UN6000勵磁系統(tǒng)在大型機組的應(yīng)用

1、L o g oL o g o中國長江三峽集團公司中國長江三峽集團公司長江三峽長江三峽能事達電氣股份有限公司能事達電氣股份有限公司CHINA THREE GORGES CORPARATION THREE GORGES NENGSHIDA ELECTRIC CO.,LTD UN6000UN6000勵磁系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)在巨型發(fā)電機組的應(yīng)用在巨型發(fā)電機組的應(yīng)用 ABB是國際上著名的發(fā)電機勵是國際上著名的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商，在中國磁系統(tǒng)設(shè)備供應(yīng)商，在中國大容量的大容量的水電、火電和核電水電、火電和核電發(fā)電機勵磁系統(tǒng)發(fā)電機勵磁系統(tǒng)都都有很高的市場占有率有很高的市場占有率。 長江三峽能事達電氣股份有限長江

2、三峽能事達電氣股份有限公司公司是中國長江三峽集團公司旗下是中國長江三峽集團公司旗下專業(yè)的專業(yè)的勵磁設(shè)備供應(yīng)商，具有十多勵磁設(shè)備供應(yīng)商，具有十多年的勵磁設(shè)備生產(chǎn)經(jīng)驗。年的勵磁設(shè)備生產(chǎn)經(jīng)驗。 P.C.B Factor y Assem bly Shop Power Test Lab 電力試驗室電力試驗室 裝配車間裝配車間 工程部工程部 PCBPCB 生產(chǎn)廠生產(chǎn)廠 技術(shù)淵源技術(shù)淵源NSD&ABB聯(lián)合設(shè)計聯(lián)合設(shè)計瑞士瑞士ABB最新一代的最新一代的UNITROL 6000勵磁控制勵磁控制技術(shù)技術(shù)能事達公司自主能事達公司自主研發(fā)研發(fā)的的STR-RG熱管自冷散熱熱管自冷散熱勵磁勵磁整流技術(shù)整流技術(shù)UN

3、6000勵磁控制系統(tǒng)勵磁控制系統(tǒng) 總體設(shè)計方案總體設(shè)計方案UN6000勵磁控制系統(tǒng)勵磁控制系統(tǒng) v 勵磁調(diào)節(jié)柜勵磁調(diào)節(jié)柜 1屏屏v 輔助控制柜輔助控制柜 1屏屏v 大功率熱管整流柜大功率熱管整流柜 4屏屏v 滅磁開關(guān)及過壓保護柜滅磁開關(guān)及過壓保護柜 2屏屏v 非線性滅磁電阻柜非線性滅磁電阻柜 1屏屏v 柔性電制動柔性電制動勵磁控制屏勵磁控制屏UN6000勵磁控制系統(tǒng)勵磁控制系統(tǒng)測量測量單元單元AVR+ FCR12n供電單元供電單元自動跟蹤自動跟蹤監(jiān)測單元監(jiān)測單元保護單元保護單元邏輯控制單元邏輯控制單元測量測量單元單元AVR+FCR供電單元供電單元監(jiān)測單元監(jiān)測單元保護單元保護單元邏輯控制單元邏輯

4、控制單元系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖滅磁及過壓保護滅磁及過壓保護輔助起勵輔助起勵勵磁變勵磁變制動制動變變先進的技術(shù)、成熟的產(chǎn)品、最優(yōu)的配置先進的技術(shù)、成熟的產(chǎn)品、最優(yōu)的配置v 先進的勵磁控制器先進的勵磁控制器 v 以64位高速模塊化控制系統(tǒng)AC800PEC為核心v 以光纖為載體v 網(wǎng)絡(luò)化勵磁控制 傳統(tǒng)勵磁構(gòu)架 功能強大、可靠性高、信息豐富，維護方便 網(wǎng)絡(luò)化勵磁構(gòu)架先進的技術(shù)、成熟的產(chǎn)品、最優(yōu)的配置先進的技術(shù)、成熟的產(chǎn)品、最優(yōu)的配置v 大容量、免維護的自冷型功率柜大容量、免維護的自冷型功率柜 采用環(huán)形熱管自冷散熱技術(shù)，單柜自冷額定輸出2500A，解決了強迫風(fēng)冷功率柜噪音大、灰塵多、故障率高的問題，提高了設(shè)備

