CN102928778B - 一种核电站三相电动机启动综合特性测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核电站三相电动机启动综合特性测试系统，其包括：三相电压探头和三相电流探头、测试装置、以及数据处理装置，测试装置包括电压信号转换单元、电流信号转换单元以及连接于它们输出端的数据采集单元，来自探头的电压信号和电流信号经测试装置处理后，传输给数据处理装置计算并输出三相电动机的综合特性参数。本系统能够测试三相电动机的功率、功率因数、启动特性以及三相不平衡度等参数，并且能够当场获得测试结果。

Description

一种核电站三相电动机启动综合特性测试系统

技术领域

本发明涉及核电技术领域，更具体地说，涉及一种核电厂三相电动机启动综合特性测试系统。

背景技术

电动机是核电厂重要设备，特别是核级电动机，与核安全密切相关，因此对电动机的现场试验仪器、试验方法和验收规范要求均十分严格。电动机制造厂，由于电源问题，特别对较大容量的电动机，一般都不做额定电压下的启动和稳态的运行试验，而是采用电动机制造行业通行的堵转试验方法，给出该电动机的启动电流、启动时间、稳态电流等参数。

核电厂是电动机的实际用户，面对众多的安装在工位上的电动机，如何评价电动机在启动和稳态时的电压、电流、功率等性能，就成为一个现实问题。大亚湾、岭澳一期核电站为了解决电动机在工位上的测试问题，与西安交通大学合作，研制出了“单相型电动机启动测试仪”，填补了国内空白。该测试仪在现场使用中不断改进，最终满足了用户的测试要求。但该测试仪只能用于单相测试，而且不能测量功率、功率因数以及三相电流和电压的不平衡度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述只能用于单相测试、不能测量功率、功率因数以及三相不平衡度的缺陷,提供一种三相电动机启动综合特性测试系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种三相电动机启动综合特性测试系统，该系统包括：

三相电压探头和三相电流探头，用于分别从三相电动机的三条馈线获取电压信号和电流信号；

测试装置，包括电压信号转换单元、电流信号转换单元以及连接于它们输出端的数据采集单元，来自所述探头的电压信号和电流信号分别经电压信号转换单元和电流信号转换单元进行调理、限幅后，被所述数据采集单元分组、放大、A/D转换后输出；以及

数据处理装置，它连接在所述测试装置的数据采集单元的输出端，用于记录测试装置采集到的三条馈线上的电流和电压信号的瞬时波形数据，利用瞬时波形数据计算并输出三相电动机的综合特性参数，所述综合特性参数包括功率、功率因数、三相电流和/或电压不平衡度以及启动电流。

在本发明所述的三相电动机启动综合特性测试系统中，为提高数据测量精度，尤其是提高较短启动时间下（如小于2秒）的测量精度，所述启动电流计算模块包括：用电动机启动阶段较平稳处的电流瞬时波形数据拟合曲线的第一子模块；将拟合曲线端部向外延伸的第二子模块；以及，获取启动开始时间点对应的拟合曲线数据作为启动电流的第三子模块。

在本发明所述的三相电动机启动综合特性测试系统中，为保证数据测量准确，所述电压信号转换单元包括三个电压信号通道，每个电压信号通道由电压传感器、第一信号调理电路和第一限幅电路顺次连接组成，所述电压传感器用于将输入的双端电压信号转换成单端电压信号，三个电压信号通道的电压传感器采用三角形接法与三个电压馈线端连接。

在本发明所述的三相电动机启动综合特性测试系统中，为保证数据测量准确，所述电流信号转换单元包括三个电流信号通道，每个电流信号通道由滤波器、第二信号调理电路和第二限幅电路顺次连接组成。

在本发明所述的三相电动机启动综合特性测试系统中，为了进一步提高测量的速度和精度，所述数据处理装置和所述测试装置的数据采集单元采用USB接口连接。采用USB接口进行数据传输，传输速度块，干扰小，为高速采集三相电压和电流数据，以及精确测量电压、电流的相位差创造了条件。

在本发明所述的三相电动机启动综合特性测试系统中，为保证数据测量准确，所述数据采集单元包括多路开关、第一信号放大器、第二信号放大器、A/D转换器和USB接口电路，转换后的三相电压信号和三相电流信号经多路开关分组选择后，分别输入第一信号放大器和第二信号放大器放大，再经A/D转换器转换成数字信号，然后经USB接口电路打包成USB传输用的数据包并调制后输出。

在本发明所述的三相电动机启动综合特性测试系统中，为避免过压损坏系统，所述测试装置还包括过压报警单元，所述过压报警单元包括脉冲发生器、连接在其输出端的警示器、以及连接在其触发端的三个监测通道，每个监测通道由峰值检测电路和比较器构成。

