CN100501428C - 灭磁系统性能测试分析方法及其测试分析仪 - Google Patents
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Abstract
灭磁系统性能测试分析方法及其测试分析仪，对灭磁系统中各回路中的电压电流进行时序过程分析，能量分布分析，伏安相关特性分析和频谱特性分析，并显示结果，测试分析仪由计算机主板，输入接口模件，信号转换模件，显示器和人机接口处理器，通讯接口模件，性能分析模块组成，还设有打印机接口模件。本发明提供了一种高精度、多参数、功能完备、操作简单、维护量少的新型灭磁系统测试仪器，能全面详细准确地反映灭磁系统性能的优劣，有效保障发电机组的安全可靠运行，并促进我国发电机组灭磁系统技术在设计、制造、使用等方面的水平有一个较大幅度的提高。
Description
技术领域
本发明涉及发电机组灭磁系统的测试，具体为一种灭磁系统性能测试分析方法及其测试分析仪。
背景技术
灭磁系统作为发电机组励磁系统的重要组成部分，其主要作用是当发电机内部及外部发生诸如短路及接地等事故时迅速地切断发电机励磁，并将储藏在励磁绕组中的磁场能量快速地消耗在灭磁回路中。所以，对发电机组灭磁系统的主要要求是可靠而迅速地消耗储存在发电机中的磁场能量，以保障发电机组在故障及事故状态下的安全。随着我国电力工业的迅猛发展，发电机组的单机容量不断地增大，实际运行的巨型机组也越来越多，发电机组的灭磁及能容问题已成为发电机组安全运行的关注焦点。为保障发电机组的安全可靠运行，必须定期或不定期地对发电机组灭磁系统进行性能试验，以保证灭磁系统性能参数满足安全运行的需要。
目前国内外均无专门针对发电机灭磁系统性能进行测试的相关测试仪器，只能借助传统的光线示波器或其他的智能型发电机组性能试验仪器，分别记录灭磁系统中转子绕组、灭磁电阻、灭磁开关、发电机电压、发电机电流等各部件中的电压电流信号，然后仅通过对这些记录信号按时间坐标绘制的时序曲线图来分析确定灭磁系统的灭磁时间，进而判断灭磁系统性能的优劣。其分析手段单一，无法直接全面准确地分析评价灭磁系统在灭磁过程中各主要部件回路中能量分布及变化过程，不能直接显示和分析各信号量之间的特性关系曲线，不能对灭磁系统中各信号量进行频谱分析和检查，不能通过对特性关系的拟合分析进一步得到灭磁系统的其他相关性能参数等等。
中国专利02157238.0是本申请人提出的多功能综合电力虚拟测试分析仪，虽然可以对发电机灭磁系统进行闭环仿真测试，但不是专门针对灭磁系统开发和实际应用，不够具体实用，测试的参数有限，仍然存在上述问题，而且无法对实际运行的发电机系统进行保护测试。
发明内容
本发明要解决的问题是：克服现有灭磁系统测试方法和测试仪器不能全面准确地反映灭磁系统性能的优劣、无法满足大容量发电机组对安全运行的更高要求的不足，提出一种针对灭磁系统性能测试分析方法及其测试分析仪，具有良好的具体实用效果，从而对发电机系统进行更好的保护。
本发明的技术方案是：灭磁系统性能测试分析方法，将发电机灭磁系统中灭磁开关电压V1、发电机转子绕组电压V2、灭磁电阻回路中电流V3、灭磁开关回路中电流V4、发电机转子绕组回路中电流V5作为输入信号，进行隔离、滤波、匹配、矫正等预处理后，再进行模/数转换和数据采集，由计算机进行信息处理，并对灭磁系统中各回路中的电压电流进行能量计算，然后在显示终端上显示采集的各输入信号以及各回路能量计算结果。
本发明由对灭磁系统中各回路中的电压电流进行能量计算按时间坐标绘制时序曲线图，用数表的方式分别显示灭磁开关耗损能量、灭磁电阻耗损能量、转子绕组储存能量的具体数据和在总能量中所占的百分率。
本发明还根据上述信号采集，以上述任意单一信号为基准轴，将其他任意单一信号或多个信号参照前述基准轴绘制，显示出相应的伏安特性关系曲线。
本发明根据对灭磁系统中灭磁开关中的电流和电压、灭磁电阻中的电流和电压、转子绕组中的电流和电压、发电机机端电流和电压进行信号采集，然后对上述任意单一信号进行频谱分解计算，以曲线图方式显示测量信号所含各次谐波的幅值，以数表方式显示测量信号所含各次谐波的幅值数。
实现上述方法的测试分析仪由以下部分组成：
(1)、控制整个测试分析仪的信息处理、信息存储、组织调度的计算机主板；
