CN113203926A - 相间搭接引水管的水内冷发电机直流耐压试验仪及方法 - Google Patents

Abstract

相间搭接引水管的水内冷发电机直流耐压试验仪及方法，包括控制及信号处理箱、高压发生装置和信号采集箱，控制及信号处理箱接收电源并控制高压发生装置产生设定高压，高压发生装置通过测量端子将电流数值反馈至控制及信号处理箱，该测试仪通过屏蔽法，屏蔽掉进出汇水管、非加压相跨接引水管及相间泄漏电流，对其进行分别测量，然后通过纯水电导率及引水管参数计算出引水管所通过纯水电导电流，同时使用柔性钳形电流表对其计算值进行校准，得出相间搭接引水管真实电导电流，然后使用相间屏蔽总电流减去该部分电流得出实际相间泄漏电流值，从而真正意义上实现了对相间有搭接引水管的水冷发电机进行直流耐压及泄露电流试验的目的。

Description

相间搭接引水管的水内冷发电机直流耐压试验仪及方法

技术领域

本发明涉及发电机检测设备领域，具体涉及一种相间搭接引水管的水内冷发电机直流耐压试验仪及方法。

背景技术

目前，发电机定子绕组直流泄露和耐压试验是检测发电机绝缘状态、保证机组安全稳定运行的重要手段，两者虽然方法相同，但前者主要考核绝缘耐受强度，后者主要检查绝缘状态。特别是该试验项目对检查发电机绕组绝缘端部绝缘缺陷，与交流耐压相比有着无可比拟的优势。

常规发电机一般都用直流耐压试验设备测试机组的耐受电压及泄露电流。对于水内冷发电机因机组通纯水，纯水相对电流比较低，一般使用专用水内冷发电机直流泄漏仪进行测试。该试验仪器采用屏蔽法，使汇水管电流通过专用屏蔽端子的被屏蔽的方式进行测试。对于某电厂水冷发电机因相间搭接有纯水管，搭接纯水管在耐压过程泄露电流比较大，使用常规试验仪器无法屏蔽掉该部分电流，导致试验仪器量程严重超标，在电压没有加到试验电压时，仪器保护已启动，无法进行试验。同时就算增大量程，数据精度会误会很大，同时测试结果中无法剔除该纯水泄露电流，无法判断机组线棒的绝缘状况是否良好，致整个试验无法进行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种有相间搭接引水管的水内冷发电机直流耐压试验仪及方法，仪器在屏蔽法的基础上，把非加压相泄露电流完全屏蔽掉，但该试验方法只能测试相对地的绝缘情况，无法测试相间绝缘情况，因此仪器在该基础上加入相间电流测量表计，同时使用高精度柔性钳形电流表测试单根引水管电流，并使用该值与理论计算搭接引水管纯水泄露电流值进行校核，确定最终的实际试验过程纯水电导率，以该值为标准，进行程序数学计算，从而保证数据准确性。该方法能有效剔除掉相间搭接引水管电流，保证了尽可能小的仪器测试容量基础上，测试出实际相间及相对地泄漏电流大小，从而方便的解决了相间搭接引水管的发电机不能进行直流耐压及泄漏试验的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

相间搭接引水管的水内冷发电机直流耐压试验仪，包括控制及信号处理箱、高压发生装置和信号采集箱，控制及信号处理箱接收电源并控制高压发生装置产生设定高压，高压发生装置通过测量端子将电流数值反馈至控制及信号处理箱，高压发生装置的屏蔽端与汇水管、信号采集箱电连接，高压发生装置的高压输出端与加压相的定子绕组电连接，信号采集箱通过第一非加压相连接电缆和第二非加压相连接电缆与其余两相非加压相的定子绕组连接，第一非加压相连接电缆和第二非加压相连接电缆端部设有钳形电流计，非加压相定子绕组穿过钳形电流计，信号采集箱上单根搭接引水管连接电缆与单根搭接引水管连接，第一非加压相连接电缆、第二非加压相连接电缆和单根搭接引水管连接电缆与信号采集箱内电流测量单元连接，信号采集箱将测量的各项电流值发送至控制及信号处理箱，控制及信号处理箱通过测量的单根搭接引水管的泄漏电流计算出搭接引水管的总泄漏电流，再结合测量的各相间的绝缘泄漏电流计算出加压相的总泄漏电流。