在本发明所述的三相电动机启动综合特性测试系统中，为保证稳定可靠地进行测量，所述测试装置的电源包括AC-DC单元、可充电电池及其充电电路、以及自动切换开关，AC-DC单元输入端接市电，输出端接自动切换开关的一输入端和充电电路的输入端，充电电路的输出端接自动切换开关的另一输入端，自动切换开关的输出端通过电源开关接至少两个DC-DC单元。

在本发明所述的三相电动机启动综合特性测试系统中，为进一步保证稳定可靠地进行测量，所述测试装置的电源还包括欠压检测电路。

在本发明所述的三相电动机启动综合特性测试系统中，为提高系统的适应性，所述测试装置包括电压信号量程选择开关和电流信号量程选择开关。

本发明的有益效果是，能够测试三相电动机的功率、功率因数以及三相不平衡度等参数。其利用数据处理装置自动处理数据，不但能够当场获得测试结果，且大大减小了人为误差。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是实施例三相电动机启动综合特性测试系统的原理框图；

图2是其测试装置的原理框图；

图3是其测试装置中电压信号转换单元的原理框图；

图4是其测试装置中电流信号转换单元的原理框图；

图5是其测试装置中数据采集单元的原理框图；

图6是其测试装置中过压报警单元的原理框图；

图7是其测试装置中电源的原理框图。

具体实施方式

如图1所示，本三相电动机启动综合特性测试系统包括三相电压探头1、三相电流探头2、测试装置3和数据处理装置4。

三相电压探头1为三条电压信号电缆，对应连接测试装置3的P2端口的三个电压馈线端至三相电动机的三条馈线，用于从三相电动机的三条馈线获取电压信号。

三相电流探头2可以采用三个电流互感器或者电流钳，对应设置在三相电动机的三条馈线上，并对应连接测试装置3的Q1端口、Q2端口和Q3端口，用于从三相电动机的三条馈线获取电流信号。

数据处理装置4基于计算机实现，计算机可为笔记本电脑或台式PC计算机，基本配置为：主频≥2GHz，内存≥1GB，硬盘≥80GB，12”或者14”显示器，显示器分辨率1024x768，光驱和鼠标器。计算机至少应有两个支持USB2.0的插口，应支持Windows XP操作系统。

测试装置3的PO端口通过数据线与数据处理装置4的USB插口连接。数据处理装置4内设置数据采集模块，用于记录测试装置3采集到的三相电动机三条馈线上的电流和电压信号的瞬时波形数据。数据处理装置4还用于利用所述瞬时波形数据计算并输出三相电动机的综合特性参数，这些综合特性参数包括但不限于：功率、功率因数、三相电流和/或电压不平衡度以及启动电流。输出内容的形式可以是报表形式、和/或图形形式，输出方式可以是打印、存储和/或显示器显示等。

如图2所示，测试装置3包括电压信号转换单元31、电流信号转换单元32以及连接于它们输出端的数据采集单元33。来自三相电压探头1的电压信号和来自三相电流探头2的电流信号分别经电压信号转换单元31和电流信号转换单元32进行调理、限幅后，被所述数据采集单元33分组、放大、A/D转换、并打包成USB传输用的数据包，以D+和D-调制信号的形式传送给数据处理装置4。

如图3所示，电压信号转换单元31包括三个电压信号通道31a、31b、31c，每个电压信号通道由电压传感器311、第一信号调理电路312和第一限幅电路313顺次连接组成。电压传感器311用于将输入的双端电压信号转换成单端电压信号，三个电压信号通道31a、31b、31c的电压传感器采用三角形接法与测试装置3P2端口的三个电压馈线端A、B、C连接，由于采用三角形接法，所以电压信号转换单元31输出的电压信号u_A、u_B、u_C为三个线电压的瞬时信号，电压传感器311具有隔离功能，使u_A、u_B、u_C可以共地。第一信号调理电路312用于对内部的单端信号进行零点和幅度的调整，使其满足后续电路的要求。第一限幅电路313用于限制电压信号的幅度，起保护作用。

电压信号转换单元31还设有量程选择模块314，通过电压信号量程选择开关K3的控制，选择合适的量程，以适应不同的电动机。电压信号量程分为100V和380V两档，其中100V档适用有PT的高压电动机。

如图4所示，电流信号转换单元32包括三个电流信号通道32a、32b、32c，每个电流信号通道由滤波器321、第二信号调理电路322和第二限幅电路323顺次连接组成。三个电流信号通道32a、32b、32c分别接收并处理来自三个电流钳的电流信号。第二信号调理电路322用于对滤波后的电流信号进行零点和幅度的调整，使其满足后续电路的要求。第二限幅电路323用于限制电流信号的幅度，起保护作用。转换后输出的电流信号i_A、i_B、i_C是共地的三个内部数据采集用的电流信号。