(2)、对多路外部输入被测模拟信号进行匹配、滤波、矫正、隔离预处理以及对多路外部输入被测数字信号进行隔离、防抖动预处理的输入接口模件；
(3)、对经过预处理的测量信号进行模/数转换采集的信号转换模件；
(4)、显示信息处理结果、测量曲线和接受操作人员指令的显示器和人机接口处理器；
(5)、将计算机主板接入互联网或局域网进行远程数据交换的通讯接口模件；
(6)、对采集的灭磁系统测试数据进行分析计算并输出结果的性能分析模块。
(7)、另还设有将测试结果输出打印的打印机接口模件；
其中输入接口模件连接信号转换模件后连接计算机主板；性能分析模块的总线与计算机主板连接；计算机主板还连接通讯接口模件、显示器和人机接口处理器。
本发明提供了一种高精度、多参数、功能完备、操作简单、维护量少的新型灭磁系统测试仪器，能全面详细准确地反映灭磁系统性能的优劣，有效保障发电机组的安全可靠运行，并促进我国发电机组灭磁系统技术在设计、制造、使用等方面的水平有一个较大幅度的提高，本发明：
(1)改变了目前在发电机组灭磁系统性能测试试验中使用的各类电子试验仪器仅仅只对各通道测试信号按时间坐标绘制时序曲线图以及进行灭磁时间分析的现状，提供了一种全面详细准确地反映灭磁系统性能优劣的方法，有效保障发电机组的安全可靠运行；
(2)对灭磁系统各通道测试信号进行能量分布分析，可直接准确地显示出发电机组灭磁系统在灭磁过程中转子绕组中储存的能量、灭磁开关中耗损的能量、灭磁电阻中耗损的能量，使操作人员可迅速直观地了解灭磁系统灭磁过程中的各个主要部件中能量的分布情况；
(3)对灭磁系统各通道测试信号进行相关特性分析，可直接准确地显示出发电机组灭磁系统在灭磁过程中各电流、电压信号之间相互关系，使操作人员可迅速直观地了解灭磁系统中各个部件的特性关系，进而直接判断灭磁系统中各个部件的特性是否满足使用要求；
(4)对灭磁系统各通道测试信号进行频谱特性分析，可直接准确地显示出发电机组灭磁系统中各回路中电流、电压信号中的谐波含有率，使操作人员可迅速直观地了解灭磁系统中的阻容吸收元件的实际效果是否达到了预期的设计要求。
附图说明
图1为本发明系统组成及结构图。
图2为本发明测试分析方法流程图。
图3为本发明工作流程图。
图4为本发明输入信号数据采集原理图。
图5为本发明实施例示意图。
具体实施方式
如图1，本发明灭磁系统性能测试分析仪由下列部分构成：
计算机主机板1，控制整个系统的信息处理、信息存储、组织调度，包括中央处理器(CPU)和存储器；
输入接口模件2，对多路外部输入的模拟测量信号(AI)进行匹配、滤波、矫正、隔离等预处理，也可对外部输入的数字测量信号(DI)进行隔离、防抖动等预处理；
信号转换模件3，对经过预处理的测量信号进行模/数转换采集并送入计算机主机板1进行处理；
人机接口处理器4，显示信息处理结果、测量曲线和接受操作人员指令，包括显示终端和输入键盘；
通讯接口模件5，将计算机主机板1接入互联网或局域网并进行远程数据交换，以便进行远程故障分析诊断；
打印机接口模件6，将测试结果的分析报告输出到打印机上；
性能分析模块7，对采集的灭磁系统测试数据进行分析计算并输出结果：
1.根据灭磁系统中灭磁开关中的电流和电压、灭磁电阻中的电流和电压、转子绕组中的电流和电压等数据进行时序过程分析和能量分布分析；
2.根据灭磁系统中灭磁开关中的电流和电压、灭磁电阻中的电流和电压、转子绕组中的电流和电压、发电机机端电流和电压等数据，以其中某一任意信号为基准轴(横轴或纵轴)，将其他任意单一信号或多个信号参照前述基准轴绘制和显示出相应的特性关系曲线，进行伏安相关特性分析。
3.根据灭磁系统中灭磁开关中的电流和电压、灭磁电阻中的电流和电压、转子绕组中的电流和电压、发电机机端电流和电压等数据进行频谱分解计算，以曲线图方式显示测量信号所含各次谐波的幅值，以数表方式显示测量信号所含各次谐波的幅值数。
输入接口模件2包括：16路模拟信号输入端口、16路模拟信号隔离电路、16路抗混叠滤波电路及整形矫正电路、16路数字信号输入端口以及16路数字信号光电隔离器电路；
信号转换模件3包括：16路模拟信号输入转换电路、16路数字信号输入电路、6路模拟信号输出转换电路、16路数字信号输出电路、足够容量的数据采集存储区、3个可编程定时器/计数器以及PCI接口控制器；
