CN103267948B - 定子线棒交流阻抗的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种定子线棒交流阻抗的试验方法，测试定子线棒的交流阻抗及槽内损耗，并根据测试结果检查线棒是否存在制造缺陷、比较定子线棒交叉换位方式的优劣、提高定子线棒制造质量，该方法通过调节变压器，进行三个不同电流下的试验，进行交流阻抗的测试，通过定子线棒的电流波形、电流损耗大小、交流阻抗进行定子线棒是否有制造缺陷、制造质量的判断，通过槽外槽内交流阻抗变化大小、槽内交流阻抗大小进行定子线棒交叉换位方式优劣的判断。

Description

定子线棒交流阻抗的试验方法

技术领域

本发明涉及一种定子线棒交流阻抗的试验方法。

背景技术

大型同步发电机定子绕组通常采用条形线棒，其条形线棒由若干股线(匝)组成，且线棒股线进行适当换位。由于集肤效应而产生的附加损耗和各股线中的环流损耗，造成股线间存在温差，影响线棒绝缘能力。因此线电流密度不能过大，从而影响了机组的出力。为了减少定子绕组的环流损耗，降低股线间温差，防止线棒局部温度高点，线棒股线需要进行换位设计。何种方式的换位是合理的、最佳的、满足电机运行要求的，现在仅仅依赖于设计计算，没有试验测试数据证明。定子线棒经过了各道工序的加工制作，其加工质量，只能从外观尺寸上进行检查。应当在发电机安装运行前，对线棒从电气方法进行检验，以检查制造加工质量。由于单个的定子线棒线径大、阻抗小，外加电源时，线路相当于短路，使单个定子线棒电气试验难度大。关于定子线棒交流阻抗的测定，目前制造和检验流程上还没有形成试验方法，也没有依据交流阻抗来进行判断定子线棒是否有制造缺陷、定子线棒交叉换位方式优劣的标准依据。

发明内容

本发明目的是提供一种定子线棒交流阻抗的试验方法，测试定子线棒的交流阻抗及槽内损耗，并根据测试结果检查线棒是否存在制造缺陷，比较定子线棒交叉换位方式的优劣，从而达到提高定子线棒设计、制造质量的目的。本发明的技术方案为：一种定子线棒交流阻抗的试验方法，选择加工完成的定子上层线棒、下层线棒各两个，共四根线棒，作为试验品，其具体步骤如下：

步骤一、定子线棒的环形连接：第一上层线棒(2)和第一下层线棒(1)组成一组；第二上层线棒(3)和第二下层线棒(4)组成另一组；试验时，电流从第一上层线棒(2)进入，第二下层线棒(4)流出；再进入第一下层线棒(1)，最后由第二上层线棒(3)流出，试验连接形成的回路，使同一组的上层线棒、下层线棒的电流为同一方向，通过这种定子线棒的环形连接，使试验电流的流动形式与发电机实际运行时同一槽内的流动形式完全相同；

步骤二、线棒放置形式：定子试验线棒分为槽外放置和槽内放置两种形式，以便对比两种形式交流阻抗及线棒损耗的变化，槽外放置：四根线棒并行放置在同一平面上，线棒相互之间距离20厘米以上，以防止彼此磁场的干扰；槽内放置：在发电机定子铁心装压完成的槽内，第一上层线棒(2)和第一下层线棒(1)作为一组，安放在同一槽内，第二上层线棒(3)和第二下层线棒(4)作为另一组，安放在另外的同一槽内；

步骤三、试验设备仪表及主要设备选型：试验使用380V交流电源作为试验电源，试验电源的容量约为100kVA，定子线棒交流阻抗试验设备包括开关、可调变压器、大电流变压器、电流互感器、功率测试仪：按定子线棒的交流阻抗值0.5Ω、试验电流100A选择主要试验设备，其中，可调变压器为100kVA，380V/500V；大电流变压器为100kVA，500V/30V；.

