用于在多相同步发电机上执行瞬时短路测试的装置和方法与流程

本发明涉及用于在多相同步发电机上执行瞬时短路测试的装置和方法。

背景技术：

众所周知，所谓的“瞬时短路”测试是一种允许确定多相(尤其是，三相)同步发电机的某些特性参数的测量方法，并且无异议地被识别为高可靠性的。该方法由国际标准(IEC60034和IEEE115)编码，并且允许确定下面的电路参数：

Xd′＝直轴瞬态电抗

Xd″＝直轴子瞬态电抗

Td′＝直轴瞬态时间常数

Td″＝直轴子瞬态时间常数

Ta＝直轴电枢时间常数

这些实验得到的参数是必不可少的，用于确保同步发电机的正确建模以及用于改进设计阶段所使用的计算代码。

三相瞬时短路测试要求转子在激磁电流存在时被设置为额定转速，这样对称三相电压的三组电压存在于发电机的端子。当达到测试条件时，通过闭合专用开关在发电机的端子之间引起瞬时短路。在随着开关闭合的瞬态中，测量定子短路电流、转子激磁电流、以及转子和定子绕组的温度。

为了得到短路，通常采用中压开关，其尺寸以便于承受瞬态过程中的强电流以及电动应力。该开关具有刚性连接到发电机各个定子端的第一端以及通过各个低电感成分分流器彼此连接的第二端，其使得允许测量短路定子电流的瞬态。所探求的电路参数可以从短路定子电流推测。

发电机必须由原动机带动到额定转速。然而，为了避免容易损毁原动机和发电机的扭转瞬间，原动机在短路过程中并不能被供电。因此，执行减速瞬态(descending speed transient)。实际上，原动机将转子带动到比额定转速更高的 转速，然后去掉原动机电源，允许转子靠惯性降速下来。

在转速尽可能地接近于额定转速时执行短路。

闭合开关以执行短路的操作当前是人工执行的，因此是相当不精确的。尤其是，当闭合开关时的转速仅仅大约在额定转速附近并且在发电机的正弦电压上不存在控制。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供一种用于在多相同步发电机上执行瞬时短路测试的装置和方法，其允许克服或者至少减轻上述的缺陷。

根据本发明，所提供的用于在多相同步发电机上执行瞬时短路测试的装置和方法分别如权利要求1和9所限定。

附图说明

现在将参考附图描述本发明，其中附图示出了其非限定性的实施例，其中：

-图1是根据本发明一个实施方式的用于在多相同步发电机的转子上执行瞬时短路测试的装置的简化框图；

-图2是根据本发明一个实施方式的用于在多相同步发电机的转子上执行三相瞬时短路测试的方法的流程图；以及

-图3是示出图1中的装置所使用的参量的曲线图。

具体实施方式

为简便起见，下文中本发明将参考三相发电机的情形进行描述。然而，由于本发明可以有益地应用于任何相数的发电机中，因此其并不认为是限制性的。

参考图1，用于在多相同步发电机的转子上执行三相瞬时短路测试的装置作为整体以参考标记1示出。装置1连接到发电机2上，尤其是三相同步发电机，其转子4机械耦合到原动机3上。发电机2具有连接到开关5上的三个定子端2a，2b，2c以及彼此连接且形成发电机2的星型中心的三个定子端2d，2e，2f。

装置1包括开关5、控制单元7、电压测量级8、电流测量级10、放大器11以及记录设备12。

开关5是常开型的机电中压开关，包括第一端5a，5b，5c、第二端5d，5e，5f，以及由控制单元7操作的致动器15。

第一端5a，5b，5c连接到发电机2的各个定子端2a，2b，2c。这种连接有利地以刚性方式来实现，例如通过铜条(未示出)。第二端5d，5e，5f通过电流测量级10彼此连接。更具体地，电流测量级10包括三个分流器10a，10b，10c，其具有连接到开关5的各第二端5d，5e，5f的第一导电端以及短路且连接到公共参考线16的第二导电端，该公共参考线诸如陆线。实际上，电流测量级10包括用于发电机2的每相的各个分流器。分流器10a，10b，10c的测量端连接到放大器11的每个输入端，其输出端连接到记录设备12上。

致动器15由控制单元7控制，如下文所示，通过各个闭合部件17a，17b，17c选择性地打开和闭合第一端5a，5b，5c和第二端5d，5e，5f的端子对之间的电触头。

控制单元包括获取模块18、处理模块20和控制模块21。

获取模块18通过变压器8耦合到发电机2的定子端2a，2b，2c上，从而接收分别表示定子端2a，2b，2c上呈现的输出电压V_R，V_S，V_T的电信号V_R′，V_S′，V_T′。

所获取的输出电压V_R，V_S，V_T的值提供给处理模块20，并且用于监测测试条件并执行定子端2a，2b，2c的短路。

尤其是，当当前转速等于参考速度(例如，发电机2的转子4的额定转速)时，处理模块20被配置为从监测电压，例如关联电压V_R-V_S，来确定发电机2的转速，用于使得开关5以与监测电压或者输出电压V_R，V_S，V_T中的一个同步的方式来进行闭合。

