励磁UNITROL5000说明书Word文档格式.docx
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概述
4．2
电压给定和调节
4．3
限制功能
4．4
依赖于温度的场电流限制器
4．5
叠加无功功率或功率因数控制
4．6
电力系统稳压器
4．7
APSS—自适应电力系统稳定器
4．8
手动控制
4．9
监测和保护功能
4．9．1
控制板（COB）的软件功能
4．9．2
其它监测和保护功能
5．
可控硅整流器
5．1
整流桥
5．2
1+1配置
5．3
N-1配置
5．4
整流器接口单元（CIN）
5．5
触发放大单元（GDI）
5．6
电流传感器（CUS）
5．7
整流器显示单元（CDP）
6．
灭磁
7．
起励
前言
UNITROL5000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。
UNITROL5000不仅包含了它的前两代励磁调节器UNITROLF和UNITROLP的核心技
术，同时还吸收了目前数字控制领域内最先进的研究成果和工艺，如DSP数字信号处理技术。
UNITROL5000系统由UNITROLF和UNITROLP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。
UNITROLP的ARCnet网络技术也被移植到
UNITROL5000中，用于励磁系统内各个部分的串行通讯。
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
根据图一所示的UNITROL5000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&
frac14;
-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G31&
G33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整流阻抗的作用。
可控硅整流器
G31&
G33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
10V~20V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。
UNITROL5000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）。
UNITROL5000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1
2:
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DIN40050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55±
5m（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，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：
1.0mm2
测量回路：
PT回路：
2.5mm2
CT回路：
2.5mm2
辅助电源：
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2.5mm2。
部件的标识
部件的标识符合标准IEC750和DIN40719第二部分。
图2
3.
3．1总述
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。
5000的控制电路以UNITROLF和UNITROLP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。
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。
3．2配置和机械设计
UNITROL5000型励磁调节器的核心是一块被称作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“在线”整流器，而另一个则处于备用“状态”。
这种配置通常用于额定输出电流小于
2000A的系统。
图5：
D5S型——整流器n-1型配置，调节器为单通道
如图5所示，在D5S配置中，所有整流桥都同时工作。
在其中一个整流桥故障的情况下，该桥被自动截止，由其余的桥平稳地承接负载。
可控硅整流器被设计成，在一个整流桥故障时，能够支持所有的工作条件而无任何限制，被称作是n-1配置。
图6：
A5E型——带单个整流器的全冗余双通道控制器
图7：
A5T型——带双整流器的全冗余双通道控制器
图8：
A5S型——整流器n-1型配置，调节器为双通道
在图6至图8所示配置中，均采用了全冗余双通道控制器。
每个通道都可以是“在线”或“备用”模式。
除自动电压调节功能之外，每个通道还具有PSS、各种限制、保护、监控及手动控制等软件功能。
图9：
整流器n-1型配置，带备用磁场电流调节器的全冗余双通道控制器
这种配置冗余度最高。
每个调节通道的配置也最为齐全，包括独立的磁场电流调节器等许多功能。
3．3主要的控制单元
控制板（COB）
在COB中集成了自动电压调节、各种限制、保护和控制功。
COB所使用的CPU是增强型的微处理器AN80186AM，在32MHZ时钟下工作。
一个专用的集成芯片（ASIC）负责交换和储存数据，控制脉冲生成、A/D和D/A转换以及与励磁系统内的其它装置接口
（ARCnet网络控制器）。
COB支持与本地控制单元（LCP）、手持编程器（SPA）和CMT工具的通讯。
此外，它提供串行端口，具有自诊断功能（看门狗）。
为了便于快速诊断和故障查找，COB配有一个七段数码显示管。
典型的双通道配置如图10所示。
此外，COB还配有一个瞬时记录器和故障记录器。
这些记录可通过CMT工具（调试和维护工具）处理。
故障记录器和瞬时记录器还可以与实时时钟保持同步。
系统的特殊功能和优点在本说明书的各个部分中加以说明。
测量单元板（MUB）
测量单元板（MUB）由数字信号处理器（DSP）和IntelDSP56303构成。
它能提
供对实际测量值的快速处理、电气隔离以及信号转换。
在测量单元板（MUB）上能实现下述功能：
-
滤波和数字化交流采样
计算磁场电流和电压、可控硅整流器的输入电流和电压、有功和无功功率、功率因数和发电机的频率