步骤四、试验设备接线：开关(5)接到380V交流电源上，可调变压器(6)与开关(5)相连，可进行电压调节，大电流变压器(7)与可调变压器(6)连接，可把小电流转换成大电流，电流互感器(8)串联在回路中，功率测试仪(9)连接电压信号和电流互感器(8)；

步骤五、进行试验：a)试验前，测试定子线棒的冷状态下的直流电阻值后进行定子线棒环形连接和试验设备的连接；b)进行安全检查，防止异物和金属物接触试验设备；c)可调变压器放置在最小位置,合上开关，测试线棒的电压、电流、功率及波形；d)调节变压器，逐步增加电流，最大不超过100A，进行60A、40A、20A三个不同电流试验；e)定子线棒在槽外放置、槽内放置时，分别进行测试；

步骤六、测试数据与计算方法：a)用功率测试仪，录制试验时定子线棒的电流波形；b)用功率测试仪测试的单相有功功率，确定试验时四个线棒的损耗，该损耗(功率)除以电流的平方，即为四个线棒的电阻；公式如下：

$R=\frac{P}{I^2}---\left(1\right)$

式中：

P：测试损耗的有功功率，单位：W；

I：试验电流，单位：A；

c)用电压与电流的比值，确定试验时四个线棒的交流电抗，公式如下：

Z＝U/I   (2)

式中：

U：试验电压，单位：V；

I：试验电流，单位：A；

d)交流电抗的平方与电阻的平方之差进行开平方，确定一组四个试验线棒的交流阻抗，公式如下：

$X=\sqrt{Z^2-R^2}---\left(3\right)$

式中：

Z：电抗，单位：Ω；

R：电阻，单位：Ω；

e)对所有不同组的四个试验线棒的交流阻抗，取平均值，公式如下：

$\stackrel{\‾}{X}=\frac{1}{n}\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i---\left(4\right)$

式中：

X_i：一组四个试验线棒的交流阻抗，单位：Ω；

n：测试的所有组；

步骤七、进行分析判断：

一方面进行定子线棒制造质量的判断：a)通过定子线棒的电流波形进行判断，测试不同组定子线棒的稳态电流或冲击电流，进行电流波形比较，存在异常波形的线棒，即有缺陷存在；b)通过电流、损耗大小进行判断，同一试验电压下，电流大、损耗大的线棒存在有缺陷的可能；c)通过交流阻抗进行判断，每一组的四个试验线棒测试的交流阻抗与平均值相比，误差在5％以内，即为合格；另一方面还可以进行交叉换位方式优劣的判断：a)通过槽外槽内交流阻抗变化大小进行判断，换位方式不同的定子线棒，在槽外槽内交流阻抗变化是不相同的，交流阻抗变化小的线棒设计的交叉换位方式更为优良；b)通过槽内交流阻抗大小进行判断，在同一电压下，槽内交流阻抗小的定子线棒，交叉换位方式更优。

本发明的技术方案具有以下特征：

特征1：四个定子线棒进行环形连接：试验线棒连接形成的回路，使同一组的上层线棒、下层线棒的电流为同一方向，试验电流的流动形式与发电机实际运行时同一槽内的流动形式完全相同；

特征2：上下层线棒槽内放置方式：槽内放置为：1个上层线棒和1个下层线棒，作为一组，放置槽内方式与大型发电机双层结构的线棒在槽内上下放置的方式相一致；

特征3：使用大电流变压器：试验方法中关键设备是大电流变压器(100kVA，500V/30V)，它针对定子线棒线径大、阻抗小的特点，能够提供低电压、大电流，满足定子线棒交流阻抗测试的试验要求；

特征4：对定子线棒是否存在制造缺陷、制造质量进行判断：定子线棒的电流波形存在异常波形，即有缺陷存在；同一试验电压下，电流大、损耗大的线棒存在有缺陷的可能；每一组的四个试验线棒测试的交流阻抗与平均值相比，误差在5％以内，即为合格；

特征5：对定子线棒交叉换位方式优劣进行判断：在槽外槽内交流阻抗变化小的线棒设计的交叉换位方式更为优良；在同一电压下，槽内交流阻抗小的定子线棒，交叉换位方式更优。

本发明测试定子线棒的交流阻抗及槽内损耗，并根据测试结果检查线棒是否存在制造缺陷、比较定子线棒交叉换位方式的优劣、提高定子线棒制造质量，该方法通过调节变压器，进行三个不同电流下的试验，进行交流阻抗的测试，通过定子线棒的电流波形、电流损耗大小、交流阻抗进行定子线棒是否有制造缺陷、制造质量的判断，通过槽外槽内交流阻抗变化大小、槽内交流阻抗大小进行定子线棒交叉换位方式优劣的判断。

