ABB UNITROL 5000励磁系统技术培训

1、ABB UNITROL 5000励磁系统技术培训励磁系统技术培训介绍内容n系统概述n系统硬件结构n与EXC9000系统的比较系统概述系统概述n原理说明n可靠性n先进性基本介绍基本介绍nUNITROL 5000是UNITROL系列的第五代励磁调节器，不仅包含了它的前两代励磁调节器UNITROL F和UNITROL P的核心技术，同时还吸收了目前数字控制领域内最先进的研究成果和工艺，如DSP数字信号处理技术。UNITROL 5000系统由UNITROL F和UNITROL P平台升级而成，增添了新的精巧的解决方案和手段, 例如: 可控硅整流桥动态的智能化均流、低残压快速起励、以及完善的通讯功能和多

2、种调试手段，如Windows 界面的应用程序编程（GAD开发工程工具）的软件包以及CMT调试和维护工具包）。UNITROL P的ARCnet网络技术也被移植到UNITROL 5000中，用于励磁系统内各个部分的串行通讯。 系统框图系统框图可靠性可靠性n励磁系统平均无故障时间（MTBF）25.54年nABB DCS500 专业直流电流控制平台nABB Lenzburg 可控硅用于高压直流输电、电力机车牵引n瑞士Cesovent风机n德国Murr控制电源n瑞士ABB Sechron大功率专业直流灭磁开关先进性先进性n图形组态编程技术GAD开发软件n软件辅助设计技术n独立的四通道冗余技术n专用的CM

3、T调试软件，实现远程诊断n基于DSP技术的交流采样n内部ARCNET网络互联技术n智能化功率柜n带冗余的CROWBAR技术n快速脉冲列技术（60KHz),实现残压起励系统硬件n调节器n功率柜n灭磁系统n起励调节器调节器调节器配置调节器配置 UNITROL 5000型励磁调节器的核心是一块COB控制板。所有的调节和控制功能以及脉冲生成等均由COB实现。此外，还有一块带数字信号处理器（DSP）的测量单元板（MUB），用于快速处理实际的测量值。这两块板按上下层结构安装，并装入一个金属箱中，形成一个独立的调节通道。在这样的配置中，利用一个扩展的门极控制器（结构上是独立的EGC）作为备用通道，用于磁场电

4、流调节。另外一种配置是采用两套调节器组成一个完全冗余的系统。两个通道是完全独立的，可以在线维护。每个通道可以控制一个或多个并联的整流桥，输出励磁电流可高达10000A。调节器配置调节通道冗余调节通道冗余AVR+FCR+BFCR（D5型）型）12n测量单元AVR / FCR锁定供电单元PIS S励磁电流励磁电流整定点整定点过流保护 自动跟踪自动跟踪监测单元保护单元逻辑控制单元l供电单元BFCR调节器配置调节器配置调节通道冗余调节通道冗余双自动通道（双自动通道（A5A5型）型）测量单元AVR / FCR12n供电单元自动跟踪自动跟踪监测单元保护单元逻辑控制单元测量单元AVR / FCR供电单元监测

5、单元保护单元逻辑控制单元调节器配置调节器配置调节通道冗余调节通道冗余A5A5带独立手动型（四通道）带独立手动型（四通道）备用手动IFIF备用手动自动手动UGIGIF12n自动手动UGIGIF调节器配置调节器配置冗余投入的次序冗余投入的次序跳机跳机 功能功能所有监测所有监测，保护和，保护和控制都由控制都由AVR负责负责所有监测，所有监测，保护和控制保护和控制都由都由FCR负负责责BFCR承担保护承担保护和最低限和最低限度的控制度的控制所有监测所有监测，保护和，保护和控制都由控制都由AVR负责负责所有监测所有监测，保护和，保护和控制都由控制都由FCR负责负责BFCR承担保护承担保护和最低限和最低限

