国信扬电ABB励磁调节器技术升级改造

1概述

江苏国信扬州发电有限责任公司的2×630Mw燃煤机组（#3、#4机组）分别于2006年9月和2007年1月投入商业运行。发电机励磁系统是由上海ABB工程有限公司提供的瑞士原装进口励磁系统成套设备,配套励磁系统为ABBUnitrol5000,运行10多年来曾发生过跨接器霍尔元件受到干扰跳机、ARCnet通信故障跳机等问题,且随着使用时间的增加,故障率明显上升,励磁系统稳定性逐渐下降。公司根据机组增容提效、升级改造的需要,对励磁系统进行了同步升级,将原来的Unitrol5000升级改造为最新的Unitrol6800系统,并且对阻容吸收器、跨接器等原件也进行了调整,保证参数的匹配。

2励磁系统改造后的优点

2.1控制部分三路输入电源冗余模式可靠性提升

控制部分电源采用三路输入电源,具有交流或直流的冗余模式,从而提升了系统的可靠性。每个控制模块设置两路独立电源进行供电,使得电源的冗余度明显提升,这样控制模块的电源能够单独断开,方便故障器件进行在线更换。其次,由于板卡独立安装,并且每块板卡都使用双电源供电,电源有独立开关,使得在线维护工作能够更加安全。

2.2光纤冗余内部通信

Unitrol6800使用了光纤冗余的方式进行内部通信,避免了Unitrol5000系统中可能会因为出现ARCnet串行通信造成停机的问题。控制器可以单独将可控硅的触发脉冲向整流桥传输,配合光纤传输,可以在各个整流桥中产生触发脉冲,使得内部通信具有更强的抗干扰能力。

2.3消除原系统中公用PSl板对系统带来的安全隐患

Unitrol6800采用整流柜单独采集同步电压、励磁电压和励磁电流的方式,降低了公用PsI板带来的安全隐患。在Unitrol6800的整流桥中,增加了交流侧相序检测功能,风机电源使用每个整流柜独立分布电源的方式,所有整流柜的风机电源回路控制系统都在整流柜内部,保证每个整流柜都能够对柜内风机进行独立控制,从而解决了Unitrol5000由于继电器故障导致的风机回路失电,避免了非停事故的发生。

在Unitrol5000系统的整流桥中,整流侧通过加装霍尔元件来对整流桥的励磁电流进行测量,系统对励磁流的均流必须通过均流测试进行,但是霍尔元件本身特性导致不能根据负荷的变化动态均流。为此,在Unitrol6800系统中采用了整流柜交流进线侧加装CT的方式进行励磁电流的采样计算,CT的线性度很高,保证了励磁系统可以根据工况负荷变化进行动态均流,让系统的每个整流柜都能够更加均衡。

在Unitrol6800系统的转子过电压保护中,采用电流继电器检测电流,由于电流继电器的抗干扰能力比Unitrol5000的霍尔元件更强,能够避免外界干扰导致的励磁系统误报转子过电压问题,避免了发电机组非停事故的发生。

3改造方案

对汽轮机发电机组进行了增容提效的参数改造,汽轮机组的额定出力从630Mw提升至650Mw,发电机自定额定电流从17495A提高至19245A,励磁转子额定电压也从400.1V增加至428V,额定励磁电流从4387.4A增加到4697A。本次改造中,励磁系统的柜体结构不变,通过升级板卡、更新设备以及对控制系统进行升级,实现系统的升级改造。改造过程中需要保证发电机实现增容,并且励磁系统需要提供更多的励磁电流和励磁电压,通过提升灭磁容量来保证机组的稳定运行。

