一种能减小合闸冲击电流的发电机定子铁心损耗试验装置的制作方法

本发明属于电气设备试验检测装置技术领域，具体涉及一种能减小合闸冲击电流的发电机定子铁心损耗试验装置。

背景技术：

发电机定子铁心是由硅钢片叠装而成，在运行中可能由于电、热、机械振动等原因造成片间绝缘损坏，形成局部过热点，威胁发电机的安全运行。因此需要通过铁心损耗试验来检测和判断铁心的质量。

发电机铁心损耗试验是在发电机定子铁心上分别缠绕试验励磁电缆和测量电缆，分别作为励磁绕组和电压测量绕组。在励磁绕组中通入工频电流，使之在铁心内部产生接近饱和状态的交变磁通。铁心在交变的磁通中产生涡流和磁滞损耗，使铁心发热。对于铁心硅钢片间存在绝缘劣化的部分，将产生较大的局部涡流，温度急剧上升。试验中通过红外测温仪，可监测铁心的局部过热点，同时通过功率表可以直接测量出铁心整体损耗功率。

目前常用的发电机铁心损耗试验方法是将励磁电缆通过真空断路器直接接至厂用6kv母线，在试验开始合断路器时，会产生较大的冲击电流(通常试验电流约为200～300a左右，冲击电流可达试验电流的6到10倍，达到2000a以上)。该冲击电流易造成保护动作，影响厂用6kv母线电压稳定，并产生强大的电磁力造成电缆跳动影响安全。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能减小合闸冲击电流的发电机定子铁心损耗试验装置，解决了现有试验装置产生较大冲击电流的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种能减小合闸冲击电流的发电机定子铁心损耗试验装置，包括分别缠绕在发电机定子铁心上的励磁绕组和测量绕组，励磁绕组通过电缆依次连接有真空断路器和厂用母线，厂用母线和真空断路器之间的电缆上依次连接有电源电压互感器和与真空断路器电连接的控制器，真空断路器和励磁绕组之间的电缆上串联有穿心式电流互感器，穿心式电流互感器的二次侧串联有霍尔电流传感器和功率表的电流端；测量绕组的两端并联有试验电压互感器且连接至其一次侧，试验电压互感器的二次侧并联有电压表且与功率表的电压端并联。

本发明的特点还在于，

真空断路器和励磁绕组之间的电缆上串联有过渡电阻，过渡电阻的两端并联有短接开关，短接开关电连接至控制器。

过渡电阻的阻值为2～200ω。

测量绕组的两端还并联有分组投切式电容器。

分组投切式电容器包括多组并联连接的电容，每组电容均串联有投切开关，分组投切式电容器与测量绕组之间连接有投切总开关，投切总开关和多组投切开关均电连接至控制器。

霍尔电流传感器还电连接至控制器。

厂用母线为厂用6kv母线。

本发明的有益效果是：本发明一种能减小合闸冲击电流的发电机定子铁心损耗试验装置，控制器通过电源电压互感器采集到厂用母线上的线电压uac波形，分析寻找电压过零点，并通过延时配合，控制真空断路器在uac的电压幅值最高点合闸，可最大程度减小冲击电流。此外，本发明还可以在励磁绕组回路中串联过渡电阻以及在测量绕组上并联分组投切式电容器，从而极大的减小冲击电流，并减小电源开关的容量。

附图说明

图1是本发明一种能减小合闸冲击电流的发电机定子铁心损耗试验装置的结构示意图；

图2是本发明一种能减小合闸冲击电流的发电机定子铁心损耗试验装置中控制器控制合闸电压相位角示意图；

图3是本发明一种能减小合闸冲击电流的发电机定子铁心损耗试验装置中等效电容值与等效电感形成谐振状态的示意图；

图4是发明一种能减小合闸冲击电流的发电机定子铁心损耗试验装置中控制器的内部结构示意图。

图中，1.发电机定子铁心，2.励磁绕组，3.测量绕组，4.真空断路器，5.厂用母线，6.电源电压互感器，7.控制器，8.穿心式电流互感器，9.霍尔电流传感器，10.功率表，11.试验电压互感器12.电压表，13.过渡电阻，14.短接开关，15.分组投切式电容器，16.电容，17.投切开关，18.投切总开关。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种能减小合闸冲击电流的发电机定子铁心损耗试验装置，如图1所示，包括分别缠绕在发电机定子铁心1上的励磁绕组2和测量绕组3，励磁绕组2通过电缆依次连接有真空断路器4和6kv厂用母线5，厂用母线5和真空断路器4之间的电缆上依次连接有电源电压互感器6和与真空断路器4电连接的控制器7，真空断路器4和励磁绕组2之间的电缆上串联有穿心式电流互感器8，穿心式电流互感器8的二次侧串联有霍尔电流传感器9和功率表10的电流端，霍尔电流传感器9可选择型号为hsts016l的穿心式钳形霍尔效应电流传感器；测量绕组3的两端并联有试验电压互感器11且连接至其一次侧，试验电压互感器11的二次侧并联有电压表12且与功率表10的电压端并联。功率表10通过试验电压互感器11和穿心式电流互感器8采集的电压和电流，可直接测量出功率p0，设试验电压互感器11的变比为n1，穿心式电流互感器8变比为n2，励磁绕组2匝数为w1，测量绕组3匝数为w2，则发电机定子铁心1实际损耗功率p为：