上述的信号采集箱与加压相的定子绕组的接地电阻电连接，接地电阻为铁芯接地形成的回路电阻，采集加压相对地泄漏电流并将数值发送至控制及信号处理箱。

上述的汇水管屏蔽连接处设有纯水极化电势补偿电路。

上述的控制及信号处理箱与电脑通讯连接。

上述的单根搭接引水管连接电缆通过钳形电流表与单根搭接引水管电连接，钳形电流表测量单根搭接引水管泄漏电流并将数值发送至控制及信号处理箱。

上述的控制及信号处理箱内设有中频倍压控制电路和数据处理单元，中频倍压控制电路内设有PWM脉宽调制电路，PWM脉宽调制电路输出信号控制高压发生装置的IGBT器件，产生设定的高压，数据处理单元接收高压发生装置和信号采集箱测量的电压电流模拟信号并转化为数字信号，并将数字信号传输至电脑。

使用上述相间搭接引水管的水内冷发电机直流耐压试验仪的耐压试验方法，A相试验的具体步骤为：

步骤一、控制及信号处理箱控制高压发生装置高压端升压达到设定试验高压，信号采集箱通过第一非加压相连接电缆、第二非加压相连接电缆和单根搭接引水管连接电缆连接的电流测量单元采集到电压U下A与C相泄漏电流值I₁、A与B相泄漏电流值I₂、A与B相间单根搭接引水管泄漏电流测量值I₃和A相对地泄漏电流值I₄，并将测量数值传送至电脑；

步骤二、电脑对测量的电流数值进行计算，A、C相间绝缘泄漏电流值为:

I_AC＝I₁-NI₃

A、B相间绝缘泄漏电流为：

I_AB＝I₂-MI₃

其中，N、M分别为A、C相间搭接引水管和A、B相间搭接引水管的总数，由上得到A相总泄漏电流为：

I_A＝I_AB+I_AC+I₄。

上述的A与B相间单根搭接引水管泄漏电流测量值I₃试验时与计算的理论值I′进行比较，当I₃和I′未超出设定范围时，使用I′作为A与B相间单根搭接引水管泄漏电流测量值，则此时A、C相间绝缘泄漏电流值为:

I_AC＝I₁-NI′

A、B相间绝缘泄漏电流为：

I_AB＝I₂-MI′

其中，N、M分别为A、B相间搭接引水管和A、C相间搭接引水管的总数，由上得到A相总泄漏电流为：

I_A＝I_AB+I_AC+I₄＝I₁+I₂+I₄-NI′-MI′

当I₃和I′进行差值比较超出设定范围时，对此时测量的单根搭接引水管纯水电阻率进行检查，确认无误差时，使用I₃作为A与B相间单根搭接引水管泄漏电流测量值，如果有误差，则再次设定实际纯水电阻率，重新计算确定。

上述的单根测量搭接引水管泄漏电流理论值I′计算方法为：

对引水管的纯水电导率进行测定，记为σ，查阅相间单根搭接引水管的长度L，纯水管内半径为r，将参数输入到电脑，计算出单根搭接引水管的等值电阻为：

在设定的试验高压U下，单根搭接引水管的理论泄漏电流值为：

本发明提供的一种相间搭接引水管的水内冷发电机直流耐压试验仪及方法，该测试仪通过屏蔽法，屏蔽掉进出汇水管、非加压相跨接引水管及相间泄露电流，同时对其进行分别测量，然后通过纯水电导率及引水管长度、半径参数计算出引水管在该试验电压下所通过的纯水电导电流，同时使用柔性钳形电流表测试值与计算值进行校准，得出相间搭接引水管真实电导电流，然后使用相间屏蔽总电流减去该部分电流得出实际相间泄漏电流值，从而真正意义上实现了通过非加压相屏蔽的方法对相间有搭接引水管的水冷发电机进行直流耐压及泄露电流试验的目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的装置连接结构示意图；

图2为本发明直流耐压试验仪的电路原理图；

图3为A相加压的等效电路图；

图4为高压发生装置的控制原理图；

图5为电脑内耐压试验软件程序图。

其中：控制及信号处理箱1、高压发生装置2、信号采集箱3、汇水管4、定子绕组5、电脑6、第一非加压相连接电缆7、第二非加压相连接电缆8、单根搭接引水管连接电缆9、纯水极化电势补偿电路10、汇水管进出口引水管等值电阻R、A与C相之间等值绝缘电阻R1、A与B相之间等值绝缘电阻R2、A与B相之间搭接引水管等值总电阻R3、A与C相之间搭接引水管等值总电阻R4、A与B相之间单根搭接测量引水管等值电阻R5、A相对地等值电阻R6、A与C相泄漏电流值I₁、A与B相泄漏电流值I₂、A与B相间单根搭接引水管泄漏电流测量值I₃、A相对地泄漏电流值I₄、进出汇水管泄漏电流值I₅、总屏蔽电流I₆、总泄漏电流值I₇。

