UNITROL5000励磁系统的实践与思考熊巍许敬涛郭子锐（广州电器科学研究院510300）[摘要]UNITROL5000 型励磁系统是瑞士ABB公司推出的数字式励磁系统，近年来逐步为国内众多电厂用户所采用。
本文结合个人从事该励磁系统的设计和实践的体会，简要分析其在硬件配置、软件功能及工艺结构设计方面的一些显著特点，以期消化吸收国外先进的技术和设计理念，促进国产励磁系统水平的提高。
关键词：励磁系统工艺结构硬件软件 CMT 现场总线UNITROL5000 型励磁系统是瑞士ABB公司于98年推出的数字式同步发电机静止励磁系统，为UNITROL系列的第五代励磁系统。
UNITROL5000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、可控硅整流桥智能化均流技术、低残压快速起励技术、完善的通讯功能和多种调试手段、ARCnet现场总线技术等。
可以说，该系统代表了目前励磁控制领域的世界先进水平。
UNITROL5000型励磁系统自推向市场以来，在世界各地得到了广泛应用。
近年来，该型原装或组装的励磁系统在国内逐步被众多大中型水、火电厂用户所采用，具有一定的市场影响力。
笔者单位于2000年和瑞士ABB公司签订了长期的技术合作协议，在国内以组装形式推广应用该型励磁系统，迄今有多个项目执行。
通过对该励磁系统的深入学习、研究和具体工程项目的设计与实践，获益匪浅，在此，结合个人体会，对该励磁系统的一些设计特点作一简单分析介绍。
一、结构和工艺对励磁系统的结构与工艺的设计与考虑，是国内励磁系统与国外先进励磁产品间差距较为明显的地方，也是易为人所忽略的方面。
UNITROL5000在此方面具有较为鲜明的特点，特别注重细节的设计考虑，值得我们借鉴与启发。
1．1柜体的布置与排列通常，国内励磁装置柜体的排列习惯顺序为：从左到右（或从右到左）依次为调节柜、功率柜（n个）、灭磁柜。
系统内部调节器、整流器、灭磁单元分别按柜布置。
而在UNITROL5000系统的标准设计方案中，柜体的排列顺序一般为：调节柜、灭磁柜、功率柜、进线柜。
其中，进线柜是用来安放自用电源变压器及交流进线母排等元器件，在实际应用中可以不必单独设置，而与灭磁柜合并。
灭磁柜安放在调节柜与功率柜之间，这样的排列设计，初始接触感到不太习惯和不以为然，但仔细分析却感受到这样的设计具有较多特点：a．减短和方便柜间连线。
通常，调节柜与功率柜之间的联系相对简单，包括脉冲线和反映功率柜状态信息的信号等。
在采用了现场总线的系统中（UNITROL5000系统采用ARCNET总线），连接关系更为简单，只需脉冲总线电缆和ARCNET电缆就够了。
而调节柜与灭磁柜之间的联系相对就要多一些，一般包括对灭磁开关分合闸的控制，起励回路的控制等，这往往是通过硬接线来完成的。
把灭磁柜安排在调节柜旁，只需考虑两柜间互联，众多过柜连线将大为缩短，不必穿过励磁功率柜，极大方便柜内布置，减轻布线工作量。
b．设计注重人身安全，实现集中操作。
国外设计非常强调和注重人身安全，UNITROL5000系统的设计也体现了这样的思想。
在该设计中，将需要操作的开关如直流控制电源开关、起励电源开关、交流电源开关等全部集中在调节柜，开机或运行情况下如需操作只需打开调节柜门进行操作即可。
而功率柜、灭磁柜则属于强电区域，带有高电压，运行期间则禁止人员打开柜门，否则会引起机组停机。
这样做，可以很大程度上避免不必要的人身危险。
如需要对该区域进行检修，则必须停机才能进行。
