CN108072836A - 一种大型同步电机空载特性惰速测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大型同步电机空载特性惰速测试方法，包括如下步骤：根据历史数据初步确定励磁电流的调节区间，将励磁电流调节区间等分为N个点，每个目标励磁电流维持固定时间，将对应数值输入励磁调节器并修改机组有关保护整定值，将机组启动至允许最高运行转速后退出原动力输入，将励磁调节器修改为电流环控制方式，在机组惰转过程中等步长逐步增磁，测录整个试验过程中的相关电气量波形，对电压波形进行频率折算，若励磁电流无法升至规定值或测量点数无法满足要求，则对机组灭磁，修改时间步长后或增磁步长后重新测量，在各电气量波形全部测录完成并满足要求之后，进一步对测量结果进行去磁折算，最终得到大型同步电机的空载特性曲线。本发明尤其适用于无原动机拖动的大型同步电机，确保了处理后的实测空载特性曲线的正确性和有效性。

Description

一种大型同步电机空载特性惰速测试方法

技术领域

本发明涉及大型电机现场试验技术领域，具体是一种大型同步电机空载特性惰速测试方法。

背景技术

空载特性曲线是大型同步电机(发电机、调相机、电动机)的重要特征参数，可用于计算电机同步电抗、短路比等重要参数，还可用于判断电机铁心的磁化性能在运输、故障或经久运行之后是否发生不可接受的变化。大型同步电机在首台次制造完成之后、发运至现场调试并网之前、大修期间或必要时(如发生过电压、过热等故障)均需开展空载特性曲线测量，判断电机质量是否满足设计要求、铁心性能是否发生明显改变。

目前，在制造厂或工程现场，均依靠原动机将同步电机拖动至额定转速稳定运行，然后将机组修改为他励运行方式，从1.2U_N(额定机端电压)对应的励磁电流开始，逐渐降低至0，测量N个点(通常N＝8-12)，进而绘制电机的空载特性曲线。对于机端自并励方式而言，该测量方法需将励磁回路与机端出口分离，并且需搭接励磁回路临时电源，工作量大；对于无原动机拖动的调相机或电动机而言，难以将机组稳定在额定转速，因此无法使用此方法在现场测量电机的空载特性曲线；而对于机组-变压器的接线方式，现场通常测量机组带变压器的空载特性曲线，与出厂时的电机空载特性曲线存在差别。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种在惰速状态下测量大型同步电机空载特性的方法，无需将机端自并励回路断开修改为他励方式，大幅简化了现场测试条件，同时解决其在现场因不能维持额定转速而无法测量空载特性的问题，而且方法中还考虑了去磁折算与频率折算，确保了处理后的实测空载特性曲线的正确性和有效性，可与机组的出厂试验数据进行直接比较。

一种大型同步电机空载特性惰速测试方法，包括如下步骤：

(1)结合同步电机出厂空载特性试验报告，根据测量要求、机组励磁方式及系统结构选择确定励磁电流的调节区间，将励磁电流调节区间等分为N个点，每个目标励磁电流维持固定时间，励磁电流总调节时间应小于从最高转速惰转至低频保护动作的总时间，将对应数值输入励磁调节器；

(2)修改机组有关保护整定值：具体的，修改机组过压保护和过激磁保护，其中过电压保护值稍大于最大试验机端电压，过激磁保护值稍大于最大试验励磁电流；

(3)将机组启动至一定转速后退出原动力输入，机组惰转，将启动励磁切换至主励磁，将励磁调节器修改为电流环控制方式，在机组惰转过程中等步长逐步增磁，测录整个试验过程中的相关电气量波形；

(4)记录测量过程中的机端电压、定子电流、转速、有功、无功，对电压波形进行频率折算，若励磁电流无法升至规定值或测量点数无法满足要求，则对机组灭磁，修改时间步长后或增磁步长后重新测量；

(5)在各电气量波形全部测录完成并满足要求之后，进一步对测量结果进行去磁折算，去磁折算是指充分考虑励磁回路及与同步电机直接相连的升压变压器的有功及无功损耗，最终得到大型同步电机的空载特性曲线。

进一步的，所述步骤(1)具体为：结合同步电机出厂空载特性试验报告，找出1.2U_N对应的空载励磁电流I_fmax暂定为试验励磁电流的调节上限，其中U_N为机端额定电压，对于他励机组，选取I_fmin＝0A作为试验励磁电流的调节起点，对于机端自并励方式，选取启励电源切换至主励磁后允许的最低电压所对应的励磁电流作为励磁电流的调节起点I_fmin，在[I_fminI_fmax]内等分取N个点，对应励磁电流增磁步长为δI，每个目标励磁电流维持T₀秒，N*T₀应小于从最高转速惰转至低频保护动作的总时间，将对应数值输入励磁调节器。

