ABB励磁系统国产化改造

李玉珍

大唐韩城第二发电有限责任公司  陕西省韩城市  715400

摘要：近年来，静态励磁系统在我国大型同步发电机中得到了广泛应用，励磁调节系统大大提高了电力系统稳定性。前些年国内应用的主流励磁调节系统多为国外产品如瑞士ABB、日本东芝等，但随着国内发电机自动调节技术的不断更新与进步，渐渐出现了很多国产厂家的励磁调节装置，并有很不错的调节效果。同时基于国外品牌售后维护费用较高和装置老化严重等诸多原因，将系统改为生产维护成本更低、人机界面更优的国产品牌励磁系统势在必行。

关键词：ABB励磁   性能优化  改造

1. 前言

大唐韩城第二发电有限责任公司二期励磁系统采用瑞士ABB公司生产的UNITROL5000的控制系统。共9面柜子，有励磁调节器ER柜，灭磁开关ES柜，整流柜EG1-EG6,交流进线EA柜。

目前存在如下问题：第一，运行时间长，备品不足。原ABB励磁系统于2008年投运至今已有13年，根据规程规定设备年限已到，原设备及备品均已停产，原型号备品备件采购困难，替代备品备件价格昂贵、供货周期一般为9-11个月，设备故障后因备品备件供给因素影响恢复速度，进而影响机组安全运行。

第二，UNITROL 5000励磁系统通讯采用ARCNET通讯总线，其物理上采用同轴电缆将控制通道和整流桥通讯连接起来，该通讯方式为串联方式，某处有故障就会引起跳机，严重影响发电机的安全运行。

第三，依据DL/T843-2010《大型汽轮发电机励磁系统技术条件》，韩二公司3、4号机组UNITROL 5000励磁系统，在技术方面存在PT慢熔不能判断的问题，行业内发生过多起因此造成的机组非停事故，严重影响发电机的安全运行。

第四，备品更换需要技术服务，ABB技术服务费用昂贵，技术人员服务费用每天1万多元,厂家技术支持无法保证。3号机励磁系统运行期间发生了多次因设备板件通讯问题、CIN板故障、霍尔元件损坏、插件老化等原因引起的故障，同时存在ETC装置频繁死机等等问题。随着元件老化加剧，故障率预计会上升，严重威胁机组安全运行。

综合以上因素，需对二期机组励磁系统进行改造。

2. 方案选择

方案1．将ABB UNITROL 5000升级改造为ABB UNITROL 6000系统

保留原自并励励磁模式，励磁变、整流桥功率部分、灭磁开关、跨接器触发板等一次回路元件保留；连接至调节器的交/直流母排接口及出线方式等保持不变；励磁小室及小室内物品（空调、检修电源箱）将保持安装位置不变；控制系统升级改造主要针对励磁调节器中控制部件、整流桥控制部件、过电压吸收装置、控制电源回路、人机操作界面等，且均采用ABB UNITROL6000数字式自并励励磁系统进口器件，通过此改造可以改善设备的安全稳定运行，本改造投资方案费用稍高。

方案2．励磁变利旧，励磁系统的全面改造

原励磁变压器利旧。励磁系统所有屏柜（励磁调节柜、励磁功率柜、灭磁开关柜、交直流进线柜等）重新采购、安装、调试，这种改造方案技术上不存在接口问题，很彻底，投资费用较高。

方案3．将ABB UNITROL 5000升级改造为其他厂家的励磁调节器

保持ABB励磁系统所有屏柜（1面调节器、6面功率柜、1面灭磁开关柜和1面灭磁电阻柜和1面交流进线柜）不变。只是将原调节器柜内设备全部拆除，同时拆除与励磁调节器控制部分有关的整流柜、灭磁开关柜、灭磁电阻柜的设备连接，采购安装新的国产主流励磁调节器，重新设计电源配置，开关量和模拟量、与功率柜、灭磁开关柜、电阻柜等的接口内容，本改造方案改造内容稍多，投资费用较低。

以上方案1，厂家提出5000升级6000需把所有盘柜返厂重新装配、试验后再运到现场安装，改造周期长、成本高，且仍然没有解决代理国外品牌备品服务贵、系统参数多不易掌握、人机界面不友好的问题；方案2，全部改造虽不涉及接口问题，但投资费用高、能否招到国内主流品牌的励磁系统不确定因素多；方案3，能最大限度的利用原系统质量好、运行可靠的一次设备，只改造励磁调节器部分，投资费用低，励磁控制理念与调度及行业标准融合度高，但接口问题突出，技术难度大。

