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］UNITROL5OOO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UNITROL5OOO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UNITR0L5000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UNITROL5OOO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2．2．5 输入输出回路5000 系统调节器与外部信号的联系有专门的接口板通常情况下，采用两 块输入输出板（FIO板）就能满足系统的要求，在系统输入输出资源不足情况下, 可以通过ARCNET总线进行扩展，另外再配备一些线路板每块FIO板均有多路 A/D、D/A 和 I/O 输入输出其最大的特点是实现接口的智能化，即每个点的定 义可由用户自由定义，模拟量接口支持例如 0~10V 的电压型信号输入输出，也可 支持 4~20mA 之类的电流型输入，可以匹配多种规格外部输入信号对两个通道均起作用，而对于输出信号，只有运行通道的信号 才能直接输出2．2．6 人机界面5000系统采用的是称为LCP的人机界面现地控制面板（LCP）功能比较 强大，可用于对励磁系统进行现地操作和监视也可将其安装于电站中控室内， 用于远方控制面板显示分辨率为 240*64，可同时显示8*40 个字符。
可同时显示8 个模拟 量信号，或者以棒图的形式同时显示4个模拟量信号（显示比例从0到120%）在 LCP 上可显示多达 32 个信号通过功能键可设置显示模式，通过滚动键 或翻页键进行信号选择，用光标键可选中某个显示量在出现警报的情况下，励磁系统的报警显示先于测量信号的显示所显示的报警内容包括报警序号和40 个字符的警报描述正文， LCP 可按时 间先后顺序同时显示8个报警信息如果出现8个以上的报警，可通过操作滚动 键来显示在报警功能键上有一个报警指示灯，每次发生报警时它就闪烁按确 认键之后，若警报还存在，指示灯始终发亮警报消失后，报警指示灯自动熄灭LCP 内存储的信息可通过其串行接口 RS-232 打印出来 每个被选模式键都配有一个指示灯，用以指示该模式被选中LCP 上有 16 个功能键用于操作，每个键都配有一个 LED 用以指示该键的状 态LCP 通过 ARCNET 总线实现同励磁调节器的信息连接总体来讲，LCP功能比较丰富，将操作与状态报警等集中在一起；不足之处 是不支持中文显示方式，对用户使用带来不便，同时图形界面不够丰富，面板内 部程序修改与编程下载不方便，没有与整套励磁系统的调试软件CMT综合集成在 一起。
与国产励磁装置相比，这是该型励磁系统较为薄弱的一个环节此外，该励磁系统还配备有一个手持编程器，利用它可以方便的选择与调节 器通道进行通讯，进行参数修改2．2．7 现场总线励磁系统内部采用 ARCNET 总线用于系统内部的互联，极大的提高了运行可 靠性，信息传递量大，接线简单在采用了 ARCNET 总线的线路板上，设置了数 码管，通过其上显示的数值能够对总线系统进行监控三、软件设计3．1 软件特点UNITROL5000 型励磁系统的软件设计率先使用了图形组态编程技术，归纳总 结其特点如下：1．开放性所有内部软件以图纸的形式提供给用户，便于用户学习和掌握其内核和控制 逻辑、设计思路2．图形化 软件不是以复杂的汇编语言和高级编程语言的形式出现，而是以图形的形式 面向大家，只要具备一些数字电路等方面的基本知识，在适当的文献资料帮助下， 均能阅读图纸，看软件就象看硬件图一样3．功能模块化将调节器的诸多功能单元进行细分，针对每个功能单元具体进行编程，生成 一个标准的功能块，其内部逻辑关系等用户不能修改整个系统就是由众多实现 不同功能的单元块组成每个单元块均有自己的代号，就象一块集成电路一样， 具有固定的输入输出定义。
