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1、2000 年 8 月 UNITROLÒ 5000 型励磁调节器功能说明目录功能说明1 系统概述2 机械设计3 UNITROLR 5000 型励磁调节器31 总述32 配置和机械设计33 主要的控制单元34 励磁系统内的通讯35 人-机界面351 手持编程器（SPA）352 现地控制面板（LCP）353 CMT 软件包调试和维护工具354 远程诊断36 与电站控制系统的控制接口361 常规控制接口（带有光电耦合输入和继电器输出）362 与电站控制系统的串行通讯4 电压调节、监测和保护功能41 概述42 电压给定和调节43 限制功能44 依赖于温度的场电流限制器45 叠加无功功率或功
2、率因数控制46 电力系统稳压器47 APSS自适应电力系统稳定器48 手动控制49 监测和保护功能491 控制板（COB）的软件功能492 其它监测和保护功能5 可控硅整流器51 整流桥52 1+1 配置53 N-1 配置54 整流器接口单元（CIN）55 触发放大单元（GDI）56 电流传感器（CUS）57 整流器显示单元（CDP）6 灭磁7 起励功能说明前言UNITROL 5000 是 UNITROL 系列的第五代励磁调节器，用于同步发电机静止励磁系统。UNITROL 5000 不仅包含了它的前两代励磁调节器 UNITROL F 和 UNITROL P 的核心技术，同时还吸收了目前数字控制
3、领域内最先进的研究成果和工艺，如 DSP 数字信号处理技术。UNITROL 5000 系统由 UNITROL F 和 UNITROL P 平台升级而成，增添了新的精巧的解决方案和手段, 例如: 可控硅整流桥动态的、智能化的均流、低残压快速起励、以及完善的通讯功能和多种调试手段，如 Windows 界面的应用程序编程（GAD 开发工程工具）的软件包以及 CMT 调试和维护工具包。UNITROL P 的 ARCnet 网络技术也被移植到UNITROL 5000 中，用于励磁系统内各个部分的串行通讯。1 系统概述静态励磁系统利用可控硅整流器通过控制励磁电流来调节同步发电机的端电压无功功率根据图一所示
4、的 UNITROL 5000 励磁系统的框图，整个系统可以分成四个主要的功能块： 励磁变压器( -T02 ) 两套相互独立的励磁调节器（-A10，-A20） 可控硅整流器单元 G31 ¼ -G33 起励单元（-R03，-V03，-Q03）和灭磁单元（-Q02，-F02，-R02）在静态励磁系统（常称自并励或机端励磁）中，励磁电源取自发电机机端。同步发电机的磁场电流经由励磁变压器 T02、磁场断路器 Q02 和可控硅整流器 G31¼G33 供给。励磁变压器将发电机端电压降低到可控硅整流器所要求的输入电压、在发电机端电压和场绕组之间提供电绝缘、与此同时起着可控硅整流器的
5、整流阻抗的作用。可控硅整流器G31¼G33 将交流电流转换成受控的直流电流 If。在起励过程开始时，充磁能量来源于发电机端残压。可控硅整流器的输入电压达到10V20V 后，可控硅整流器和励磁调节器就可以正常工作了。随之而来的是AVR 控制的 软起励过程。UNITROL 5000 的这种新的起励机理和设计，将在第七章中给以更详细的说明。并网后，励磁系统可以在 AVR 模式下工作，调节发电机的端电压和无功功率，或者可以在一种叠加的模式下工作，如恒功率因数调节、恒无功调节等。此外，它也可以接受电厂的成组调节指令。灭磁设备的作用是将磁场回路断开并尽可能快地将磁场能量释放掉。灭磁回路主要由
6、磁场断路器-Q02、灭磁电阻 R02 和晶闸管跨接器 F02（以及相关的触发元件）组成。在第六章中还将详细介绍交流灭磁技术。根据系统的要求，励磁调节器可以采取单通道（-A10）的结构或者双通道（-A10 和-A20）的结构。一个通道主要由一个控制板（COB）和测量单元板（MUB）构成，形成一个独立的处理系统。每个通道含有发电机端电压调节、磁场电流调节、励磁监测/保护功能和可编程逻辑控制的软件。在单通道结构中，利用一个被称为扩展的门极控制器（EGC）的分离单元作为备用通道，也就是一个手动通道。除励磁调节器外，一些接口电路如快速输入/输出（FIO）模块和功率信号接口模块（PSI）也被用来提供测量和
7、控制信号的电隔离。此外，每个可控硅整流桥都配备一套整流器接口电路包括整流器接口单元（CIN）、门极驱动接口单元（GDI）和整流器显示单元（CDP）。UNITROL 5000 还具有强大的串行通讯功能。一方面，它可以通过串行通讯实现与电站监控系统的接口，支持 Modbus, Modbus+ 和 Profibus 等协议。 另一方面，在励磁系统内，控制和状态信号的交换是通过 ARCnet 网实现的。磁场断路器跳闸回路还附加了硬件回路。图 12: 机械结构设计总体UNITROL 5000 励磁系统结构紧凑，它以 ABB 的模块化的低压配电系统 OJALA 为基础,它的功能单元完全模块化，并根据磁场电
