CN104656017A - 高压电机能效计量检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高压电机能效计量检测方法，包括步骤1：构建高压电机的能效检测平台；步骤2：测量高压电机在不同试验工况下的能效参数；步骤3：计算高压电机的测量不确定度。与现有技术相比，本发明提供的一种高压电机能效计量检测方法，综合考虑了高压电机在不同试验工况下的能效参数，解决了各环节影响量引入的不确定度，保证各种实验工况下的技术参数均能达到理想效果。

Description

高压电机能效计量检测方法

技术领域

本发明涉及一种电机能效计量检测方法，具体涉及一种高压电机能效计量检测方法。

背景技术

高压电机是指额定电压在10000V以上电动机。常使用的是6000V和10000V电压，由于国外的电网不同，也有3300V和6600V的电压等级。高压电机产生是由于电机功率与电压和电流的乘积成正比，因此低压电机功率增大到一定程度(如300KW/380V)电流受到导线的允许承受能力的限制就难以做大，或成本过高。需要通过提高电压实现大功率输出。高压电机优点是功率大，承受冲击能力强；缺点是惯性大，启动和制动都困难。

高压电动机可用于驱动各种不同机械之用。如压缩机、水泵、破碎机、切削机床、运输机械及其它设备，供矿山、机械工业、石油化工工业、发电机等各种工业中作原动机用。用以传动鼓风机、磨煤机、轧钢机、卷扬机的电动机应在订货时注明用途及技术要求，采用特殊的设计以保障可靠运行。因此，高压电机的用电量约占工业用电的60％左右，其降损节能在开展节能减排，提升电气设备能效的大环境下尤为重要。开展高压电机能效计量第三方检测，产电机品性能升级，电机再制造以及低效电机淘汰方面均涉及效率测量，电机效率的普通工程测试方法、不确定度评定和测量系统量值溯源体系无法满足需求，尤其是在高压电机能效计量检测第三方独立实验室处于空白阶段，直接影响高压电机能源效率测试及各项具体损耗参数的准确计量，直接影响相关检查监督管理政策落实和节能减排工作开展。

因此，需要提供一种能够针对高压电机能效计量的实际生产环境下的现场检测方法。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种高压电机能效计量检测方法，所述方法包括：

步骤1：构建高压电机的能效检测平台；

步骤2：测量高压电机在不同试验工况下的能效参数；

步骤3：计算高压电机的测量不确定度。

优选的，所述步骤1中所述能效检测平台包括车载式移动平台，以及安装在所述车载式移动平台的宽频信号采集系统、高压电机测试操作系统、实时监控保护系统、工具柜和文件柜；

优选的，所述宽频信号采集系统包括三组宽频带电压传感器和宽频带电流传感器；

所述宽频带电压传感器的输入端通过铜排与高压电机连接，采集高压电机的电压信号，以及输出端通过光纤接入高压电机测试操作系统；

所述宽频带电流传感器的输入端通过铜排与高压电机连接，采集高压电机的电流信号，以及输出端通过光纤接入高压电机测试操作系统；

优选的，所述高压电机测试操作系统包括功率分析仪、监控机、上位机和打印机；

所述功率分析仪，接收所述宽频信号采集系统发送的电压信号和电流信号，计算高压电机的输出功率；

所述监控机，用于监测所述高压电机的绕组温度、轴承温度、转速，以及定子绕组的电压波形和电流波形，从而判断高压电机是否正常运行；

所述上位机，采集所述高压电机在不同试验工况下的能效参数，计算高压电机的能效值；

优选的，所述实时监控保护系统包括设置在车载式移动平台顶部的旋转式红外摄像头和语音喇叭；

所述旋转式红外摄像头，用于监控高压电机的检测环境，将监控图像发送到高压电机测试操作系统的监控机进行显示；

所述语音喇叭，用于车载式移动平台内部的监控人员与高压电机现场的检测人员交流；

优选的，所述步骤2中能效参数包括高压电机的空载损耗P₀、铁耗P_Fe、风摩耗P_fw和定子绕组的铜损耗P_cu1，测量所述能效参数包括：

步骤2-1-1：设定高压电机空载电压U₀调整范围为k₁U_N～U_min，所述U_N为高压电机的额定电压，所述U_min为所述高压电机运行电压最小值，所述k₁为电压系数，k₁＞1；