使用时，用户可以根据实际需要对其外部连接关系进 行修改，而功能单元内部的逻辑关系用图形方式提供，便于大家理解其输入输出 的含义4．组合式除了标准的功能单元块以外，用户还可引用编程软件提供的元件库，选取适 当的基本逻辑元件进行逻辑组合，搭建自己所需的软件功能单元，绘好原理图， 再经过编译后生成可执行文件，软件设计过程显得非常轻松和灵活5．参数信号标准化 励磁系统是个非常复杂的系统，内部有许多参数根据实际情况需要进行调 整，同时软件内部还有许多连接信号点5000 系统软件的一个最大优点就是提 供足够详细的，几乎是软件内部所有的参数和信号给大家，数目达到几百个，同 时提供详细的说明书对每一参数或信号的意义进行说明解释，告知参数设定的方 法和如何选用，信号的走向等等同时对参数和信号分功能单元模块进行归纳， 条理性非常强例如：组别 1~49 就表示参数或固定不变的输入信号，组别 51~99 表示连接关系可以改变的输入信号，组别 100 以上就表示输出信号在系统生成可执行文件的同时，还可以产生图形文件，下载到调节器中运 行时可以通过 CMT 调试工具进行调用，实现监视，类似于 PLC 梯形图一样， 了解实时参数和信号状态。
这样的软件设计的优点体现如下：便于深入学习了解系统内部原理；便于参 数修改和逻辑控制修改；便于功能扩充；便于实现监视，便于故障的查找和 维护3．2 软件功能5000 系统软件功能非常丰富，包括逻辑控制功能、调节控制功能、限制保护 功能、监视功能、故障报警与记录和追忆功能等3．2．1 逻辑控制功能3．2．1．1 开停机控制5000 系统开、停机逻辑控制主要特点如下：(1) 励磁系统不进行开机条件的判断，不需接入发电机转速信号，只接受外部(监控系统)发出的起励或停机信号，进行相关操作；(2) 可以通过LCP、SPA、串行通讯、远方I/O接点四种方式进行控制，控制方式具有优先权次序，依次从高到低为：SPA (CMT) -LCP-串 行通讯---远方接点；( 3) 具有远控和近控方式，实现远近方操作相互闭锁；(4) 可以通过参数设定选择停机时是否跳灭磁开关灭磁开布置在直流侧，如果正常停机选择不跳，则调节器逆变 60S 后封脉冲；如 果灭磁开关布置在整流器交流侧，则停机时立刻封脉冲，是通过 软件内部来实现的 5) 通过软件参数设定灭磁开关分合闸间歇时间，具有跳闸次数记录功能3．2．1．2 切换控制切换控制包括运行方式切换和通道切换。
方式切换：自手动方式间可实现切换，有自/手动跟踪到位信号输出 便于实现无扰动切换其跟踪的精度可以通过人工设定如果在运行通道由 自动方式转换为手动方式运行，则两个通道(包括非运行通道)均转换为手 动方式，不能够一个通道为自动，另一通道为手动叠加控制方式只有在并 网条件下才能进行通道切换亦是以通道跟踪正常为前提下进行的，如果某种运行方式或通 道出现了故障，则调节器自动进行闭锁，强行切换也进去不了，可以防止误 操作3．2．1．