关于某发电厂UN5000到UN6000的励磁控制系统升级探讨

关于某 发电厂 UN5000到 UN6000的 励磁 控制系统升级 探讨

王辉

国能江苏谏壁发电有限公司， 江苏 镇江 212000

摘要：水电厂的励磁系统，作为维持电力供应稳定的重点系统方式，可有效规避电力系统运行中的常见风险，解决很多水电厂抗干扰能力不足，维修流程过于繁琐的现状，基于此，本文通过对瑞士ABB生产的unitrol5000励磁系统进行深入研究，明确其应用优点和未来的优化方向，以期为系统改造提供参考信息，提升系统的整体工作效率。

关键词：水电厂；励磁系统；改造

前言：本研究中采用ABB UN5000励磁系统作为研究对象，改系统作为一款在国内外的主流产品，得到国内外用户的认可，产品的可靠性、服务的即时性也在我厂有良好的体现，由于厂家建议的控制系统的寿命为10年，系统设计寿命为20年，可控硅的寿命在30年以上，因此可以优先考虑系统全设计寿命周期内的有效利用，使用最优惠的费用延续励磁系统的品质，保证我厂的长期可靠运行。

1项目背景

本研究以瑞士ABB生产的UNITROL5000励磁系统作为研究对象，分析UN5000到UN6000的控制系统升级方案。ABB新型励磁系统UN6000在国外2009年开始正式投运，在国内2011年开始投运，投运效果良好。在国内的首个项目上海临港4台400MW燃机，每天的起停机工况要求下能保证无故障顺利起停；在百万机组和核电上有非常可靠的使用业绩，如：张家港沙洲、江苏新海；江苏句容、国电泰州、华润苍南、三门核电、田湾核电、昌江核电、福清核电和海阳核电等；2013年6月，内蒙古托克托电厂成为国内第一个将励磁系统控制系统由UN5000升级为UN6000的厂家，投运至今可靠运行。截止到目前，全国已经有50多台套的UN5000系统成功升级为UN6000系统。UN6000新型的控制器AC 800PEC是一款模块化高速控制系统，其性能具有多样化特点，借助数字处理模块，可以合理管控运行空间，提高控制稳定性，促使连接准确，回路通畅。另外，控制器的完美封装和光纤连接保证了系统的抗干扰性能。由于我厂UN5000系统采用ARCnet和扁平电缆脉冲触发，此类配置易受干扰的影响，UN6000内部板卡间都是采用光纤通讯方式，光纤的通信方式解决了此担忧。

2目前，励磁系统中存在的主要问题

2.1励磁系统运老化现象

励磁系统运行年限较长，设备老化趋势明显，故障频发，影响监控系统的安全性和可靠性。励磁系统运行10年除了检修期间，基本长期运行，设备的老化情况明显，随着时间的推移设备故障频繁发生，且呈现递增趋势，对系统的稳定性和可靠性产生了较大的影响。

励磁系统的设备故障具有以下特点^[1]：

1)UN5000励磁系统自上世界90年代研发推入市场，已经有二十余年，由于当时技术的局限性，通讯方式都是ARCnet通讯， 从市场运用的经验和调查，此通讯方式的弊端越来越暴露出来，容易受到干扰，运行过程中无法在线处理，甚至造成跳机的机端情况，影响了整个系统的稳定性。

2)随着电子元器件的老化，设备故障有上升趋势，更换后故障情况明显减少。

3)继电器的长期通电，线圈也有老化现象，动作性能受到影响，需要更换。

4)脉冲触发回路极其重要，其是由一组串联在一起的16芯无屏蔽层的扁平电缆组成，抗干扰性能低。

2.2励磁系统设备淘汰停产，备件采购出现困难。

我厂应用的UN5000型励磁系统属于ABB公司1995年的产品，该系统在设备厂家2007年推出新的励磁系统后已逐步淘汰，UN5000系统在国外2010年已停止生产，在中国市场2012年停止生产，厂家当前的主要精力也放在新系统应用和维护上，技术人员不断更迭，新培养的技术人员基本上是为新系统提供服务。如此以来，我厂在励磁系统的设备备件采购、技术支持上均陷入困境，越来越无法满足生产实际的需要，严重影响电厂的正常运行。因此，该系统的改造也迫在眉睫。国内多家电厂已经对励磁系统的改造升级，改造后运行效果良好，并且新的系统在国内多台百万机组和核电上成功应用^[2]，新的系统通讯方式的革新和更集成化，使改造后操作维护更方便、可靠。

3 励磁系统改造的必要性分析

由于国家和相关行业标准没有专门针对励磁系统运行年限的标准，工作人员需要参考继电保护相关的规章制度，确保在符合法律规定的范畴内进行电网二次改造，提升设备使用年限，将多功能模块融入到改造范围，切实提升工作效率。另外参考相关电子元器件通常使用寿命为8到10年。厂家建议控制系统的生命周期为10年左右。

我厂首台励磁系统于200X年投入运行至今有XX年，在经年累月的使用过程中，设备老化等情况频繁出现，故障率提高，并且厂家此UN5000系统于2012年停止生产，备件也进入了库存消耗期，厂家技术人员断层，技术支持困难。系统的辅助回路的空气开关和继电器等也有部分的老化现象，空开的辅助接点有松开现象，所以整个的二次回路需要更新替代，以提高励磁系统整体的可靠性。