步骤2-1-2：测量所述空载电压U₀由kU_N到U_min变化时的空载电流I₀，并计算空载损耗P₀；

步骤2-1-3：计算铁耗P_Fe、风摩耗P_fw和定子绕组的铜损耗P_cu1；

优选的，所述步骤2中能效参数还包括高压电机的转差率s、转子绕组的铜损耗P_cu2和杂散损耗P_s，测量所述能效参数包括：

步骤2-2-1：在高压电机的定子绕组上施加试验电压k₂U_N，所述U_N为高压电机的额定电压，所述k₁为电压系数，k₁≥0.9；

步骤2-2-2：逐步降低所述试验电压k₂U_N，直至定子绕组的电流接近高压电机的额定电流I_N；

步骤2-2-3：测量高压电机的堵转电压U_k、堵转电流I_k和温度，并计算堵转转矩T_k和堵转输入功率P_k，得到堵转电流-堵转电压曲线，以及堵转转矩-堵转电压曲线；

步骤2-2-4：对所述高压电机进行堵转试验，计算所述转差率s、转子绕组的铜损耗P_cu2和杂散损耗P_s；

优选的，所述步骤3中计算高压电机的测量不确定度包括：

步骤3-1：用贝塞尔公式计算高压电机的A类评定的标准不确定度分量；

步骤3-2：获取高压电机每个直接测量参数的B类评定的标准不确定度分量；

步骤3-2：将所述A类评定的标准不确定度分量和B类评定的标准不确定分量进行合成计算，得到高压电机整体的合成标准不确定度；

步骤3-4：依据所述合成标准不确定度，计算高压电机能效值的相对扩展不确定度。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

本发明提供的高压电机能效计量检测方法，能够开展额定电压为10kV以下，额定容量为2000kW以下的高压电机能效检测；综合考虑了高压电机在不同试验工况下的能效参数，解决了各环节影响量引入的不确定度，保证在各种实验工况下的技术参数均能达到理想效果，实现额定电压、电流下对宽频信号采集系统的量值溯源，测量不确定度优于3×10^-3。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中一种高压电机能效计量检测方法流程图；

图2：本发明实施例中车载式移动平台结构示意图；

图3：本发明实施例中量值溯源系统结构示意图；

其中，1：侧门；2：车载式移动平台壳体；3：高压电机测试操作系统；4：工具柜；5：尾部对开门；6：检修梯；7：测量转接口；8：宽频信号采集系统；9：打印机；10：文件柜；11：上位机；12：监控机；13：功率分析仪。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供了一种高压电机能效计量检测方法，如图1所示，具体步骤为：

一、构建高压电机的能效检测平台。

包括车载式移动平台，以及安装在车载式移动平台的数字变频电源、宽频信号采集系统、高压电机测试操作系统、实时监控保护系统、量值溯源系统、工具柜和文件柜。

1、车载式移动平台

本实施例中高压电机的能效检测平台的各系统和机柜全部集成安装在车载式移动平台上，因此在检测试验时只需将车载式移动平台运送至检测现场即可开展高压电机的能效检测，适用于生产工厂内、实际工作环境中以及其他现场环境下，准确快捷的对高压三相异步电动机开展能源效率的计量检测。

(1)车载式移动平台的顶部护栏上安装有防护等级IP65的场地照明灯，为现场检测试验提供良好的照明环境。

(2)车载式移动平台的顶部安装有专用车载空调，为能效检测平台提供良好的工作环境，使得测试仪器不受温湿度影响测量精度。

(3)车载式移动平台的底部设有叉车孔，顶部设有吊装孔，从而方便能效检测平台在检测现场的移动和定位。

2、数字变频电源

用于向高压电机输出0～660V交流电压，包括依次连接的整流器、逆变器和滤波器。

整流器，将外部发送的380V交流电压转换为400V直流电压；

逆变器，将400V直流电压转换为690V交流电压；

滤波器，将690V交流电压转换为660V交流电压，并将660V交流电压发送到高压电机和宽频功率测量系统。

3、宽频信号采集系统

包括三组宽频带电压传感器和宽频带电流传感器。

(1)宽频带电压传感器的输入端通过铜排与高压电机连接，采集高压电机的电压信号，以及输出端通过光纤接入高压电机测试操作系统。

(2)宽频带电流传感器的输入端通过铜排与高压电机连接，采集高压电机的电流信号，以及输出端通过光纤接入高压电机测试操作系统。

高压电机测试操作系统中的功率分析仪依据上述电压信号和电流信号，计算高压电机的输出功率。

本实施例中宽频信号采集系统在1Hz～500Hz范围内，测量不确定度优于0.02％，在500Hz～2500Hz范围内，测量不确定度优于0.05％。

4、高压电机测试操作系统

包括功率分析仪、监控机、上位机和打印机。

(1)功率分析仪，接收宽频信号采集系统发送的电压信号和电流信号，计算高压电机的输出功率，同时依据该输出功率和数字变频电源输出端的电压信号和电流信号计算高压电机的能效。功率分析仪包括分别与MCU连接的光纤通信接口、USB通信模块和扭矩仪接口。