具体实施方式

以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。

如图1-5中所示，相间搭接引水管的水内冷发电机直流耐压试验仪，包括控制及信号处理箱1、高压发生装置2和信号采集箱3，控制及信号处理箱1接收电源并控制高压发生装置2产生设定高压，高压发生装置2通过测量端子将电流数值反馈至控制及信号处理箱1，高压发生装置2的屏蔽端与汇水管4、信号采集箱3电连接，高压发生装置2的高压输出端与加压相的定子绕组5电连接，信号采集箱3通过第一非加压相连接电缆7和第二非加压相连接电缆8与其余两相非加压相的定子绕组5连接，第一非加压相连接电缆7和第二非加压相连接电缆8端部设有钳形电流计，非加压相定子绕组穿过钳形电流计，信号采集箱3上单根搭接引水管连接电缆9与单根搭接引水管连接，第一非加压相连接电缆7、第二非加压相连接电缆8和单根搭接引水管连接电缆9与信号采集箱3内电流测量单元连接，信号采集箱3将测量的各项电流值发送至控制及信号处理箱1，控制及信号处理箱1通过测量的单根搭接引水管的泄漏电流计算出搭接引水管的总泄漏电流，再结合测量的各相间的绝缘泄漏电流计算出加压相的总泄漏电流。

电脑6内的数据计算软件及数据校正***，该程序采用Microsoft Visual studio2008C#和Microsoft Office 2008开发，界面上有保护电压设置，保护电流设置，同时还有引水管的内径、长度、纯水电导率及纯水管数量参数设置，内部有单位长度纯水电阻计算公式，只需输入纯水管的长度、内径及纯水电导率即可自动计算出纯水的电阻；该方式对正常计算无误差或者短时间内完成测试的发电机，通过电压与电阻的比值，可自动计算出电流大小因该试验为直流试验，不存在容声效应，整个加压相线棒不存在电压不等的情况，即测试电压值为线棒电压；一般进行该项试验发电机纯水***不会停止，而纯水的电导率会一直下降，为了保证数据的真实准确，防止由于其他情况出现数据误差，本试验仪器中还设置了高精度柔性钳形电流表，该表计在试验过程中接入一根跨接引水管上，在试验初对计算值进行校准，为保证安全，在确认纯水实际电导率的过程中，试验设备加压值为5kV电压在低电压等级下，可保证测试的安全，时间短，对被试设备无损伤，同时5kV电压下其纯水电流完全可以检测出来，同时值也比较小，有利于钳形电流表的选择及精度的提高，测试仪器内部程序设置该引水管的测试值与计算值标准为5μA，如果测试值与计算值的误差不大于5μA，以计算值为准某机组正常引水管的纯水在最高试验电压40kV下，泄漏电流值大概在500μA左右，相间有6根搭接引水管，每根引水管在最高电压压泄漏电流值大概有125μA左右，在5kV电压下，只有其电流的1/8，因此相差5μA完全可以确定计算值与测试值无误差，也可减少钳形电流表的量程，节约费用，如果在测试过程中钳形表的测试值和计算值误差如果达到5微安，仪器自动提示，需要人工辅助帮助。首先看纯水参数是否与初始值有误，如果是调节纯水参数，如果无故障，可更换其他搭接引水管再次进行测试，如果还是误差超差，可能是纯水极化等影响，可依据测试值为准。

上述高压发生装置2采用串级整流电路，实现高电压输出。该仪器容量有限制，要求纯水电导率不超过0.5μs/cm，如果超出所需设备的容量需要太大，倍压筒的体积太大不适合现场应用。在该电导率下，单根搭接引水管在最大试验电压下引水管电流不会超过1毫安，这样也可保证钳形电流表在小量程下的测量精度。

上述的信号采集箱3，主要有非加压相电流信号和钳形电流表电流信号采集，因非加压相试验过程如果回路开路会带入高电压，因此该电路的试验输入线都为耐高压加压线，与仪器箱相连，同时也方便在试验过程倒线，该加压线使用硅胶高压线，端部使用裸露金属0.5米的地线与其连接，方便与发电机定子端部连接，所连接的地线头使用焊锡固定防止其散落开。非加压相的两项电流经测量之后，在该设备内部短接后与倍压筒屏蔽端子相连，连接线同为耐受高压试验线。因测试用电子电流表精度选择电流表量程为5mA，精度为1μA电流表，保证测试精度。

如图3中所示，上述的信号采集箱3与加压相的定子绕组5的A相对地等值电阻R6电连接，接地电阻R6为铁芯接地形成的回路电阻，采集A相对地泄漏电流值I₄并将数值发送至控制及信号处理箱1。

