三峡能事达UNITROL-6800励磁系统及应用

三峡能事达UNITROL6800励磁系统及应用陈小明、刘喜泉中国长江三峡集团公司.长江电力.溪洛渡水力发电厂2014年10月10日目录1、三相全控桥电路原理；2、溪洛渡水电站和励磁设备简介；3、UNITROL6800励磁调节器模型和功能；4、UNL13300励磁功率柜原理及均流；5、溪洛渡水力发电厂简介；6、溪洛渡励磁静态试验；7、溪洛渡励磁动态试验；8、溪洛渡励磁技术创新；9、溪洛渡励磁进相试验；10、溪洛渡励磁部分技术改造。共阴极组——阴极连接在一起的3个晶闸管（VT1，VT3，VT5）共阳极组——阳极连接在一起的3个晶闸管（VT4，VT6，VT2）导通顺序：VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6VT1VT2VT3abcuduvwVT5VT6VT4id负载ia1、三相桥式全控整流电路原理（1）2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件。VT1VT2VT3abcudVT5VT6VT4id负载iu（2）对触发脉冲的要求：按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的顺序，相位依次差60。共阴极组VT1、VT3、VT5的脉冲依次差120，共阳极组VT4、VT6、VT2也依次差120。同一相的上下两个桥臂，即VT1与VT4，VT3与VT6，VT5与VT2，脉冲相差180。1.1、三相全控桥电路的特点u2ud1ud2u2LuduabuacuabuacubcubaucaucbuabuacuabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥuaucubt1OtOtOtOt=0°iVT1uVT1三相桥式全控整流电路带电阻负载=0时的波形a=0时的情况这里将电路中的晶闸管换作二极管进行分析对于共阴极组的3个晶闸管，所接交流电压值最高（或者说正得最多）的导通对于共阳极组的3个晶闸管，阴极所接交流电压值最低（或者说负得最多）的导通任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个晶闸管处于导通状态直接从线电压波形看，ud为线电压中正最大的一个，因此ud波形为线电压的包络线。1.2、带电阻负载a=03-3-6ud1ud2=30°iaOtOtOtOtuduabuacuaubuct1uabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥuabuacubcubaucaucbuabuacuVT1VT1VT2VT3abcudVT5VT6VT4id负载1，6管导通1，2管导通3，2管导通3，4管导通5，4管导通5，6管导通每管每周期导通120度关断后承受线电压,120度后线电压交换。电阻负载，相电流为上、下管各自导通时电流合成，波形与输出电压波形相同。1.3、电阻负载a=303-3-7=60°ud1ud2uduacuacuabuabuacubcubaucaucbuabuacuaⅠⅡⅢⅣⅤⅥubucOtt1OtOtuVT1VT5,66,11,22,33,44,55,6VT1VT2VT3abcudVT5VT6VT4id负载uab对应6，1导通123456触发脉冲分配1.4、电阻负载a=60ud1ud2uduaubucuaubtOtOtOtOtOiaiduabuacubcubaucaucbuabuacubcubaiVT11.5、电阻负载a=901.6、感性负载a=0ud1u2ud2u2LudidtOtOtOtOua=0°ubuct1uabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥiVT1三相桥式全控整流电路带阻感负载=0时的波形=0ud波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似，各晶闸管的通断情况、输出整流电压ud波形、晶闸管承受的电压波形等都一样。