某电厂ABB励磁调节器的升级改造

晏青松

(黄冈大别山发电有限责任公司，湖北 黄冈 438000)

某电厂ABB励磁调节器的升级改造

晏青松

(黄冈大别山发电有限责任公司，湖北 黄冈 438000)

介绍了某电厂1，2号发电机励磁系统改造前的基本参数及系统缺点，阐述了改造内容和新励磁系统的技术特点，提出了改造过程中应注意的前期准备、励磁调节器的拆除和安装方案、转子接地保护装置改造等内容。改造完成后，提高了机组励磁系统的安全运行水平。

励磁调节器；升级改造；试验

0 引言

某电厂1，2号机组于2008年投入商业运行，采用瑞士ABB公司的Unitrol5000静态励磁系统，系统型号为Q5S-0/U261-S5000。2015年发生过1次因ARCnet通讯故障引起的机组非停事故，其余时间运行较为稳定。2016年5月和10月，该电厂分别对2台机组的励磁调节器进行了升级改造。

1 改造前的励磁系统概况

1.1 1，2号发电机基本参数

额定功率 644.44MW，额定电压 22kV；额定定子电流18790A，额定功率因数0.9；额定励磁电压 461V，额定励磁电流 4756A；额定空载励磁电压 176V，额定空载励磁电流 1942A。

1.2 5000励磁系统缺点

(1)无冗余连接。5000励磁系统ARCnet总线承担着励磁系统控制以及状态信号交换功能，无冗余连接。总线接头松动或干扰信号引起总线通信不正常，将会导致励磁系统事故停机，严重影响机组运行。

(2)5000励磁系统人机交互界面显示信息较少，不利于运行人员检查和现场调试。

2 改造内容及改造后的系统优点

2.1 改造内容

本着经济和可靠的原则，保留励磁调节器原有的灭磁开关、灭磁电阻、整流桥、起励回路，主要更换励磁调节器控制部件、整流桥控制部件、过电压吸收装置、控制电源回路、人机操作界面等。

整套励磁调节器需运至工厂进行升级改造。

升级后的励磁系统型号为T6S-0/U261-S6000。该励磁系统采用“双通道+后备通道”冗余配置，每个通道含有1块主控板PEC800、1块测量通讯板CCM，具有1个自动通道(机端电压调节模式)、1个手动通道(励磁电流调节模式)和1个后备手动通道。后备手动通道作为紧急情况下的备用通道，采用手动控制模式。

2.2 改造后的系统优点

改造后的系统为6000励磁系统，该系统具有如下优点。

(1)利用光纤冗余方式传输触发脉冲，消除了5000励磁系统中因扁平电缆的老化和破损给机组运行带来的隐患。

(2)采用光纤冗余方式进行内部通讯，避免了5000励磁系统中因ARCnet串行通讯中断造成的非停事故。

(3)采用每个整流柜单独采集同步电压、励磁电压和励磁电流方式，避免了5000励磁系统中因用PSI板带来的系统安全问题。

(4)转子过电压保护采用电流继电器来检测漏电流，避免了5000励磁系统中因霍尔元件易受干扰造成误报转子过电压并导致机组的非停。

(5)风机电源采用每个整流柜独立分布电源方式，避免了5000励磁系统中因总电源继电器故障造成的风机回路失电而带来的非停事故。

(6)板卡均独立安装，且每块板卡采用双电源供电，每路电源均有独立开关，使得在线维护和故障处理更加安全可靠。

3 改造过程中的注意事项

3.1 改造前期工作

(1)改造前，电厂技术人员应去具备改造资质的厂家进行实地考察，了解该厂家的改造业绩及改造能力。

(2)与厂家技术人员确定改造范围并向已完成励磁改造的电厂了解注意事项，确定改造合同。

(3)在项目正式实施之前，对厂家提供的图纸进行审核，注意改造后的励磁调节器与外部设备接口部分。

(4)对照厂家图纸，绘制出励磁改造的接口图纸，确定是否需要新增电缆、DCS组态是否需要改变。

3.2 励磁调节器拆除和吊运

因受场地和试验条件限制，双方协商将整套励磁调节器返回ABB公司进行改造，所以需要将整套励磁调节器拆除、返厂。

3.2.1 励磁调节器拆除

该电厂励磁调节器位于汽机房6kV配电室内，相对于励磁调节器位于汽机房13.7m平台上的电厂而言，拆除难度较大。拆除励磁调节器的外部接线，将励磁调节器拆分为2部分：第1部分为调节柜(ER)、灭磁柜(ES)和直流出线柜(EE)，第2部分为6面整流柜(EG)和交流进线柜(EA)。

3.2.2 励磁调节器吊运

1号机组通过拆除励磁小室和6kV配电室的墙面，将励磁调节器平移至能使用汽机房行车的地方进行起吊。

2号机组因无法使用行车，用2台20t流动式汽车吊配合完成起吊工作。其中，在2号机组搭设9.1m高的脚手架平台，用于起重指挥等工作。

3.3 转子接地保护装置改造

原5000励磁系统采用ABB公司自带的UNS3020a-Z型转子接地保护装置(叠加交流电压测量导纳的惠斯通电桥原理)，容易受汽机侧大轴接地状况影响，引起对地电容值发生变化而使装置误动作。该装置无法有效在线监视发电机转子绝缘状况及转子正负极对地电压大小，也不能区分发电机转子一点接地和两点接地故障；同时该装置还存在人机界面不友好、定值修改困难等缺陷，不利于运行和维护人员对发电机转子绝缘的监测。