3 通道通讯和通道配置通道之间的通信采用两种方式，硬布线连接和ARCNET通讯，有关通道 运行、方式运行等信号通过硬布线完成，关于状态信号、报警信息等则通过 现场总线完成通道配置从物理上设定为1通道和2通道，站号有所区别，便于与监控系统连接；不固定主备用通道，哪个通道运行，它就是主通道，非运行通道自动变为备用通道，当运行通道出现故障时，切换至备用通道运行，如此时 备用通道也有故障，则直接跳闸停机通常选择自动方式运行，通道切换优先于自手动方式的切换如出现 PT 故 障，先切至备用通道自动方式，再不型，则切换到手动方式3．2．2 调节控制功能3．2．2．1 AVR 单元AVR 单元主要由以下几个功能单元模块组成：给定单元、给定影响单元、输 入单元、调节单元、附加限制单元。
给定单元接受外部增减命令，实现跟踪控制和预置，给定具有上下限限制， 给定变化速度可调；影响给定单元综合考虑了调差单元、软起动单元、v/f限制单元对给定的影 响；输入单元则将正常的给定输入和过励、欠励限制器输出的信号等进行最大或 最小的比较选择，送往调节单元调节单元配备了三组PID参数，分别适用于正常情况、过励状态和欠励状态 下，自动根据实际运行的状态进行参数选择，以保证各种情况下励磁装置均能稳 定运行附加限制单元则包括定子电流限制单元、励磁电流限制单元(过励)、 PQ 限制和最小励磁电流限制(欠励)等3．2．2．2 手动单元组成相对简单，包含给定单元、 PI 调节单元、附加限制单元需要说明的一 点：在自动方式下，欠励限制是根据P (Q)曲线的五点拟合法，在手动方式下， 则是采用P (Ie)的五点拟合法PI 调节单元无微分环节，只有一组参数V/f限制单元对AVR和AER均起作用3．2．2．3 叠加控制单元叠加控制包含恒无功控制和恒功率因数两种方式可以通过参数设定来直接确定叠加控制代表恒无功还是恒功率因数也可结合外部输入命令来进行选择LCP 面板上的给定到限信号实际综合了自动、手动、恒无功和恒功率因数四 种方式，有一种情况到限就发出信号，同样增减按钮也是提供给四种方式，内部 通过相关命令分开。
3．2．2．4 PSS 单元PSS功能是通过测量单元板（MUB）上的数字信号处理器（DSP）来完成，采 用数字化交流采样和滤波技术，以加速功率和频率作为输入信号，控制算法以 IEEE Std. 421-2A 型为基础，具有自动防反调功能，在调节有功功率的时候， 无需闭锁该功能3．2．3 限制保护功能具备励磁装置所需的常见功能，包括定子过流限制、励磁电流过励限制、P/Q 限制、最小励磁电流限制、V/f限制等，具体的实现方式可参见相关的励磁装置 说明书3．2．4 监视功能 该功能独立于调节控制单元，功能较为全面通过监视单元的作用，发出相 应的故障和报警信号监视功能包括：常规监视、灭磁回路监视、 PT 断相监视、 整流器监视、通讯监视、转子回路监视等PT 断相监视功能可以根据几种方法实现：（1） 采集系统的阳极电压和 PT 电压，转换成标幺值，然后进行相互比较， 当误差超过设定值时，作出相应判断；（2） 采用动态监视法，根据机端电流和机端电流的变化率du/dt和di/dt 来综合判断3．2．5 故障和报警功能5000 系统的故障和报警功能的设计主要有以下特点：（1） 故障与报警信号众多，非常全面地反映了励磁系统的状态；（2） 组合方式灵活，信号既可单独引出，也可以组成状态字的方式引出；（3） 每个故障和报警信号均用故障代码表示，可通过CMT、LCP、SPA及调 节板上的数码管多种方式输出；（4） 采用可编程逻辑阵列技术，将各种故障和报警进行综合分类；（5） 外部提供的故障报警信号可通过用户事件字融入报警故障系统；（6） 报警的复位可以通过 CMT、LCP、SPA 等多种途径实现；（7） 调节器可以记录故障和报警信号产生及复位时间，便于分析。