电流信号转换单元32还设有量程选择模块324，通过电流信号量程选择开关K2的控制，选择合适的量程，以适应不同的电动机。电流信号的量程分为1V、2V和3V三档，以电流直接测量为例，当对应的电流钳档位选择1mV/A时,对应1V、2V和3V三档，电流探头的电流测量量程为1000A、2000A、3000A。

如图5所示，数据采集单元33包括多路开关331、第一信号放大器332、第二信号放大器333、A/D转换器334和USB接口电路335，三相电压信号u_A、u_B、u_C和三相电流信号i_A、i_B、i_C经多路开关331分组选择（如：u_A和i_A、u_B和i_B、u_C和i_C）后，分别输入第一信号放大器332和第二信号放大器333放大，再经A/D转换器334转换成数字信号，然后经USB接口电路335打包成USB传输用的数据包并调制后，以D+和D-调制信号的形式传送给数据处理装置4，实现数据的采集。

因为A/D转换器334和USB接口电路335的工作电压不同，故用电平转换电路完成电源电压和信号电平的转换。图5中的时序脉冲产生电路用于产生数据采集单元33工作时的各种控制信号。

为避免过压损坏本测试系统，测试装置3还设置了过压报警单元34。如图6所示，本过压报警单元34包括脉冲发生器341和连接在其输出端的警示器342，以及连接在脉冲发生器341触发端的三个监测通道343a、343b、343c，每个监测通道由峰值检测电路和比较器构成。三个监测通道343a、343b、343c分别检测电压信号转换单元31输出的三相电压信号u_A、u_B、u_C，通过比较器与参考电压比较，若信号大于设定值的20%，比较器的输出反转，启动脉冲发生器341，输出脉冲信号，使警示器342发出声光报警。

为保证本测试系统稳定可靠地进行测量，测试装置3设置了充电电池及其充电电路。具体地，如图7所示，测试装置3的电源35包括AC-DC单元351、可充电电池352及其充电电路353、以及自动切换开关354，AC-DC单元351输入端接市电，输出端接自动切换开关354的一输入端和充电电路353的输入端，充电电路353的输出端接自动切换开关354的另一输入端，自动切换开关354的输出端通过电源开关355接第一DC-DC单元356和第二DC-DC单元357。220V的市电经AC-DC单元351变成9V的直流电，该9V的直流电经自动切换开关354和电源开关355送到第一DC-DC单元356和第二DC-DC单元357，产生测试装置3工作使用的+5V和±12V直流电。AC-DC单元351输出的9V直流电还被直接送到充电电路353，使其为后备的可充电电池352充电。当交流220V电源断开时，自动切换开关354发生切换，充电电路353将可充电电池352中的电能通过自动切换开关354和电源开关355送到第一DC-DC单元356和第二DC-DC单元357，提供测试装置3工作使用的+5V和±12V直流电。自动切换开关354可选用继电器、接触器等电磁开关。

为了防止可充电电池352过渡放电，保证本测试系统稳定可靠地进行测量，电源35设置了欠压检测电路358，当可充电电池352电压过低时，欠压蜂鸣器S₁发出声响警告，并且工作指示灯D1随之闪烁。

现有技术中采用辅助切线法计算启动电流，对于启动时间短（如小于2秒）的电动机，易造成读取的数据比录取的波形最大值还要大，从而发生严重的数据偏差。针对此缺陷，本发明一些较佳实施例三相电动机启动综合特性测试系统中，采用了拟合曲线法来计算启动电流，以提高数据测量精度，尤其是提高较短启动时间下（如小于2秒）的测量精度。具体的，一些较佳实施例三相电动机启动综合特性测试系统，在数据处理装置4中构造了启动电流计算模块，该启动电流计算模块包括：用电动机启动阶段较平稳处的电流瞬时波形数据拟合曲线的第一子模块；将拟合曲线端部向外延伸的第二子模块；以及，获取启动开始时间点对应的拟合曲线数据作为启动电流的第三子模块。

一些较佳实施例三相电动机启动综合特性测试系统具有以下主要功能：

1）在三相电动机启动过程中、或者运行阶段，采集并记录三根电动机馈线上的电流与电压信号的瞬时波形数据，然后用对所记录的数据进行分析计算，得到测试结果。测得的数据和测试结果可以打印、存盘，以便长期保存；

