点接地保护、转子温度测量、串口通讯模块、跨接器、DSP智能均流、轴电压毛刺吸收装置等。采用两路完全相同且独立的自动励磁调节器并联运行，两路通道间能相互自动跟踪，当一路调节器通道出现故障时，能自动无扰切换到另一通道运行。手动、自动电路应能相互自动跟踪；当自动回路故障时能自动无扰切换到手动。CT、PT均为两路独立的输入回路。通电前的检查励磁系统投入之前，必须保证所需要的全部电源已经送电，必须保证能安全启动。必须进行下述的检查：系统的维护工作已完成。控制和电源柜已准备好待运行并且适当地被锁定。发电机输出空载，到励磁变压器及励磁柜的输入/输出电缆断开(临时接地线拆除)。灭磁开关的控制电源及调节器电源已送电。没有报警和故障信息产生。励磁系统切换到远方控制方式。励磁系统切换到自动运行方式。发电机达到额定转速(检查显示仪表上的转速)。通电顺序动作显示控制1励磁开关合上指示灯ON亮励磁开关已合上2励磁系统投入指示灯ON亮在5－20秒内建压

发电机空载运行3励磁系统准备低负载运行。使用上升/下降键可以将发电机电压调整到电网电压。发电机电压调整到设定点。4当电网电压与发电机电压同步时，闭合发电机的主电路开关。发电机的无功功率接近于零。

发电机低负载运行5使用上升/下降键设定发电机的无功功率到期望的运行极限以内。调整发电机的电压，发电机产生一定的无功功率。运行期间应当进行下述的定期检查：a) 在控制室中无限制器动作。工作调节器的设定点没有达到极限设定值。通道之间是平衡的，并且通道切换已准备就绪。励磁电流、发电机电压和无功功率是稳定的。b) 在励磁柜中:无报警动作。无非正常的噪音。停机顺序动作显示控制6发电机与电网解列：

-通过发电机电压设定点来减小无功功率。

–通过透平调节器减小有功功率。–断开发电机主电路开关7&8励磁系统退出，励磁开关断开指示灯OFF亮发电机电压在几秒钟内下降到零。发电机励磁系统起励与灭磁起励开始时，发电机的起励能量来自发电机残压。当可控硅的输入电压升到10V～20V时，可控硅整流桥和励磁调节器就投入正常工作，由AVR控制进行软起励过程。如果因长期停机等原因造成发电机的残压不能满足起励要求时，采用220VDC电源起励方式，当发电机电压上升到规定值时，起励回路自动脱开。自动灭磁装置装在励磁回路直流侧。灭磁开关的额定参数按励磁系统强励工况（机端电压为80%额定电压时，强励倍数2倍额定励磁电压）选择。灭磁开关型号为HPB60M－81S额定电压1000V，开断电压3000V，设计开断电压1900V，短路电流开断能力100KA以上。发电机励磁系统性能当发电机的励磁电压和电流不超过其额定励磁电流和电压的1.1倍时，励磁系统能连续运行。励磁系统具有短时过载能力，励磁系统强励倍数不小于2（静止励磁系统即使定子电压降到80%额定值时），允许强励时间为20秒。励磁系统具备高起始响应特性，在0.05秒内励磁电压增长值达到顶值电压和额定电压差值的95%。励磁系统响应比（V）即电压上升速度，不低于3.58倍/秒励磁调节器的调压范围：发电机空载时能在20-110%额定电压范围内稳定平滑调节，整定电压的分辨率不大于额定电压的0.2%。发电机空载时手动调压范围为10%-130%UN。如果励磁电源采用6300V的厂用电时，手动调节的范围可以从0%－130%，可满足发电机零起升压试验的要求。功率整流装置的一个功率柜退出运行时满足发电机强励和1.1倍额定励磁电流运行的要求。当有2个功率柜退出运行时，能提供发电机额定工况所需的励磁容量。整流装置的每个功率元件都设有快速熔断器保护，以便及时切除短路故障元件。并可检测熔断器熔断并给出信号。整流装置冷却风机有100%的备用容量，在风压或风量不足时，备用风机应能自动投入。整流装置的通风电源设有两路，并可自动切换。任一台整流柜故障或冷却电源故障，发出报警信号。技术数据清单1.励磁系统类型UNITROL5000型号Q5S-O/U251-S6000生产厂家ABBSwitzerlandLtd励磁系统的顶值电压(at100%Ugn)1000V顶值电流(for20s)8775A响应时间<0.1s启励方式DC220V额定功耗(不包括励磁变压器)68kW防护等级IP542.励磁变压器类型油浸变压器型号生产厂家瑞士或德国额定容量≥7500kVA相数3接线组别Dy5额定频率50Hz额定电压：高压侧22kV低压侧835V短路比>6%高压侧能够承受1.3倍发电机额定电压的时间1min.能够承受2倍额定电流的时间20s防护等级IP23冷却方式AN绝缘冲击耐受电压(BIL)170kV工频耐压70kV(1min)