区别在于：由于负载不同，同样的整流输出电压加到负载上，得到的负载电流id波形不同。阻感负载时，由于电感的作用，使得负载电流波形变得平直，当电感足够大的时候，负载电流的波形可近似为一条水平线。a≤60时ud1=30°ud2uduabuacubcubaucaucbuabuacⅠⅡⅢⅣⅤⅥtOtOtOtOidiat1uaubuc图三相桥式全控整流电路带阻感负载=30时的波形相电流波形不变，相位随触发角移动1.7、感性负载a=30a60时阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同，电阻负载时ud波形不会出现负的部分，而阻感负载时，由于电感L的作用，ud波形会出现负的部分带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的a角移相范围为901.8、感性负载a60=90°ud1ud2uacubcubaucaucbuabuacuabⅠⅡⅢⅣⅤⅥuduacuabuactOtOtOubucuat1uVT1图24三相桥式整流电路带阻感负载，=90时的波形阻感负载时，由于电感L的作用，ud波形会出现负的部分输出电压平均值等于0，故带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的角移相范围为901.9、感性负载a=901.10、三相全控桥电路定量分析带电阻负载且a60时，整流电压平均值为：输出电流平均值为：Id=Ud/R当整流变压器采用星形接法，带阻感负载,电感充分大时，变压器二次侧电流有效值为：2221222()0.8162333aIIIIIIdddd当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载a≤60时）的平均值为：U2是线电压。2.1、溪洛渡水电站大坝2.2、溪洛渡水电站厂房2.3、溪洛渡电站励磁系统2.4、溪洛渡右岸励磁系统原理图2.5、溪洛渡右岸励磁系统三维图2.6、溪洛渡右岸励磁设备工厂照片2.7、溪洛渡右岸励磁设备工厂照片2.8、溪洛渡右岸励磁设备现场照片2.9、溪洛渡右岸直流和交流灭磁开关2.10、溪洛渡直流灭磁开关应用情况优点：体积小；动作声音小；动作快；灭弧能力强。缺点：结构复杂、没有跳合闸状态指示；一般配置过流脱扣器，左岸12000A，右岸18000A。当滑环短路时，可能动作，此时灭磁电阻可能未投，非常危险。2013-8-13下午17点40分左右，溪洛渡11F励磁系统他励建模试验时，因误操作出现误强励，过电压保护1.3倍0.1秒跳闸，成功灭磁。转子电流4500-5000A。2.11、溪洛渡交流灭磁开关应用情况优点：体积小；弧压高；灭弧能力强。缺点：可能存在飞弧问题，现场全部加装防弧板。2013年12月02日，溪洛渡15F他励试验100%Ugn跳闸灭磁，因灭磁电阻未接入，造成直流灭磁开关强行拉弧分断，直流灭磁开关触头电弧痕迹明显，但是接触电阻正常。交流开关也有电弧痕迹，证明溪洛渡励磁交流开关参与了灭磁过程。3.1、UNITROL6800传递函数设置ABB励磁系统依据幅值限制在励磁传递函数中位于PID控制前后位置，分为两种：位于PID控制之前的为：TRF_IN；位于PID控制之后的为：TRF_OUT；TRF_IN，TRF_OUT：静止励磁系统；TRF_IN：间接的励磁系统，比如：无刷励磁，励磁机励磁等判断依据，根据参数可以看出：Reg_Low_High_Gate.EnableIntegralTypeAVRLim=1:TRF_IN（溪洛渡选择）=0:TRF_OUT3.2、UNITROL6800TRF_IN模型（ST5C）3.3、UNITROL6800ST5C模型AVR控制主环感性Ig限制Ifmax限制容性Ig限制Ifmin限制低励限制3.4、UNITROL6800TRF_OUT模型（ST5B）3.5、UNITROL6800主环PIDKR=350；TC1=1.0s；TB1=5.0s；TC2=0.1s；TB2=0.1s110溪洛渡电站PID参数积分时间常数微分时间常数积分比例微分•采用串联PID即串联校正Presetvalue1：初设值，即给定值（外部给定值）MaxRefValue：给定最大值MinRefValue1：给定最小值Runtime2：MinRefValue1到MaxRefValue时间，从而可计算增、减磁步长。