8、流的额定值和顶值参数而将其标准化, 通过引入智能化均流方法而方便了标准化的设计工作。整套设备由模块化的单元组成，这些模块化的单元根据预测在库存中储备。一个典型的励磁系统包括一个励磁调节器柜、一个交流开关柜、多个功率柜和一个灭磁柜等。见图二所示。智能化均流对机械设计的影响直到最近，多个并联的可控硅整流桥间的电流分配仍然还是一个问题。没有任何一个实际的方法是完全有效的，如交流开关位置的设计，在每个桥臂的交流侧套上磁环或用长分布电缆等。在实践中，最好的结果是各个整流桥的电流分配偏差小于额定励磁电流的10%。由于采取了智能化均流措施，近乎相等的电流流经各个整流桥，若额定励磁电流较大，就可以省去一个整流
9、桥，因为不必考虑均流不平衡的问题。此外，交流开关柜的位置无须特别的设计处理，这是因为不必考虑整流变次级线圈到整流桥的接线对均流的影响。因此，整流桥交流侧可以采用标准化的母排连接，简化了工艺，由于设计的标准化，材料的采购和制造变得越来越容易、生产周期越来越短。防护等级面板的防护等级符合 IEC529 及 DIN 400 50 标准。通常采用的防护等级有IP21 和 IP31。对于热带气候条件，设计时还特别考虑了柜体发热、表面防护和密封板等。柜体结构柜体包括钢底架、框架和包覆板。在柜的长度方向有独立的钢轨，以便可以移动柜体。柜体的框架是由 2 毫米厚的 C 型电镀槽钢构成的，具有足够的强度。框架上
10、包覆 1.5 毫米厚的钢板，其作用是隔离和屏蔽（如防尘）。表面涂漆在装配前，柜框架和钢板的表面要经过全面的涂漆处理： 前处理包括去油脂、冲洗、电镀及高压蒸气清洗； 用烘烤磁漆涂底漆； 用 RAL7032 光亮漆涂面漆涂层的总厚度达 555m（底漆+第一道和第二道面漆），而最外面的面漆是光滑的。更高一些的涂层厚度可根据要求提供。门把手门把手采用双销槽形式。作为可选件，可以提供带园柱形锁和双销的 T 型把手。主回路从交流输入到磁场断路器，包括整流桥间的相互连接，一直到直流输出回路都采用母排的形式。导线采用符合 IEC 228 等级 5 的标准的镀锡铜导线。导线的绝缘是阻燃的，不含PVC。这就意味着
11、，即使在燃烧情况下，导线绝缘也不会产生有毒气体。各个印刷电路板之间采用扁平电缆连接。导线线径标准导线线径如下： 控制回路： 1.0 mm2 测量回路：PT 回路： 2.5 mm2CT 回路： 2.5 mm2 辅助电源： 2.5 mm2 电力回路：符合相关国际标准的要求。导线颜色蓝色的电缆用于直流控制回路和及其衍生支路。黑色的电缆用于所有其它回路。接地线采用用黄/绿相间的导线。导线标号在接口端子处提供标号。端子测量和电源回路采用断开式端子，最大线径为 2.5mm2。控制和信号回路采用线夹式端子，线径为 2.5 mm2。部件的标识部件的标识符合标准 IEC 750 和 DIN 40719 第二部分
12、。图 23. UNITROLR 5000 型励磁调节器31 总述UNITROL 5000 型励磁调节器是基于微机控制的数字式控制系统，主要用于大型静态励磁系统的控制和调节。UNITROL 5000 的控制电路以 UNITROL F 和 UNITROL P 平台为基础，增添了新的精巧的解决方案和手段, 例如: 可控硅整流桥动态的、智能化的均流方法、残压起励、以及完善的通讯功能和多种调试手段。UNITROL 5000 还可用于供电电源频率为 162/3Hz 的励磁装置和供电电源取自于频率高达 500Hz 的交流励磁机的励磁装置。32 配置和机械设计UNITROL 5000 型励磁调节器的核心是一块
13、被称作 COB 的控制板。所有的调节和控制功能以及脉冲生成等均由 COB 实现。此外，还有一块带数字信号处理器（DSP）的测量单元板（MUB），用于快速处理实际的测量值。这两块板按上下层结构安装，并装入一个金属箱中，形成一个独立的调节通道。在这样的配置中，利用一个扩展的门极控制器（结构上是独立的 EGC ）作为备用通道，用于磁场电流调节。另外一种配置是采用两套调节器组成一个完全冗余的系统。两个通道是完全独立的，可以在线维护。每个通道可以控制一个或多个并联的整流桥，输出励磁电流可高达 10000A。采用了诸如快速 I/O 卡和功率柜接口板（CIN）等接口装置，用于电气隔离和信号转换。这些接口装置
14、一般都放置在信号源相近的位置，比如功率柜接口板（CIN）安装在功率柜内。励磁系统内的信号处理，若无需实时处理，则通过 ARCnet 网执行。基于 UNITROLR5000 的励磁系统配置灵活，用户有多种选择，如图 3 至图 9 所示。图上的缩写如下：AVR 自动电压调节器FCR 励磁电流调节器BFCR 备用励磁电流调节器UG 发电机端电压的测量信号IG 发电机端电流的测量信号IF 发电机场电流的测量信号控制器的两种状态是“on-line”（在线）和“stand-by”（备用）。图 3：D5E 型 带一个整流器的单通道控制器图 3 表示了一种最少配置的 UNITROLR5000 系统。主控制器，即控制板（COB），提供所有调节和控制功能（包括磁场电流调节功能）。备用调节器-即扩展的门极控制器（EGC），跟踪主控制器并在主控制器故障时自动取代主控制器。在这种配置中采用无冗余的一个可控硅整流桥。图 4：D5T 型带全冗余双整流器的单通道控制器在这种配置中，即所谓的双配置，采用两个全冗余整流器。其中任何一个都可被选为