3.1灭磁和交流侧电压吸收模块的调整

由于发电机从630Mw升级到650Mw,需要对灭磁及交流侧过电压吸收模块进行调整。对于励磁灭磁电阻容量的调整,灭磁电阻的容量计算需要根据发电机最严重的灭磁状态进行计算。灭磁电阻选择siC非线性电阻,电阻数量由5个改为6个,灭磁电阻容量为6MJ,满足了励磁系统灭磁的需要。在对灭磁回路跨接器的改造中,通过更换跨接器和BoD板,提升了可控硅的耐压水平。对于整流桥交流侧过电压吸收模块的改造,根据ABB励磁系统整流桥的设计,整流桥的交流侧过电压吸收模块改为5组并联。

3.2调节器和控制系统的升级改造

对于调节器的升级,保留原来的励磁控制系统柜结构,通过对板卡进行升级从而升级整个系统。其中CoB主板、MUB测量板、F10开入开出板、LCP就地控制盘,分别更换为Unitrol6800系统中的PEC800控制器、CCM测量控制接口板、CIo综合输入输出板、ECT励磁系统控制终端。

对于功率柜的升级,由于改造时励磁系统功率不会改变,所以并没有改变原系统5个UNL3300型整流桥的N-1冗余配置,而是对整流桥的控制和测量部分进行了升级,以及对整流桥的风机回路和电源控制部分进行了升级。其中,信号接口板（PsI）改为整流桥信号接口板（CsI）,整流桥面板的断路器由CDP改为CCP,整流桥控制接口板（CIN）改为整流桥控制板（CCI）。

对于灭磁柜的升级,主要升级了开关控制部分,通过在开关柜中增加一块CIo板卡,以及安装专门的电源分配器和继电器来控制灭磁开关,原来的PsI板卡被拆除。其次,在电流检测部分的改造中,Unitrol5000系统中的霍尔元件被Unitrol6800系统的电流继电器替代。

对于励磁电流测量部分的升级,整流桥的整流侧霍尔元件更换为交流侧CT,依靠CT的线性度,使励磁系统的均流系数提高到0.98,使整流桥的作用在系统中得到充分发挥。对于整流柜风机电源回路的升级,每个功率柜都能够独立控制柜内风机的电源,避免在原系统中如果电源回路继电器出现故障,风机就全部不能工作的问题。

3.3Unitrol6800功能逻辑配置要点

Unitrol6800系统中增加了PT慢熔判断逻辑,并且定义了PT慢熔的动作为报警和通道切换,系统PT慢熔逻辑压差为2%,保证其足够的灵敏度。由于一些外部原因会导致次序增减磁指令,所以专门增加了增减磁接点粘连判断逻辑,有效锁闭外部原因,同时能够避免增减磁回路上继电器的抖动,保证电路的稳定性。励磁温度检测在系统中用于报警,但是不能控制系统跳闸,跳闸中间继电器K291、K292使用大功率(≥5w）的继电器,能够避免由于信号干扰导致励磁系统出现跳闸的问题。

4改造中发现的问题和解决方法

将励磁系统从Unitrol5000升级到Unitrol6800后,由于拆除了原来励磁开关柜的调节器柜间的隔板,并且调节器的安装背板前移,励磁开关柜的热风会进入励磁调节器柜,导致柜内温度上升,有时温度甚至可以达到45℃。为了避免高温导致发生问题,就增加了隔板,降低了开关柜内的温度,将温度控制在30℃。

在检修过程中,如果拆除发电机的接地碳刷,容易引起转子接地继电器isoLR275发生故障。因此,检修时会专门断开接地继电器的电源以及将磁柜内的大轴进行短接。

5结语

我公司通过对励磁系统的改造,既满足了发电机增容的需要,又消除了机组励磁系统出现ARCnet故障或者扁平电缆损坏的安全隐患,能够在检修时找到故障发生点,防止机组出现非停事件。全新的励磁系统采用的新板卡具有模块化特点,可以更加方便地进行在线维护,并且由于板卡之间采用了触发脉冲产生通信和光纤冗余的通信方式,保证了信息传输的稳定性,避免出现通信故障以及损坏脉冲线。