经过综合分析研判，比较三种方案的优缺点，从技术性、改造费用、改造工期出发，最终选择第三种方案。招标结果为国电南瑞的 NES6100励磁调节器。

3. 改造施工方案及两个系统存在接口问题解决

原励磁控制系统为瑞士ABB厂家，新改造选用国电南瑞NES6100励磁调节器，两套系统存在较多接口，部分利旧，部分拆除。原ABB励磁系统主要由一台调节器、六台功率柜、一台灭磁开关柜和一台交流进线柜组成，由于只改造调节器，需要考虑调节器电源配置及开关量和模拟量、与功率柜接口、灭磁开关柜接口和电阻柜的接口等内容。

本次改造工作量涉及原有ABB励磁调节器至6个功率柜的脉冲线、脉冲板及辅助设备、ABB励磁调节器至灭磁开关柜的接线及转子接地保护装置、

ABB励磁调节器至交流进线柜等等的接线拆除、新励磁调节器与原有这些柜子的连接、调试等，新旧电缆共50多根。

4. 需注意的几个问题

4.1原设计同步变在控制柜ER柜内，根据安规高压不进控制柜要求，将同步变移至ES柜，解决了高压隐患。

4.2提前核查励磁回路DCS相关逻辑，完成逻辑和画面的修改。因新旧开关量会有变化和更改，尤其注意灭磁开关合闸条件的逻辑和AVC相关逻辑，工作完成后需要做传动试验确保逻辑正确。

4.3调试时发现了分压盒拨码不正确导致的励磁电压显示不正确的缺陷，对DCS传动时发现了电缆接线问题。小电流开环试验、静态试验、动态试验、性能试验均正常。

4.4 原系统共有3路直流，其中一路为起励电源，另两路即是灭磁开关的两路操作电源，又是产生24V的直流辅助电源模块的输入电源，新系统必须新增两路不同直流段的直流电源，确保起励电源、两个励磁调节器电源和两路灭磁开关操作电源彻底分开，各自直流用途清晰，空开独立。

4.5 新增两路独立空开的UPS电源，作为两个励磁调节器的交流电源，提高运行可靠性。

4.6 原系统两路风机电源，一路为保安PC取的电源，一路为励磁变低压侧取的电源，起励时用外部保安PC电源，电压正常后切至自身电源。本次改造需在另一端保安PC段上取一路交流电源作为第二路风机电源，为防止两路电源互相闭锁回路故障可能造成相间短路，本次所取电源与以前电源要相别一致。

5. 改造后的效果

5.1改造后，励磁系统满足DL/T843-2010《大型汽轮发电机励磁系统技术条件》所有功能。

5.2调节器电源采用双直流，双交流电源供电，降低装置失电引起的跳机风险。

5.3原ABB励磁系统为智能均流，均流系数较高，一度曾担心改造后的系统均流不好，事实证明改造后的系统，通过调整最大电流的整流柜的数字脉冲盒的拨码开关，调整脉冲滞后角度，以改变整流输出电流大小。现场调整方便，改造调整后的均流系数达到0.95以上，符合规程要求。

5.4扩展了功能，在试验界面，就能做阶跃等试验，做启机试验不用厂家来现场配合，节约了成本。

5.5 原ABB励磁限制曲线不完全满足网源协调要求，严重影响机组安全稳定运行。国电南瑞6100配置了完善的限制功能，调试时严格按照调度网源协调的要求，优化曲线，确定最合适的参数，励磁限制与发变组保护配合更合理。

5.6国电南瑞6100调节器控制单元采用高性能微处理器，在计算速度、控制周期、抗电磁干扰、可靠性方面更胜一筹。

5.7 NES6100励磁调节器可自动识别模拟量的错误，切换调节器模式并报警，避免由此引发的振荡或其他灾难性严重后果。

6. 结论

本次改造后解决了原设备老化、可靠性差，备品备件供应不及时、价格昂贵等一系列问题。采用现在国内主流的励磁控制系统国电南瑞6100，仅换控制系统，保留原ABB厂家一次设备的方案，比全换整套系统节约费用100多万元，改造效果良好，励磁调节系统调节性能得到较大提升。

参考文献

[1]DL/T843-2010《大型汽轮发电机励磁系统技术条件》

[2]DLT 1166-2012 《大型发电机励磁系统现场试验导则》

[3]DLT 1309-2013 《大型发电机组涉网保护技术规范》