3．3 调试维护工具CMT 是基于 Windows 的专用调试软件，用于 UNITROL 5000 系统的测试、 调试和维护CMT 可作为一个单独的软件包来购买，也可以装入 PC 机中（最好是手提 电脑）随同该软件一并提供一块PCMCIA卡和一条光纤电缆，用于连接到控 制板（COB）对应于WIN95/98, WIN2000/NT具有不同的硬件连接器件CMT 具有以下功能：（ 1）模拟现地控制面板对调节器进行操作2） 提供录波功能，用于调试过程中的波形记录和调整 AVR 的调节参 数事实上，它取代了常规的测试设备如示波器、录波仪等CMT可同时显 示 6 个测试信号的波形，包括提供信号的缩放比例以及它们的扫描速度所 有的波形可储存、打印3） 配合调节器控制板（COB）提供事故记录功能，可记录多达100个 事故及时间也可通过手持编程器（SPA）来获取事故记录4） 实时显示软件框图，如逻辑控制、 PID 调节、限制器、保护和监测 等功能模块这有助于实时地观察某一个具体的功能模块的输入和输出信 号，并能修改系统参数（如 AVR 参数）5） 具有编程功能，能够修改应用程序 6）具备远程诊断功能总体来讲，CMT调试工具功能强大，操作使用方便，不足之处是使用时 与调节器的通讯会出现中断情况。
四、应用实例二滩水电站位于四川省雅砻江上，距离攀枝花市约46Km电站装机6 台，单机容量为550MW二滩水电站第一台机组于1998年8月18日正式投 入运行， 1999 年12 月 4日6台机组全部并网发电，为我国二十世纪建成的 单机容量最大的水电机组二滩水电站发电机励磁设备是随主机采购加拿大 GE 公司成套供货的SILCO-5 型双通道微机励磁系统，励磁方式为可控硅全控桥整流自并励静止 励磁方式原励磁系统投运以来主要存在以下一些问题： 励磁调节器硬件电路或集成电路板可靠性不高，调节器的抗干扰能力较差， 易误发信号；调节器硬件档次较低，控制程序采用梯形图逻辑控制，软件功能不 全，在功能上无事件记录和故障录波功能，人机界面差；机组在检修或参数修改 时，调节器与工作站通信操作复杂速度慢，失败率高；励磁调节器还存在电压和 无功调节波动大，AGC不能投运等问题功率整流桥并联支路数较多，增加了主回路的复杂性和检修维护的工作量； 风冷系统设计采用集中风冷，主备用双风机电源均来自于励磁变二次电源，风机 供电回路无双电源备自投，可靠性较低；机组零起升压等试验不方便；风机故障 停风情况下，必须马上停机处理；风机电源熔断器熔断会影响移相触发的同步电 源引起机组事故。
使用的灭磁开关无冗余双重跳闸线圈配置，与目前大型机组的保护均按双套 冗余配置不相适应；灭磁电阻能容的配置不能满足空载误强励情况下的灭磁要 求；灭磁电阻在额定负载、强励和发电机短路等严重事故情况下灭磁时产生的转 子反向电压较高，对磁场断路器的换流产生困难2001 年 9 月，二滩水电开发有限责任公司对二滩水电站进行发电机励磁系 统技术改造的招标经过多方考察、多次方案论证， 2002 年 9 月二滩水电开发 有限责任公司与广州电器科学研究院正式签订二滩水电站发电机励磁系统的改 造合同由广科院和瑞士 ABB公司合作提供UNITR0L5000励磁系统用于电厂发电 机组励磁系统改造ABB提供技术和原装进口元器件，广科院在国内完成工程设 计、出厂调试、检验及现场调试和售后服务改造方案采用 UNITROL 5000 型静态励磁系统，保留原励磁变压器柜，更换 其它柜体柜体排列从右至左依次为：调节柜、过渡柜、功率柜（4 个）、灭磁 柜、励磁变压器柜柜体设计尺寸和排列顺序考虑了以下因素：改造后的柜体与原柜体和谐一致♦维持原直流出线和交流进线位置不变，保证不动现水工建筑和电缆架♦ 维持原二次电缆进出线位置不变，以尽可能缩小改造工作量。