2）可以单相、两相、三相同时测试；

3）测试主要结果包括：

(1)电动机中的电流和电压的瞬时值随时间的变化曲线；

(2)电动机中的电流和电压的有效值随时间的变化曲线；

(3)电动机在启动过程和运行阶段的功率和功率因数曲线；

(4)电动机启动过程中的启动时间、启动电流、最小电压和峰值电压等启动电参数；

(5)电动机稳态运行阶段的各相的稳态电流、稳态电压等运行电参数；

(6)稳态功率和功率因数；

(7)三相电流、三相电压的不平衡程度等。

一些较佳实施例三相电动机启动综合特性测试系统的主要技术指标如下：

一些较佳实施例三相电动机启动综合特性测试系统至少具有以下有益效果：

1)采用先进的数据采集和处理技术，将采集的电气参数经过自动分析处理，在测试现场就能够快速直观地给出测试结果，并能判断数据是否符合规范要求；

2)采用新的曲线计算方法，提高了数据测量准确性；

3)采用USB2.0接口进行数据传输，传输速度块，干扰小；

4)体积小，重量轻，便于携带，现场使用方便；

5)是目前国内唯一符合核级三相电动机启动特性测试参数计算的仪器，且全自动化，减少了人为误差；

6)具有测试报告自动生成功能，测量的数据可自动存储，连接打印机可直接打印，无需实验人员再编辑。

Claims (9)

1.一种三相电动机启动综合特性测试系统，其特征在于，包括：

三相电压探头(1)和三相电流探头(2)，用于分别从三相电动机的三条馈线获取电压信号和电流信号；

测试装置(3)，包括电压信号转换单元(31)、电流信号转换单元(32)以及连接于它们输出端的数据采集单元(33)，来自所述探头的电压信号和电流信号分别经电压信号转换单元和电流信号转换单元进行调理、限幅后，被所述数据采集单元分组、放大、A/D转换后输出，其中，所述电压信号转换单元(31)包括三个电压信号通道(31a)(31b)(31c)，每个电压信号通道由电压传感器(311)、第一信号调理电路(312)和第一限幅电路(313)顺次连接组成，所述电流信号转换单元(32)包括三个电流信号通道(32a)(32b)(32c)，每个电流信号通道由滤波器(321)、第二信号调理电路(322)和第二限幅电路(323)顺次连接组成；以及

数据处理装置(4)，它连接在所述测试装置的数据采集单元的输出端，用于：记录测试装置采集到的三条馈线上的电流和电压信号的瞬时波形数据，利用瞬时波形数据计算并输出三相电动机的综合特性参数，所述综合特性参数包括功率、功率因数、三相电流和/或电压不平衡度以及启动电流。

2.根据权利要求1所述的三相电动机启动综合特性测试系统，其特征在于，所述数据处理装置包括启动电流计算模块，所述启动电流计算模块包括：

用电动机启动阶段较平稳处的电流瞬时波形数据拟合曲线的第一子模块；

将拟合曲线端部向外延伸的第二子模块；以及

获取启动开始时间点对应的拟合曲线数据作为启动电流的第三子模块。

3.根据权利要求1所述的三相电动机启动综合特性测试系统，其特征在于，所述电压传感器用于将输入的双端电压信号转换成单端电压信号，三个电压信号通道的电压传感器采用三角形接法与三个电压馈线端连接。

4.根据权利要求1所述的三相电动机启动综合特性测试系统，其特征在于，所述数据处理装置(4)和所述测试装置(3)的数据采集单元采用USB接口连接。

5.根据权利要求4所述的三相电动机启动综合特性测试系统，其特征在于，所述数据采集单元(33)包括多路开关(331)、第一信号放大器(332)、第二信号放大器(333)、A/D转换器(334)和USB接口电路(335)，转换后的三相电压信号和三相电流信号经多路开关分组选择后，分别输入第一信号放大器和第二信号放大器放大，再经A/D转换器转换成数字信号，然后经USB接口电路打包成USB传输用的数据包并调制后输出。

6.根据权利要求1所述的三相电动机启动综合特性测试系统，其特征在于，所述测试装置还包括过压报警单元(34)，所述过压报警单元包括脉冲发生器(341)、连接在其输出端的警示器(342)、以及连接在其触发端的三个监测通道

(343a)(343b)(343c)，每个监测通道由峰值检测电路和比较器构成。

7.根据权利要求1所述的三相电动机启动综合特性测试系统，其特征在于，所述测试装置的电源(35)包括AC-DC单元(351)、可充电电池(352)及其充电电路

(353)、以及自动切换开关(354)，AC-DC单元输入端接市电，输出端接自动切换开关的一输入端和充电电路的输入端，充电电路的输出端接自动切换开关的另一输入端，自动切换开关的输出端通过电源开关(355)接至少两个DC-DC单元

(356)(357)。

8.根据权利要求7所述的三相电动机启动综合特性测试系统，其特征在于，所述测试装置的电源(35)还包括欠压检测电路(358)。

9.根据权利要求1所述的三相电动机启动综合特性测试系统，其特征在于，所述测试装置包括电压信号量程选择开关和电流信号量程选择开关。