Partialdischarge<10Pc绝缘等级A尺寸(LxWxH)(mm)重量(Kg)噪音水平70dB

3.整流桥型号UNL13300生产厂家ABBSwitzerlandLtd最大输出电压(V)1000V最大输出电流(A)(for20s)8775A整流桥每臂可控硅数目1整流桥数目5整流桥的额定电流(A)2300A整流桥的反向电压(V)4300V防护等级IP54尺寸(LxWxH)(mm)大约5000x1000x2200mm重量(Kg)大约5000kg过电压保护a.在交流侧缓冲器b.在直流测卸放装置4.自动电压调节器(AVR)型号UNITROL5000生产厂家ABBSwitzerlandLtd调节模式PID+PSS响应比20ms调节精度<0.5%AVR调节整定范围20%~110%Ugn手动电流调节器整定范围0%~110%Ifn运行方式和冗余2AVR+2FCR+2BFCR防护等级IP54尺寸(LxWxH)(mm)大约800x1000x2200mm重量(Kg)大约600Kg5.灭磁和转子保护a.磁场开关类型高速单断口直流断路器型号HPB60M-81S制造商ABB额定电流6000A额定电压1'000V最大开断电流100kA断口数目1操作电压(跳闸和合闸线圈)DC220V额定电压下合闸能量Max.9.3A,2sec分闸额定能量Max.1.33A,2sec.跳闸设备2(redundant)b.放电电阻材料SiC类型非线性型号HIER464797单个能量1MJ每臂并联数目5每臂串联数目1支路数目5额定载荷5MJc.转子过电压保护类型CROWBAR型号HUEL412321,disk-type额定容量5MJ电阻器材料SiCBOD电压4~7timesUfnd.尺寸(LxWxH)(mm)大约1000x1000x2200mme.防护等级IP54f.重量(Kg)大约1000Kg带有紧急备用通道的双通道系统主通道1和主通道2之间的切换这种励磁系统具有两个完全独立的调节器和控制通道(通道1及通道2)。两个通道完全相同，因此可以自由地选择通道1或通道2作为工作通道。备用的通道(不工作的通道)总是自动地跟踪工作通道。基本上，除了下述情况以外，通道的切换可以在任何时间进行：如果工作通道检测到故障，将自动地紧急切换到第二个通道。而后，直到故障修复才可能再切回到故障通道。如果不工作的通道故障，从工作通道到不工作通道的手动切换是不可能的。若一个通道发生故障，发电机电压同时也发生动态扰动。然而，立即自动切换到不工作的通道，此不工作的通道不应当跟随发电机电压的动态扰动。为了防止这种情况的发生，不工作的通道相对缓慢地跟随发电机电压，并具有一段延时。应当考虑到从工作通道向不工作通道的手动切换时相应的迟缓特性。直接跟随发电机的电压变化，则切换具有一个短的延时。这种方法在每一种场合都能达到无扰动切换。主通道自动/手动方式之间的切换这种励磁系统的特点是每个主通道都有一个自动调节器(自动方式)和一个手动调节器(手动方式)。在自动方式中，发电机电压受到调节，因此，在发电机机端产生恒定的电压。另一方面，在手动方式中，发电机励磁(磁场电流)保持恒定，随着发电机负荷的变化，发电机励磁(磁场电流的设定点)必须手动调整，以使发电机电压不变。基本上，由于不工作的调节器总是跟随工作调节器，所以在任何时间运行方式之间的切换都是可能的。切换至紧急备用通道