6、度的控制度的控制可能的出错可能的出错AVR 出错出错硬件出错硬件出错独立手动独立手动出错出错AVR 出错出错 硬件出错硬件出错 独立手动独立手动出错出错D5 型型A5 型型A5带独立手动型带独立手动型通道通道1通道通道2调节器结构调节器结构主控板（主控板（COB）n在COB中集成了自动电压调节、各种限制、保护和控制功能。COB所使用的CPU是增强型的微处理器AN80186AM，在32MHZ时钟下工作。一个专用的集成芯片（ASIC）负责交换和储存数据，控制脉冲生成、A/D和D/A转换以及与励磁系统内的其它装置接口（ARCnet网络控制器）。nCOB支持与本地控制单元（LCP）、手持编程器（SPA

7、）和CMT工具的通讯。此外，它提供串行端口，具有自诊断功能（看门狗）。为了便于快速诊断和故障查找，COB配有一个七段数码显示管。 nCOB还配有一个瞬时记录器和故障记录器。这些记录可通过CMT工具（调试和维护工具）处理。故障记录器和瞬时记录器还可以与实时时钟保持同步。 测量单元板（测量单元板（MUB） n滤波和数字化交流采样 n计算磁场电流和电压、可控硅整流器的输入电流和电压、有功和无功功率、功率因数和发电机的频率 n以加速功率和频率输入信号的电力系统稳压器（PSS），其控制算法以IEEE Std. 421-2A型为基础 n自适应电力系统稳压器（替代PSS） 扩展的门极控制器（扩展的门极控制器

8、（EGC） n磁场电流调节 n通道跟踪，以便在COB故障时实现平稳的切换 n备用瞬时过电流保护继电器（ANSI 50） n备用反时限过电流继电器（ANSI 51） n直流短路保护 n根据波形监测原理进行可控硅整流器导通监视 n自带电源 现场总线连接器（现场总线连接器（FBC）n现场总线连接器FBC是COB板的二进制信号扩充接口。nFBC可将最多4个设备接入现场总线，共可提供多达128路输入和128路输出。数据交换速率约为50ms。功率信号接口（功率信号接口（PSI）n主回路信号接口板PSI用于实现电气隔离，将磁场测量信号变换后送到测量单元板。测量信号如下： - 同步电压 - 励磁电压 - 励磁

9、电流（交流侧） - 通过分流器和变送器测励磁电流（直流侧，为可选项）n励磁电流信号的测量可通过系统电缆级联到下一块板。励磁调节器电源励磁调节器电源n所有的电路板的供电电源取自于24V直流母线。24V直流母线源自于两个全冗余电源组：- 由直流源供电的DC/DC电源组 - 由励磁变压器的副边供电的AC/DC电源组 励磁系统的内部通讯励磁系统的内部通讯 n励磁系统内的通讯是通过ARCnet网实现的,例如：这个内部的通讯线路被用于交换来自于或传递到可控硅整流器的控制和状态信号。此外，测得的数值和现地控制面板（LCP）的报警以及本地控制的命令也通过这条通讯线路发送。 调节器的人机界面调节器的人机界面现地

10、触摸屏现地触摸屏(LCP)n显示分辨率240*64n8*40个字符n8个模拟量信号n4个棒图信号n报警通知可滚动n信息打印RS232接口n现地操作16个功能键及指示灯调节器的人机界面调节器的人机界面现地控制屏现地控制屏(SPA)n通过光纤与COB接口n现地操作n参数设定n信息显示Windows 界面的调试维护工具界面的调试维护工具CMTn取代LCP进行操作n试验录波n故障录波显示COB的故障波形n事故历史记录Windows 界面的调试维护工具界面的调试维护工具CMTn显示软件框图n程序修改n参数设定与电站控制系统的接口与电站控制系统的接口常规常规I/O接口方式（利用光电耦合输入和继电器输出）接

11、口方式（利用光电耦合输入和继电器输出） n数字量和模拟量命令以及一些状态信号是通过快速输入/输出板（FIO）传递的。 n每个快速输入/输出板（FIO）包括： - 16个带光电隔离的数字量输入信号，用于24V回路；n- 18个输出继电器，带有转换接点用于状态指示和报警；n- 4个多功能模拟量输入，输入信号为 10V 或20 mA；n- 4个多功能模拟量输出，输出信号为 420 mA； - 3个温度测量回路用于励磁变压器温度测量，测温电阻为PTC或PT100。 n每个系统最多可配置两块快速输入/输出板（FIO），这对于大多数系统要求是足够用的。在要求有更多的数字量输入和输出的情况下，可以增加数字量