5、可靠性，實現(xiàn)了整流柜的免維護 風(fēng)冷功率柜風(fēng)冷功率柜自冷功率柜自冷功率柜風(fēng)機噪音大無灰塵大小日常維護每周清理濾網(wǎng)風(fēng)機定期維護可控硅、風(fēng)道定期拆卸清灰免維護故障率風(fēng)機是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，容易發(fā)生故障灰塵積累影響絕緣和散熱故障率高無旋轉(zhuǎn)設(shè)備無灰塵積累故障率低可靠性經(jīng)常燒毀，可靠性低從未燒毀，可靠性高先進的技術(shù)、成熟的產(chǎn)品、最優(yōu)的配置先進的技術(shù)、成熟的產(chǎn)品、最優(yōu)的配置v 可靠的可靠的滅磁滅磁技術(shù)技術(shù)交直流冗余滅磁技術(shù)交直流冗余滅磁技術(shù) v 直流滅磁技術(shù)v 交流滅磁技術(shù)v Crowbar轉(zhuǎn)子過電壓保護v SIC滅磁電阻 直流滅磁交流滅磁互為備用，可有效防止滅磁開關(guān)拒動，實現(xiàn)快速移能滅磁，經(jīng)三峽、向家壩、溪洛渡等

6、電廠大量巨型機組運行檢驗，是目前可靠性最高的滅磁技術(shù)勵磁調(diào)節(jié)器勵磁調(diào)節(jié)器Excitation Regulator勵磁調(diào)節(jié)器勵磁調(diào)節(jié)器 v ABB AC800PEC控制器控制器v CCM通訊、控制和測量模塊通訊、控制和測量模塊 v CIO組合輸入輸出單元組合輸入輸出單元 v PSU雙路冗余控制電源雙路冗余控制電源 v 15.1“彩色觸摸屏的獨立工業(yè)彩色觸摸屏的獨立工業(yè)PC（ECT）v 電壓調(diào)節(jié)規(guī)律電壓調(diào)節(jié)規(guī)律PID+PSS2B v 邏輯控制及限制保護功能邏輯控制及限制保護功能勵磁調(diào)節(jié)器框圖勵磁調(diào)節(jié)器框圖AC800PECProcessorModulev Powerful ABB Power Ele

7、ctronics Controller 400MHz PowerPC CPU (IBM/Motorola) 64 bit IEEE 浮點運算核心核心控制模塊控制模塊Interfacing of PP D113 (AC800PEC)ABBCEX-BUS36 bidirectionaloptical linksS800Slow digital/analog IOCIOCCICCMEthernet TCP/IPECTCCM800 xA IntegrationRedundantEthernetOPCNot usedField Bus-MODBUS RTU-PROFIBUSEnterprisesyste

8、msNot usedNot used 通信控制測量接口CCM 開關(guān)量接口CIO Both input lines are supervised individually24VDC24VDC接口模塊接口模塊v 在線檢修 電源電源PSUv 電源冗余電源冗余ICU = Input Coupling Unit PS = 24V Power SupplyAPD = Auxiliary Power Distribution unit (electronic current limiting)故障切換邏輯故障切換邏輯Control channel 1Control channel 2Converter in

9、terface 1Converter interface nConverter interface 2Controller / Converter LinksFIBER OPTIC OR TWISTED PAIR CABLEECT - Excitation Control TerminalOPERATION MENUPOWER CHART MENUSYSTEM MENUTRENDING MENUFAULT LOGGER MENUALARM MENUPARAMETER MENU控制模型控制模型符合IEEE Std 421.5的 PID+PSS2B的控制模型控制流程控制流程限制保護功能限制保護功能