另外，所有对外接口也全部集中在调节柜。
c．减少干扰。
功率柜远离调节柜，可以减少对调节器的电磁干扰，提高运行的可靠性。
1．2接地系统实践证明，工业设备的干扰与系统的接地方式有很大关系。
接地技术往往是抑制噪声的重要手段，良好的接地可以在很大程度上抑制系统内部噪声。
UNITROL5000系统非常注重接地系统的设计，在系统内部采用了安全接地和屏蔽接地相结合的措施。
柜内几乎所有带有金属外壳的器件均进行接地，包括灭磁开关、调节器的开关电源、风机单元、调节器通道外壳等等，所有的线路板在设计制板时也都提供了接地点，使用的脉冲变压器和自用变压器均设计有屏蔽层，诸多接地点或就近与柜体支撑件连接或直接通过横贯所有柜体的接地母排实现接地。
1．3功能单元模块化、组件化在励磁系统内部实现功能单元模块化、组件化对方便柜内器件安装、集中功能，提高生产效率具有很大的好处。
UNITROL5000系统在此方面作出了很好榜样，最为突出的就是功率柜，功率柜由整流桥、阻容吸收单元、风机单元、控制单元四部分组成，每一部分均实现模块组件化，安装极为方便，打开柜门，结构层次非常清晰，一目了然。
灭磁柜、调节柜也是如此，把共同实现某种功能的器件集中在一起。
这种设计思想需要国产励磁装置进一步学习、研究和提高。
1．4工艺在布线方面，涉及到高压部分尽量采用高压线，少用绝缘套管，走线采取悬空或走线槽的方式，尽量不直接绑扎在柜体金属表面，这样做，既充分保证了柜内的绝缘，又显得比较美观。
在铜排的设计方面，不仅仅根据使用机组的载流量来合理选择铜排的截面积，同时对铜排的安装和受力情况非常重视。
安装过程中不仅仅要保证其与其它金属物件之间的爬电距离，同时考虑尽量避免铜排垂直受力。
在部分铜排连接的地方，采用了软连接技术，目的也是减少铜排的震动受力。
二、硬件设计UNITROL5000型励磁系统在硬件设计方面也有诸多特点：2．1图纸设计5000系统的电气原理图纸的区分与衔接，是通过位于图纸右下角的数字页码来表示的，具体每一张图纸都有固定的页码，其前一张和后一张图纸代号亦同时表示出来，易于查找和图纸的穿插。
图纸中的元器件处在励磁系统哪个柜体中，其元件本身及引出接点或信号去向所处的图纸区域均用页码加区域代号进行标明，非常便于查找。
另外一个特点就是系统内部所有连接的扁电缆均当做一个独立的电气器件，材料表中单独注明其芯数、长度，在原理图中表明连接关系，特别重要的如脉冲总线、ARCNET总线的连接关系更是单独注明。
5000励磁系统的布线图的画法同我们国内有着较大的区别。
国内的习惯是根据实物安放位置画布线图，优点是比较直观，工人接线较为容易；但是在元器件位置发生了变化，特别是在新产品研制过程中，元器件位置需要经常调整，此时布线图就要作出相应调整，会带来很多麻烦。
ABB的布线图做法是提供1份WORD文档，首先对励磁系统内部所要使用的各种规格型号的导线，按颜色、线径大小进行分类，用代码表示，在每一类中所用到的每根导线，除了表明其两端的连接关系外，还表明其在原理图中的位置。
这种方法的思路是根据原理图进行布线，不考虑具体实物的安放位置，电气设计和结构设计相对分开，对工人素质要求较高，可以大大减轻电气设计的工作量。
2．2硬件设计特点2．2．1 电源系统5000系统电源回路由三部分组成，直流电源回路、交流电源回路和内部DC24V电源回路。
直流电源回路由外部提供两路控制电源输入，其中一路电源供给调节器和内部操作回路使用，另一路专门提供给灭磁开关分闸回路使用，灭磁开关的跳闸回路分别由两路独立的回路控制，提高了系统灭磁的可靠性。