通过对XX电厂励磁系统装置进行科学合理的改造，可以合理规避风险，提升系统运行稳定性，保障机组不会出现严重的安全事故。解决因励磁系统发生ARCnet或扁平电缆损坏时，无法在线进行检修并及时找出故障点，从而导致机组降出力或非停事件的发生。励磁系统的改造可以提高其工作可靠性，新励磁系统的板卡实现模块化,便于在线维护;且其板卡之间的通讯和触发脉冲的产生、传输均采用光纤冗余的方式进行,避免了因通讯故障或脉冲线损坏造成的非停的出现。

4 系统改进方案分析

励磁系统原有屏柜8面，分别为控制柜（+ER），直流出线和灭磁柜（+ES），整流柜（+EG1、+EG2、+EG3、+EG4、+EG5），交流进线柜（+EA）。此次大修前，编制好励磁系统改造方案，与厂家和现场运行人员商榷好方案后进行改造。

4.1控制柜改造：

在原有控制屏柜柜体保留的基础上，拆下原柜内衬板及衬板上的相关板卡，继电器，开关等元器件，更换上新的衬板并将新的板卡按照改造方案依次固定在新衬板上，并连接板卡之间的接线。

4.2整流桥装置改造

4.2.1更换原整流桥接口板

将UNITROL5000系统原有的整流桥接口板（CIN）板拆除，用新型励磁系统UNITROL6000整流桥控制接口板（CCI）代替。

4.2.2更换采样CT部分的工作

原UNITROL5000励磁系统采用直流侧霍尔采样励磁电流，新型励磁系统UNITROL6000中采用的交流测CT采样的方式来获取励磁电流，因此需要将原霍尔取下，并在每个整流柜的交流进线铜排上增加一组交流采样CT（A、B、C三相），利用该CT来测量系统的励磁电流并实现系统的智能动态均流。

4.2.3交流侧采样板改造

原UNITROL5000励磁系统采用PSI板对励磁系统的同步电压和励磁电压，励磁电流进行采样，整个系统共用一组PSI板，无冗余。新型励磁系统UNITROL6000中取消原系统的PSI板，采用每个整流柜增加一块控制信号接口板（CSI）的方式对励磁系统的同步电压、励磁电压和励磁电流进行独立采样，提高系统的冗余度^[3]。

4.2.4整流柜冷却风机电源回路的改造

取消原UNITROL5000励磁系统中的风机电源的K15和K16继电器，UNITROL6000中将风机电源的控制功能分布到每个整流柜中，由每个整流柜自主控制风机电源的投退和切换，实现风机电源的全冗余。

4.2.5整流柜显示屏改造

UNITROL6000系统采用功率桥控制面板（CCP）替换原UNITROL5000系统的整流桥显示屏（CDP）。

4.3转子过电压保护

取消原UNITROL5000中的霍尔元件，采用两个带电流方向判据的CT来监视BOD导通后的电流。新方案中采用的电流继电器可以有效的解决原系统中的霍尔易受外界干扰造成误报转子过电压的问题。

4.4交流进线柜

拆除原UNITROL5000系统中交流进线柜中用于测量的CT。

4 系统改进后的成效

改造后的系统和传统工作系统相比，其可靠性得到提升，所采用的技术手段更加先进，具体情况主要体现在以下几点：首先，新系统对脉冲触发的传输模式进行优化改良，采用光纤冗余的方式，解决传统扁平电缆结构可能出现的老化和绝缘层破损隐患，规避漏电、火灾等风险。并且光纤冗余体系可以实时进行内部通讯，避免传统工作系统中因通讯系统故障或设备质量问题导致机体停止运转的现象。此次新系统对电压平衡结构也进行同步优化，采用每个整流柜单独采集同步电压的工作方式，降低励磁电压电流出现异常的可能性，解决原系统难以在电压不稳定的环境下安全稳定运行的困难。最后，新系统对测漏电流技术进行深度优化，借助转子过电压保护体系，避免源系统中的精密构件受到过电压故障的影响，机组能够稳定运行，同时其风机电源也独立于整体结构运行，即使局部出现隐患问题或停止运转，也不会导致整个工作体系陷入瘫痪，初原系统中的总电源以外个分支电源和精密结构都分批次安装，相互工艺交融但各自使用独立的线路进行回流运行，降低系统容错，并且每一路电源都有独立的开关，可以更精准的进行系统调控。

结语：此次改造在尽可能多的保留原励磁系统部件的基础上，对励磁系统的控制部分及相关板卡进行更换，且原系统升级后的替换下的板卡可以作为其他机组的紧急备件使用。经过改造后的系统容错率更高，技术手段更适配，维护难度更低，具有较强的发展潜力，具有更高的可靠性。

参考文献：

[1]薛林锋,崔超,马少杰,郑杰锐. CCPP发电机励磁系统国产化改造[J]. 冶金动力,2020(10):1-2+18.

[2]王波,余翔,胡先洪,张敬,陈小明. 乌东德水电站机组励磁系统热管整流柜设计及试验[J]. 人民长江,2021,52(05):120-123+132.

[3]高方文. 电厂发电机组励磁故障跳闸缺陷分析及处理[J]. 电世界,2021,62(11):10-13.

[4]蔡军. 提高火力发电厂励磁系统可靠性的有效措施[J]. 电脑知识与技术,2019,15(04):216-217.