10、 轉(zhuǎn)子過流一段報警轉(zhuǎn)子過流一段報警 轉(zhuǎn)子溫升一段報警轉(zhuǎn)子溫升一段報警 PT 斷線斷線 報警報警監(jiān)測監(jiān)測報警報警的概念的概念 (措施措施：啟用備用通道：啟用備用通道 ) 軟件自檢報警軟件自檢報警 硬件自檢報警硬件自檢報警 AVR電源報警電源報警 可控硅監(jiān)測報可控硅監(jiān)測報警警 通風(fēng)報警通風(fēng)報警 轉(zhuǎn)子接地轉(zhuǎn)子接地 轉(zhuǎn)子短路轉(zhuǎn)子短路 轉(zhuǎn)子過流二段報警轉(zhuǎn)子過流二段報警 轉(zhuǎn)子溫升二段報警轉(zhuǎn)子溫升二段報警 轉(zhuǎn)子過壓轉(zhuǎn)子過壓 V/Hz引起飽和引起飽和 過溫過溫 過載過載保護保護的概念的概念 (措施措施：跳機：跳機 ) 硬件自檢報警硬件自檢報警 軟件自檢報警軟件自檢報警 內(nèi)部供電報警內(nèi)部供電報警 內(nèi)部短路內(nèi)部短

11、路 可控硅過載可控硅過載故障矩陣故障矩陣通信通信STR-RGSTR-RG熱管整流柜熱管整流柜STR- RG Heat pipe Rectifier 勵磁整流系統(tǒng)完全依賴大功率風(fēng)機散熱，風(fēng)機是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，勵磁整流系統(tǒng)完全依賴大功率風(fēng)機散熱，風(fēng)機是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，長期不間斷運行故障長期不間斷運行故障率高率高； 風(fēng)機運行需要交流電源，電源故障會影響風(fēng)機運行；風(fēng)機運行需要交流電源，電源故障會影響風(fēng)機運行； 強迫風(fēng)冷帶來大量灰塵，強迫風(fēng)冷帶來大量灰塵，整流整流柜濾網(wǎng)需經(jīng)常更換清理，維護柜濾網(wǎng)需經(jīng)常更換清理，維護工作量大，維護不工作量大，維護不當當將導(dǎo)致濾網(wǎng)堵塞影響將導(dǎo)致濾網(wǎng)堵塞影響整流整流柜正常運行；柜正常運行

12、； 長期灰塵積累會影響絕緣和散熱，易導(dǎo)致長期灰塵積累會影響絕緣和散熱，易導(dǎo)致整流整流柜柜內(nèi)部內(nèi)部短路燒短路燒毀，影響整個系統(tǒng)的安全運行；毀，影響整個系統(tǒng)的安全運行； 長期強迫風(fēng)冷造成灰塵積累，長期強迫風(fēng)冷造成灰塵積累，整流整流柜可控硅、散熱器和風(fēng)道柜可控硅、散熱器和風(fēng)道需要定期拆卸清理再重新組裝，維護工作量大，組裝過程中需要定期拆卸清理再重新組裝，維護工作量大，組裝過程中的不確定因素易導(dǎo)致的不確定因素易導(dǎo)致整流整流柜故障甚至燒毀。柜故障甚至燒毀。 強迫風(fēng)冷整流強迫風(fēng)冷整流系統(tǒng)存在的隱患系統(tǒng)存在的隱患解決方案解決方案熱管自冷勵磁整流系統(tǒng)熱管自冷勵磁整流系統(tǒng) 強迫風(fēng)冷方式強迫風(fēng)冷方式過多依靠人工維

13、護，過多依靠人工維護，在設(shè)計原理上降低了設(shè)備的可靠在設(shè)計原理上降低了設(shè)備的可靠性，給電力系統(tǒng)帶來了安全隱患。隨著機組容量的增加性，給電力系統(tǒng)帶來了安全隱患。隨著機組容量的增加，勵磁參數(shù)的，勵磁參數(shù)的增增大，對冷卻和絕緣的要求越來越高，強迫風(fēng)冷帶來的問題更顯突出。大，對冷卻和絕緣的要求越來越高，強迫風(fēng)冷帶來的問題更顯突出。 基于本質(zhì)安全的設(shè)計思想基于本質(zhì)安全的設(shè)計思想，采用熱管自冷散熱技術(shù)，采用熱管自冷散熱技術(shù)，從根源上消除從根源上消除強迫風(fēng)冷帶來的安全隱患，提高整個系統(tǒng)的可靠性。強迫風(fēng)冷帶來的安全隱患，提高整個系統(tǒng)的可靠性。 無需無需風(fēng)機，風(fēng)機，避免了避免了風(fēng)機風(fēng)機和風(fēng)機電源的故障和風(fēng)機電源的

