CN106908724A - 一种大型调相机现场空载特性测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大型调相机现场空载特性测试方法，属于电机试验技术领域。本发明针对大型调相机在现场安装完成后，无法保持额定转速空载状态，导致无法测试电机空载特性的问题，提出了一种在惰转状态下，进行空载特性测试并等效到额定转速下的方法。该方法能有效解决大型调相机空载特性测试问题，检测调相机在运输、安装过程中可能出现的质量问题，对大型调相机的安全、高效、可靠运行具有重要意义。

Description

一种大型调相机现场空载特性测试方法

技术领域

本发明涉及电机现场试验技术领域，具体是一种大型调相机现场空载特性测试方法。

背景技术

高压直流、尤其是特高压直流输电中，无论是整流还是逆变运行，换流器都要消耗大量的无功功率。为保证换流器的安全可靠运行，需保证无功功率的供给，无功功率不足或过剩将直接造成交流电压的不稳定，严重时可能危及整个交、直流系统的安全稳定运行。因此灵活可控、响应快速的动态无功调节手段对特高压直流输电意义重大。

大型调相机作为无功发生装置对提高受端交流电网短路比，提高直流输送极限功率，增强电网强度和灵活性有独特的优势。在交流电网近端出现故障或换流阀发生换相失败电压下降时，大容量调相机可进行强励支撑电压和系统稳定，为故障切除赢得宝贵时间；在直流系统因故障出现闭锁或突然甩有功负荷的情况下，可进入进相运行状态，吸收大量过剩无功，从而抑制系统电压升高；在直流系统稳态正常运行需要调节电压时，可在迟相或进相运行状态为交流电网提供连续可调的动态无功支持。

大型电机空载试验作为现场机组安装完成后，检验机组子运输、安装过程中可能发生的质量问题的重要环节，对确保机组的安全投运具有重要意义。但由于大型调相机是采用变频启动系统将其拖至额定转速，即不像传统火电机组有汽轮机可以维持额定转速下的空载状态，也不可能像在制造厂内采用原动机拖动的方法开展空载特性测试，其增加了机组安装、投运过程的不确定性，不利于在投运前检查机组性能，确保安全启动。

发明内容

针对上述大型调相机在现场开展空载特性测试所存在问题，本发 明提供了一种通过设置自动励磁调节器控制方式，在大型调相机惰转状态下开展空载特性测试的方法，并可将其换算到额定频率下与出厂试验数据进行对比，有效解决了空载特性测试的难题，确保了投运前对机组运输、安装过程中的质量检查的有效性，也为机组投运后的检修及预防性试验提供了切实可行的办法，保障了机组运行维护工作的高效和可靠。

一种大型调相机现场空载特性测试方法，包括如下步骤：

(1)根据调相机制造厂内空载特性试验报告，在0-120％额定端电压下每隔10％取1个点，对应的空载励磁电流值记为(n＝0、1、2……12)，共13个记录点，将对应数值输入自动励磁调节器，设置在空载试验工况下调相机达到额定转速时，自动励磁调节器控制励磁电流从最大值开始匀速下降，最大励磁电流降到0的时间为1min，同时设定在每个记录点下停留3s，作为调相机空载特性试验设定曲线；

(2)将励磁变压器高压侧接入临时电源，将调相机机端电压、励磁电流、励磁电压、频率、转速接入录波仪，设定录波仪为连续波形记录方式，由变频启动装置将调相机拖至105％额定转速，自动励磁调节器将电压升至额定值后启动空载试验方式，启动录波仪开始记录各参数波形，调相机转速降至额定转速时，自动励磁调节器将励磁电流升至预设的励磁电流最大值根据步骤(1)中的设定曲线完成励磁电流调节，直至励磁电流降至0；

(3)断开灭磁开关，停止录波仪记录过程，由电机理论可知 其中U_n为对应记录点的定子电压值，f_n为对应记录点的定子电压频率值，af_n为电机空载特性曲线上的点与原点连线的斜率，根据(2)中的设定，当n＝12时，U_n＝U₁₂，f_n＝f₁₂＝50，可求得此时a的值a₁₂，查调相机型式试验报告中空载特性曲线上电压U₁₂对应的励磁电流可根据式算出型式试验报告中a₁₂＇值，将其与a₁₂比较，如有明显偏差，则应对调相机安装等质 量进行检查，必要时开展其他检查性试验；

选取0-120％各点数据，根据式换算到额定频率f₁₂＝50Hz下的机端电压，并做曲线，即空载特性曲线，如与出厂空载试验结果有明显差异，应对调相机安装等质量进行检查，必要时开展其他检查性试验，式中U_n50为对应测量点频率f_n下的调相机定子电压U_n换算到工频下的电压值。