进一步的，所述步骤(2)中过电压保护值为1.1-1.2倍最大试验机端电压，过激磁保护值为1.1-1.2倍I_fmax。

进一步的，所述步骤(3)中用原动机或变频系统将同步电机拖转至最高允许运行转速，在机组惰转过程中等步长逐步增磁具体为：手动或自动调节励磁调节器，控制励磁电流从I_fmin开始以δI为阶跃增量，逐步上升至I_fmax，每个目标励磁电流值维持T₀秒。

进一步的，所述步骤(4)中对电压波形进行频率折算具体为：将各励磁电流下测量的机端电压U_k进行频率折算得到等效额定转速下的机端电压U_keq：

U_keq＝f_N/f_k*U_k

其中，f_N为同步电机额定运行的电压频率，f_k、U_k分别为实测点的频率及机端电压。

进一步的，所述步骤(4)中若励磁电流无法升至规定值或测量点数无法满足要求，则对机组灭磁，修改时间步长后或增磁步长后重新测量，具体为：

若U_keq＜1.2U_N，低频保护动作，则表示励磁电流无法升至规定值，则需减小各点励磁电流维持时间T₀，或在励磁系统运行的前提下降低低频保护动作限值；

若U_keq≥1.2U_N，k<N，则表示测量点数无法满足要求，需减小励磁电流增磁步长。

进一步的，所述步骤(5)中对测量结果进行去磁折算具体为：考虑励磁回路及与同步电机直接相连的升压变压器的有功及无功损耗，将曲线进行平移，使得平移后曲线直线段部分的延长线经过坐标轴的原点。

从上述内容中可以得知，本发明提到的同步电机空载特性惰速测量方法具有以下显著优点：

(1)采用电流环控制，等步长递增，保证曲线饱和段有更密集的取点，测量曲线拟合更为平滑；

(2)投入过激磁保护，过电压保护，低频保护，可靠性高；

(3)可以从最高运行转速(如采用变频启动、惰走并网的大型调相机，1.05倍转速开始惰转)开始测量，励磁电流增加过程中，转速已逐渐惰转低于额定转速，不存在过电压的风险；

(4)可以在自并励工况下进行，解决了现场改线、接入临时电源工作量大甚至难以实现的问题；

(5)通过去磁折算，充分考虑了励磁回路及升压变压器损耗，保证了测量结果的准确性，使之可直接与出厂试验数据对比；

(6)可采用手动或自动励磁调节方式，易于实现自动化程序包。

附图说明

图1是本发明同步电机惰速空载特性测试方法的流程示意图；

图2是本发明测得的空载特性曲线，其中包含了原始励磁电流-机端电压数据曲线、频率折算后的、频率折算且去磁折算后的以及与之对比的出厂试验测得的空载特性曲线。

具体实施方式

如图1所示，一种同步电机惰速空载特性测试方法，包括如下步骤：

(1)结合同步电机出厂空载特性试验报告，找出1.2U_N(或为其他电压值，其中U_N为机端额定电压)对应的空载励磁电流I_fmax暂定为试验励磁电流的调节上限。对于他励机组，选取I_fmin＝0A作为试验励磁电流的调节起点，对于机端自并励方式，选取启励电源切换至主励磁后允许的最低电压所对应的励磁电流作为励磁电流的调节起点I_fmin。在[I_fmin I_fmax]内等分取N个点，对应励磁电流增磁步长为δI。每个目标励磁电流维持T₀秒，N*T₀应小于从最高转速惰转至低频保护动作的总时间，将对应数值输入励磁调节器；

(2)修改机组过压保护，过电压保护值稍大于最大试验机端电压(如1.1-1.2倍最大试验机端电压)。修改过激磁保护，过激磁保护值稍大于I_fmax(如1.1-1.2倍I_fmax)。

(3)启动机组，用原动机或变频系统将同步电机拖转至最高允许运行转速(如采用变频启动、惰走并网的大型调相机，1.05倍转速开始惰转)，将励磁调节器修改为电流环控制模式。手动或自动调节励磁调节器，控制励磁电流从I_fmin开始以δI为阶跃增量，逐步上升至I_fmax，每个目标励磁电流值维持T₀秒，测录整个试验过程中的相关电气量波形。

(4)记录测量过程中的机端电压、定子电流、转速、有功、无功。将各励磁电流下测量的机端电压U_k进行频率折算得到等效额定转速下的机端电压U_keq，在空载特性曲线测量过程中出现以下几种情况，则需对机组灭磁，修改参数设置，重新测量：

(a)U_keq＜1.2U_N，低频保护动作，则需减小各点励磁电流维持时间T₀，或在励磁系统运行的前提下降低低频保护动作限值；

(b)U_keq≥1.2U_N，k<N，则需减小励磁电流增磁步长。

频率折算简述如下，根据电机学理论，当励磁电流维持不变时，同步电机空载状态下的机端电压与频率(转速)成正比，因此可将实测机端电压U_k等比例折算至额定频率(转速)下的机端电压U_keq。折算公司如下：