MCU通过光纤通信接口与宽带功率传感器连接，接收高压电机输入端的电压信号和电流信号计算高压电机的输出功率，接收数字变频电源输出端的电压信号和电流信号计算高压电机的能效。

MCU通过扭矩仪接口与设置在高压电机输出端的扭矩仪连接，采集高压电机的转矩信号；MCU通过USB通信模块与电机操作系统连接，将上述输出功率、能效和转矩信号发送到上位机。

(2)监控机，用于监测高压电机的绕组温度、轴承温度、转速，以及定子绕组的电压波形和电流波形，从而判断高压电机是否正常运行。

(3)上位机，采集高压电机在不同试验工况下的能效参数，计算高压电机的能效值。

(4)打印机，根据上位机计算的能效值，现场即时输出高压电机检测报告。

5、实时监控保护系统

包括设置在车载式移动平台顶部的旋转式红外摄像头和语音喇叭。

(1)旋转式红外摄像头，用于监控高压电机的检测环境，将监控图像发送到高压电机测试操作系统的监控机进行显示。

(2)语音喇叭，用于车载式移动平台的监控人员与高压电机现场检测人员交流，安全警示周围环境。

6、量值溯源系统

如图3所示，本实施例中采用两表法对宽频信号采集系统进行量值溯源，包括升流器、升压器、电流互感器、分压器、标准电流传感器、功率分析仪和和标准功率表。

升流器与宽频信号采集系统中待测回路的输出端连接，对待测回路输出的电流进行升流；所述传感器连接于升流器与功率分析仪之间，功率分析仪依据传感器采集的电流信号计算待测回路输出的功率值；标准电流传感器连接于所述升流器与标准功率表之间；

升压器与待测回路的输出端连接，对待测回路输出的电压进行升压；分压器连接于升压器与标准功率表之间，标准功率表表依据标准电流传感器采集的电流信号和分压器输出的电压信号，计算待测回路输出的功率值；

量值溯源系统以标准功率表的输出信号为标准值，对功率分析仪进行量值溯源。

二、测量高压电机在不同试验工况下的能效参数。

本实施例中能效参数包括高压电机的空载损耗P₀、铁耗P_Fe、风摩耗P_fw、定子绕组的铜损耗P_cu1、转差率s、转子绕组的铜损耗P_cu2和杂散损耗P_s。其中，

1、测量空载损耗P₀、铁耗P_Fe、风摩耗P_fw和定子绕组的铜损耗P_cu1包括：

(1)设定高压电机空载电压U₀调整范围为k₁U_N～U_min，其中，

U_N为高压电机的额定电压，U_min为高压电机运行电压最小值，k₁为电压系数，k₁＞1。

(2)测量空载电压U₀由kU_N到U_min变化时的空载电流I₀，以及计算空载损耗P₀。

(3)计算铁耗P_Fe、风摩耗P_fw和定子绕组的铜损耗P_cu1。

2、测量转差率s、转子绕组的铜损耗P_cu2和杂散损耗P_s包括：

(1)在高压电机的定子绕组上施加试验电压k₂U_N，其中，

U_N为高压电机的额定电压，k₁为电压系数，k₁≥0.9。

(2)逐步降低试验电压k₂U_N，直至定子绕组的电流接近高压电机的额定电流I_N。

(3)测量高压电机的堵转电压U_k、堵转电流I_k、堵转转矩T_k、堵转输入功率P_k和温度，得到堵转电流-堵转电压曲线，以及堵转转矩-堵转电压曲线。

(4)对高压电机进行堵转试验，以计算转差率s、转子绕组的铜损耗P_cu2和杂散损耗P_s。

三、计算高压电机的测量不确定度。

测量不确定度包括A类不确定度的评定、B类不确定度的评定和高压电机的整机不确定度，具体为：

1、评定A类不确定度

A类不确定度分量属于重复测量所引入的标准不确定度，利用贝塞尔公式计算得出A类评定的标准不确定度分量。

2、评定B类不确定度

首先在检测过程中直接测量量的灵敏度系数，然后再计算机相应的标准不确定度，最后得到每个直接测量量的B类评定的标准不确定分量。

3、高压电机的整机不确定度

将上述A类评定的标准不确定度分量和B类评定的标准不确定分量进行合成计算，得到高压电机整体的合成标准不确定度，即整机不确定度。本实施例中整机不确定度优于3×10^-3。