人机接口处理器4包括：显示屏及计算机操作键盘；
通讯接口模件5包括：REAITEK8139网络接口控制器；
打印机接口模件6包括：一个可支持ECP/EPP/SPP方式的并行接口控制器。
图2为测试分析方法流程图，由人机接口处理器4控制完成，其中设置通道及参数是指对输入接口模件和信号转换模件的电路及处理参数进行选择。
图3为本发明的工作流程图，图中有文字描述，不再另行说明。
图4为硬件模块结构图，数据采集采用FIFO(先入先出)与中断响应相结合的方式完成，其工作机理是：
在信号变换模件3中，由晶振体(OSC)产生10MHz的触发脉冲信号，经分频器选择分频后得到32KHz～100KHz触发脉冲，该脉冲信号送入A/D触发控制器，再提供给A/D变换器作为每一次进行A/D变换处理的触发脉冲。经过输入接口模件2处理后的模拟信号A1～A16送入信号变换模件3中的多路信号选择器中，由多路信号选择器选择其中一路模拟信号送入运算放大器处理后，再送给A/D转换器。每当A/D转换器接受到一次A/D触发控制器的脉冲触发，就将模拟信号转换成一个相应的数字信号，转换好的数字信号将被保存在FIFO(先入先出)数据采集区中，该数据采集区共有4K的存储容量，它被分成两个相等容量(各2K)的工作区交替进行工作，数据采集区中采集到了2K的输入信号数据后，将发出一个采集区“半满”信号给中断控制器，中断控制器将产生一个相应的中断信号，并将此中断信号经过PCI接口控制器送给计算机主机板1，通知计算机主机板1在数据采集区中已完成了2K容量的信号数据采集，可读入这些数据了。此时，计算机主机板1响应此中断请求，通过PCI接口控制器向操作控制器送出“读数据”指令，操作控制器控制数据采集区数据的读取操作，迅速通过PCI接口控制器将采集好的数据读入到计算机存储器中，使本数据采集工作区为“空”状态，为A/D转换器下一次向该数据采集工作区中保存数据做好准备。在计算机主机板1响应中断请求读取数据的时候，A/D转换器还在不断地将转换好的数据保存进另一个数据采集工作区中。两个数据采集工作区如此循环交替地工作，完成整个数据采集工作。
下面结合实施例对本发明作具体说明。
实施例1，如图5，将发电机灭磁系统中灭磁开关电压V1、发电机转子绕组电压V2、灭磁电阻回路中电流V3(用分流器上的电压表示)、灭磁开关回路中电流V4(用分流器上的电压表示)、发电机转子绕组回路中电流V5(用分流器上的电压表示)等信号作为输入信号AI接入输入接口模件2中，经过隔离、滤波、匹配、矫正等预处理后，再送入信号转换模件3进行A/D转换和数据采集，接着送入计算机主机板1，再由操作人员通过人机接口处理器4的输入键盘控制计算机主机板1让性能分析模块7对采集的各回路电压电流数据进行能量计算，进行时序过程分析和能量分布分析，然后在人机接口处理器5的液晶显示终端上将采集的各输入信号以及各回路能量计算结果按时间坐标绘制时序曲线图，并将各回路能量计算结果以数表形式进行显示。操作人员可通过人机接口处理器4的输入键盘操作，对采集的数据进行录波，并将录波结果和分析结果作为历史数据保存进计算机主机板1的存储器中。保存后的数据曲线可被重复调出在液晶显示终端上进行再现显示或通过打印机接口模件6进行打印输出，也可以通过通讯接口模件5接入互联网或局域网进行远程数据交换，以便进行远程灭磁系统性能分析诊断。
实施例2，如图5，将发电机转子绕组电压V2、灭磁电阻回路中电流V3(用分流器上的电压表示)、灭磁开关回路中电流V4(用分流器上的电压表示)、发电机转子绕组回路中电流V5(用分流器上的电压表示)、发电机三相定子电压(V6，V7，V8)等信号作为输入信号AI接入输入接口模件2中，进行隔离、滤波、匹配、矫正等予处理后，再送入信号转换模件3进行A/D转换和数据采集，接着送入计算机主机板1，再由操作人员通过人机接口处理器4的输入键盘控制计算机主机板1让性能分析模块7对采集的各回路电压电流数据进行进行伏安相关特性分析，然后在人机接口处理器5的液晶显示终端上将采集到的上述信号中某一任意信号为基准轴(横轴或纵轴)，而将其他任意单一信号或多个信号参照基准轴绘制和显示出相应的特性关系曲线。操作人员可通过人机接口处理器5的输入键盘操作，对采集的数据及其相应的特性关系曲线进行录波，并将录波结果作为历史数据保存进计算机主机板1的存储器中。保存后的数据曲线可被重复调出在液晶显示终端上进行再现显示或通过打印机接口模件6进行打印输出，也可以通过通讯接口模件5接入互联网或局域网进行远程数据交换，以便进行远程灭磁系统性能分析诊断。