12、输入接口（DII）和继电器输出接口（ROI）。这两个接口由ARCnet网控制。 与电站控制系统的接口与电站控制系统的接口常规常规I/O接口方式（利用光电耦合输入和继电器输出）接口方式（利用光电耦合输入和继电器输出） 与电站控制系统的接口与电站控制系统的接口串行通讯方式串行通讯方式 n除了常规的I/O接口方式，UNITROL 5000型励磁系统还可配有串行通讯方式用于与更高层次的、不同规约的控制系统通讯。所有运行所需要的信号包括转换的模拟量信号，都可以通过这种方式接收或发送。n可利用下述串行接口中的一种来实现与另一个智能系统的串行通讯：n- NMBA-01，Modbus 适配器n- NMBP-0

13、1, Modbus Plus适配器n- NMBA-02, Profibus适配器n- AC70BAS, Advantn根据协议，还可以提供其他形式的通讯规约。n根据实际需要，在项目设计时也可在应用程序中添加某些功能模块。 功率柜功率柜单桥组成单桥组成n6个可控硅个可控硅n6个快熔，带熔断指示个快熔，带熔断指示n带冗余的（带冗余的（2+2）风扇组）风扇组n交流过电压吸收器交流过电压吸收器n整流器接口单元（整流器接口单元（CIN）n门极驱动接口单元（门极驱动接口单元（GDI）n整流器显示单元（整流器显示单元（CDP）n二个霍尔变送器二个霍尔变送器n一个测温元件一个测温元件整流器接口单元整流器接口单

14、元（ CIN）n功率柜控制核心n智能监测n智能控制n智能传输实现与调节器ARCNET连接n智能均流n智能显示配合CDP门极驱动接口单元（门极驱动接口单元（GDI）n门极驱动板用于GDI用于单相或三相可控硅整流桥的控制运行。整流桥的所有控制功能由前级设备提供，一般为CIN板。n门极驱动板根据可控硅元件的不同，内置或外接脉冲变压器。功率柜显示单元（功率柜显示单元（CDP）n显示桥臂故障n显示输出电流n显示CIN信号n取消常规表计和指示灯风机单元风机单元n每柜独立的风道n冗余的风扇组（2+2）n通风量6400m3/h交流侧阻容过电压吸收保护装置交流侧阻容过电压吸收保护装置n接线简单n损耗小n要求硅元

15、件能承受较高的dv/dt灭磁回路灭磁回路组成组成n采用采用ABB直流直流侧灭磁开关侧灭磁开关n带带20%余量的碳化硅非线性电阻余量的碳化硅非线性电阻nABB CROWBAR 转子灭磁和过电压保护转子灭磁和过电压保护灭磁方式灭磁方式n 正常停机逆变灭磁，事故时跳灭磁开关将能量转移到灭磁电阻进行灭磁。n 采用SiC电阻,既用于事故灭磁，也用于转子侧过压保护。n 正反向过压保护采用可控硅跨接器(CROWBAR)，整定方法简单，无须维护。n 采用独特的熄灭线技术，转子出现瞬间过电压动作时，可由用户选择停机或不停机处理方式。UNITROL 5000与与EXC9000的硬件比较的硬件比较n调节器n输入/输

16、出接口单元n智能显示单元n测量回路n电源回路n风机控制回路n起励回路n交直流过压保护回路调节器比较调节器比较 EXC9000UNITORL 5000硬件CPU板，DSP板，I/O板COB板，MUB板，EGC板功能AVR，AIR，PSS，预置值设置，各种限制保护功能，容错功能AVR，AIR，PSS，预置值设置，各种限制保护功能，容错功能主 从 关系A通道主用，B通道备用， A可自动切至B，B不能自动切回A运行通道主用，另一通道备用，通道间可自动互切备 用 通道C通道如果配置有EGC，自动通道故障后切至EGC运行；如果配置无EGC，自动方式故障后切至手动方式运行现 场 总线CAN总线ARCnet总

