一种发电机定子线棒的热老化试验装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种发电机定子线棒的热老化试验装置及方法，所述试验装置由一个带有控制箱的可调节移动支架和设置在该移动支架上的加热部分构成，加热部分包括多块底加热板和顶加热板、并通过横向两侧对称的纵向墙板相互连接，构成纵向通腔，其两端设置用于固定线棒试样定位槽板；加热板内部设有电加热元件，通过其一端或两端的接线引脚与控制箱的控制输出电连接。通过该装置，可同时对多根截面宽又窄的抽水蓄能电机定子线棒进行高低温冷热循环试验，也可进行电热长期老化试验。
【专利说明】一种发电机定子线棒的热老化试验装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种通过周期性改变温度(包括通电)来考核导体绝缘水平的技术，特别涉及抽水蓄能电站中的一种大型发电机定子线棒绝缘水平的测试装置及方法。
【背景技术】
[0002]抽水蓄能电站是具有调峰、填谷、调频、调相和事故备用等多种作用的特殊电源，有运行灵活和反应快捷的特点，对确保电力系统安全，稳定和经济运行具有重要作用。但该电站的电机实质就是既可作水泵动力又可用来发电的水轮发电机，而电机的定子线棒则是它的心脏。当发电机从水泵运行状态切换到发电运行状态、再切换到水泵运行状态，不断反复切换循环，会引起发电机定子线棒的温度高低变化，导致定子线棒铜导体表面与绝缘层间的开裂或绝缘层内部产生缺陷，当电流产生的电热同时作用时，就会加速这些缺陷的发展，最终导致定子线棒被破坏。因此，考核抽水蓄能发电机定子线棒承受高低温冷热循环的能力，以及耐受电热老化的能力，具有重要的现实意义。为了更好地研究热场对定子线棒绝缘老化的影响，目前热老化试验普遍采用大型烘箱来模拟真机线棒的运行环境对定子线棒进行热老化试验。但对于大型发电机来说，其定子线棒单根长度通常大于3米，且规格多样化，若要在烘箱中对其进行热老化试验，则需对线棒截断破坏，其缺点一是模拟运行环境不真实；二是试验成本太高(截断后的线棒不能再用)，浪费大量人力财力；三是烘箱内部温度场不均匀，温度梯度差大于±5°C，影响老化结果评估的可靠性。此外，采用烘箱的热老化试验，不能在现场实施，只能将试验线棒运抵烘箱所在场所，从而进一步加大了试验的成本。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种可在抽水蓄能电站现场对大型发电机的定子线棒进行冷热老化和热电老化的试验装置，以及利用该装置以更好的模拟该发电机定子线棒实际运行状态的试验方法。
[0004]为了达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的:
[0005]一种发电机定子线棒的热老化试验装置，由带有控制箱的可调节移动支架和设置在该移动支架上的加热部分构成，其特征在于，所述加热部分包括多块沿纵向并排布置的底加热板和顶加热板，该多块顶加热板、该多块底加热板上下平行，并通过横向两侧对称的纵向墙板相互连接，构成纵向通腔，在该纵向通腔的两端设置定位槽板，其上均布多个刚好与线棒试样断面形状相吻合的凹槽，用以定位受试的定子线棒；所述纵向墙板上设有多个测温孔，每个测温孔穿有一个温度传感器，传感器贴于加热通道处的线棒表面，刚好对应于一个顶加热板和与其垂直方向的底加热板所构成的一组加热通道，所述顶加热板和底加热板由导热性好的铝合金材料制成标准矩形板，其内部设有电加热元件，通过穿过矩形板的一端或两端的接线引脚与控制箱的控制输出电连接。
[0006]上述方案中，在受试的定子线棒被定位后，所述定位槽板上加设挡板，将所述纵向通腔基本封闭。
[0007]在所述测温孔下方的纵向墙板上布置纵向绝缘条板，其上设有若干接线柱，每个接线柱通过导线连接每对加热板中的电加热元件的接线引脚。
