UN5000励磁调节器改造后功率柜均流问题的探讨

戴超超

（浙江浙能嘉兴发电有限公司，浙江嘉兴314201）

UN5000励磁调节器改造后功率柜均流问题的探讨

戴超超

（浙江浙能嘉兴发电有限公司，浙江嘉兴314201）

早期600 MW发电机励磁调节器使用进口设备，长期运行后UN5000型发电机励磁调节器出现的一些问题影响了机组的安全稳定运行，为此对励磁调节器进行了改造，针对改造后出现功率柜均流问题，提出加装脉冲调节柜的措施，有效解决了励磁均流问题。

发电机；励磁调节器；整流柜；均流

嘉兴发电厂600 MW发电机为单元式接线，发电机出口无断路器，励磁功率单元接线方式为：励磁电源取自发电机机端，经励磁变压器降压，再经三相全控桥式整流的自并励方式，发电机励磁使用UN5000型励磁调节器，运行时间10年，元件出现老化，而励磁调节器内部通信为Arcnet现场总线方式，在线处理控制器的卡件会出现误出口现象，为了发电机励磁系统的安全，研究UN5000型励磁调节器的控制器国产化改造以及改造后均流系数不满足规程要求应采取的措施。

1 UN5000发电机励磁调节器的改造

1.1 系统结构

ABB公司UN5000励磁调节器于2004年5月正式投运。如图1所示，励磁机柜组成包括：励磁调节器柜、励磁开关柜、励磁直流出线柜、可控硅整流柜和励磁交流进线柜。

图1 ABB公司UN5000励磁系统

UN5000是基于微机控制的数字式控制系统，励磁调节器的核心是控制板COB，所有的调节、控制以及脉冲形成等功能均由COB实现。带数字信号处理器DSP的测量单元板MUB用于实际值的快速测量。2块板叠装在同一个金属箱内，形成独立的调节通道。箱内安装1块独立结构的扩展门极控制板EGC作备用通道，作为自动控制器失效情况下的备用励磁电流调节。1套励磁系统配置2套互为冗余并完全独立的调节通道，每个通道可以控制1个或多个并联的整流桥。

励磁系统内部通信通过Arcnet现场总线实现，就地控制面板LCP的测量和报警信号以及就地控制命令也通过通信线路发送。UN5000励磁系统采用智能均流措施（在每个可控硅整流柜安装了霍尔测量元件），各整流桥的可控硅触发角度单独计算，因此不必考虑整流变压器和整流桥间接线以及各整流柜物理位置等对均流效果的影响。

1.2 励磁调节器改造

保持励磁系统一次设备不变，控制系统全部更换。保留交流进线柜、可控硅整流柜、灭磁开关柜和灭磁电阻柜。采用南瑞科技的NES6100励磁调节器，工作原理如图2所示。

图2 NES6100励磁调节器工作原理

改造后满足与原UN5000励磁系统一次设备所有接口要求。微机励磁调节装置具备自诊断功能和检验调试各功能的软件和接口，配置2个软件、硬件相同且独立工作的全冗余控制通道，双自动通道能可靠无扰动地切换，每个通道的自动与手动模式也能可靠无扰动地切换。其控制单元采用高性能微处理器PowerPC和2块支持高速浮点运算的数字信号处理器DSP构成的多核硬件平台，采用嵌入式实时多任务操作系统。

NES6100励磁系统在均流方面的设计思路为物理均流，其可控硅触发方式属于各个功率柜一致性触发，而原交流进线位置在5台功率柜的一侧，属于单侧进线方式，这种安装方式会导致各个功率柜的交流阻抗不一致，造成机组均流系数不满足标准要求。

2 改造后出现的问题

2.1 问题分析

励磁系统的功率整流装置通常采用多路并连结构，这就要求多柜并联运行的大功率整流柜间具有良好的均流系数，以便设备容量得到充分合理的应用。对于自并励励磁系统，其回路等效电路如图3所示。在图3中：电压源US1i表示第i个可控硅整流柜输出电压的大小；US2i表示第i个可控硅整流柜可控硅的平均通态压降；Ri表示励磁系统中第i个可控硅整流柜的交直流回路的等效电阻；Li表示励磁系统中第i个可控硅整流柜的交直流回路的等效电感（包括自感和互感）；R表示发电机转子回路电阻；L表示发电机转子回路电感。