U_keq＝f_N/f_k*U_k

其中，f_N为同步电机额定运行的电压频率，f_k、U_k分别为实测点的频率及机端电压。

(5)在对机端电压进行频率折算之后，进一步对测量结果进行去磁折算，去磁折算是指从充分考虑励磁回路及与同步电机直接相连的升压变压器的有功及无功损耗，可参照电机学理论中的同步电机功角特性分析，一种更为简便的折算方法是将曲线进行平移，使得平移后曲线直线段部分的延长线经过坐标轴的原点。图2展示了一种变频启动的大型同步调相机采用本发明测量及处理后的空载特性曲线。

本发明通过设置励磁调节器控制方式及参数，修改保护配置参数，在惰转状态下测量同步电机(含发电机、调相机、电动机)空载特性，可用于在现场测量同步电机的空载特性，该方法特别适用于无原动机驱动的调相机或大型同步电机。本发明提出了保护参数整定方案，保证测量过程中机组不会误跳机，同时还保证了测量数据区间的完整；该方法中还考虑了去磁折算与频率折算，确保了处理后的实测空载特性曲线的正确性和有效性，可与机组的出厂试验数据进行直接比较。

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 (7)

1.一种大型同步电机空载特性惰速测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)结合同步电机出厂空载特性试验报告，根据测量要求、机组励磁方式及系统结构选择确定励磁电流的调节区间，将励磁电流调节区间等分为N个点，每个目标励磁电流维持固定时间，励磁电流总调节时间应小于从最高转速惰转至低频保护动作的总时间，将对应数值输入励磁调节器；

(2)修改机组有关保护整定值：具体的，修改机组过压保护和过激磁保护，其中过电压保护值稍大于最大试验机端电压，过激磁保护值稍大于最大试验励磁电流；

(3)将机组启动至一定转速后退出原动力输入，机组惰转，将启动励磁切换至主励磁，将励磁调节器修改为电流环控制方式，在机组惰转过程中等步长逐步增磁，测录整个试验过程中的相关电气量波形；

(4)记录测量过程中的机端电压、定子电流、转速、有功、无功，对电压波形进行频率折算，若励磁电流无法升至规定值或测量点数无法满足要求，则对机组灭磁，修改时间步长后或增磁步长后重新测量；

(5)在各电气量波形全部测录完成并满足要求之后，进一步对测量结果进行去磁折算，去磁折算是指充分考虑励磁回路及与同步电机直接相连的升压变压器的有功及无功损耗，最终得到大型同步电机的空载特性曲线。

2.如权利要求1所述的大型同步电机空载特性惰速测试方法，其特征在于：所述步骤(1)具体为：结合同步电机出厂空载特性试验报告，找出1.2U_N对应的空载励磁电流I_fmax暂定为试验励磁电流的调节上限，其中U_N为机端额定电压，对于他励机组，选取I_fmin＝0A作为试验励磁电流的调节起点，对于机端自并励方式，选取启励电源切换至主励磁后允许的最低电压所对应的励磁电流作为励磁电流的调节起点I_fmin，在[I_fmin I_fmax]内等分取N个点，对应励磁电流增磁步长为δI，每个目标励磁电流维持T₀秒，N*T₀应小于从最高转速惰转至低频保护动作的总时间，将对应数值输入励磁调节器。

3.如权利要求2所述的大型同步电机空载特性惰速测试方法，其特征在于：所述步骤(2)中过电压保护值为1.1-1.2倍最大试验机端电压，过激磁保护值为1.1-1.2倍I_fmax。

4.如权利要求2所述的大型同步电机空载特性惰速测试方法，其特征在于：所述步骤(3)中用原动机或变频系统将同步电机拖转至最高允许运行转速，在机组惰转过程中等步长逐步增磁具体为：手动或自动调节励磁调节器，控制励磁电流从I_fmin开始以δI为阶跃增量，逐步上升至I_fmax，每个目标励磁电流值维持T₀秒。

5.如权利要求1所述的大型同步电机空载特性惰速测试方法，其特征在于：所述步骤(4)中对电压波形进行频率折算具体为：将各励磁电流下测量的机端电压U_k进行频率折算得到等效额定转速下的机端电压U_keq：

U_keq＝f_N/f_k*U_k

其中，f_N为同步电机额定运行的电压频率，f_k、U_k分别为实测点的频率及机端电压。

6.如权利要求5所述的大型同步电机空载特性惰速测试方法，其特征在于：所述步骤(4)中若励磁电流无法升至规定值或测量点数无法满足要求，则对机组灭磁，修改时间步长后或增磁步长后重新测量。具体为：

若U_keq＜1.2U_N，但是低频保护动作，即表示励磁电流无法升至规定值，则需减小各点励磁电流维持时间T₀，或在满足励磁系统运行条件的前提下降低低频保护动作限值；

若U_keq≥1.2U_N，k<N，则表示测量点数无法满足要求，需减小励磁电流增磁步长。

7.如权利要求5所述的大型同步电机空载特性惰速测试方法，其特征在于：所述步骤(5)中对测量结果进行去磁折算具体为：考虑励磁回路及与同步电机直接相连的升压变压器的有功及无功损耗，将曲线进行平移，使得平移后曲线直线段部分的延长线经过坐标轴的原点。