于安雁 褚楚
（海南核电有限公司 海南海口 570100）
摘要：UNITROL6800励磁系统是瑞士ABB公司最新推出的数字式静止励磁系列产品，在国内大中型汽轮发电机组中应用广泛。本文结合昌江核电660MW机组励磁设备现场调试及运行过程中的实际情况，详细介绍了UNITROL6800型数字式自并励励磁系统的控制方式及各限制器，并重点总结了系统内各种限制器的功能及调试方法、注意事项等，为大型机组静止励磁系统的功能调试提供了相关参考。
关键词：励磁系统；限制器；UNITROL6800；调试
1 引言
图2.1 自动电压调节方式AVR的原理框图
UNITROL6800静止励磁系统是瑞士ABB公司最新研发的UNITROL系列第六代产品。在自动电压调节方式AVR下，控制器具备完全的控制、限制、保护功能：包括自动电压PID调节、软起励、V/Hz限制、励磁电流限制、定子电流限制、低励限制等；在手动励磁电流调节方式FCR下，系统还具备手动PI调节、PQ限流器、手动VHz限制等。
本文结合昌江核电660MW机组励磁设备现场调试及运行过程中的实际情况，详细介绍了UNITROL6800型数字式自并励励磁系统的控制方式及各限制器，并重点总结了系统内各种限制器的功能及调试方法等，为大型机组静止励磁系统的功能调试提供了相关参考。
2 自动电压调节方式AVR
励磁系统自动电压调节方式AVR的原理框图如下图2.1，AVR方式的主要组成模块如下：
2.1 AVR定值模块（AVR Setpoint）：
该模块主要包括：电压参考值设定（voltage reference）、附加参考值的修正（Additional value）、V/Hz限制器、软起励功能（Softstart）、最大电压限制（voltage limitation）、MIN门功能等。
由图2.1可见，AVR的参考值（修正后）、V/Hz-Limiter输出、Softstart输出、Voltage Limitation输出进入MIN门，比较后，四者中最小的一个作为AVRSetpoint模块的输出值AVRPIDOut，进入PID调节，并参与到AVR主环的控制，通过改变控制电压Uc而改变励磁电压和电流。
2.2 限制器模块
AVR调节方式下的限制器主要包括：最大励磁电流限制器Ifmax、最小励磁电流限制器Ifmin、PQ限制器、定子电流限制器过励侧Iind、定子电流限制器欠励侧Icap等。
2.3 高低通门（Low-High Gate）
包括高通门HV Gate和低通门LV Gate，功能图见下图2.2，其作用是将AVR Setpoint模块的输出AVRPIDOut与各限制器的输出值进行合理的比较，在某限制器的输出值经过竟比而出口后，发挥限制器的功能。
3 手动励磁电流调节方式FCR
正常运行时，FCR调节方式时刻跟踪AVR方式，并作为其故障下的后备，另外，FCR调节方式还应用于发电机首次启动或大修后启动等的项目试验之中。FCR的主要功能模块包括：附加参考值（Additional ref value）、PQ限流器（PQ-Restrictor）、手动VHz限制器（V/Hz-Restrictor）。
4 各限制器的功能及其调试方法
4.1 V/Hz限制器
V/Hz-Limiter用于避免同步发电机和励磁变压器的过磁通，可见图4.1为V/Hz限制器的功能图。若对于一定的发电机频率，AVR Setpoint过高而高于V/Hz-Limiter的定值后，经过延时，V/Hz-Limiter的定值将取代AVR Setpoint作为AVR的定值输出，进入到主环的调节内。
V/Hz-Limiter的曲线为一条直线，其调试方法如下：
检查此时机端电压约为1pu，励磁电流约为0.31pu（空载额定励磁电流值）
在当前通道的CIT-IN.Reg_AVR_SetPt_VHz_Lim界面，临时修改：LimiterGradient=1.01、LimiterVfn=1.01
在当前通道中启动“Fast Trending”，对信号“SFS_Meas_UgRel”、“SFS_Meas_IfRel”、“SFS_Reg_Uc”、“SFS_AVRSetpt_iSelInput”等进行录波
在CIT-In.Reg_AVR_SetPt界面，将参数“AdditionalRefValue”修改为0.03（pu），即做升3%阶跃：观察V/Hz-Limiter此时动作，机组电压Ug被VHz-lim限制在定值1.01pu
待波形稳定后，再将参数“AdditionalRefValue”修改为0，即为降3%阶跃：观察VHz-lim返回，机组电压Ug恢复至约1pu
图4.2 Softstart功能的验证
4.2 软起励（Softstart）
Softstart用于防止机端电压起励超调，进入Softstart阶段后，调节器以可设定的速度增加给定值，使机端电压逐步上升到额定值：在ExcOnTimeout=20s的时间之内，将Ug或If的值升高至95%的preset值，则称之为“起励成功”，否则为起励失败。
