一种大型调相机‑变压器组现场稳态短路特性测试方法与流程

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-变压器组现场稳态短路特性测试方法。

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-变压器组稳态短路试验作为现场机组安装完成后，检验电机在运输、安装过程中可能发生的质量问题的重要环节，同时为电机投运后的运维检修提供基础数据，对确保机组的安全具有重要意义。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，既不像传统火电机组有汽轮机可以维持额定转速下的稳态短路状态，也不可能像在制造厂内采用原动机拖动的方法开展稳态短路特性测试，增加了机组安装、投运过程的不确定性，不利于在运维检修时检查机组性能，确保安全启动。

技术实现要素：

针对上述大型调相机-变压器组在现场开展稳态短路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，主变压器开关预设短路点，在大型调相机惰转状态下开展调相机-变压器组稳态短路特性测试的方法，有效解决了现场稳态短路特性测试的难题，确保了新机投运前对电机运输、安装过程中质量检查的有效性，也为机组投运后的运维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。

本发明采用如下技术方案：

一种大型调相机-变压器组现场稳态短路特性测试方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)用短路装置将调相机升压变压器高压侧断路器短路，在控制系统中解除断路器相邻隔离开关的连锁保护，在励磁变压器高压侧将封闭母线断开，从厂用电源接临时电缆至励磁变高压侧；

(2)根据调相机制造厂内稳态短路特性试验报告，查稳态短路时励磁电流值，从0到100％额定定子电流，每隔10％额定定子电流取1个对应励磁电流值，定子电流为0，0.1in，0.2in……in，与其对应的稳态短路励磁电流为if1，if2......if11,共11个记录点，将对应稳态短路励磁电流if1，if2......if11数值输入自动励磁调节器，设置在短路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小值开始匀速上升至最大值，同时设定在每个记录点下停留3s，到达最大励磁电流if11后，停留3s，随后将励磁电流降到0，相机定子电流、励磁电流、励磁电压、频率、转速接入高精度录波装置，设定录波装置为连续波形记录方式；

(3)由变频启动装置将调相机拖至105％额定转速，断开灭磁开关后，合上主变压器高压侧短路开关，启动录波装置开始记录各参数波形,相机转速降至额定转速时，合上灭磁开关，自动励磁调节器将励磁电流从最小值开始，根据预设曲线升至设定的励磁电流最大值，随后调降励磁电流至0；

(4)断开灭磁开关，断开主变压器高压侧开关，停止录波装置记录过程，由调相机定子电流和励磁电流in-if关系做出调相机-变压器组现场稳态短路特性曲线。

进一步的，每次检修后测得的稳态短路特性曲线与新机投运时测得的曲线做比较，如偏差在测量允许范围内则认为合格，如出现较大偏差则应采用其他试验方法检查机组状态。

进一步的，步骤(1)中短路装置为路铜排、短接线或地刀。

进一步的，步骤(1)中短路点设在断路器靠近网侧，短路装置的通流量满足1.2倍额定电流的要求，短路点与电网间应有明显断开点。

本发明首先提出了大型调相机现场稳态短路特性测试的流程，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与恒定频率时稳态短路试验结果的可比性，使得该测试方法能够有效测得大型调相机-变压器组稳态短路特性，有利保证设备在运输、安装和检修前后的质量，保障机组的安全运行。

附图说明

图1是本发明提出的大型调相机-变压器组稳态短路特性测试方法的流程示意图；

图2是一种典型350mw电机-变压器组的稳态短路特性曲线。

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-变压器组现场稳态短路特性测试方法，包括如下步骤：

(1)用短路装置将调相机升压变压器高压侧断路器短路，在控制系统中解除断路器相邻隔离开关的连锁保护，在励磁变压器高压侧将封闭母线断开，从厂用电源接临时电缆至励磁变高压侧。短路点设在断路器靠近网侧，短路装置(例如短路铜排、短接线或地刀)的通流量应满足1.2倍额定电流的要求，短路点与电网间应有明显断开点。解除断路器相邻隔离开关的连锁保护可确保在断路器靠网侧隔离开关断开的情况下，断路器可进行合闸操作。将励磁变压器高压侧与调相机出口断开，从厂用电源接临时电缆至励磁变高压侧，这样可以确保电源容量满足试验需求。

(2)根据调相机制造厂内稳态短路特性试验报告，查稳态短路时励磁电流值，从0到100％额定定子电流，每隔10％额定定子电流取1个对应励磁电流值，定子电流为0，0.1in，0.2in……in，与其对应的稳态短路励磁电流为if1，if2......if11,共11个记录点，将对应稳态短路励磁电流if1，if2......if11数值输入自动励磁调节器，设置在短路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小值(即0)开始匀速上升至最大值，最小励磁电流到最大励磁电流的时间为1min，即每秒上升值为k＝if11/60，同时设定在每个记录点下停留3s，到达最大励磁电流if11后，停留3s，随后将励磁电流降到0将调相机定子电流、励磁电流、励磁电压、频率、转速接入高精度录波装置，设定录波装置为连续波形记录方式，保留3-5s预录波形。其中定子电流、励磁电流直接用来做曲线，其他参数用来作为参考。

(3)由变频启动装置将调相机拖至105％额定转速，断开灭磁开关后，合上主变压器高压侧短路开关，启动录波装置开始记录各参数(调相机定子电流、励磁电流、励磁电压、频率、转速)波形。调相机转速降至额定转速时，合上灭磁开关，自动励磁调节器将励磁电流从最小值开始，根据预设曲线升至设定的励磁电流最大值，随后调降励磁电流至0。

(4)断开灭磁开关，断开主变压器高压侧开关，停止录波装置记录过程，由调相机定子电流和励磁电流in-if关系可做出调相机-变压器组现场稳态短路特性曲线，即在惰转工况下由预设曲线测得的in-if关系曲线，其中in为调相机定子电流，if表示录波仪录得的励磁电流值。

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：

e0＝4.44fnnkw1φn(n＝1、2……11)(1)

式中：e0为调相机内电势；

fn为调相机内电势频率；

n为调相机定子每相绕组匝数；

kw1为调相机基波绕组系数；

φn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；

φn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；

if为产生磁通的激磁电流，即为调相机转子励磁电流；

由式(1)(2)式可得：

而在稳态短路时：

式中：in为调相机定子电流；

xs为调相机漏抗；

而xs＝2πfnn²μa(n＝1、2……11)(5)

由式(3)(4)(5)可得

由式(5)可知，稳态短路时的励磁电流if与定子电流in为线性关系，且与调相机转速和频率无关，因此，在惰转工况下由预设曲线测得的in-if关系曲线(在变频情况下测得)应与恒定频率下稳态短路特性曲线(在恒频情况下测得)一致。实际现场就是把每次检修后测得的曲线与新机投运时测得的曲线做比较，如偏差在测量允许范围内则认为合格，如出现较大偏差则应采用其他试验方法检查机组状态。

如图1所示，具体实施时，首先启动自动励磁调节器稳态短路特性测试程序，合上主变压器高压侧断路器，同时启动录波装置，自动励磁调节器检测调相机转速是否为3000rpm(即额定转速)，如没有达到则继续等待，如达到则调节励磁电流值到if1，且维持3s。随后，匀速调节励磁电流值到if2，停留3s。如此继续，直至励磁电流达到最大值if11，停留3s后将励磁电流降到0，11个测试工况点记录完成，拟合可得到调相机定子电流、励磁电流、励磁电压、频率、转速随时间的变化曲线。

根据定子电流和励磁电流in-ifn关系曲线可绘制调相机稳态短路特性曲线，如图2所示。

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。