以加速功率和频率输入信号的电力系统稳压器（PSS），其控制算法以IEEEStd.421-2A型为基础
自适应电力系统稳压器（替代PSS）
扩展的门极控制器（EGC）
扩展的门极控制器（EGC）在单通道配置中作备用通道，并在额定频率不同于50/60Hz的系统中用于生成脉冲。
在后者情况中，它的典型应用是配合供电电源频率高达500Hz的励磁装置生成脉冲。
此外，它还用于铁路电网中发电机（16
2/3Hz）的励磁装置。
EGC连同COB、MUB一起安装在金属箱中，但结构上是独立的。
EGC还具有下述功能：
磁场电流调节
通道跟踪，以便在COB故障时实现平稳的切换
备用瞬时过电流保护继电器（ANSI50）
备用反时限过电流继电器（ANSI51）
直流短路保护
根据波形监测原理进行可控硅整流器导通监视
自带电源
功率信号接口（PSI）
功率信号接口（PSI）用于电气隔离，以及在磁场测量信号被送到测量单元板（MUB）之前将它们转换。
励磁调节器的电源
所有的电路板的供电电源取自于24V直流母线。
24V直流母线源自于两个全冗余电源组：
1:
由直流源供电的DC/DC电源组
由励磁变压器的副边供电的AC/DC电源组
3．4励磁系统内的通讯
励磁系统内的通讯是通过ARCnet网实现的,例如：
这个内部的通讯线路被用于交换来自于或传递到可控硅整流器的控制和状态信号。
此外，测得的数值和现地控制面板
（LCP）的报警以及本地控制的命令也通过这条通讯线路发送。
3．5人-机界面
3．5．1手持编程器（SPA）
多功能的手持编程器（SPA）用于服务和维护的目的。
这个面板具有现地操作、设定参数以及应用程序编程的功能。
励磁系统的数据（如：
发电机端电压、场电流和电压）参数设定和报警可显示出来。
此外，它也具有故障记录仪的功能。
报警是实时显示的。
面板是通过薄膜键来控制的。
通过光纤电缆将其与控制板（COB）连接起来。
3．5．2
现地控制面板（LCP）
现地控制面板（LCP）具有优良的人机界面，可用于对励磁系统进行现地操作和监视。
也可将其安装于电站中控室内，用于远方控制。
面板提供下述功能：
显示分辨率为240*64，可同时显示8*40个字符。
它可同时显示8个模拟量信号，或者以棒图的形式同时显示4个模拟量信号（显示比例从0到120%）。
在LCP上可显示多达32个信号。
通过功能键可设置显示模式，通过滚动键或翻页键进行信号选择，用光标键可选中某个显示量。
报警通知
在出现警报的情况下，励磁系统的报警显示先于测量信号的显示。
所显示的报警内容包括报警序号和40个字符的警报描述正文，LCP可按时间先后顺序同时显示8个报警信息。
如果出现8个以上的报警，可通过操作滚动键来显示。
最多可以显示
80个报警信息。
在报警功能键上有一个报警指示灯，每次发生报警时它就闪烁。
按确认键之后，若警报还存在，指示灯始终发亮。
警报消失后，报警指示灯自动熄灭。
信号和报警信息的打印
LCP内存储的信息可通过其串行接口RS-232打印出来。
所选模式的指示
每个被选模式键都配有一个指示灯，用以指示该模式被选中。
现地操作
LCP上有16个功能键用于操作，每个键都配有一个LED用以指示该键的状态。
3．5．3CMT——调试和维护工具
CMT是基于Windows专用调试软件，用于UNITROL5000系统的测试、调试和维护。
CMT可作为一个单独的软件包来购买，也可以装入PC机中（最好是手提电脑）。
随同该软件一并提供一块PCMCIA卡和一条光纤电缆，用于连接到控制板（COB）。
CMT具有以下功能：
l
模拟现地控制面板对调节器进行操作，参见图13。
图13
用CMT模拟现地控制面板（LCP）
●提供录波功能，用于调试过程中的波形记录和调整AVR的调节参数。
事实上，它取代了常规的测试设备如示波器、录波仪等。
CMT可同时显示6个测试信号的波形，包括提供信号的缩放比例以及它们的扫描速度。
所有的波形可储存、打印。
●配合调节器控制板（COB）提供故障录波功能，记录故障瞬时测量信号的变化过程，以便于事后更好的分析。
CMT可同时记录6个测量信号（6个通道），类似于图13所示的录波功能。
每个通道的采样数量为1000个，记录时间取决于扫描速度。
故障录波功能可以由故障本身触发，或者当触发信号达到设定值之后才触发。
采样信号随后被保存到控制板（COB）的缓冲存储器中。
触发事件、触发信号电平、故障前时间以及故障后时间等都可通过CMT设置。
触发时间被记录在时间轴上，这个时间是由一个精确的内部石英定时器来确定的，该定时器是控制板（COB）的一个组成部分。
通过每小时外部给予的一个脉冲，使石英定时器可以与外界时钟保持同步。
配合调节器控制板（COB）提供事故记录功能，可记录多达100个事故及时间。
也可通过手持编程器（SPA）来获取事故记录。
实时显示软件框图，如逻辑控制、PID调节、限制器、保护和监测等功能模块。
这有助于实时地观察某一个具体的功能模块的输入和输出信号，并能修改系统参数（如
AVR参数）。
具有编程功能，能够修改应用程序。
3．5．4远程诊断
可通过公用电话网（或通过卫星）对前一节所述的CMT工具进行远程控制。
为达到远程诊断的目的，应提供两台个人电脑：
一台是主PC机，另一台是远程PC机，两台电脑均装有CMT工具、通讯软件和调制解调器。
ABB可以提供远程诊断包，包括服务协议。
3．6与电站控制系统的接口
3．6．1常规I/O接口方式（利用光电耦合输入和继电器输出）
数字量和模拟量命令以及一些状态信号是通过快速输入/输出板（FIO）传递的。
每个快速输入/输出板（FIO）包括：
16个带光电隔离的数字量输入信号，用于24V回路。
18个输出继电器，带有转换接点用于状态指示和报警。
4个多功能模拟量输入，输入信号为±
10V或±
20mA
4个多功能模拟量输出，输出信号为4~20mA
3个温度测量回路用于励磁变压器温度测量，测温电阻为PTC或PT100
每个系统最多可配置两块快速输入/输出板（FIO），这对于大多数系统要求是足够用的。
在要求有更多的数字量输入和输出的情况下，可以增加数字量输入接口（DII）和继电器输出接口（ROI）。
这两个接口由ARCnet网控制。
标准的接口信号定义如表1。
表1：
标准的远方控制、状态和报警信号表
外来命令信号
状态和报警信号
-励磁
起动
-励磁
ON
停止
-磁场断路器
合闸
-磁场断路器
分闸
OFF
-发电机断路器
-AUTO（自动）
ON（开）
-AUTO（自动）
-MANUAL（手动）
-MANUAL（手动）
-叠加控制（恒无功或恒功率因数控制）
-叠加控制（恒无功或恒功率因数控制）
OFF（关）
升级会员 