附图说明

图1为定子线棒环形连接图

图2为定子线棒交流阻抗的试验设备接线图

具体实施方式

选择加工完成的定子上层线棒、下层线棒各两个，共四根线棒，作为试验品；试验和分析判断方法的具体步骤如下：

步骤一、定子线棒的环形连接：第一上层线棒2和第一下层线棒1组成一组；第二上层线棒3和第二下层线棒4组成另一组；试验时，电流从第一上层线棒2进入，第二下层线棒4流出；再进入第一下层线棒1，最后由第二上层线棒3流出，试验连接形成的回路，使同一组的上层线棒、下层线棒的电流为同一方向，通过这种定子线棒的环形连接，使试验电流的流动形式与发电机实际运行时同一槽内的流动形式完全相同；

步骤二、线棒放置形式：定子试验线棒分为槽外放置和槽内放置两种形式，以便对比两种形式交流阻抗及线棒损耗的变化，槽外放置：四根线棒并行放置在同一平面上，线棒相互之间距离20厘米以上，以防止彼此磁场的干扰；槽内放置：在发电机定子铁心装压完成的槽内，第一上层线棒2和第一下层线棒1作为一组，安放在同一槽内，第二上层线棒3和第二下层线棒4作为另一组，安放在另外的同一槽内；

步骤三、试验设备仪表及主要设备选型：试验使用380V交流电源作为试验电源，试验电源的容量约为100kVA，定子线棒交流阻抗试验设备包括开关、可调变压器、大电流变压器、电流互感器、功率测试仪：按定子线棒的交流阻抗值0.5Ω、试验电流100A选择主要试验设备，其中，可调变压器为100kVA，380V/500V；大电流变压器为100kVA，500V/30V；

步骤四、试验设备接线：开关5接到380V交流电源上，可调变压器6与开关5相连，可进行电压调节，大电流变压器7与可调变压器6连接，可把小电流转换成大电流，电流互感器8串联在回路中，功率测试仪9连接电压信号和电流互感器8；

步骤五、进行试验：a)试验前，测试定子线棒的冷状态下的直流电阻值后进行定子线棒环形连接和试验设备的连接；b)进行安全检查，防止异物和金属物接触试验设备；c)可调变压器放置在最小位置,合上开关，测试线棒的电压、电流、功率及波形；d)调节变压器，逐步增加电流，最大不超过100A，进行60A、40A、20A三个不同电流试验；e)定子线棒在槽外放置、槽内放置时，分别进行测试；

步骤六、测试数据与计算方法：a)用功率测试仪，录制试验时定子线棒的电流波形；b)用功率测试仪测试的单相有功功率，确定试验时四个线棒的损耗，该损耗(功率)除以电流的平方，即为四个线棒的电阻；公式如下：

$R=\frac{P}{I^2}---\left(1\right)$

式中：

P：测试损耗的有功功率，单位：W；

I：试验电流，单位：A；

c)用电压与电流的比值，确定试验时四个线棒的交流电抗，公式如下：

Z＝U/I   (2)

式中：

U：试验电压，单位：V；

I：试验电流，单位：A；

d)交流电抗的平方与电阻的平方之差进行开平方，确定一组四个试验线棒的交流阻抗，公式如下：

$X=\sqrt{Z^2-R^2}---\left(3\right)$

式中：

Z：电抗，单位：Ω；

R：电阻，单位：Ω；

e)对所有不同组的四个试验线棒的交流阻抗，取平均值，公式如下：

$\stackrel{\‾}{X}=\frac{1}{n}\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i---\left(4\right)$

式中：

X_i：一组四个试验线棒的交流阻抗，单位：Ω；

n：测试的所有组；

步骤七、进行分析判断：

一方面进行定子线棒制造质量的判断：a)通过定子线棒的电流波形进行判断，测试不同组定子线棒的稳态电流或冲击电流，进行电流波形比较，存在异常波形的线棒，即有缺陷存在；b)通过电流、损耗大小进行判断，同一试验电压下，电流大、损耗大的线棒存在有缺陷的可能；c)通过交流阻抗进行判断，每一组的四个试验线棒测试的交流阻抗与平均值相比，误差在5％以内，即为合格；另一方面还可以进行交叉换位方式优劣的判断：a)通过槽外槽内交流阻抗变化大小进行判断，换位方式不同的定子线棒，在槽外槽内交流阻抗变化是不相同的，交流阻抗变化小的线棒设计的交叉换位方式更为优良；b)通过槽内交流阻抗大小进行判断，在同一电压下，槽内交流阻抗小的定子线棒，交叉换位方式更优。

Claims (1)