2004 年 4 月，二滩电厂在 5#机组上将原有励磁装置更换为 UNITROL5000 型 静态励磁系统2004年 5 月上旬机组正式并网发电运行新励磁装置采用了多项先进技术， 具有控制性能优良、功能齐全、运行稳定的特点，实现了无需辅助电源的残压起 励，四桥并联情况下的自动均流控制，均流系数达97%以上，主要技术指标满足 相关标准要求 PSS 试验结果表明#5 机组 PSS 的投入对于大联网后可能出现的 0.1Hz 左右的区域间低频振荡和 1.3Hz 左右的本机振荡具有良好的阻尼作用该励磁系统具有如下特点：（1） 在本励磁系统中，调节器采用了四通道配置方案两个微机通道均配 备有自动方式（恒机端电压）和手动方式（恒励磁电流），另外还配置了两个纯 粹由模拟集成电路组成的手动扩展通道在励磁系统发生故障时，可先进行通道 切换，再进行运行方式的切换，如果微机通道均因某一原因而出现故障，可切换 至手动扩展通道运行，防止系统突甩负荷不同结构的通道配置方案，大大提高 了励磁系统的可靠性2） 系统抗干扰能力强励磁系统调节器线路板设计选用优质元器件，采用先进的表贴工艺制造，特 别注重屏蔽、接地等多种抗干扰措施的应用，通过了电磁兼容性试验，系统的抗 干扰能力很强，有效防止误发信号。
3） 多 CPU 架构一套励磁系统在正常运行过程中，需要完成大量的复杂计算（如交流采样、PSS等）、各种调节限制功能（如过励、欠励、V/f限制等）、以及诸多的信号采 集和发送（如逻辑判断、通讯等），如此繁重的任务，使得单个 CPU 很难满足系 统的要求在本系统中，采用了多 CPU 模式在多CPU模式下，通过合理地分工，各个CPU可以充分发挥自身的优势， 如Intel系列CPU,通用处理能力很强，对外接口资源较多，周边支撑软硬件很 多，编程简单，适于作为核心处理器；DSP芯片具有改进的哈佛总线结构，可以 同时对数据和程序进行寻址，采用流水线操作，减少了指令执行时间，具有专门 的硬件乘法器和专门为数字信号处理而设计的指令系统，以上这些特点决定了DSP 具有适时处理大量数据的能力，非常适合于数据采样及处理将脉冲形成从主 CPU 中分离出来是非常必要的，这对于减少主程序的中断调 用，提高调节程序运行的安全性有很大的好处在 UNITROL5000 系统中，数字调节通道采用 Intel+DSP+CPLD 的硬件模式， 其中，In tel芯片用于调节计算、逻辑处理、通讯等，DSP用于采样，CPLD接收 来自主控芯片的控制信号，直接形成触发脉冲。
4） 网络总线技术用于励磁系统内部互联在本励磁系统中将 ARCNET 网络总线技术用于励磁系统内部调节器、功率柜、 灭磁柜、人机界面等设备的相互连接，进行控制和信息交换，采用令牌传输，数 据信息量大，可以减少柜间接线，提高工艺水平，提高系统运行可靠性5） 组态编程技术应用在常规的励磁系统中，多是采用源代码语言进行编程，对于用户学习励磁系 统的设计思想、掌握励磁系统的控制思路和本质是件非常困难的事情本励磁系 统采用组态编程技术用于软件编程，程序功能单元化、模块化，修改参数、改变 内部逻辑关系、实现功能扩展等特别方便，稍加培训，用户便能清楚了解系统的 设计思想，便于用户进行故障的查找、设备的维护以及进行各项试验6） 调试方法UNITROL®5000 励磁系统配备有功能强大的调试软件 CMT 工具便于进行励磁 系统的调试工作利用基于WINDOWS界面的CMT工具可以进行参数的修改、故障 的手动或自动录波及查询、多项内部参数的监视、程序的修改及功能扩展、 远程诊断等多项功能另还配有手持编程器进行简单的参数修改、励磁操作和故 障查询等，调试方法多样7） 对外接口UNITROL®5000 系统具有丰富和灵活的对外接口，既可通过常规的接口提供 开关量输入/输出和模拟量的输入/输出，还能通过ARCNET总线进行接口扩展， 也能方便实现各种协议的串行通信。