如图2中所示，上述的汇水管4屏蔽连接处设有纯水极化电势补偿电路10。

如图1中所示，上述的控制及信号处理箱1与电脑6通讯连接。

上述的单根搭接引水管连接电缆9通过钳形电流表与单根搭接引水管电连接，钳形电流表测量单根搭接引水管泄漏电流并将数值发送至控制及信号处理箱1。

上述的控制及信号处理箱1内设有中频倍压控制电路和数据处理单元，如图4中所示，中频倍压控制电路内设有PWM脉宽调制电路，PWM脉宽调制电路输出信号控制高压发生装置2的IGBT器件，控制倍压筒输出电压大小，产生设定的高压，同时内部有测量控制和保护设置，其最大保护输出电压为80kv，输出电流为200mA，测试电流最大保护为2000μA，数据处理单元接收高压发生装置2和信号采集箱3测量的电压电流模拟信号并转化为数字信号，并将数字信号传输至电脑6。

如图3中所示，使用上述相间搭接引水管的水内冷发电机直流耐压试验仪的耐压试验方法，A相试验的具体步骤为：

步骤一、控制及信号处理箱1控制高压发生装置2高压端升压达到设定试验高压，信号采集箱3通过第一非加压相连接电缆7、第二非加压相连接电缆8和单根搭接引水管连接电缆9连接的电流测量单元采集到电压U下A与C相泄漏电流值I₁、A与B相泄漏电流值I₂、A与B相间单根搭接引水管泄漏电流测量值I₃和A相对地泄漏电流值I₄，并将测量数值传送至电脑6；

上述测量的A与C相泄漏电流值I₁包含相间泄漏电流

步骤二、电脑6对测量的电流数值进行计算，A与C相泄漏电流值I₁内包含了A与C相定子绕组之间的搭接引水管的泄漏电流值，故A、C相间绝缘泄漏电流值为:

I_AC＝I₁-NI₃

A与B相泄漏电流值I₂内包含了A与B相定子绕组之间的搭接水管的泄漏电流值，故A、B相间绝缘泄漏电流为：

I_AB＝I₂-MI₃

其中，N、M分别为A、C相间搭接引水管和A、B相间搭接引水管的总数，由上得到A相总泄漏电流为：

I_A＝I_AB+I_AC+I₄。

上述的A与B相间单根搭接引水管泄漏电流测量值I₃试验时与计算的理论值I′进行比较，当I₃和I′未超出设定范围时，使用I′作为A与B相间单根搭接引水管泄漏电流测量值，则此时A、C相间绝缘泄漏电流值为:

I_AC＝I₁-NI′

A、B相间绝缘泄漏电流为：

I_AB＝I₂-MI′

其中，N、M分别为A、C相间搭接引水管和A、B相间搭接引水管的总数，由上得到A相总泄漏电流为：

I_A＝I_AB+I_AC+I₄＝I₁+I₂+I₄-NI′-MI′

当I₃和I′进行差值比较超出设定范围时，对此时测量的单根搭接引水管纯水电阻率进行检查，确认无误差时，使用I₃作为A与B相间单根搭接引水管泄漏电流测量值，如果有误差，则再次设定实际纯水电阻率，重新计算确定。

上述的单根测量搭接引水管泄漏电流理论值I′计算方法为：

对引水管的纯水电导率进行测定，记为σ，查阅或测量相间单根搭接引水管的长度L，纯水管内半径为r，将参数输入到电脑6，计算出单根搭接引水管的等值电阻为：

在设定的试验高压U下，单根搭接引水管的理论泄漏电流值为：

Claims (9)

1.相间搭接引水管的水内冷发电机直流耐压试验仪，其特征在于，包括控制及信号处理箱(1)、高压发生装置(2)和信号采集箱(3)，控制及信号处理箱(1)接收电源并控制高压发生装置(2)产生设定高压，高压发生装置(2)通过测量端子将电流数值反馈至控制及信号处理箱(1)，高压发生装置(2)的屏蔽端与汇水管(4)、信号采集箱(3)电连接，高压发生装置(2)的高压输出端与加压相的定子绕组(5)电连接，信号采集箱(3)通过第一非加压相连接电缆(7)和第二非加压相连接电缆(8)与其余两相非加压相的定子绕组(5)连接，第一非加压相连接电缆(7)和第二非加压相连接电缆(8)端部设有钳形电流计，非加压相定子绕组穿过钳形电流计，信号采集箱(3)上单根搭接引水管连接电缆(9)与单根搭接引水管连接，第一非加压相连接电缆(7)、第二非加压相连接电缆(8)和单根搭接引水管连接电缆(9)与信号采集箱(3)内电流测量单元连接，信号采集箱(3)将测量的各项电流值发送至控制及信号处理箱(1)，控制及信号处理箱(1)通过测量的单根搭接引水管的泄漏电流计算出搭接引水管的总泄漏电流，再结合测量的各相间的绝缘泄漏电流计算出加压相的总泄漏电流。