1.一种定子线棒交流阻抗的试验方法，其特征是：选择加工完成的定子上层线棒、下层线棒各两个，共四根线棒，作为试验品；然后进行试验的具体步骤如下：

步骤一、定子线棒的环形连接：第一上层线棒(2)和第一下层线棒(1)组成一组；第二上层线棒(3)和第二下层线棒(4)组成另一组；试验时，电流从第一上层线棒(2)进入，第二下层线棒(4)流出；再进入第一下层线棒(1)，最后由第二上层线棒(3)流出，试验连接形成的回路，使同一组的上层线棒、下层线棒的电流为同一方向，通过这种定子线棒的环形连接，使试验电流的流动形式与发电机实际运行时同一槽内的流动形式完全相同；

步骤二、线棒放置形式：定子试验线棒分为槽外放置和槽内放置两种形式，以便对比两种形式交流阻抗及线棒损耗的变化，槽外放置：四根线棒并行放置在同一平面上，线棒相互之间距离20厘米以上，以防止彼此磁场的干扰；槽内放置：在发电机定子铁心装压完成的槽内，第一上层线棒(2)和第一下层线棒(1)作为一组，安放在同一槽内，第二上层线棒(3)和第二下层线棒(4)作为另一组，安放在另外的同一槽内；

步骤三、试验设备仪表及主要设备选型：试验使用380V交流电源作为试验电源，试验电源的容量约为100kVA，定子线棒交流阻抗试验设备包括开关、可调变压器、大电流变压器、电流互感器、功率测试仪：按定子线棒的交流阻抗值0.5Ω、试验电流100A选择主要试验设备，其中，可调变压器为100kVA，380V/500V；大电流变压器为100kVA，500V/30V；

步骤四、试验设备接线：开关(5)接到380V交流电源上，可调变压器(6)与开关(5)相连，可进行电压调节，大电流变压器(7)与可调变压器(6)连接，可把小电流转换成大电流，电流互感器(8)串联在回路中，功率测试仪(9)连接电压信号和电流互感器(8)；

步骤五、进行试验：a)试验前，测试定子线棒的冷状态下的直流电阻值后进行定子线棒环形连接和试验设备的连接；b)进行安全检查，防止异物和金属物接触试验设备；c)可调变压器放置在最小位置,合上开关，测试线棒的电压、电流、功率及波形；d)调节变压器，逐步增加电流，最大不超过100A，进行60A、40A、20A三个不同电流试验；e)定子线棒在槽外和槽内放置时，分别进行测试；

步骤六、测试数据与计算方法：a)用功率测试仪，录制试验时定子线棒的电流波形；b)用功率测试仪测试的单相有功功率，确定试验时四个线棒的损耗，该损耗/功率除以电流的平方，即为四个线棒的电阻；其公式为：

$R=\frac{P}{I^2}---\left(1\right)$

式中：

P：测试损耗的有功功率，单位：W；

I：试验电流，单位：A；

c)用电压与电流的比值，确定试验时四个线棒的交流电抗，其公式为：

Z＝U/I                 (2)

式中：

U：试验电压，单位：V；

I：试验电流，单位：A；

d)交流电抗的平方与电阻的平方之差进行开平方，确定一组四个试验线棒的交流阻抗，其公式为：

$X=\sqrt{Z^2-R^2}---\left(3\right)$

式中：

Z：电抗，单位：Ω；

R：电阻，单位：Ω；

e)对所有不同组的四个试验线棒的交流阻抗，取平均值，其公式为：

$\stackrel{\‾}{X}=\frac{1}{n}\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i---\left(4\right)$

式中：

X_i：一组四个试验线棒的交流阻抗，单位：Ω；

n：测试的所有组；

步骤七、进行分析判断：

一方面进行定子线棒制造质量的判断：a)通过定子线棒的电流波形进行判断，测试不同组定子线棒的稳态电流或冲击电流，进行电流波形比较，存在异常波形的线棒，即有缺陷存在；b)通过电流、损耗大小进行判断，同一试验电压下，电流大、损耗大的线棒存在有缺陷的可能；c)通过交流阻抗进行判断，每一组的四个试验线棒测试的交流阻抗与平均值相比，误差在5％以内，即为合格；另一方面还可以进行交叉换位方式优劣的判断：a)通过槽外槽内交流阻抗变化大小进行判断，换位方式不同的定子线棒，在槽外槽内交流阻抗变化是不相同的，交流阻抗变化小的线棒设计的交叉换位方式更为优良；b)通过槽内交流阻抗大小进行判断，在同一电压下，槽内交流阻抗小的定子线棒，交叉换位方式更优。