交流电源回路由厂用电源回路和自用电源回路组成。
厂用电源一般用于提供柜内照明、加热和插座以及功率柜风机的后备电源。
内部采用两个自用变压器通过熔丝接在励磁变压器低压侧，分别提供风机电源和励磁调节器电源。
DC24V电源由直流控制电源和自用电源经过开关电源变送后并联输出，每路均设有回路监视功能。
电源回路采用了专用电源端子，称之为电位分配器，所有用电单元均直接从该端子取电，采用的是辐射型方式，具有安装体积小，可接点多，内部供电线路清晰，可靠性高等特点。
在系统内部，关键性的线路板，包括调节器、功率柜控制板等，均直接从DC24V端子上取电，每块线路板内部均设有电源保险。
而包括输入输出信号回路在内的其它需要使用DC24V电源的场合，则在DC24V端子后加一具有短路保护功能的小型断路器，从而保证本单元出现电源故障后不致于影响到励磁装置的总体运行。
2．2．2 风机电源及控制5000系统每个功率柜配备两组风机，安装于柜体下部，包括风机、风压检测装置在内，实现组件化安装。
风机电源正常情况下取自于自用电，在试验情况下或自用电故障情况下才由厂用电供电。
两种供电方式之间的切换，既可采用手动方式实现人工切换，也可通过线路设计实现自动切换。
风机的投入是有逻辑条件的，如果由自用变供电，只有在功率整流桥阳极电压大于额定值的80%，且有脉冲的情况下才能起动。
两组风机可由人工设置调节器程序里的相关参数来确定主、备用运行方式，当主风机出现故障时，能够自动切换至备用风机运行，同时对外发出风机故障报警信号，故障原因消除后通过复位操作，又可自动转入主风机运行。
每组风机的运行时间也可进行设定。
不足之处是风机的投入一定要脉冲投入才行，在机组静止状态下要想检验风机的运行情况就比较困难，需要修改程序的相关参数才行，也就是说，缺少手动开关对风机进行控制。
两组风机在故障情况下的自动切换是通过安装于风机单元组件顶部出风口的风压检测装置来实现的。
当运行风机出现故障停风后，出风口的挡板会自动掉下，通过位置开关的接点作用，将风机运行状态反馈给控制单元。
停风检测装置的设计和机械安装考虑非常周到，在风机起动和运行过程中不会出现抖动现象，也不会误发信号，运行很稳定可靠。
2．2．3辅助器件监视5000系统对内部所用到的辅助器件均进行了状态监测。
根据重要程度的不同，分为两类：一为开机闭锁条件，主要包括直流主控制电源开关状态、风机电源开关状态、自用变一次侧熔丝状态、转子接地单元的状态等，当其中之一的条件不满足时，机组不能实现开机起励；另一类则包括众多内部断路器的状态在内，起监视报警作用。
2．2．4 功率信号测量励磁系统内部通常需要对励磁电压、励磁电流及同步电压、功率柜阳极电压等功率信号进行测量。
5000系统的做法是采用两块PSI线路板分别对应两个通道的冗余配置方式，除了励磁电流两通道共用信号以外，其余信号均为独立的检测回路，从而提高了系统的可靠性。
其主要特点如下：（1）所有被测信号均直接取自励磁装置主回路；（2）电压检测回路（励磁电压、阳极电压）由五路高阻值的电阻分压电路组成，与励磁主回路间不设熔丝，根据机组参数的不同进行合理的电阻配置即可。
（3）同步信号也由阳极电压检测回路得到，其工作范围比较广，从0.8V 到100V均能保证装置正常工作。
（4）励磁电流的测量方式多样，既可从整流桥交流侧的电流互感器获取信号，也可从直流侧的分流器或霍耳变送器获取信号，PSI板均配有相应接口。