3.6、UNITROL6800AVR给定参数3.7、UNITROL6800励磁限制器•在低励区低励限制最小励磁电流限制容性定子电流限制•在过励区感性定子电流最大励磁电流限制3.8、UNITROL6800功率圆图3.9、UNITROL6800低励限制3.10、UNITROL6800最小励磁限制3.11、UNITROL6800定子电流限制3.12、UNITROL6800最大励磁限制反时限电流实际电流3.13、UNITROL6800V/Hz限制3.14、UNITROL6800PSS-2B模型ωP隔直超前滞后放大TP7：可监视PSS输出值的大小T6：角速度惯性时间常数，即ω测量时间常数M：低通滤波器阶数Tr，P惯性时间常数，即P测量时间常数N：滤波器整体阶数T1，T3，T10：超前时间常数Ks3：合成放大增益T2，T4，T11：滞后时间常数Ks1：PSS输出比例放大增益Tw1，Tw2：ω的隔直时间常数一般设置：M=5，N=1；Tw3，Tw4：P的隔直时间常数Ks3=1，Tw1=Tw2=Tw3=T7T7：转动惯量时间常数T6、TR、TW4设为0，T8=0.6；T9=0.12ΔωPeΔPPmPαUpssUpss低通滤波3.15、UNITROL6800无功调差原理负调差正调差调差系数的计算：E（%）=（ΔU×Sn）/Q1其中ΔU=Ugref（%）-Ugact（%），Q1是ΔU对应的无功，Sn是视在功率，也是Q标幺的基准值。要求尽量多带无功，Q1与Sn单位一致。无功调差系数：反映机端电压与发电机无功功率之间关系曲线的陡度，作为发电机出口主变压器阻抗引起的压降补偿措施。3.16、UNITROL6800定子电流限制配合与定子过负荷保护3.17、UNITROL6800过励限制配合与励磁过负荷保护3.18、UNITROL6800欠励限制配合与失磁保护3.19、UNITROL6800伏赫限制配合与过激磁保护4.1、UNL13300整流桥电路原理图ABBUNL13300采用阻断式阻容保护电路4.2、UNL13300整流桥阻容保护判断阻容保护效果可以进行仿真计算，但更重要的是现场进行测试，一般在发电机空载试验时测量励磁变二次电压，看尖峰毛刺的过电压倍数。要求不大于1.6倍。ABBUNL13300采用阻断式阻容保护，测量发电机自并励励空载阳极电压波形，其过电压倍数1.1，很好，但电阻发热较大，运行温度在140℃-150℃。过电压倍数计算：尖峰毛刺峰值/阳极电压峰值即Um1/Um2Um1Um24.3、UNL13300功率柜均流原理按相均流：检测并联功率柜的交流输入电流，使之每一相一致，更科学；每一相电流均衡，必定每一个柜的电流均衡。5.1、溪洛渡水力发电厂溪洛渡水电站由中国长江三峡集团公司、四川省能投集团、云南省能投集团联合出资设立的三峡金沙江川云水电开发有限公司（以下简称“川云公司”）投资建设。电站位于四川省雷波县和云南省永善县接壤的金沙江峡谷河段。左、右岸地下电站各装设9台最大功率为770兆瓦的水轮发电机组，最大总装机容量13860兆瓦，年发电量571.2～640.6亿千瓦时。溪洛渡电站2005年底正式开工，2013年7月首批机组发电，2014年6月底18台机组全面投产发电，是仅次于三峡电站和伊泰普电站的中国第二、世界第三大水电站，也是世界上首座千万千瓦级高拱坝电站。溪洛渡电站创下一个月投产4台（2013年7月）、6个月（2013年下半年）投产12台、12个月投产18台77万千瓦级巨型水轮机组的世界纪录。2014年10月8日，溪洛渡电站全部机组顺利实现“首稳百日”。溪洛渡水力发电厂（以下简称“溪洛渡电厂”）是中国长江电力股份有限公司下属的电力生产和成本控制单位，受川云公司委托负责溪洛渡电站的运行维修管理和发电生产成本控制，2009年4月30日开始筹建，2012年11月8日正式成立。5.2、溪洛渡水力发电厂5.3、溪洛渡水力发电厂6.1、溪洛渡跨接器（BOD）试验仪器6.2、溪洛渡跨接器（BOD）试验接线交流高压测