进一步的，所述步骤(1)具体过程如下：

3-1)试验人员手动断开灭磁开关，停止录波仪记录过程；

3-2)根据电机理论可知，在任意时刻调相机机端电压、机端电压频率、励磁电流有如下关系：

U_n＝4.44f_nNk_w1Φ_n(n＝0、1、2……12)(1)

式中：U_n为调相机定子相电压有效值；

f_n为调相机定子电压频率；

N为调相机定子每相绕组匝数；

k_w1为调相机基波绕组系数；

Φ_n为某时刻通过调相机每极下的磁通量有效值；

n为第n个记录点；

Φ_n可由下式表述：

式中：μ为磁导率；

A为磁通密度通过的有效面积；

l为磁路平均长度；

I_f为产生磁通的激磁电流，即为调相机转子励磁电流；

由(1)(2)式可得：

令a在每个励磁电流水平下为一常量，可推出：

当n＝12时，t＝0，f_n＝f₁₂＝50，根据式(4)和录波仪记录的数据，此时调相机定子电压U_n为U₁₂,励磁电流值为I_f12，可求得a₁₂值。查调相机型式试验报告同等工况下数据可算出a₁₂＇值与试验结果比较，应无明显偏差；

由式(4)可知，当为定值时，调相机定子电压换算到工频下的电压值和某个测量点频率f_n下测得电压值U_n的关系如式(5)：

式中：U_n50为对应测量点频率f_n下的调相机定子电压U_n换算到工频下的电压值；

f₁₂＝50；

3-3)选取0％-120％各点数据，根据式(5)换算到额定频率f₁₂＝50Hz下的机端电压，并做曲线，应与出厂空载试验结果无明显差异。

本发明的有益效果如下：

本发明首先提出了大型调相机现场空载特性测试的流程，其次对测试过程中相关参数的设定提出了方法，最后提出了测试结果经过频率换算与调相机型式试验结果对比的方法，使得该测试方法能够有效测得大型调相机空载特性，并通过与出厂数据的比较，检验设备运输、安装、调试过程中可能出现的质量问题，有利保证设备安全投运。

附图说明

图1是本发明提出的大型调相机现场空载特性测试方法的测试过程示意图；

图2是一种典型350MW电机的空载特性曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明中的测试过程进行清楚、完整地描述。

本发明提供一种大型调相机现场空载特性测试方法，包括如下步骤：

步骤(1)、根据调相机制造厂内空载特性试验报告，在0-120％额定端电压下每隔10％取1个点，对应的空载励磁电流值记为(n＝0、1、2……12)，共13个记录点，将对应数值输入自动励磁调节器，设置在空载试验工况下调相机达到额定转速时，自动励磁调节器控制励磁电流从最大值开始匀速下降，最大励磁电流降到0的时间为1min，同时设定在每个记录点下停留3s，作为调相机空载特性试验设定曲线；

步骤(2)、如图1所示，具体实施时，首先根据所述调相机空载特性试验设定曲线设定自动励磁调节器，将录波装置接入各监测量(例如调相机机端电压、励磁电流、励磁电压、频率、转速)。然后启动自动励磁调节器空载特性测试程序，同时启动录波装置，自动励磁调节器检测调相机定子电压频率是否为工频50Hz，如没有达到则继续等待，如达到则增加励磁电流值到且维持3s。随后，匀速调节励磁电流值到停留3s，根据步骤(1)中的设定曲线完成励磁电流调节，如此继续，直至励磁电流降到0，13个测试工况点记录完成。

步骤(3)、记录完成后断开灭磁开关，停止录波仪记录过程，根据将U_n换算到频率为工频50Hz时的U_n50，可绘出曲线，即额定频率下的空载特性曲线，如图2所示。式中U_n50为对应测量点频率f_n下的调相机定子电压U_n换算到工频下的电压值。

所述步骤(3)具体过程如下：

3-1)试验人员手动断开灭磁开关，停止录波仪记录过程；

3-2)根据电机理论可知，在任意时刻调相机机端电压、机端电压频率、励磁电流有如下关系：

U_n＝4.44f_nNk_w1Φ_n(n＝0、1、2……12)(1)

式中：U_n为调相机定子相电压有效值；

f_n为调相机定子电压频率；

N为调相机定子每相绕组匝数；

k_w1为调相机基波绕组系数；

Φ_n为某时刻通过调相机每极下的磁通量有效值；

n为第n个记录点；

Φ_n可由下式表述：

式中：m为磁导率；

A为磁通密度通过的有效面积；

l为磁路平均长度；

I_f为产生磁通的激磁电流，即为调相机转子励磁电流；

由(1)(2)式可得：

令a在每个励磁电流水平下为一常量，可推出：

当n＝12时，t＝0，f_n＝f₁₂＝50，根据式(4)和录波仪记录的数据，此时调相机定子电压U_n为U₁₂,励磁电流值为I_f12，可求得a₁₂值。查调相机型式试验报告同等工况下数据可算出a₁₂＇值与试验结果比较，应无明显偏差；