p＝n1×n2×w1/w2×p0

如图2所示，控制器7通过电源电压互感器6，采集到6kv母线上的线电压uac的波形，分析寻找电压过零点，并通过延时配合(需考虑真空断路器4的合闸时间)，控制真空断路器4在uac的电压幅值最高点，也就是90°相位角合闸。(在不同的电压合闸相位角进行合闸，励磁绕组2中产生的合闸冲击电流会有明显的不同。在不考虑发电机铁心剩磁的情况下，当合闸电压相位角为0°时，产生的冲击电流最大；当合闸电压相位角为90°时，没有冲击电流。当考虑到发电机铁心剩磁的情况下，可根据剩磁大小调整合闸电压相位角，减小冲击电流)。

真空断路器4和励磁绕组2之间的电缆上串联有过渡电阻13，过渡电阻13的阻值为2～200ω，可在合闸过程中极大的减小冲击电流。过渡电阻13的两端并联有短接开关14，短接开关14电连接至控制器7，控制器7在合闸0.5～2s后合上短接开关14，将过渡电阻13短接；也可与分组投切电容15配合，在分组投切电容15投切完成后合上短接开关14，将过渡电阻13短接。

测量绕组3的两端还并联有分组投切式电容器15，如图3所示，当分组投切式电容器15等效电容值与励磁绕组2等效电感形成谐振状态时，其阻抗为无穷大，可极大的减小试验电源开关的输入电流。分组投切式电容器15包括多组并联连接的电容16，每组电容16均串联有投切开关17，分组投切式电容器15与测量绕组3之间连接有投切总开关18，投切总开关18和多组投切开关17均电连接至控制器7。真空断路器4合闸后，控制器7控制投切开关17的投切，使励磁绕组2等效电感和电容值尽量呈现谐振状态，此时试验电流最小，电源开关容量也降至最低。

如图4所示，控制器7的计算和控制采用了stm32f407单片机，并包括：电源模块、ad转换模块、按键输入与显示模块、电阻分压模块，并输出真空断路器分合闸信号、短接开关分合闸信号、投切开关投入信号。

其中电源模块对芯片进行供电。

电阻分压模块对电源电压互感器6的二次电压信号进行分压，再传递给ad转换模块2。分压电阻r1可选择型号为csr-105的标准电阻，阻值为1mω。分压电阻r2可选择型号为csr-104的标准电阻，阻值为100kω。

ad转换模块可选择型号为ad7606的ad转换芯片。ad转换模块1将霍尔电流传感器9传来的信号转换为数字信号，并传递给单片机，对试验电流进行采集和计算。ad转换模块2将电阻分压后的电压信号转换为数字信号，再传递给单片机，对电源线电压uac进行采集和计算。

按键输入与显示模块可让试验人员通过按键输入操作命令(如“开始”“合闸”等命令)，同时可实时动态显示试验电流和电源电压。

控制器7及整个试验的具体工作流程如下：

试验前真空断路器4处于分闸状态，短接开关14处于分闸状态，投切开关17全部处于分闸状态。试验人员通过按键输入，开始试验。霍尔电流传感器9将穿心式电流互感器8二次侧的电流输送至ad转换模块1，转换为数字信号，再输送给单片机，对试验电流进行实时采集和分析。电源电压uac由电源电压互感器6采集，其二次侧电压通过电阻分压后，由ad转换模块2转换为数字信号，再输送给单片机。单片机实时对电压波形进行采集和分析。并通过斜率计算寻找电压波形的过零点时刻。单片机向投切总开关18发出合闸信号，控制投切总开关18合闸。

当试验人员通过按键输入“合闸”命令后，单片机在电压波形的过零点时刻延迟δt(δt需考虑到真空断路器4的合闸时间，需保证合闸时刻为电源电压uac幅值最高点)，然后向真空断路器4发出合闸信号，控制真空断路器4合闸。

在真空断路器4合闸后，单片机向投切开关17发出信号，投入第1组投切开关，并记录试验电流i1，再投入第2组投切开关，记录试验电流i2，以此类推，最终投入第n组投切开关，记录试验电流in。通过比较，选出最小电流im及投切组数m。最终发出信号，投入m组投切开关17，使得试验电流最小。

分组投切电容执行完成后，单片机向短接开关14发出合闸信号，将过渡电阻13短接。

通过上述方式，本发明一种能减小合闸冲击电流的发电机定子铁心损耗试验装置，控制器7通过电源电压互感器6采集到厂用母线5上的线电压uac波形，分析寻找电压过零点，并通过延时配合，控制真空断路器4在uac的电压幅值最高点合闸，可最大程度减小冲击电流。作为本发明的进一步改进，本发明通过在励磁绕组2回路中串联过渡电阻13以及在测量绕组3上并联分组投切式电容器15，从而极大的减小冲击电流，并减小电源开关的容量。