摘要：研制一种励磁系统小电流试验装置，从装置结构、硬件配置、软件配置、功能实现等方面着手，寻求最佳配置方案，解决传统试验方法各种弊端问题，实现装置的集成化、便携化、智能化，保证装置适用广泛性，同时兼具励磁系统故障快速定位功能，能够更好地运用于励磁系统检修及缺陷处理。
关键词：励磁系统；小电流试验；研制
0引言
小电流试验是励磁系统静态试验中一项非常重要的试验项目，试验目的是创造一个模拟的环境检查励磁调节器的基本控制功能，脉冲可靠触发能力，晶闸管完好性等。同时检查同步信号回路的相序和相位，查看调节器的触发脉冲是否正确，检查晶闸管整流桥是否均能可靠导通，检查晶闸管输出波形是否正确。在励磁系统的前期调试、检修后的静态试验及故障处理时，都需要进行小电流试验。经调研，目前市面上售卖的小电流试验设备通用性窄，适用性差，不能满足各型号励磁装置小电流试验的要求。检修现场开展励磁系统小电流试验还在使用传统的试验方法，需要调压器、负载电阻、示波器等设备，存在试验接线繁琐，试验风险高，试验效率低且不便于携带等问题。基于此现状，研制一种集成化、智能化及便于携带操作的励磁系统小电流试验装置是非常必要。
1结构及工作原理
励磁系统小电流试验装置由装置电源、交流输入输出电源、智能采样板、负载电阻及人机界面组成。装置电源由交流220V单相电源供电，输入电源由400V厂用三相电源提供，经变压器降压后作为励磁整流桥的输入电源，经过智能采样板采样分析后，人机界面可以显示整流桥的输出电压波形、输入输出电压值、触发角，能智能分析故障点并在人机界面显示故障信息，试验原理图1如下：
图1 励磁系统小电流试验装置试验原理图
2研究内容及目标
本次研制的一种励磁系统小电流试验装置，主要从装置结构、元器件选型、软硬件配置及功能实现等内容进行研究，其目的是实现装置的集成化、便携化、智能化，同时保证装置适用广泛性。
2.1研究内容
项目研究的内容主要包括以下方面：
（1）合理选择装置元件、软硬件配置，实现装置便携化、智能化，同时保证装置适用的广泛性，重点考虑满足试验时整流柜阻容回路不能断开的励磁系统需要。
（2）具有针对性的功能设计。装置可实现可控硅整流波形、波头的完整显示，可用存储设备保存波形，可外接笔记本电脑显示试验相关数据。
（3）试验接线的优化。装置设计输入、输出电源接线端子，PT电压采样、同步电压采样端子，负载端子，满足不同励磁系统试验接线要求。
（4）典型故障智能定位。针对交流逆序、缺相、可控硅整流桥桥臂断相及晶闸管不导通等典型故障进行智能分析，并报故障信息，可配合完成移相特性检查、逆变失败、BOD关断等试验。
2.2关键技术
（1）该试验装置配置智能采样板，可以实时采集输入电源电压、输出电压，智能计算可控硅控制角度及典型故障智能定位。
（2）该试验装置人机操作界面简单，配置模拟示波器，可实时显示可控硅整流桥输出动态波形，并可在操作界面显示电压、控制角及故障信息等，使用方便直观。
（3）采用RS232串口通讯方式与笔记本电脑连接，进行实时数据传输，笔记本电脑安装小软件后可显示波形、输入电压、输出电压、控制角及故障信息，并可保存试验波形。
3研制过程
本次研制励磁系统小电流试验装置的主要目的是实现集成化、智能化，其过程包括装置的硬件配置、配套软件及功能实现三个方面。
3.1 硬件配置
装置的硬件配置包括电源、负载电阻及操作面板。
(1)装置电源
方案1：采用AC 220V单相电源，装置元器件供电直接用AC 220V单相电源，整流柜输入电源运用电力变换技术将单相电源整流成直流电源，然后逆变成三相交流电源，并经功率放大后输出后使用。
优点：装置体积、重量较小，携带方便，电源使用方便。
缺点：针对阻容回路不能断开的励磁系统整流桥，电源容量不满足要求，试验时容易引起电源畸变而使可控硅无法导通。
方案2：采用AC 380V三相四线制电源，装置元器件电源取三相电源的一相及N供电，整流柜输入电源运用三相调压器调压后使用。