14、故障； 避免了灰塵積累引起的整流避免了灰塵積累引起的整流柜柜故障和事故；故障和事故； 免免維護維護，避免了，避免了拆卸組裝拆卸組裝過程引起的整流過程引起的整流柜柜故障和事故故障和事故； 滿足滿足“黑啟動黑啟動”要求，增強了事故應(yīng)對能力；要求，增強了事故應(yīng)對能力； 減少了噪音，改善了設(shè)備運行環(huán)境；減少了噪音，改善了設(shè)備運行環(huán)境； 縮短了檢修工期，提高了勞動生產(chǎn)率。縮短了檢修工期，提高了勞動生產(chǎn)率。熱管自冷技術(shù)原理熱管自冷技術(shù)原理 相變傳熱相變傳熱毛 細 現(xiàn) 象加 熱蒸 發(fā)液 相 回 流冷 卻冷 凝絕 熱 段蒸 發(fā) 段蒸 氣 流冷 凝 段工 質(zhì)吸 液 芯密 閉 容 器熱 管 工 作 原 理 傳熱速

15、度快傳熱速度快 ：熱管殼體內(nèi)部為真：熱管殼體內(nèi)部為真空狀態(tài)空狀態(tài)，工作介質(zhì)的相變溫度遠工作介質(zhì)的相變溫度遠低于常壓下的沸點溫度，內(nèi)部流低于常壓下的沸點溫度，內(nèi)部流體的流動阻力小。體的流動阻力小。 等溫性能好等溫性能好 : :通過熱管快速將熱通過熱管快速將熱量傳遞到整個散熱器，減小了散量傳遞到整個散熱器，減小了散熱器溫差，增大了有效散熱面積。熱器溫差，增大了有效散熱面積。 完全自冷散熱，運行時無需風(fēng)機，完全自冷散熱，運行時無需風(fēng)機，無噪聲和灰塵，節(jié)能環(huán)保，免維無噪聲和灰塵，節(jié)能環(huán)保，免維護，可靠性高。護，可靠性高。專利技術(shù)專利技術(shù)環(huán)形熱管散熱器環(huán)形熱管散熱器 散熱片與熱管接觸面大散熱片與熱管接觸

16、面大, ,熱容量大熱容量大. . 工作時相變產(chǎn)生的蒸發(fā)汽體與冷凝產(chǎn)生的液體運動方向相同，避免工作時相變產(chǎn)生的蒸發(fā)汽體與冷凝產(chǎn)生的液體運動方向相同，避免了汽、液混流引起的相互干擾，不存在了汽、液混流引起的相互干擾，不存在”干燒干燒”問題。問題。 采用環(huán)形結(jié)構(gòu)可改變傳熱方向，有利于充分利用空間。采用環(huán)形結(jié)構(gòu)可改變傳熱方向，有利于充分利用空間。STR-2500RG熱管整流柜熱管整流柜 進口大功率可控硅進口大功率可控硅 完全自冷型大功率熱管散熱器完全自冷型大功率熱管散熱器 高頻脈沖列強觸發(fā)技術(shù)，獨立高頻脈沖列強觸發(fā)技術(shù)，獨立脈沖變組件脈沖變組件 可控硅過流保護可控硅過流保護低功耗快速熔斷器低功耗快速熔

17、斷器 阻容保護吸收可控硅換相過電阻容保護吸收可控硅換相過電壓壓大功率線編式無感電阻大功率線編式無感電阻進口專用交流電容進口專用交流電容專利技術(shù)專利技術(shù)可控硅溫度紅外在線監(jiān)可控硅溫度紅外在線監(jiān)測測 準確性準確性 直接測量可控硅溫度直接測量可控硅溫度 安全性安全性 非接觸式測溫非接觸式測溫 實時性實時性 在線溫度監(jiān)測在線溫度監(jiān)測 StStSt電流均分線來自AVR的觸發(fā)信號+-12n整流柜均流巨型機組熱管整流系統(tǒng)巨型機組熱管整流系統(tǒng) 根據(jù)電力系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)范設(shè)計，所有技術(shù)指標符合根據(jù)電力系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)范設(shè)計，所有技術(shù)指標符合GB/T7409.3-2007GB/T7409.3-2007及及DL/T583-