17、线输入输入/输出接口单元输出接口单元 EXC9000UNITORL 5000I/O接口智能I/O板FIO，DII（数字量输入接口），ROI（继电器输出接口）输入信号无开关量，模拟量输出信号RS485，开关量开关量，模拟量输 入 / 输 出信号数量一共可输出48个开关量，不能扩展每个FIO包括：16个带光电隔离的数字量输入信号， 18个输出继电器，4个多功能模拟量输入， 4个多功能模拟量输出， 3个温度测量回路；每个DII包括16个带光电隔离的数字量输入信号；每个ROI包括16个输出继电器 智能显示单元智能显示单元 EXC9000UNITROL 5000调节柜触摸屏，可显示励磁系统内部部分模拟量

18、及开关量，进行系统功能选择、状态监测、系统参数设置、试验功能等；增减磁操作、通道切换等则通过屏幕以外的按钮实现，灭磁开关的操作在灭磁柜实现；不能修改调节器参数液晶显示屏，可显示励磁系统内部全部模拟量及部分开关量，进行状态监测，试验功能需通过CMT完成；所有操作均可在显示屏上实现；不能修改调节器参数工控机电脑，可显示励磁系统有关的全部模拟量及开关量，可完成所有励磁系统操作，并可直接修改调节器参数，设置用户权限功率柜液晶显示屏，可显示功率柜桥臂电流及总输出电流，功率柜状态监测，显示校准等；数字化显示数码管显示屏，仅显示功率柜总输出电流，实现风机及桥臂电流监测报警；电流为数字化显示，报警为指示灯显示

19、灭磁柜液晶显示屏，可显示励磁电流、励磁电压值，并可进行灭磁开关分合操作，显示校准等；数字化显示无显示屏测量回路测量回路 EXC9000UNITROL 5000同步电压励磁变副边电压经同步变压器，送至开关量板，再接入调节器；A/B套共用一路同步信号励磁变副边电压经两块PSI板转换隔离后，分别送入两个调节器；两个调节器测量回路独立交流侧励磁电流励磁变副边CT接入模拟量板，再转接至调节器DSP板；两个调节器及C通道共用一路测量信号；输入3相电流励磁变副边CT接入PSI板，再转接至调节器；两个调节器及EGC共用一路测量信号；输入可为3相电流，也可为A、C两相电流直流侧励磁电流分流器分流器整流桥输出电流

20、交流侧霍尔变送器直流侧霍尔变送器励磁电压直流侧输出电压经灭磁柜变送器板转换后，送至灭磁柜智能板，并在灭磁柜显示直流侧输出电压经两块PSI板后，分别送入调节器；两个调节器测量回路独立测量回路测量回路 EXC9000UNITROL 5000机端PT电压机端PT二次侧电压输入经模拟量总线板，转接至调节器DSP板；两个调节器测量回路独立机端PT二次侧电压直接接入各调节器的MUB板；两个调节器测量回路独立机端CT电流机端CT二次侧电流经模拟量总线板，转接至调节器DSP板；两个调节器测量回路独立机端CT二次侧电流直接接入各调节器的MUB板；两个调节器测量回路独立系统PT电压机端PT二次侧电压输入经模拟量总

21、线板，转接至调节器DSP板；两个调节器共用一路测量回路一般不测量系统PT电压电源回路电源回路 EXC9000UNITORL 5000交流电源外部输入两路三相厂用电互为备用，作为内部风机、变送器、照明灯及插座电源外部输入一路三相厂用电，作为内部风机、变送器、照明灯及插座电源，有些项目的照明灯、风机电源可能单独输入一相交流电DC220V电源外部输入两路DC220V电源作为内部控制回路电源，一路DC220V电源作为起励电源外部输入两路DC220V电源作为内部控制回路电源，一路DC220V电源作为起励电源DC24V电源一路取自DC220V，另一路取自励磁变副边一路取自DC220V，另一路取自励磁变副边调节柜风机电源无风机取自厂用电功率柜风机电源取自两路厂用电，互为备用一路取自厂用电或专用的风机电源，另一路取自励磁变副边，经变压器转换隔离后送入风机电源回路备注EXC9000的电源系统相对而言较为固定，UNITROL 5000的电源系统根据每个项目的要求均有所不同，因此在检查电源回路时一定要特别注意风机控制回路风机控制回路 EXC9000U