弥山山 韩花
中国核电工程有限公司华东分公司
摘要：励磁系统主要为机组提供励磁电流，支撑机组电压、提供无功，保持系统安全稳定运行。Unitrol 6800作为先进的静态励磁技术，减小了励磁机环节，结构更加简单，动态响应速度更快，同时配备了转子接地保护，保证了系统安全可靠运行。本文对励磁系统转子接地保护，小电流试验以及PT断线试验等进行研究分析，给出相关调试方法及注意事项，为后续Unitrol6800励磁系统调试提供参考借鉴。
关键词：Unitrol 6800；励磁系统；小电流；PT断线
前言：
Unitrol 6800励磁系统采用自并励方式，依靠发电机、励磁变给整流桥提供能量，经整流后输出至转子的闭环控制，自动调节控制、维持机端电压稳定。同时励磁系统配置了各种限制器保护功能，当系统出现异常时，将机组电压稳定在安全区间内，保证机组安全稳定运行。
1、励磁系统介绍
Unitrol 6800励磁系统配置了9面盘柜：包括励磁控制柜、5面整流桥柜，磁场开关及转子接地保护柜，灭磁电阻柜，以及交流进线柜。Unitrol 6800静态励磁系统为三通道冗余配置，其中两个独立运行通道为AVR+FCR配置，AVR为自动控制环，励磁系统采集机端电压，自动跟踪进行闭环调节；FCR为励磁系统根据励磁电流维持系统运行的开环调节模式，另外配置了后备手动通道BFCR（手动调节环）。正常情况下，励磁系统运行在自动通道，当自动通道发生故障时，励磁系统自动切换至另一自动通道正常运行。整流桥采用N-1冗余模式，即坏掉1个整流桥后，仍能满足强励运行的所有运行模式。
软件方面，励磁调节器实时采集发电机机端电压、电流，经过计算分析触发可控硅，通过不同的可控硅触发角提供不同的励磁电流，进而调节机端电压及无功功率。励磁调节器不断的将给定值与反馈值进行对比，进行励磁输出调节控制，保证发电机在允许的工况下安全运行。同时励磁系统配置了相关限制器功能，包括过励磁限制器（定子及转子），V/Hz限制器、PQ限制器，以及电压互感器断线、电压互感器慢熔等功能，当检测到发电机运行工况超出发电机允许的安全运行区间时，及时发出报警信号或者切换至安全通道，同时励磁系统配置了PSS功能，抑制因系统震荡造成的机端电压频繁波动，保证机组安全稳定运行。
2、励磁调试研究实践
2.1转子接地保护测试
Unitrol6800励磁系统采用Bender转子接地保护装置，设置两段单点接地保护定值，一段报警，二段跳闸，相比之前的UNS3020型发电机转子接地保护，可靠性更高。Bender采用注入式测量方式，通过向转子回路注入异频电源，进行实时测量，计算出转子回路对地绝缘情况，及时发现直流系统故障。静态试验期间，通过对转子输出回路进行接地模拟测试， 校验转子接地保护装置的准确性；在机组空载及并网发电阶段，再次检查转子接地保护实测值，运行稳定，未触发保护误动作等问题。进行转子接地保护校验时，需注意装置内部的整定值是否正确，否则影响转子接地保护实测数据的准确性。
2.2 励磁开环小电流试验
励磁系统开环小电流试验是通过励磁输出端外接模拟负载，用改变移相触发的控制信号模式检查励磁系统输出与控制信号的对应关系，检查励磁调节器的基本控制功能、脉冲可靠触发能力及晶闸管输出波形完好性等，为后续励磁系统空载、负载可靠运行奠定基础。