[0008]所述顶或底加热板包括由尺寸相同的内、外侧凹槽板对合而成的本体，其中外侧凹槽板内壁贴有保温棉作为隔热层，内侧凹槽板内壁贴有云母作为绝缘层，保温棉与云母之间夹有石墨发热片作为导电发热层，其两端与接线引脚电连接。
[0009]一种发电机定子线棒的热老化试验方法，采用前述热老化试验装置实现，包括下述步骤:
[0010](I)在试验线棒中部涂刷低阻漆的部分缠绕铝箔作为接地电极，铝箔外围用玻璃丝带扎紧；
[0011](2)将多根线棒试样分别插入装置纵向通腔一端定位槽板的各个凹槽中，并通过纵向通腔从另一端相应定位槽板的凹槽伸出，使纵向通腔区包围线棒试样的接地电极部分；
[0012](3)将各线棒试样的接地电极串联，并与地线连接；各线棒试样一端裸露铜芯部分用镀银铜导线连接作为高电压输入端，另一端不做处理；
[0013](4)在纵向墙板的每个测温孔均穿有一个温度传感器，分别对应于一个顶加热板和与其垂直方向的底加热板所构成的一组加热通道；将各组加热通道顶、底加热板的接线引脚与控制箱的控制输出电连接，控制箱通过对比各加热通道温度传感器反馈的数据，联合调节各加热通道顶、底加热板的加热功率，使整个纵向通腔的温度场均匀，温度梯度误差小于±2°C ；
[0014](5)各线棒试样高电压接入端连接50kV可调交流高压源，按线棒试样规格设置不同的接入电压；
[0015](6)通过控制箱中的“单次/循环”开关完成线棒试样的“恒温”模式或“温度循环控制”模式两种热老化试验。
[0016]上述方法中，当试验线棒长于1.5m以上时，将2个及以上热老化试验装置通过连接板将加热部分串联使用。
[0017]相比现有热老化试验装置及方所存在的问题:①试验线棒局部老化温度不可控，环境温度不均匀，且热风形成的加热场与真机线棒实际运行环境相差较大；②很少考虑电压的影响，对实验结果有一定影响。本发明提出的发电机定子线棒的热老化试验装置及方法的优点是:
[0018]1、可更真实的模拟真机线棒的运行环境，实验结果更具有研究价值。
[0019]2、可同时对多根截面宽又窄的抽水蓄能电机定子线棒进行高低温冷热循环试验，也可进行电热长期老化试验，考核抽水蓄能电机定子线棒承受高低温冷热循环的能力，以及耐受电热老化的能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]以下结合附图及【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。
[0021]图1为本发明装置结构的立体图。
[0022]图2为图1中下加热板的内部结构图。
[0023]图3为图1装置的使用状态图(定子线棒试样安装后对其中部进行试验的情况)。
[0024]图4为用两台图1装置组合后的使用状态图(对整个定子线棒试样进行试验)。
[0025]图1?图4中:1、凹槽；2、线棒定位槽板；3、挡板；4、顶加热板；5、纵向墙板；6、接线柱；7、绝缘条板；8、底加热板；9、接线引脚；10、上支架；11、顶紧螺钉；12、控制箱；13、下支架；14、测温孔；15、加热板本体；16、云母；17、石墨发热片；18、保温棉；20、线棒试样；21、连接板。
【具体实施方式】
[0026]参考图1，一种发电机定子线棒的热老化试验装置，由加热部分、控制箱(手动和自动控温)、可调节移动支架三部分。其中，可调节移动支架由上支架10和底部带有万向轮的下支架13组成，下支架上置有控制箱12，可对加热部分中的电热板进行温度自动控制。上支架上方围框通过绝缘板(图中未画出)联接加热部分，上支架的四个直撑通过伸缩杆连接于下支架的四个相应直撑上，可方便调节整个支架高度，调节好高度后，可通过顶紧螺钉11固定。