除两个主通道之外，励磁系统还附加了两个紧急备用通道。与主通道的手动方式相类似的紧急备用通道，装有一个励磁电流调节器。除了励磁电流调节器之外，紧急备用通道还装有过电压保护和独立于主通道的触发脉冲控制器。插入到主通道的过电压保护插件起后备保护作用。紧急备用通道的励磁电流调节器的作用与主通道的励磁电流调节器是相同的。也就是紧急备用通道仅仅是调节励磁电流，而不是调节发电机电压。紧急备用通道的励磁电流调节器自动地跟随主通道，因此，在主通道发生故障的情况下，自动地进行无扰动切换。从主通道向紧急备用通道的手动切换只能由被授权的特殊操作人员进行。两个调节器的跟随调整使其能够切回到主通道。跨接器触发板触发单元UNS0017是静态灭磁装置（跨接器）的一部分，具有多个独立的放电可控硅触发回路。

发电机的受控灭磁回路是双冗余的，与灭磁开关的跳闸线圈同时接通。

设有一个电压监测回路，在励磁电压超过设定值时它会自动触发可控硅。因此跨接器作为独立的过电压保护装置，可保护可控硅和磁场绕组免受危险过电压尖峰的冲击。失磁保护（P/Q）发电机运行点在超出其稳定极限时，失励保护动作，跳发电机。利用功率圆图上的五个点设定保护曲线。保护曲线与P/Q限制器的限制曲线相似。但P/Q保护曲线在P/Q限制曲线基础上左移5％到10％。由于同步发电机的稳定极限与机端电压有关，P/Q保护曲线也与发电机端电压成比例校正。发电机工作点超过保护曲线时，触发定时器，经过可整定的延时后发出跳发电机命令。定时器延时启动信号也可用于报警。过激磁保护（V/Hz触发器）用于防止同步发电机和变压器过磁通。过激磁保护首先根据发电机频率和设定值计算出当前的机端电压允许值，如果发电机实际电压超过允许值，就会触发定时器延时。在延时结束前，如果电压仍没有返回到允许值，则发出跳闸信号。定子电流限制器原理框图定子电流限制器该限制器用于防止发电机定子过热，在过励和欠励侧均有效。其工作原理与最大励磁电流限制器的工作原理相似。主要差别在于定子电流限制器没有一个确定的最大定子电流限制值，当时间趋于零时，限制值理论上可趋于无限大（Imax＝∞），通过适当的参数整定，可以得到接近于定子绕组最大允许热能△Emax的反时限特性。定子电流限制器分欠励侧和过励侧两部分，其限制量均为定子电流的平均值。当发电机过励时，欠励侧定子电流限制器截止，反之亦然。通过检测负载的功率因数，可保证定子电流限制器双方向（过励和欠励）动作的正确性。显然，定子电流限制器不能影响发电机的有功电流分量。如果发电机的有功电流分量高于定子电流限制器的限制值，为避免误动作，限制器会自动将发电机无功功率调整为零。最大励磁电流限制器和最小励磁电流限制器最大励磁电流限制器用于防止转子回路过热，它设计具有反时限特性。限制器有两个限制值：一个是强励顶值电流限制器，另一个是连续运行允许的过热限制值。与过热限制值关联的两个控制参数分别是转子等效加热时间和转子等效冷却时间。同步发电机正常运行过程中（无限制器动作），最大励磁电流限制器的限制值是强励顶值电流限制值Imax，即AVR可以在必要时提供强励顶值电流。在系统故障需要强行励磁来排除故障时，如果励磁电流的实际值超过过热限制值，调节器就会起动一个剩余功率积分器，将电流偏差值△i2（其中△i＝Ifield－Itherm）对时间积分，其结果正比于励磁绕组的加热能量。如果励磁电流持续高于过热限