实施例3，如图5，将发电机转子绕组电压V2、灭磁电阻回路中电流V3(用分流器上的电压表示)、发电机转子绕组回路中电流V5(用分流器上的电压表示)等信号作为输入信号AI接入输入接口模件2中，进行隔离、滤波、匹配、矫正等预处理后，再送入信号转换模件3进行A/D转换和数据采集，接着送入计算机主机板1，由操作人员通过人机接口处理器4的输入键盘控制计算机主机板1让性能分析模块7对采集的各回路电压电流数据进行频谱分解计算，然后在人机接口处理器5的液晶显示终端上将采集到的上述信号以曲线图方式显示测量信号所含各次谐波的幅值，以数表方式显示测量信号所含各次谐波的幅值数，并将分析结果作为历史数据保存进计算机主机板1的存储器中。保存后的分析数据可被重复调出在液晶显示终端上进行再现显示或通过打印机接口模件6进行打印输出，也可以通过通讯接口模件5接入互联网或局域网进行远程数据交换，以便进行远程灭磁系统性能分析诊断。
Claims (7)
1、灭磁系统性能测试分析方法，其特征是将发电机灭磁系统中灭磁开关电压V1、发电机转子绕组电压V2、灭磁电阻回路中电流V3、灭磁开关回路中电流V4、发电机转子绕组回路中电流V5作为输入信号，进行隔离、滤波、匹配、矫正等预处理后，再进行模/数转换和数据采集，由计算机进行信息处理，并对灭磁系统中各回路中的电压电流进行能量计算，然后在显示终端上显示采集的各输入信号以及各回路能量计算结果。
2、根据权利要求1所述的灭磁系统性能测试分析方法，其特征是对灭磁系统中各回路中的电压电流进行能量计算并按时间坐标绘制时序曲线图，用数表的方式分别显示灭磁开关耗损能量、灭磁电阻耗损能量、转子绕组储存能量的具体数据和在总能量中所占的百分率。
3、根据权利要求1或2所述的灭磁系统性能测试分析方法，其特征是对灭磁系统中灭磁开关的电流和电压、灭磁电阻的电流和电压、转子绕组的电流和电压、发电机机端电流和电压进行信号采集，然后以上述任意单一信号为基准轴，将其他任意单一信号或多个信号参照前述基准轴绘制，显示相应的伏安特性关系曲线。
4、根据权利要求1或2所述的灭磁系统性能测试分析方法，其特征是对灭磁系统中灭磁开关的电流和电压、灭磁电阻的电流和电压、转子绕组的电流和电压、发电机机端电流和电压进行信号采集，然后对上述任意单一信号进行频谱分解计算，以曲线图方式显示测量信号所含各次谐波的幅值，以数表方式显示测量信号所含各次谐波的幅值数。
5、根据权利要求3所述的灭磁系统性能测试分析方法，其特征是对灭磁系统中灭磁开关中的电流和电压、灭磁电阻中的电流和电压、转子绕组中的电流和电压、发电机机端电流和电压进行信号采集，然后对上述任意单一信号进行频谱分解计算，以曲线图方式显示测量信号所含各次谐波的幅值，以数表方式显示测量信号所含各次谐波的幅值数。
6、根据权利要求1所述方法设计的灭磁系统性能测试分析仪，其特征是由以下部分组成：
(1)、控制整个测试分析仪的信息处理、信息存储、组织调度的计算机主板；
(2)、对多路外部输入被测模拟信号进行匹配、滤波、矫正、隔离预处理以及对多路外部输入被测数字信号进行隔离、防抖动预处理的输入接口模件；
(3)、对经过预处理的测量信号进行模/数转换采集的信号转换模件；
(4)、显示信息处理结果、测量曲线和接受操作人员指令的人机接口处理器；
(5)、将计算机主板接入互联网或局域网进行远程数据交换的通讯接口模件；
(6)、对采集的灭磁系统测试数据进行分析计算并输出结果的性能分析模块；
其中输入接口模件连接信号转换模件后连接计算机主板；性能分析模块的总线与计算机主板连接；计算机主板还连接通讯接口模件、显示器和人机接口处理器。
7、根据权利要求6所述的灭磁系统性能测试分析仪，其特征是：
输入接口模件包括：16路模拟信号输入端口、16路模拟信号隔离电路、16路抗混叠滤波电路及整形矫正电路、16路数字信号输入端口以及16路数字信号光电隔离器电路；