试验前需解除整流桥与励磁变压器的连接，断开励磁装置与发电机转子的连接，同时检查励磁系统的交流侧、直流侧绝缘应满足要求，防止试验过程中短路损坏设备。试验前注意退出转子接地保护，防止由于过电压造成转子接地保护装置烧毁。试验前在励磁直流输出间接入模拟负载，将励磁调节器置于Manuel手动模式，他励起励模式，同时退出影响闭锁励磁起励功能的相关保护功能（如CT/PT监视功能、同步电压监视功能，相序监视功能等）确保能够模拟起励。由于无法施加励磁电流等，需将手动限值的下限值修改为0，防止手动起励失败。起励期间需要逐个整流桥封锁，故需要将可控硅整流桥故障的跳闸功能退出，将FaultStageLevel临时修改为9，取消相关整流桥跳闸功能。将非试验的整流桥封锁，通过修改Ucfixed控制电压值依次验证单个整流桥输出功能。通过示波器监视可控硅输出情况。励磁系统整流桥回路中6个晶闸管依次导通，一个周期内检测到得6个整流输出波头，符合三相全控整流桥的工作原理。在触发角全导通时，其输出电压幅值符合公式Uf=1.35U*cos（α）=1.35*400*cos（60）=270VDC。通过励磁系统开环小电流试验，验证了整流桥各个分支以及全桥输出功能，确保了整流桥性能完好，具备真正带载启动性能。
2.2励磁系统通道切换功能
励磁系统具有两套完全独立的自动控制通道，运行过程中两个通道互为热备用，同时接收发电机相关电压、电流等信号。正常运行时只有主通道参与实时控制调节，当在Auto模式下发生主通道故障或者PT断线时，主通道自动切换至备用通道，继续保证发电机安全运行。
正常情况下，励磁系统处于CH1通道运行，当CH1通道AVR发生故障或者PT断线时，励磁系统自动切换至CH2备用通道AVR模式运行，若此时CH2备用通道AVR再次发生故障，此时励磁系统将切换至CH2备用通道的FCR模式运行，若此时CH2备用通道的FCR再次发生故障，则此时励磁系统将切换至CH1主通道的FCR模式运行，若此时CH1通道和CH2通道的AVR及FCR均发生故障时，则此时励磁系统将切换至BFCR模式继续维持机组安全运行，避免发电机失磁造成发电机异步甚至停机停堆。
励磁空载动态试验期间，进行PT断线模拟试验。励磁调节器处于CH1主通道运行，自动AVR模式，机端电压稳定维持在额定电压下，励磁电压、励磁电流数值均运行平稳，当在PT1处模拟发电机PT1发生断线，此时机端电压会出现微小波动，但基本维持在1.0pu，检查发现由CH1通道的AVR通道切换至CH2通道的AVR模式，但励磁系统仍处于Auto模式，励磁系统运行稳定，发电机运行稳定。继续在PT2处模拟发电机PT2发生断线，此时励磁调节器采集的机端电压均发生故障，此时励磁电压、励磁电流以及控制电压均发生小范围波动后迅速恢复平稳运行，检查发现励磁由AVR模式切换至FCR运行模式，此时励磁系统仍处于CH2通道。通过在发电机空载模式下PT断线试验，证明励磁调节器控制PT断线监视功能正常，励磁通道切换逻辑满足冗余配置切换要求。
3、结语
Unitrol6800励磁系统调试期间完成励磁限制器功能、保护功能、小电流试验、整流桥风机切换试验、带载阶跃、通道切换、励磁建模等试验内容，保证了后续机组启机、并网试验顺利完成。同时对励磁调试问题进行分析总结，完善了励磁系统的相关功能，确保了发电机安全稳定运行。
参考文件：
[1]GB/T 7409.3-2007，同步电机励磁系统 大、中型同步发电机励磁系统技术要求；
[2] DL_T_843-2010大型汽轮发电机励磁系统技术条件；
[3]DLT/1166/2012 大型发电机励磁系统现场试验导则；
[4]UNS3020 大型发电机转子接地保护误动作原因分析 马铁军 2008/06；