18、2006DL/T583-2006的要求的要求 裝置額定輸入交流電壓裝置額定輸入交流電壓1 1337V 337V 單柜在無風(fēng)條件下，額定輸出單柜在無風(fēng)條件下，額定輸出2500A2500A 整套系統(tǒng)整套系統(tǒng)4 4個整流柜并聯(lián)，個整流柜并聯(lián)，在無風(fēng)條件下，額定輸出在無風(fēng)條件下，額定輸出10000A10000A 裝置主電路工頻耐壓裝置主電路工頻耐壓50005000V V，輔助電路工頻耐壓輔助電路工頻耐壓15001500V V 裝置噪音小于裝置噪音小于4 40 0分貝分貝 柜體尺寸：柜體尺寸：4000mm4000mm1200mm1200mm2360mm(2360mm(寬寬深深高高) )主要技術(shù)指標主要技

19、術(shù)指標大電流試驗室大電流試驗室 電源：大容量整流變壓器電源：大容量整流變壓器 負載：大功率水阻負載：大功率水阻 額定輸出：額定輸出：3600A3600A2500A2500A自冷溫升測試自冷溫升測試 溫度紅外在線監(jiān)測系統(tǒng)溫度紅外在線監(jiān)測系統(tǒng) 紅外測溫儀紅外測溫儀FLUKE65FLUKE65 紅外熱像儀紅外熱像儀FLUKETI40FLUKETI40 熱管整流柜測試熱管整流柜測試ABB試驗室測試試驗室測試 2010 2010年年7 7月，月，能事達公司將能事達公司將STRSTR2500 RG2500 RG型環(huán)形熱型環(huán)形熱管整流柜送至瑞士管整流柜送至瑞士ABBABB公司的實驗室進行測試。公司的實驗室進

20、行測試。ABB試驗室測試試驗室測試 ABB測試結(jié)果測試結(jié)果 v實驗實驗1 1：無風(fēng)自冷狀態(tài)，單：無風(fēng)自冷狀態(tài)，單柜電流輸出柜電流輸出2550A2550A，溫度趨，溫度趨于穩(wěn)定，估算出整流柜額定于穩(wěn)定，估算出整流柜額定電流電流2490A2490A。v實驗實驗2 2：無風(fēng)自冷狀態(tài)，單：無風(fēng)自冷狀態(tài)，單柜電流輸出從柜電流輸出從3000A3000A降低到降低到2793A2793A使溫度穩(wěn)定后，計算使溫度穩(wěn)定后，計算出整流柜額定電流出整流柜額定電流2646A2646A。v實驗實驗3 3：無風(fēng)自冷狀態(tài)，單：無風(fēng)自冷狀態(tài)，單柜電流輸出從柜電流輸出從2600A2600A降低到降低到2547A2547A使溫度穩(wěn)

21、定后，計算使溫度穩(wěn)定后，計算出整流柜額定電流出整流柜額定電流2576A2576A。滅磁及過電壓保護裝置滅磁及過電壓保護裝置De-Excitation and Over Voltage Protection device滅磁主回路滅磁主回路v 直流直流側(cè)滅磁開關(guān)側(cè)滅磁開關(guān) 2CEX 06 5500 4.2 TS 2000VDC2CEX 06 5500 4.2 TS 2000VDCv 交流側(cè)滅磁開關(guān)交流側(cè)滅磁開關(guān) 3AH3 078-83AH3 078-8v 碳化硅非線性電阻碳化硅非線性電阻M&I M&I FME/600A/US252/126P/2S/SpecFME/600A/US2

22、52/126P/2S/Specv 轉(zhuǎn)子滅磁和過電壓保護轉(zhuǎn)子滅磁和過電壓保護ABBABB CROWBAR CROWBAR 2CEX062CEX06 55005500 4.24.2 TSTS 2000VDC2000VDC技術(shù)參數(shù)制造廠家LENOIR ELEC公司額定電流5500A額定電壓2000V最大分斷電壓3000V最大分斷電流30KA最大弧壓5000V分斷時間70100 ms 斷口數(shù)量 8直流滅磁開關(guān)交流滅磁開關(guān) 技術(shù)參數(shù)型號3AH3078-8額定電流4000A額定電壓 7200V額定開斷電流63KA斷開時間 65 ms分斷次數(shù)10000制造廠家SIEMENS公司冗余式可控硅跳閘監(jiān)視觸發(fā)回路Crowbar及轉(zhuǎn)子過壓保護及轉(zhuǎn)子過壓保護非線性電