优点：整流柜输入电源调压范围广，适用范围广。
缺点：三相电源不平衡会引起上一级电源空开漏电保护器动作跳闸，调压器体积大，笨重，势必造成装置体积增大，重量增加，不便于携带。
方案3：装置元器件供电单独采用一路AC 220V电源，整流柜输入电源采用AC 380V三相电源经三相变压器降压后供电。
优点：装置电源与整流柜电源独立，不易引起供电空开漏电保护器动作跳闸，且电源容量能够满足试验要求。
缺点：装置体积、重量增加。
为实现装置的适用性、便携性，综合考虑以上三种方案后，最终电源配置方案选用方案3。
(2)负载电阻
为满足负载电阻容量及保证负载电阻（图2）上能产生1A以上电流，根据公式Ud=1.35Uaccosα（Uac按三相变压器副边电压100V，α按最小控制角计算）计算出直流侧输出电压，再根据公式I=U/R计算出负载电流，然后根据公式P=I2R计算出负载功率，同时兼顾负载电阻尺寸及重量，我们采样铝壳石英砂电阻，单个40Ω，400W，共2个电阻串联的方式可满足要求，考虑电阻发热问题，加装风扇进行散热。
图2 励磁系统小电流试验装置负载电阻
(3)操作面板
操作面板选用iHMI 43智能液晶模块，该智能液晶模块内置4.3
寸真彩液晶屏及高速ARM Cortex-M3微处理器，主频达72MHz，并包含丰富外设接口，方便可控硅整流桥整流波形显示及存储。
图3 励磁系统小电流试验装置操作面板
3.2 配套软件
为便于观察波形及相关数据，小电流试验装置设计RS232通讯接口，可外接笔记本电脑，通过在笔记本电脑安装WaveMonitor软件后，可在笔记本电脑上实时显示整流桥波形，输入、输出电压，控制角及故障信息，还可保存试验波形。
图4 励磁系统小电流试验装置配套软件
3.3功能实现
（1）装置集成化。合理的硬件配置，包括：三相交流输入电源变压器、负载电阻及操作面板的选型及组装，实现装置集成化，与传统试验方法相比具有便于携带、试验接线简单的优点。
（2）装置智能化。配置智能采样板，可以实时采集交流输入电压、整流输出电压，计算可控硅控制角，故障定位等，实现装置智能化。
（3）装置简约化。配置多功能液晶操作面板，可以实时显示整流桥波形，外接存储装置保存波形图片，外接通讯线与计算机进行数据传输，实现装置简约化。
4结束语
本次研制励磁系统小电流试验装置，通过大量调研多个厂家励磁装置型号、参数及特性，同时考虑装置内部输入电源变压器、负载电阻、操作面板等硬件选型、寻求最合理的硬件配置方案，解决了装置的集成化及便携化问题，同时保证装置适用的广泛性。采用智能采样主板、多功能液晶操作面板代替了传统示波器，简化了试验接线，装置更加智能化，降低了试验风险，减少了人员劳动强度。总之，该装置具有便携化、智能化、数字化等特点，还兼具励磁系统故障快速定位功能，能够更好地运用于励磁系统检修及缺陷处理。
参考文献
[1] 竺士章.发电机励磁系统试验.中国电力出版社，2005.
[2] 刘朝阳.励磁系统小电流测试仪研制.大众用电，2015/9.
[3] 李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用（第三版）.中国电力出版社，2017/3.
作者简介：
戴祥（1986年-），男，云南昆明，大学本科，工程师，长期从事水电厂二次设备检修。
肖雪（1985年-），女，云南昆明，大学本科，工程师，长期从事水电厂二次设备检修。
樊锦（1984年-），男，云南昆明，大学本科，工程师，长期从事水电厂二次设备检修。
论文作者:戴祥,肖雪,樊锦
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/2/13
标签：装置论文; 电源论文; 励磁论文; 电流论文; 波形论文; 系统论文; 负载论文; 《电力设备》2018年第25期论文;