处理模块20进一步具有用于从人工控制设备22接收开始测试控制以及从人工使能设备23接收使能控制的输入端。例如，为了安全的原因，人工控制设备22和人工使能设备23可分别包括由操作者操作的按钮或者将要同时操作的多个按钮。结构接口24连接到处理模块20的其他输入端上，并且允许设置测试参数(例如，开关5的类型，发电机2的额定速度)。

开关5的闭合和打开通过由处理模块20提供给控制设备21的控制信号S_C来获得，其依次作用在致动器15上。在一个实施方式中，控制设备21是继电器，其响应控制信号S_C进行闭合，从而将致动器15的端子连接到供电电源25上。当给致动器15供电时，闭合部件17a，17b，17c闭合第一端5a，5b， 5c和第二端5d，5e，5f之间的电触头，使得发电机2的定子端2a，2b，2c短路；当控制设备21从致动器15的端子去掉电源时，开关5打开，并且中断了发电机2的定子端2a，2b，2c之间的短路。

装置1如下面参考图2所述的进行操作。

通过原动机3将发电机2初步地带到大于参考转速Ω_REF的当前转速Ω_C(框100)。原动机3然后停止，并且在发电机2的转子4的减速瞬态期间执行三相瞬时短路测试程序(框105)。在这步中，发电机2的转子4接收激磁电流I_e。

由操作者启动人工控制设备22而开始该测试程序(框110)。

控制模块20开始接收由获取模块18获取的输出电压V_R，V_S，V_T的值，并且确定测试电压V_TEST，诸如关联电压V_R-V_S(框115)。

处理模块20继续获取测试电压V_TEST的值并且等待，直到人工使能设备23保持不激活为止(框120，否)。

当人工使能设备23启动为提供使能命令(框120，是)，处理模块20计算测试电压V_TEST的当前振荡频率f_C(框125)，将其与参考频率f_REF，例如50Hz或者60Hz，进行比较(框130)。因此，实际上，处理模块20检测发电机2的转子4的当前转速Ω_C是否对应于参考速度Ω_REF。

处理单元继续获取测试电压V_TEST新的值(框135)并且更新其当前频率f_C的值(框125)，直到测试电压V_TEST的当前频率f_C保持高于参考频率f_REF为止(框130，否)。

当当前频率f_C等于频率f_REF(框130，是)时，处理模块20检测测试电压V_TEST是否为零(框140)，并且继续获取测试电压V_TEST新的值(框140，否；框145)，直到检测到测试电压V_TEST的第一个过零点为止(框140，是)。

在这点(框150)，处理模块20产生同步化的控制信号S_C，以便开关5的闭合与测试电压V_TEST的第一个(正或者负)峰值一致，如图3所示。实际上，控制信号SC的产生相对于测试电压V_TEST的第一个峰值具有一个提前量τ。提前量τ考虑控制链(即，处理模块20的响应时间、控制设备21的执行时间、开关5的闭合时间)的延时，可实验地确定。其中通过控制信号S_C必须被给出的用于闭合开关5的控制的瞬时t*计算如下：

$t*=t_0+\frac{1}{4f_C}-\mathrm{\τ}$

其中t₀是在处理模块20已经识别出f_C＝f_REF情形之后测试电压V_TEST为零的第一个瞬时。注意，测试电压V_TEST的第一个峰值可以是正的，也可以是负的。

然后开关5在发电机2的转子4的当前转速Ω_C等于参考转速Ω_REF且输出电压V_R，V_S，V_T中的一个电压具有正的或者负的峰值时精确闭合。

同时，记录设备12记录瞬态短路电流I_R，I_S，I_T，其可通过分流器10a，10b，10c进行测量(框155)。

控制信号S_C具有期间Δt，其后开关5打开，去除短路状态(框160)。

然后，处理记录设备12所收集的数据，以确定发电机2的电路参数(框165)。

所述设备有利地是可以在最佳的重复条件下执行突然的短路测试，这些同样与测试电压下的转速以及开关闭合的同步化有关。因此克服了人工执行短路时的内在变化，因此，电路参数的测量呈现出整体更精确和可靠。

最后，显而易见的是可对所述的设备和方法进行改变和变化，而不脱离本发明的范围，如所附权利要求限定的那样。

如上面已经提及的，尤其是，本发明可以有利地应用于任何相数的发电机上，例如，但不排除，四相或五相。在这些情况下，开关具有与发电机相数相同的多个第一端和第二端。每个第一端连接到发电机的各个定子端。开关未使用的定子端(即，总数的一半)彼此连接，以形成该多相发电机的星型中心。

同样，电流测量模块包括用于发电机的每相的各个分流器。该分流器具有连接到开关的各个第二端的第一导电端以及短路的第二导电端。该分流器的测量端连接到用于记录的放大器的各个输入端。

因此，开关的闭合使得发电机的定子端之间短路，并且所产生的瞬态电流因此通过电流测量模块进行测量，确切地说和上面详细描述的三相发电机的情形一样。