UNITROL 6800 型自動勵磁調節器邏輯及回路改造

王海波

（上海申能崇明發電有限公司，上海 202150）

0 引言

近年來，由于隨著科學技術的發展，繼電保護裝置性能不斷提升，故障切除時間有所縮短。其中，運用自并勵勵磁系統的電力系統效果較為顯著，其瞬時穩定水平高于使用常規交流勵磁機勵磁的系統，且對電力系統繼電保護的正確動作的影響較小。同時，隨著大功率可控硅整流裝置性能的優化升級，使得該勵磁系統的可靠性也普遍高于交流勵磁機勵磁系統，尤其大大縮短了機組軸系長度，有效降低了機組的振動（圖1）。

圖1 自并勵勵磁系統原理

本文對ABB UNITROL 6800 型勵磁調節器內部邏輯梳理，核算勵磁調節器與發變組保護配合關系，并以某廠1 號發電機組的參數為例進行計算、分析，解決勵磁調節器實際應用中與發變組保護配合等問題。

1 系統參數

自動勵磁調節器參數：額定勵磁電壓為445 V；額定勵磁電流為4534 A；強勵倍數為2；強勵時間為20 s。

勵磁變壓器參數：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TA為600/1=600；低壓側TA 為6000/1=6000；勵磁變XT勵磁變=

2 邏輯及回路改造相關內容

ABB UNITROL 6800 型型勵磁系統的軟件內勵磁電流限制器、定子電流限制器計算模型與GB/T 7064—2017《隱極同步發電機技術要求》的規定存在差異，導致勵磁系統內限制器與機組實際過負荷能力、發變組保護的整定存在配合偏差。針對以上情況，對其軟件內計算模塊進行改造升級，修正計算模型，使其能夠滿足國標要求，匹配發變組保護的配合關系。

2.1 轉子過負荷與勵磁轉子過勵反時限配合關系

（1）根據GB/T 7064—2017 對轉子過電流的規定，自額定工況熱穩定狀態時，轉子繞組可承受125%過電流，歷時60 s。根據轉子熱容量決定轉子過電流與時間：

其中，if為勵磁電流的標幺值，if=If/IfN（If為勵磁電流，IfN為額定勵磁電流）；t 為持續時間，適用范圍10～120 s。

允許其他轉子過電流、時間的組合，但在正常運行狀態下，其產生的熱量必須和額定轉子電流時所產生的熱量相當。

轉子過電流時，轉子繞組溫度有可能會出現超過額定值的情況，所以，應以每年過電流次數不超過2 次作為電機結構設計條件。

（2）以QFSN 型600～660 MW 水氫氫汽輪發電機為例，轉子繞組具有規定的短時過電流能力。勵磁電流為208%、146%、125%、112%時，過電流時間分別為10 s、30 s、60 s、120 s。根據《大型發電機組繼電保護整定計算與運行技術》，不同勵磁方式（常規三機勵磁系統、旋轉整流三機勵磁系統和靜止自并勵磁系統）發電機有相同的轉子繞組允許勵磁過電流特性方程：

Ifd——發電機轉子電流，A

Ifd.N——發電機額定工況時的轉子電流，A

Khe.al——發電機轉子勵磁繞組允許發熱時間常數，取33.75 s

tal——發電機允許過勵磁時間，s根據式（1）、式（2）計算磁場電流與時間關系，結果見表1。

表1 勵磁電流與允許持續時間關系

（3）UNITROL 6800型勵磁電流限制器模型參數如表2 所示。

表2 勵磁電流限制器模型參數

限制器積分器啟動值為：設定長期運行值加上STS_IfMaxLim_IntStartOffset。

限制器積分器計算值為：設定長期運行值加上STS_IfMaxLim_IntBaseOffset。

限制器動作之后，勵磁電流返回值為：設定長期運行值STS_IfmaxLim_MaxThermal。

啟動值：Ifd.op=1.1Ifd.n。

升級前勵磁過勵反時限限制公式：

升級后勵磁過勵反時限限制公式：

綜合上述分析，計算可得表3。

表3 勵磁電流限制器升級前后參數對比

2.2 定子過負荷與勵磁定子過流反時限曲線配合關系

根據GB/T 7064—2017 對定子過電流的說明：額定容量在1200 MV·A 及以下的電機，自額定工況熱穩定狀態下開始，應能承受1.5 倍的額定定子電流，歷時30 s 無損傷。額定容量超過1200 MV·A 的電機，最大可以承受1.5 倍額定定子電流，過電流時間需要經過供需雙方進行協商后確定，可以小于30 s。隨電機容量增加，承受1.5 倍額定定子電流過電流時間也可以減少，最小值為15 s。

對于容量在1200 MV·A 及以下的電機，允許的過電流時間與過電流倍數如下：

式中，i 為定子過電流的標幺值，i=（I/IN）（I 為定子電流，IN為額定定子電流）；t 為持續時間，適用范圍10～120 s。

允許其他定子過電流和時間的組合，但其組合時產生的熱量需要與在額定定子電流時所產生的熱量相當。

3 新增PT 慢熔識別判據

新增的PT 慢熔識別判據如圖2 所示。

圖2 PT 慢熔識別判據

判據1：將備用通道測量的發電機電壓標幺值與當前通道測量的發電機電壓標幺值做差，如果偏差超過5%，則判據啟動，在延時2 s 后切換通道。

判據2：當前通道同步電壓標幺值（可控硅陽極電壓標幺值）與當前通道測量的發電機電壓標幺值做差，如果偏差超過5%，判據啟動，延時2 s 后切換通道。

以上兩個判據同時識別、同時有效，有效避免了因發電機PT 一次保險慢熔引起的勵磁系統錯誤。

4 新增增減磁防粘連識別判據

新增的增減磁防粘連識別判據如圖3 所示。當外部增減磁指令低于100 ms 時，軟件程序不執行增減磁指令；當100 ms<外部增減磁指令<700 ms 時，軟件程序執行增減磁時長為t-100 ms；當700 ms<外部增減磁指令<3 s 時，軟件程序執行增減磁時長為700-100=600 ms；當外部增減磁指令>3 s 時，程序執行增減磁時長為700-100=600 ms，并發出報警。程序中所有時間均可以通過軟件進行調整。

圖3 增減磁防接點粘連識別判據

5 新增控制柜超溫報警邏輯

新增的控制柜超溫報警邏輯如圖4 所示。電源取自柜內DC 24 V，經溫控器接點，當溫度超過設定值時，觸點導通，板卡收到信號后，內部定義“控制柜內超溫”信號，發總報警信號至DCS。

圖4 控制柜超溫報警邏輯

6 結束語

自動勵磁調節器作為發電廠的重要調節設備，與發變組的正確配合對發電機組安全穩定運行起著至關重要的作用。因此，在初期自動勵磁調節器和發變組選型之前，就要計算出兩者的整定配合關系，以防止勵磁調節器與發變組保護配合不當，造成機組停機或設備損壞的重大事故。對于已投產機組，需要積極梳理設備邏輯原理，及時修正勵磁調節器與發變組保護定值匹配不符的問題，保障機組安全穩定運行。