2.根据权利要求1所述的相间搭接引水管的水内冷发电机直流耐压试验仪，其特征在于，所述的信号采集箱(3)与加压相的定子绕组(5)的接地电阻电连接，接地电阻为铁芯接地形成的回路电阻，采集加压相对地泄漏电流并将数值发送至控制及信号处理箱(1)。

3.根据权利要求2所述的相间搭接引水管的水内冷发电机直流耐压试验仪，其特征在于，所述的汇水管(4)屏蔽连接处设有纯水极化电势补偿电路(10)。

4.根据权利要求3所述的相间搭接引水管的水内冷发电机直流耐压试验仪，其特征在于，所述的控制及信号处理箱(1)与电脑(6)通讯连接。

5.根据权利要求1所述的相间搭接引水管的水内冷发电机直流耐压试验仪，其特征在于，所述的单根搭接引水管连接电缆(9)通过钳形电流表与单根搭接引水管电连接，钳形电流表测量单根搭接引水管泄漏电流并将数值发送至控制及信号处理箱(1)。

6.根据权利要求4所述的相间搭接引水管的水内冷发电机直流耐压试验仪，其特征在于，所述的控制及信号处理箱(1)内设有中频倍压控制电路和数据处理单元，中频倍压控制电路内设有PWM脉宽调制电路，PWM脉宽调制电路输出信号控制高压发生装置(2)的IGBT器件，产生设定的高压，数据处理单元接收高压发生装置(2)和信号采集箱(3)测量的电压电流模拟信号并转化为数字信号，并将数字信号传输至电脑(6)。

7.使用上述权利要求6所述的相间搭接引水管的水内冷发电机直流耐压试验仪的耐压试验方法，其特征在于，A相试验的具体步骤为：

步骤一、控制及信号处理箱(1)控制高压发生装置(2)高压端升压达到设定试验高压，信号采集箱(3)通过第一非加压相连接电缆(7)、第二非加压相连接电缆(8)和单根搭接引水管连接电缆(9)连接的电流测量单元采集到试验电压U下A与C相泄漏电流值I₁、A与B相泄漏电流值I₂、A与B相间单根搭接引水管泄漏电流测量值I₃和A相对地泄漏电流值I₄，并将测量数值传送至电脑(6)；

步骤二、电脑(6)对测量的电流数值进行计算，A、C相间绝缘泄漏电流值为:

I_AC＝I₁-NI₃

A、B相间绝缘泄漏电流为：

I_AB＝I₂-MI₃

其中，N、M分别为A、C相间搭接引水管和A、B相间搭接引水管的总数，由上得到A相总泄漏电流为：

I_A＝I_AB+I_AC+I₄。

8.根据权利要求7所述的有相间搭接引水管的水内冷发电机直流耐压试验方法，其特征在于，所述的A与B相间单根搭接引水管泄漏电流测量值I₃试验时与计算的理论值I′进行比较，当I₃和I′未超出设定范围时，使用I′作为A与B相间单根搭接引水管泄漏电流测量值，则此时A、C相间绝缘泄漏电流值为:

I_AC＝I₁-NI′

A、B相间绝缘泄漏电流为：

I_AB＝I₂-MI′

其中，N、M分别为A、C相间搭接引水管和A、B相间搭接引水管的总数，由上得到A相总泄漏电流为：

I_A＝I_AB+I_AC+I₄＝I₁+I₂+I₄-NI′-MI′

当I₃和I′进行差值比较超出设定范围时，对此时测量的单根搭接引水管纯水电阻率进行检查，确认无误差时，使用I₃作为A与B相间单根搭接引水管泄漏电流测量值，如果有误差，则再次设定实际纯水电阻率，重新计算确定。

9.根据权利要求8所述的有相间搭接引水管的水内冷发电机直流耐压试验方法，其特征在于，所述的单根测量搭接引水管泄漏电流理论值I′计算方法为：

对引水管的纯水电导率进行测定，记为σ，查阅相间单根搭接引水管的长度L，纯水管内半径为r，将参数输入到电脑(6)，计算出单根搭接引水管的等值电阻为：

在设定的试验高压U下，单根搭接引水管的理论泄漏电流值为：

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