影响可控硅整流柜均流有以下因素：可控硅触发的一致性；可控硅平均通态压降；交直流回路电阻和电感。

UN5000励磁系统采用智能均流，设计时不必考虑整流变压器和整流桥间接线对均流效果的影响，交流进线柜可放置在任何位置，靠各个可控硅整流柜正、负板铜排上的霍尔测量元件反馈给励磁调节器主控板电流值，达到可控硅整流柜均流。但NES6100励磁调节器控制系统设计思路为物理均流，而由于可控硅整流柜未更换，其布局无法改变，交流进线柜安装在边柜，各个可控硅整流柜与交流进线柜有一定距离差，各可控硅支路阻抗不同，使可控硅的均流性受到影响。

图3 自并励励磁回路等效电路

为了掌握可控硅触发情况以及各个可控硅整流柜电流的差别量，在对功率柜各相电流进行测试，在发电机额定出现差异电压下，使可控硅的均流性受到影响。如表1所示，均流系数为0.849。

表1 并励空载额定工况功率柜电流

根据DL/T 843－2010《大中型汽轮发电机励磁系统技术条件》第6.4.6条的要求，功率整流装置的均流系数应不小于0.9，可见改造后的均流系数不符合要求。

2.2 解决方案

对UN5000励磁调节器改造后出现的可控硅整流柜均流问题进行综合分析，提出了2种解决方案。

方案1：在可控硅整流柜交流进线侧安装磁环以增加阻抗，调节各功率柜之间存在的阻抗差。这种方案制造简单，便于实现。利用机组停机机会，对可控硅整流柜功率柜交流母线距离进行了测量，如图4所示，由于交流输入和直流输出母线距离太小（小于50 mm），安装磁环后安全距离不够，因此放弃该方案。

图4 UN5000功率柜母线配置

方案2：在各个功率柜中安装6块脉冲调理板，图5为脉冲调理板原理，通过模拟电路将脉冲滞后0°～2°后，再将脉冲通过脉冲变压器隔离后送至可控硅，现场使用时，只需调节出力较大的功率柜的脉冲偏移板参数调节，就能达到改善均流的目的。

图5 脉冲调理板原理

根据空载工况测得的电流波形及电流量情况，EG1和EG4，EG5柜电流偏大，脉冲调理板对调节器发出的脉冲进行核算和调整，使得各机柜的输出电流尽量接近，脉冲最大调整角度为1.5°（EG1柜移相了1.0°，EG4柜移相了0.5°，EG5柜移相了1.5°）。表2为运行时的均流试验记录（空载工况和547 MW，120 Mvar负载工况），计算均流系数大于0.9。

表2 并励功率柜电流

由此可见，通过发电机励磁调节器脉冲调理板发出的脉冲，对可控硅的均流进行调整，能可靠提高改造后可控硅整流柜的均流系数。

3 结论

对UN5000励磁调节器控制系统的改造，解决了调节器多年运行后电子元件老化、备品备件价格昂贵以及网源协调技术水平不高等问题。在发电机励磁调节器功率柜增加脉冲调理板，通过现场试验和计算，利用脉冲调理板进行脉冲微调移相来达到励磁系统均流要求。以最小的改动实现了励磁调节器的更新升级，可为同类型发电机机组的励磁系统改造提供参考。

[1]DL/T 843－2010大型汽轮发电机励磁系统技术条件[S].北京：中国电力出版社，2011.

[2]毛立森，何靖.发电机励磁系统不均流现象分析[J].华电技术，2010（3）∶13－16.

（本文编辑：徐晗）

Discussion on Current Sharing of Power Cabinet after Retrofit of UN5000 Excitation Regulator

DAI Chaochao
（Zhejiang Zheneng Jiaxing Power Generation Co.，Ltd.，Jiaxing Zhejiang 314201，China）

In the early time，excitation regulators imported from abroad were used for 600 MW generators.After long operation，problems occurred in UN5000 excitation regulators of generators affect operation safety and stability of units.Therefore，the excitation regulators are transformed.To handle current sharing of power cabinet that occurs after the retrofit，the paper suggests equipping pulse conditioning board and excitation current sharing is effectively finished.

generator；excitation regulator；silicon controlled rectifier；current sharing

TM761+.11

：B

：1007-1881（2016）04-0059-03

2015-11-20

戴超超（1963），男，高级工程师，主要从事发电厂电气设备管理工作。