[0027]加热部分包括多块沿纵向(图1中的左右方向)并排布置的底加热板8和顶加热板4，该多块(图中5块)顶加热板、该多块(图中5块)底加热板上下平行，并通过横向两侧对称的纵向墙板5相互连接，构成纵向通腔，在该纵向通腔的两端设置线棒定位槽板2，其上均布多个(图中5个)刚好与线棒试样断面形状相吻合的凹槽1，用以定位受试的定子线棒。为了防止热量从纵向通腔两端流失，本装置还在定位槽板2上设置挡板3，从而在线棒试样老化试样中基本上将纵向通腔封闭。纵向墙板5上设有多个(图中5个)测温孔14，每个测温孔穿有一个温度传感器，刚好对应于一个顶加热板4和与其垂直方向的底加热板8所构成的一组加热通道，用以记录该对加热板之间线棒试样表面的温度。在纵向墙板5测温孔14的下方布置纵向绝缘条板7，其上设有若干接线柱6 (图中5个)，用以每对加热板(顶、底)中的电加热元件的通电连接，图1加热板中的加热元件可采用平板型石墨电阻发热体，其两个接线引脚9分别设在加热板一侧，并通过导线就近接线柱6连接，接线柱再与控制箱的控制输出电连接。
[0028]纵向通腔内共计五组加热通道，分别由控制箱12上的五个温控表控制，在温控表的参数设置里可以设置每个通道的输出功率。通过对比各对加热板之间温度传感器反馈的数据，调节这五组加热通道的加热功率，使整个纵向通腔内的温度场均匀，温度梯度误差小于 ±2°C。
[0029]控制箱上设有可用来改变本发明装置加热模式的转换开关(单次/循环)，在循环加热模式时可分别设定保温时间和降温时间，当五个温控表均达到各自的设定温度时，经过控制箱内置的单片机判断为升温完成并开始保温计时，达到设定的保温时间后切断五组加热通道的电源，同时开始降温计时，达到设定的降温时间后进入下一个循环开始升温。在单次加热模式时保温定时和循环实验相同，这时降温计时器作为累时器用，可设定老化时间，计时单位可以通过参数设定为秒、分、时、天，最多可以累计9999天。到设定时间后自动切断电源完成实验。
[0030]参考图2，图1加热部分中的顶或底加热板4或8，由导热性好的铝合金制成长640mm、宽200臟、厚度20mm的矩形板，以顶加热板4为例，包括由尺寸相同的内、外侧凹槽板对合而成的本体15，其中外侧凹槽板(图2中的上凹槽板，相背线棒试样的一侧)内壁贴有保温棉18作为隔热层，内侧凹槽板(图2中的下凹槽板，相对线棒试样的一侧)内壁贴有云母16作为绝缘层，保温棉与云母之间夹有石墨发热片17作为导电发热层，其两端与接线引脚9电连接，通过石墨发热片和高导热的铝质内、外凹槽板使加热板温度均匀。本发明该特别设计的加热板经测试加热更均匀，结构更牢固，寿命更久。可对试验线棒进行长期电热老化(大于5000小时)。
[0031]参考图3，由图1的结构的热老化平台作为一个试验单元，该单元可对长1500_，宽10mm的五根线棒同时进行热老化试验。若试验线棒短于以上试样，可关闭该试验单元加热部分内相应数量的加热通道对合理区域进行热老化。
[0032]参考图4，若试验线棒长于1.5m以上试样，可将2个及以上图1的试验单元通过连接板21将加热部分串联使用。
[0033]采用如下热老化试验方法
[0034]具体包括下述步骤:
[0035](I)在试验线棒20中部涂刷低阻漆的部分缠绕铝箔作为接地电极，铝箔外围用玻璃丝带扎紧，以减少内部残留的空气，减小实验过程中空气击穿放电的影响。
[0036](2)将5根线棒试样20分别插入装置纵向通腔一端定位槽板2的5个凹槽I中，并通过纵向通腔(加热区)从另一端相应定位槽板2的凹槽I伸出，使加热区包围线棒试样的接地电极部分，即可将5根线棒试样定位在两端的相应凹槽中。将各线棒试样的接地电极串联，并与地线连接。由纵向墙板上5个测温孔引入至少5个温度传感器，平均分布于加热区线棒试样的各个区域，传感器贴于加热通道处的线棒表面，以监测温度场的均匀性。各线棒试样一端裸露铜芯部分用镀银铜导线连接作为高电压输入端，另一端不做处理。