本发明中上位机依据高压电机整体的合成标准不确定度，确定高压电机能效值测量结果的相对扩展不确定度。

本发明提供的一种高压电机能效计量检测方法，能够开展额定电压为10kV以下，额定容量为10MW以下的高压三相异步电动机的现场能源效率计量检测。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (8)

1.一种高压电机能效计量检测方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：构建高压电机的能效检测平台；

步骤2：测量高压电机在不同试验工况下的能效参数；

步骤3：计算高压电机的测量不确定度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中所述能效检测平台包括车载式移动平台，以及安装在所述车载式移动平台的宽频信号采集系统、高压电机测试操作系统、实时监控保护系统、工具柜和文件柜。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述宽频信号采集系统包括三组宽频带电压传感器和宽频带电流传感器；

所述宽频带电压传感器的输入端通过铜排与高压电机连接，采集高压电机的电压信号，以及输出端通过光纤接入高压电机测试操作系统；

所述宽频带电流传感器的输入端通过铜排与高压电机连接，采集高压电机的电流信号，以及输出端通过光纤接入高压电机测试操作系统。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述高压电机测试操作系统包括功率分析仪、监控机、上位机和打印机；

所述功率分析仪，接收所述宽频信号采集系统发送的电压信号和电流信号，计算高压电机的输出功率；

所述监控机，用于监测所述高压电机的绕组温度、轴承温度、转速，以及定子绕组的电压波形和电流波形，从而判断高压电机是否正常运行；

所述上位机，采集所述高压电机在不同试验工况下的能效参数，计算高压电机的能效值。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述实时监控保护系统包括设置在车载式移动平台顶部的旋转式红外摄像头和语音喇叭；

所述旋转式红外摄像头，用于监控高压电机的检测环境，将监控图像发送到高压电机测试操作系统的监控机进行显示；

所述语音喇叭，用于车载式移动平台内部的监控人员与高压电机现场的检测人员交流。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中能效参数包括高压电机的空载损耗P₀、铁耗P_Fe、风摩耗P_fw和定子绕组的铜损耗P_cu1，测量所述能效参数包括：

步骤2-1-1：设定高压电机空载电压U₀调整范围为k₁U_N～U_min，所述U_N为高压电机的额定电压，所述U_min为所述高压电机运行电压最小值，所述k₁为电压系数，k₁＞1；

步骤2-1-2：测量所述空载电压U₀由kU_N到U_min变化时的空载电流I₀，并计算空载损耗P₀；

步骤2-1-3：计算铁耗P_Fe、风摩耗P_fw和定子绕组的铜损耗P_cu1。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中能效参数还包括高压电机的转差率s、转子绕组的铜损耗P_cu2和杂散损耗P_s，测量所述能效参数包括：

步骤2-2-1：在高压电机的定子绕组上施加试验电压k₂U_N，所述U_N为高压电机的额定电压，所述k₁为电压系数，k₁≥0.9；

步骤2-2-2：逐步降低所述试验电压k₂U_N，直至定子绕组的电流接近高压电机的额定电流I_N；

步骤2-2-3：测量高压电机的堵转电压U_k、堵转电流I_k和温度，并计算堵转转矩T_k和堵转输入功率P_k，得到堵转电流-堵转电压曲线，以及堵转转矩-堵转电压曲线；

步骤2-2-4：对所述高压电机进行堵转试验，计算所述转差率s、转子绕组的铜损耗P_cu2和杂散损耗P_s。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中计算高压电机的测量不确定度包括：

步骤3-1：用贝塞尔公式计算高压电机的A类评定的标准不确定度分量；

步骤3-2：获取高压电机每个直接测量参数的B类评定的标准不确定度分量；

步骤3-2：将所述A类评定的标准不确定度分量和B类评定的标准不确定分量进行合成计算，得到高压电机整体的合成标准不确定度；

步骤3-4：依据所述合成标准不确定度，计算高压电机能效值的相对扩展不确定度。