软起励（Softstart）的测试可在某次机组起励过程中进行，方法如下：
确认机组此时已灭磁，当前通道为Auto方式运行，且参数RefIntPresetValue1=1
进行起励操作（1pu），观察：在5s内，系统进入软起励阶段，此时机端电压缓慢上升，再经过约12s，Usyn的值约变为1pu，软起励阶段结束，系统已“起励成功”。
在实际的某次试验中，录到的波形如图4.2所示，由其可见：进入软起励阶段时Usyn的初值约为0.0524pu，经过11.999s后，Usyn的值约变为0.955pu，起励共用时2.559（残压起励时间）+11.999s=14.558s＜20s，起励成功。
最大励磁电流限制器Ifmax
最大励磁电流限制器主要实现两个功能：用于防止转子热过载（最大持续出力），以及限制瞬时峰值电流（强励限制）。
正常运行时，在励磁电流超出启动值后，过电流探测器将启动，经过一段延时后，限制器动作于降低励磁电流。而在电力系统出现电压暴跌时，励磁调节器将迅速增加给定值，以提高励磁电流的输出，即为强励。
Ifmax通常取反时限，最大磁场电流“MaxFieldCurrent”和最大磁场电流时间“TimeMaxFieldCurrent”用于计算反时限下的k因素，其实质为计算任一故障电流下的动作时间t，可见下式1：
（式1）
式中，即为“MaxFieldCurrent”，即为“TimeMaxFieldCurrent”。即为“MaxThermalFieldCurrent”，If为某一故障电流。
Ifmax的调试宜在发电机并网后、带轻负荷下进行，具体试验方法可通过在CIT-In.Reg_AVR_SetPt界面进行±2%阶跃，以验证限制器是否可靠启动、启动后的延时是否符合（式1）、动作后是否可将励磁电流限制在热启动值等。
定子电流限制器过励侧Iind
定子电流限制器主要用于限制发电机无功电流（感性或容性）过载，按照发电机无功工作区域，这两种定子电流限制又称为定子电流过励限制器Iind和定子电流欠励限制器Icap。IIind限制器的测试应尽量在发电机并网后、带轻负荷时进行，具体试验方法与励磁电流限制器Ifmax相似。
PQ限制器
PQ限制器也称为低励限制器，主要用于防止发电机超出静态稳定限制的运行，并防止其失去同步，图4.3即为限制器的功能图。
P-Q限制器以有功功率为P=0%、P=20%、P=40%、P=60%、P=80%、P=100%情况下的6个无功功率值而定义。在非额定电压下，P-Q限制的动作定值Q1根据下面公式而修正（见上图修正）：
（式2）
式中：
Q1：当前有功功率下P对应的PQ限制器的设定值（标幺值）
U：当前机组实际机端电压（标幺值）
Xd：发电机直轴同步电抗（标幺值）
Q2：经过电压修正后的PQ限制器的设定值（标幺值）
PQ限制器的测试应在机组并网运行后的各个有功功率平台下依次进行，在具体的试验中，宜采用ECT界面的减磁按钮，对机组进行减励磁操作，直至限制器动作。注意在减磁过程中，应密切关注机端电压、系统侧电压、各级厂用电电压、以及发电机本体各种温度值。
最小励磁电流限制器Ifmin
Ifmin限制器用于保持磁场电流在一个最低水平，防止发电机欠励运行。这一功能通常用于水轮发电机，对该限制器的测试应在励磁调节器静态试验中。
其他限制器、监视保护功能及验证
VHz保护（VHzMon）
用于保护励磁变压器的过磁通，其与V/Hz限制、发变组保护内“发电机过激磁保护”相配合使用，其验证方法可参考VHz限制器。
PQ保护（PQMon）
用于防止发电机低励运行，其与PQ限制器均按照发电机进相试验的动作值而整定，其验证方法可参考PQ限制器。
转子过电流保护（OverCurrentMon）
即励磁电流过电流保护，其反时限部分与最大励磁电流限制器Ifmax均与发变组保护内“励磁变过负荷保护”相配合，其验证方法可参考Ifmax限制器。
结束语
UNITROL6800静止励磁系统作为目前发电机励磁领域技术领先的新一代产品，其调节能力更强，功能完善，具备全面的控制、限制、保护功能。
本文结合昌江核电660MW机组励磁设备现场调试及运行过程中的实际情况，详细介绍了UNITROL6800型数字式励磁系统的控制方式及各限制器，并重点总结了系统内各种限制器的功能及调试方法等，为大型机组静止励磁系统的功能调试提供了相关参考。
参考文献
[1]竺士章：《发电机励磁系统试验》，中国电力出版社，2005第3版，第102-108页。
[2]孟凡超：《发电机励磁技术问答及事故分析》，中国电力出版社，2008版，第77-98页。
[3]ABB：UNITROL 6800 Functional Description，2012 H版。
论文作者:于安雁,褚楚
论文发表刊物:《电力设备》2016年第7期
论文发表时间:2016/7/1
标签：电流论文; 限制器论文; 励磁论文; 发电机论文; 电压论文; 功能论文; 系统论文; 《电力设备》2016年第7期论文;