用户可自由灵活地对各个接口进行定义8） 完善的故障检测、显示和报警系统本励磁系统配备有完善的故障检测系统对励磁系统的各部分进行检测根据 重要性的不同，励磁系统把故障信息分为报警和故障两个等级，并用代码进行逐 一表示在用户手册中，对各项报警和故障提供了详细的原因分析及处理方法 励磁系统采用了多种途径进行报警和故障的显示，包括现地显示屏、手持编程器、 和调节器控制板上的发光数码管等，还可应用 CMT 工具进行详细了解具体报警故 障发生的时间及复位的时间等9）残压起励功能 本励磁系统应用了高频脉冲列触发技术，可靠实现低残压起励在二滩电厂 5#机组的励磁系统的日常开停机中，已实现了无需外部辅助电源的残压起励电 站直流蓄电池系统仅仅提供 40A 的直流电流作为辅助后备措施，与老励磁装置相 比，大大简化了起励回路，同时也提高了开机成功率10）PSS 功能本励磁系统采用了基于IEEE-PSS 2A标准型的加速功率型PSS，自动有效防 止反调5#机组励磁系统的PSS试验结果表明，#5机组PSS的投入对于大联网 后可能出现的 0.1Hz 左右的区域间低频振荡和 1.3Hz 左右的本机振荡具有良好的 阻尼作用。
11） 高输出能力的整流柜本套励磁系统采用四个功率整流桥并联运行，单桥输出能力达2000A,采用 了高反压的大功率晶闸管和集中式阻容保护装置，功率柜结构清晰、布置简单、 维护十分方便12） 风机电源本励磁系统中每个功率整流桥采用独立的风机进行冷却，风机冗余配置主 备用风机分别采用自用电源和厂用电源作为工作电源，可以进行风机电源故障情 况下的自动切换用户也可根据实际需要自由选择运行的主用电源通过风机及 工作电源的冗余配置、自动切换等措施，极大提供了整流桥冷却系统的可靠性13） 功率柜智能检测和智能均流 本励磁系统的功率柜配备有完善的措施对整流桥的各个部分进行智能检测和显示通过功率柜门的CDP可以清楚了解功率柜的运行状态励磁系统通过软 件实现功率柜的智能均流，现场试验证明，在机组空载和负载运行情况下，四柜 并联运行时均流系数均保证在 97%以上，在任意一个整流桥退出时，其余三柜无 需人工调整，自动保证均流系数在 97%以上14）灭磁开关本励磁系统采用瑞士 SECHERON公司生产的UR40-64S型直流磁场断路器该 开关具有结构简单、维护操作方便等特点开关参数性能指标高，具有双跳闸线 圈配置，能够很好满足现场运行要求。
15）非线性电阻本励磁系统采用英国公司生产的碳化硅非线性电阻系统配置容量6MJ根 据不同工况下的灭磁仿真计算，该容量能保证励磁系统在各种故障状态下的可靠 灭磁16）跨接器采用独特的CROWBAR技术实现转子灭磁和过电压保护灭磁可控硅实现冗余 配置，提高了灭磁的可靠性五、结论从 UNITROL5000 励磁系统的实践使用来看，该型不愧为具有世界先进水平的 励磁系统它的研制，在励磁控制领域内，率先使用了许多新技术和新器件，创 新点非常多，整套系统无论从硬件、软件还是工艺结构设计方面，均有很多自己 独到的特点，故自推向市场以来，以其可靠稳定的运行，先进的设计方法和理念 赢得了国内众多用户通过对其学习，能够不断促进国产励磁装置技术水平的提 高限于篇幅，在本文仅对其设计方面的一些特点作一简单分析介绍，其所采用 的众多新技术仍然需要我们不断去研究和消化吸收。