根据参考文献2，该电厂废弃了原转子接地保护装置，在励磁调节柜旁新增1面屏柜，使用南京南瑞继保电气有限公司生产的RCS-985RE乒乓式和双端注入式转子接地保护装置。正常运行时，投入双端注入式转子接地保护装置。

3.4 厂家静态试验

工厂试验一般按照标准程序执行，主要试验项目包括：主回路及控制回路交直流耐压试验、绝缘试验、设备参数设置与核对、数字量与模拟量核对、跨接器过压试验、小电流试验、大电流试验。设备回装，连接好外部接线后，核对外部开入和开出量、模拟量等。

在静态试验过程时，ABB厂家对PT慢熔逻辑(即PT断线保护)和增减磁防粘连程序进行升级。增减磁防粘连原理是：调节器捕捉外部增减磁脉冲上升沿，捕捉到上升沿后就将脉冲展宽500ms(可设置)。PT慢熔原理是：比较2组机端PT线电压，若压差超过定值，自动切换至备用通道。

3.5 调试过程中发生的问题

(1)1号机组发生过厂家将灭磁开关辅助接点中“C”与“c”接反事故。正确接线应该是“C”接机组110V直流正极，“c”接励磁柜内电源模块24V_N，而24V_N是接地的。工厂配线将线接反以后，直接导致机组110V直流系统接地报警。

(2)2号机组发生过灭磁开关合分闸回路电阻R21和R22引脚“1”线接反事故，如图1，2所示。R21为4.7Ω，R22为19.8Ω，YC/O线圈电阻为7.8Ω，正确接线时该线圈电压为14.96V，一旦接反，分闸接触器K12合闸后，YC/O线圈中承受的电压为62.5V，导致在试验过程中偶尔发生灭磁开关脱扣的情况。

(3)2号机组发生过正常停机跳灭磁开关后ECT上报警“CrowbarFlt”(跨接器故障)。正常停机产生反向过电压，跨接器V2，V3导通，电流互感器T02.1检测漏电流后，其接点触发A51的DI5动作。正向过电压时，跨接器V1导通，T02.2检测漏电流后，其接点触发A51的DI6动作。

从ECT故障录波图看，发现灭磁开关跳开后，DI6开入至A51，DI5没有开入，而软件里面定义“CrowbarFlt”(跨接器故障)为DI5有开入，从而判断DI5和DI6接线错误。

图1 错误接线

图2 正确接线

3.6 厂家动态试验

在发电机空载情况下，需要做通道1、通道2和后备通道的手自动模式起励、阶跃、逆变灭磁、跳开关灭磁、手自动模式切换、V/Hz限制器试验以及通道切换试验。手动和自动模式下，起励正常，建压平滑，无明显超调。手动和自动模式下，阶跃试验显示系统的调节响应速率快、超调小，可以得出系统的PID环节工作正常。手自动模式切换试验结果显示切换平滑，基本无扰动，证明系统的手自动模式跟踪正常。通道切换试验证明2个通道之间的跟踪正常。

在发电机并网条件下，试验项目包括:手自动模式阶跃、手自动模式切换、励磁电流限制器、定子电流限制器、PQ限制器和通道切换试验。试验结果表明：手自动切换试验、通道切换试验均显示系统工作，跟踪良好；各个限制器试验证明限制器动作正常。

3.7 励磁参数测试和PSS试验

按照《防止电力生产事故的二十五项重点要求》11.2.4条“励磁系统设备改造后，应重新进行阶跃扰动性试验和各种限制环节、电力系统稳定器功能的试验，确认新的励磁系统工作正常，满足标准的要求”的规定，当改造完成后，需要重新开展励磁参数测试和PSS试验。

(1)励磁参数测试。主要是发电机空载特性、发电机空载阶跃响应特性试验、发电机空载大阶跃试验、发电机时间常数测试和调差极性校核试验。通过将仿真结果与实际空载阶跃响应结果比对，验证了机组励磁系统模型参数的正确性。“仿真参数”可以作为“实用参数”，用于电力系统稳定计算。

(2)PSS试验。主要是励磁系统无补偿频率特性测量、在线有补偿励磁系统频率响应特性仿真、PSS临界增益确定、PSS阻尼效果校核试验、机组“反调”现象检查。试验结果表明：PSS相位补偿合理，为系统提供了正阻尼，对低频振荡有较好的抑制作用。PSS运行试验及“反调”试验表明PSS可以正常投入运行。

4 结束语

该电厂励磁系统升级改造后，励磁系统各项功能满足相关技术标准以及电网要求，具有简洁便利的人机界面以及故障录波功能，便于调试及维护，有效提高了机组励磁系统的安全运行水平。

1周志凯．某电厂因UNITROL5000励磁系统通信故障致机组跳闸事件分析[J]．广东电力，2016，29(7)：35-38.

2刘建平．ABB发电机转子接地保护装置国产化改造的研究与应用[J]．浙江电力，2012，31(1)：49-51.

3刘健．大型汽轮发电机自并励励磁系统分析设计与仿真[D]．哈尔滨：哈尔滨理工大学，2007．

2017-04-11。

晏青松(1985—)，男，助理工程师，主要从事火电厂汽机维护工作，email：vyqs@163.com。