由式(4)可知，当为定值时，调相机定子电压换算到工频下 的电压值和某个测量点频率f_n下测得电压值U_n的关系如式(5)：

式中：U_n50为对应测量点频率f_n下的调相机定子电压U_n换算到工频下的电压值；

f₁₂＝50；

3-3)选取0％-120％各点数据，根据式(5)换算到额定频率f₁₂＝50Hz下的机端电压，并做曲线，应与出厂空载试验结果无明显差异。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种大型调相机现场空载特性测试方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)根据调相机制造厂内空载特性试验报告，在0-120％额定端电压下每隔10％取1个点，对应的空载励磁电流值记为(n＝0、1、2……12)，共13个记录点，将对应数值输入自动励磁调节器，设置在空载试验工况下调相机达到额定转速时，自动励磁调节器控制励磁电流从最大值开始匀速下降，最大励磁电流降到0的时间为1min，同时设定在每个记录点下停留3s，作为调相机空载特性试验设定曲线；

(2)将励磁变压器高压侧接入临时电源，将调相机机端电压、励磁电流、励磁电压、频率、转速接入录波仪，设定录波仪为连续波形记录方式，由变频启动装置将调相机拖至105％额定转速，自动励磁调节器将电压升至额定值后启动空载试验方式，启动录波仪开始记录各参数波形，调相机转速降至额定转速时，自动励磁调节器将励磁电流升至预设的励磁电流最大值根据步骤(1)中的设定曲线完成励磁电流调节，直至励磁电流降至0；

(3)断开灭磁开关，停止录波仪记录过程，由电机理论可知其中U_n为对应记录点的定子电压值，f_n为对应记录点的定子电压频率值，af_n为电机空载特性曲线上的点与原点连线的斜率，根据(2)中的设定，当n＝12时，U_n＝U₁₂，f_n＝f₁₂＝50，可求得此时a的值a₁₂，查调相机型式试验报告中空载特性曲线上电压U₁₂对应的励磁电流可根据式算出型式试验报告中a₁₂＇值，将其与a₁₂比较，如有明显偏差，则应对调相机安装等质量进行检查，必要时开展其他检查性试验；

选取0-120％各点数据，根据式换算到额定频率f₁₂＝50Hz下的机端电压，并做曲线，即空载特性曲线，如与出厂空载试验结果有明显差异，应对调相机安装等质量进行检查，必要时开展其他检查性试验，式中为对应测量点频率f_n下的调相机定子电压U_n换算到工频下的电压值。

2.如权利要求1所述的大型调相机启动并网控制方法，其特征在于：所述步骤(3)具体过程如下：

3-1)试验人员手动断开灭磁开关，停止录波仪记录过程；

3-2)根据电机理论可知，在任意时刻调相机机端电压、机端电压频率、励磁电流有如下关系：

U_n＝4.44f_nNk_w1Φ_n(n＝0、1、2……12) (1)

式中：U_n为调相机定子相电压有效值；

f_n为调相机定子电压频率；

N为调相机定子每相绕组匝数；

k_w1为调相机基波绕组系数；

Φ_n为某时刻通过调相机每极下的磁通量有效值；

n为第n个记录点；

Φ_n可由下式表述：

${\mathrm{\Φ}}_n=\frac{N\mathrm{\μ}A}{l}{I}_f---\left(2\right)$

式中：μ为磁导率；

A为磁通密度通过的有效面积；

l为磁路平均长度；

I_f为产生磁通的激磁电流，即为调相机转子励磁电流；由(1)(2)式可得：

$U_n=4.44f_n{\mathrm{Nk}}_{w1}\frac{N\mathrm{\μ}A}{l}{I}_{fn},(n=0,1,\mathrm{2......12})---\left(3\right)$

令a在每个励磁电流水平下为一常量，可推出：

$U_n={\mathrm{af}}_n{I}_{f_n},(n=0,1,\mathrm{2......12})---\left(4\right)$

当n＝12时，t＝0，f_n＝f₁₂＝50，根据式(4)和录波仪记录的数据，此时调相机定子电压U_n为U₁₂,励磁电流值为可求得a₁₂值。查调相机型式试验报告同等工况下数据可算出a₁₂＇值与试验结果比较，应无明显偏差；

由式(4)可知，当为定值时，调相机定子电压换算到工频下的电压值和某个测量点频率f_n下测得电压值U_n的关系如式(5)：

$U_{n50}=\frac{f_{12}{U}_n}{f_n},(n=0,1,\mathrm{2......12})---\left(5\right)$

式中：为对应测量点频率f_n下的调相机定子电压U_n换算到工频下的电压值；

f₁₂＝50；

3-3)选取0％-120％各点数据，根据式(5)换算到额定频率f₁₂＝50Hz下的机端电压，并做曲线，应与出厂空载试验结果无明显差异。