[0037](3)每个顶加热板和与其垂直方向的底加热板所构成的一组加热通道，共计五组加热通道构成纵向通腔，将顶、底加热板的接线引脚与控制箱的控制输出电连接，由控制箱中的五组温控器分别对每个通道的输出功率进行控制。通过对比各加热通道温度传感器反馈的数据，调节五组加热通道的加热功率，使整个加热部分输出的温度场均匀，温度误差小于 ±2°C。
[0038](4)各线棒试样高电压接入端连接50kV可调交流高压源，可按线棒试样规格设置不同的接入电压。
[0039](5)控制箱设有“恒温控制”和“温度循环控制”两种模式。在恒温控制模式下，力口热区温度维持在某一恒定温度(例如:120°C，13(TC，155°C，18(rC );在温度循环控制模式下，控制箱按照设定好的时间反复启动/停止加热通道电源，实现温度循环变化。
【权利要求】
1.一种发电机定子线棒的热老化试验装置，由带有控制箱的可调节移动支架和设置在该移动支架上的加热部分构成，其特征在于，所述加热部分包括多块沿纵向并排布置的底加热板和顶加热板，该多块顶加热板、该多块底加热板上下平行，并通过横向两侧对称的纵向墙板相互连接，构成纵向通腔，在该纵向通腔的两端设置定位槽板，其上均布多个刚好与线棒试样断面形状相吻合的凹槽，用以定位受试的定子线棒；所述纵向墙板上设有多个测温孔，每个测温孔穿有一个温度传感器，刚好对应于一个顶加热板和与其垂直方向的底加热板所构成的一组加热通道，所述顶加热板和底加热板由导热性好的铝合金材料制成标准矩形板，其内部设有电加热元件，通过穿过矩形板的一端或两端的接线引脚与控制箱的控制输出电连接。
2.如权利要求1所述的发电机定子线棒的热老化试验装置，其特征在于，在受试的定子线棒被定位后，所述定位槽板上加设挡板，将所述纵向通腔基本封闭。
3.如权利要求1所述的发电机定子线棒的热老化试验装置，其特征在于，在所述测温孔下方的纵向墙板上布置纵向绝缘条板，其上设有若干接线柱，每个接线柱通过导线连接每对加热板中的电加热元件的接线引脚。
4.如权利要求1所述的发电机定子线棒的热老化试验装置，其特征在于，所述顶或底加热板包括由尺寸相同的内、外侧凹槽板对合而成的本体，其中外侧凹槽板内壁贴有保温棉作为隔热层，内侧凹槽板内壁贴有云母作为绝缘层，保温棉与云母之间夹有石墨发热片作为导电发热层，其两端与接线引脚电连接。
5.如权利要求1所述发电机定子线棒的热老化试验装置，其特征在于，当试验线棒长于1.5m以上时，将2个及以上热老化试验装置通过连接板将加热部分串联使用。
6.一种发电机定子线棒的热老化试验方法，其特征在于，采用权利要求1所述发电机定子线棒的热老化试验装置实现，包括下述步骤: (1)在试验线棒中部涂刷低阻漆的部分缠绕铝箔作为接地电极，铝箔外围用玻璃丝带扎紧； (2)将多根线棒试样分别插入装置纵向通腔一端定位槽板的各个凹槽中，并通过纵向通腔从另一端相应定位槽板的凹槽伸出，使纵向通腔区包围线棒试样的接地电极部分； (3)将各线棒试样的接地电极串联，并与地线连接；各线棒试样一端裸露铜芯部分用镀银铜导线连接作为高电压输入端，另一端不做处理； (4)在纵向墙板的每个测温孔均穿有一个温度传感器，分别对应于一个顶加热板和与其垂直方向的底加热板所构成的一组加热通道；将各组加热通道顶、底加热板的接线引脚与控制箱的控制输出电连接，控制箱通过对比各加热通道温度传感器反馈的数据，联合调节各加热通道顶、底加热板的加热功率，使整个纵向通腔的温度场均匀，温度梯度误差小于±2。。； (5)各线棒试样高电压接入端连接50kV可调交流高压源，按线棒试样规格设置不同的接入电压； (6)通过控制箱中的“单次/循环”开关完成线棒试样的“恒温”模式或“温度循环”模式两种热老化试验。
【文档编号】G01R31/12GK104297649SQ201410563337
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月20日 优先权日:2014年10月20日
【发明者】高乃奎, 金海云, 贺博, 刘钊, 石团结, 顾然, 豆敏娜, 周航 申请人:西安交通大学