信号转换模件包括：16路模拟信号输入转换电路、16路数字信号输入电路、6路模拟信号输出转换电路、16路数字信号输出电路、足够容量的数据采集存储区、3个可编程定时器/计数器以及PCI接口控制器；
人机接口处理器包括：显示屏及计算机操作键盘；
通讯接口模件包括：REAITEK8139网络接口控制器；
另设有打印机接口模件，包括：一个可支持ECP/EPP/SPP方式的并行接口控制器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Nanjing Shen Rui Power Electronics Co., Ltd. Assignor: Shen Ming|Feng Wei|Mei Yulin Contract fulfillment period: 2009.7.2 to 2014.7.1 contract change Contract record no.: 2009320001224 Denomination of invention: De-excitation system performance test analysing method and test analyzer thereof Granted publication date: 20090617 License type: Exclusive license Record date: 2009.7.24 |
|
| LIC | Patent licence contract for exploitation submitted for record |
Free format text: EXCLUSIVE LICENSE; TIME LIMIT OF IMPLEMENTING CONTACT: 2009.7.2 TO 2014.7.1; CHANGE OF CONTRACT Name of requester: NANJING SHENRUI ELECTRIC POWER ELECTRONICS CO., LT Effective date: 20090724 |
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Free format text: FORMER OWNER: FENG WEI MEI YULIN Effective date: 20120330 Owner name: NANJING SUNRISE POWER ELECTRONIC CONTROL CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: SHEN MING Effective date: 20120330 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20120330 Address after: 4 building, building B, No. 105 Lake Road, Jiangning Economic Development Zone, Nanjing, Jiangsu 211100, China Patentee after: Nanjing Shen Rui Power Electronics Co., Ltd. Address before: Liyuan Road Jiangning lakeside Century Garden District of Nanjing City, Jiangsu province 211100 Summer Garden 20 building 107 room Co-patentee before: Feng Wei Patentee before: Shen Ming Co-patentee before: Mei Yulin |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090617 Termination date: 20170608 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |