CN103728510B - 励磁装置现场测试系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了励磁装置现场测试系统和方法，包括励磁装置，所述励磁装置包括AI接口、DI接口、AO接口和AI调试接口，其特征在于，还包括与励磁装置的AI接口相连的接口盒，所述接口盒包括与外部需调理信号相连的接口端子和信号调理模块，所述信号调理模块对外部需调理信号进行处理并转换成AI接口可以直接接收的信号，所述AO接口通过软开关与AI调试接口相连。不仅充分利用了励磁装置现有的能力，而且简化了接线和试验操作，可同时兼容模拟量及开关量信号，实现输入通道的灵活配置，降低了对现场检修人员的要求及试验风险。便于及早发现与励磁相关的回路可能存在的隐患，进而提高励磁设备的整体可靠性。

Description

励磁装置现场测试系统和方法

技术领域

本发明涉及一种励磁装置现场测试系统和方法。

背景技术

《发电机组并网安全性评价标准》中规定，“新投入或大修后的励磁系统应按国家及行业标准做甩负荷、阶跃、零起升压和灭磁等扰动性试验，灭磁装置应能在发电机各种工况下可靠灭磁”。其中大型机组为保证灭磁的快速性与可靠性，灭磁回路的逻辑往往比较复杂，时序要求较为严格，为验证灭磁回路是否达到设计要求，需同时测量干节点、低压脉冲、高压直流电压等多类型多通道信号。但用户缺少测试灭磁逻辑的专用调试系统，现场试验非常繁琐，对试验人员要求很高；励磁装置在进行功能模拟试验时，需要外接保护校验仪等专用设备输入模拟量信号，现场试验时需要按操作步骤一步步进行，试验过程中需要记录数据、录制波形，试验完成后需要撰写试验报告，很容易遗漏步骤或者数据，这些都难以满足现代化电厂的需要；在对发电机的空载特性及短路特性进行试验时，需要在励磁装置侧外接专用仪器对所需机端电压及电流、转子电压及电流等信号量进行数据记录及波形存储，外部接线包括电压及电流的交流信号、直流信号，现场接线比较麻烦。

目前微机励磁装置具有充足的多路模拟量同步采样及开关量输入通道，由于控制需要本身已采集了机端电压及电流、转子电压及电流等关键信号，内部AO接口的输出信号与内部AI调试接口的输入信号电压等级一致，同时具有试验及故障录波功能。本发明即是考虑到用户需求而在现有励磁装置基础上研制的适用于励磁装置现场测试的调试系统和方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种励磁装置现场测试系统，使调试过程标准化、精益化，优化调节参数，简化操作，及早发现与励磁相关的回路可能存在的隐患，进而提高励磁设备的整体可靠性，保证机组及电力系统安全运行。进一步的，提供一种励磁装置现场测试的方法，以满足励磁系统调试过程中对试验数据及波形精确的记录和分析要求。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

励磁装置现场测试系统，包括励磁装置，所述励磁装置包括AI接口、DI接口、AO接口和AI调试接口，其特征在于，还包括与励磁装置的AI接口相连的接口盒，所述接口盒包括与外部需调理信号相连的接口端子和信号调理模块，所述信号调理模块对外部需调理信号进行处理并转换成AI接口可以直接接收的信号，所述AO接口通过软开关与AI调试接口相连。

在现有励磁装置的基础上，配置接口盒，将各种输入信号调理为励磁装置能够接收的信号，且使得各通道相互隔离，其中直流电压输入通道隔离能力达5kV，可以直接测量浮地的励磁电压。并将模拟量输出通道作为模拟量采样通道的信号源，用来进行装置的功能模拟试验。该系统无需外接示波器、信号发生器等专用仪器，即可“一键式”地完成各项功能性能试验，还可以用于灭磁时序试验、故障原因排查等，同时也可作为发电机及励磁相关试验的工具。无需增加过多的硬件成本,减少了投入。同时充分利用原励磁装置现有的采样通道，简化试验接线，降低劳动强度，提高了工作效率，且实现了现场励磁设备管理的标准化和规范化。

进一步的，一种励磁装置现场测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：数据采集：对输入到中央处理器的信号进行数据采集；

步骤B：数据还原：设置原始信号与输入装置信号的对应关系进而对信号进行数据还原；

步骤C：当进行功能试验时：将AO接口通过软开关与AI调试接口相连，信号经由A/D转换进入中央处理器即可完成，其中AO接口的输出值可通过中央处理器内部设置的曲线进行更改；功能试验过程中进行数据记录并进行录波，功能试验完成后对所记录数据及录波文件进行整理，最终生成试验报告。

步骤D：当进行发电机空载及短路特性试验时：在所需数据点处进行相应参数值的记录，全部数据点记录完成后进行曲线的绘制，得出发电机的空载特性曲线及短路特性曲线，并生成相应的试验报告。

步骤E：当进行灭磁逻辑时序时：设置采样率和时间长度进行录波，波形保存为带GPS时标的国际标准COMTRADE格式，通过波形查看及分析工具查看并分析波形，生成相应的试验报告。

对所有输入信号进行数据采集、数据还原，并根据不同的试验进行不同的操作，比如数据显示、录波、波形存储、波形查看及分析等现场试验所需的功能，试验完成后根据数据记录和波形文件生成试验报告，便于现场试验人员的操作。

本发明的有益效果是：不仅充分利用了励磁装置现有的能力，而且简化了接线和试验操作，可同时兼容多种模拟量及开关量信号，实现输入通道的灵活配置，降低了对现场检修人员的要求及试验风险。该系统无需外接示波器、信号发生器等专用仪器，即可“一键式”地完成各项功能性能试验，减少了投入，且实现了现场励磁设备管理的标准化和规范化。便于及早发现与励磁相关的回路可能存在的隐患，进而提高励磁设备的整体可靠性。

附图说明

图1是本发明一种励磁装置现场测试系统的结构框图；

图2是本发明接口盒的内部结构框图；

图3是本发明数据处理的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，励磁装置现场测试系统，包括励磁装置，励磁装置包括AI接口、DI接口、AO接口和AI调试接口。其中AI接口被转换成低电压信号后依次进行A/D转换、中央处理器处理，DI接口直接进入中央处理器进行数据处理，AO接口由中央处理器输出低电压或者低电流信号，AI调试接口则直接接收低电压信号，再进行A/D转换、中央处理器处理。鉴于励磁装置外部回路部分已在出厂试验中验证，单纯验证装置功能情况时，AO接口输出的低电压信号通过软开关与AI调试接口相连，经由A/D转换进入中央处理器实现功能模拟。

对于励磁装置可以直接接收的信号，即外部无需调理信号，比如交流电压、电流可以直接接入AI接口，无源干接点则可以直接接入DI接口，而对于励磁装置不可以直接接收的信号，即外部需调理信号，主要包括超出-5V～+5V范围的电压信号，则通过接口盒与励磁装置的AI接口相连，接口盒实现特殊信号的转换，励磁装置实现信号的输入输出及核心控制。接口盒包括与外部需调理信号相连的接口端子和信号调理模块，信号调理模块对外部需调理信号进行隔离、保护、滤波、转换等处理，转换成AI接口可以直接接收的信号。

如图2所示，针对三种类型的外部需调理信号分别进行说明：

有源信号：接口盒包括顺次相连的有源信号端子、浪涌抑制回路、分压电阻和低通滤波器，在连接浪涌抑制回路和分压电阻之间的线路上还并联一转换电阻，转换电阻和一开关串联。当有源信号为电压信号时，断开开关，有源信号依次经浪涌抑制回路对回路中的过电压进行抑制、分压电阻进行分压转换为低电压信号、低通滤波器进行滤波后输出AI接口可以接收的-5V～5V信号。即有源信号通过有源信号端子进入信号调理模块，为免受后续回路受过电压的损害，首先由浪涌抑制回路对回路中的过电压进行抑制，然后直接通过分压电阻分压转换为低电压信号，最后由电阻与电容形成的低通滤波电路对低电压信号进行滤波后输出励磁装置可以接收的-5V～5V信号。当有源信号为电流信号时，闭合开关，电流信号在分压电阻之前首先通过跳线连接到转换电阻将电流信号转换为电压信号，之后依次经分压电阻进行分压转换为低电压信号、低通滤波器进行滤波后输出AI接口可以接收的-5V～5V信号。

励磁电压：接口盒包括顺次相连的直流电压端子、分压电阻板、分压电阻、低通滤波器；励磁电压信号经分压电阻板将其转换为小于100V的信号后，依次经分压电阻进行分压转换为低电压信号、低通滤波器进行滤波后输出AI接口可以接收的-5V～5V信号。由于励磁电压信号一般电压等级较高，因此在通过直流电压端子进入信号调理模块后，首先由分压电阻板将其转换为小于100V的信号，之后的回路与有源信号一样，依次通过分压电阻分压及其与电容组成的低通滤波回路输出励磁装置可以接收的-5V～5V信号。

脉冲信号：接口盒包括顺次相连的脉冲端子、限流回路、滤波回路和光耦合器；脉冲信号依次经限流、滤波后进入光耦合器进行光电隔离，输出AI接口可以接收的-5V～5V信号。

在现有励磁装置的基础上，配置接口盒，将各种输入信号调理为励磁装置能够接收的信号，且使得各通道相互隔离，其中直流电压输入通道隔离能力达5kV，可以直接测量浮地的励磁电压。并将模拟量输出通道作为模拟量采样通道的信号源，用来进行装置的功能模拟试验。该系统无需外接示波器、信号发生器等专用仪器，即可“一键式”地完成各项功能试验，还可以用于灭磁时序试验、故障原因排查等，同时也可作为发电机及励磁相关试验的工具。无需增加过多的硬件成本,减少了投入。同时充分利用原励磁装置现有的采样通道，简化试验接线，降低劳动强度，提高了工作效率，且实现了现场励磁设备管理的标准化和规范化。

一种励磁装置现场测试的方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤A：数据采集：对输入到中央处理器的信号进行数据采集；

步骤B：数据还原：设置原始信号与输入装置信号的对应关系进而对信号进行数据还原；

步骤C：当进行功能试验时：将AO接口通过软开关与AI调试接口相连，信号经由A/D转换进入中央处理器即可完成，其中AO接口的输出值可通过中央处理器内部设置的曲线进行更改；功能试验过程中进行数据记录并进行录波，功能试验完成后对所记录数据及录波文件进行整理，最终生成试验报告；

步骤D：当进行发电机空载及短路特性试验时：在所需数据点处进行相应参数值的记录，全部数据点记录完成后进行曲线的绘制，得出发电机的空载特性曲线及短路特性曲线，并生成相应的试验报告。

步骤E：当进行灭磁逻辑时序时：设置采样率和时间长度进行录波，波形保存为带GPS时标的国际标准COMTRADE格式，通过波形查看及分析工具查看并分析波形，生成相应的试验报告。

功能试验，即低励限制功能模拟：

为防止发电机因励磁电流过低而失去静态，励磁装置设置了低励限制功能。当负载的无功功率小于当前有功及电压水平对应的无功限制值，延时后低励限制动作。为验证该功能，需要模拟发电机负载状态，对励磁装置施加定子电压、定子电流、励磁电流等信号。考虑到励磁装置本身自带多路模拟量输出通道，只需将其AO接口通过软开关控制送到AI调试接口即可完成低励限制试验，AO接口的输出值可通过中央处理器内部设置的曲线进行更改。试验过程中进行数据记录并进行录波，试验完成后对所记录数据及录波文件进行整理，最终生成试验报告。

发电机空载及短路特性试验：

在对发电机的空载及短路特性进行试验时，需要对定子电压、定子电流、励磁电压、励磁电流、有功功率、无功功率等信号进行记录，前四个信号通过输入接口进入励磁装置，有功及无功功率通过计算得出。首先对信号进行采集，通过设置原始信号与输入装置信号的对应关系进而对信号进行数据还原，在所需数据点处进行相应参数值的记录，全部数据点记录完成后进行曲线的绘制，得出发电机的空载特性曲线及短路特性曲线，并生成相应的试验报告。

灭磁逻辑时序：

为验证励磁系统的灭磁装置是否达到设计要求，需要测试灭磁的逻辑时序，对以下信号进行录波：定子电压、励磁电压、励磁电流、脉冲变脉冲、封脉冲信号、开关及跨接器状态信号、外部跳闸等信号。上述信号中定子电压、励磁电流、开关及跨接器状态、外部跳闸信号是励磁装置可直接接收的信号，其中励磁电流可采交流电流信号也可直采4～20mA的直流信号。封脉冲信号是励磁装置内部变量的信号，励磁电压通过接口盒中的分压电阻板后调理为低电压信号进入励磁装置。脉冲变脉冲为低压脉冲信号，但由于电压等级高于励磁装置能够接收的信号范围，此时通过接口盒调理成励磁装置能够接收的-5V～+5V电压信号，由此实现励磁装置对所有信号的接收。灭磁时序试验需要对信号录波，首先对信号进行采集，通过设置原始信号与输入装置信号的对应关系进而对信号进行数据还原，录波的采样率和时间长度可更改，采样率最高的情况下可以录20s的数据波形，波形保存为带GPS时标的国际标准COMTRADE格式。可通过波形查看及分析工具对录取的波形进行查看并分析，其中波形查看及分析工具可以通过波形查看软件实现，比如著作权人是国电南瑞科技股份有限公司，登记号是2013SR116359，名称是“国电南瑞comtrade波形查看软件”。该波形查看及分析工具可对波形文件进行局部缩放、数据分析,适合查看不对称波形，尤其适用于查看不对称的直流、脉冲等信号，光标可移动查看当前点的时间及数值，也可利用起点和终点的方法确定任意两点之间的时间间隔、最大值及发生时间、最小值及发生时间，最终生成相应的试验报告。

试验性能测试中进行数据记录或者录波，试验完成后根据数据记录和波形文件生成试验报告，便于现场试验人员的操作。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.励磁装置现场测试系统，包括励磁装置，所述励磁装置包括AI接口、DI接口、AO接口和AI调试接口，其特征在于，还包括与励磁装置的AI接口相连的接口盒，所述接口盒包括与外部需调理信号相连的接口端子和信号调理模块，所述信号调理模块对外部需调理信号进行处理并转换成AI接口可以直接接收的信号，所述AO接口通过软开关与AI调试接口相连，所述接口盒包括顺次相连的有源信号端子、浪涌抑制回路、分压电阻和低通滤波器；当有源信号为电压信号时，有源信号依次经浪涌抑制回路对回路中的过电压进行抑制、分压电阻进行分压转换为低电压信号、低通滤波器进行滤波后输出AI接口可以接收的-5V～5V信号。

2.根据权利要求1所述的励磁装置现场测试系统，其特征在于，在连接浪涌抑制回路和分压电阻之间的线路上还并联一转换电阻，所述转换电阻和一开关串联；当有源信号为电流信号时，闭合开关，转换电阻将电流信号转换为电压信号并依次经分压电阻进行分压转换为低电压信号、低通滤波器进行滤波后输出AI接口可以接收的-5V～5V信号。

3.根据权利要求1所述的励磁装置现场测试系统，其特征在于，所述接口盒包括顺次相连的直流电压端子、分压电阻板、分压电阻、低通滤波器；励磁电压信号经分压电阻板将其转换为小于100V的信号后，依次经分压电阻进行分压转换为低电压信号、低通滤波器进行滤波后输出AI接口可以接收的-5V～5V信号。

4.根据权利要求1所述的励磁装置现场测试系统，其特征在于，所述接口盒包括顺次相连的脉冲端子、限流回路、滤波回路和光耦合器；脉冲信号依次经限流、滤波后进入光耦合器进行光电隔离，输出AI接口可以接收的-5V～5V信号。

5.一种励磁装置现场测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：数据采集：对输入到中央处理器的信号进行数据采集；

步骤B：数据还原：设置原始信号与输入装置信号的对应关系进而对信号进行数据还原；

步骤C：当进行功能试验时：将AO接口通过软开关与AI调试接口相连，信号经由A/D转换进入中央处理器即可完成，其中AO接口的输出值可通过中央处理器内部设置的曲线进行更改；功能试验过程中进行数据记录并进行录波，功能试验完成后对所记录数据及录波文件进行整理，最终生成试验报告。

6.根据权利要求5所述的一种励磁装置现场测试的方法，其特征在于，当进行发电机空载及短路特性试验时：在所需数据点处进行相应参数值的记录，全部数据点记录完成后进行曲线的绘制，得出发电机的空载特性曲线及短路特性曲线，并生成相应的试验报告。

7.根据权利要求5所述的一种励磁装置现场测试的方法，其特征在于，当进行灭磁逻辑时序时：设置采样率和时间长度进行录波，波形保存为带GPS时标的国际标准COMTRADE格式，通过波形查看及分析工具查看并分析波形，生成相应的试验报告。