專利名稱：小能量試驗數據推算碳化硅滅磁電阻滿足溫度要求的方法
技術領域：
本發明涉及一種由小能量試驗數據推算碳化硅滅磁電阻滿足溫度要求的方 法。適用于發電廠中配置有碳化硅滅磁電阻的大型發電機。
背景技術：
國內大部分碳化硅滅磁電阻由ABB公司配套、由英國M&I公司制造。對600MW 汽輪發電機有配置4組的，也有配置5組的型號為600A/US16/P Spec.6298的
碳化硅滅磁電阻。因此有必要弄清楚配置的安全合理性。M&I公司提出該型碳 化硅滅磁電阻的可重復使用的容量是680kJ、 一次或極少次滅磁的容量為1MJ 和最高溫度160°C。碳化硅滅磁電阻的容量是否滿足要求只要知道該發電機最 大滅磁能量即可判斷，但是溫度判斷存在問題。制造廠出廠沒有進行大能量溫 升試驗，沒有溫升數據無法判斷最高溫度是否滿足要求。實際使用中發生若干 碳化硅滅磁電阻燒毀的情況，M&I公司也沒有提供現場檢測方法，發電廠沒有 手段判斷已經配置的滅磁電阻是否能夠滿足要求，給國內超過一半的使用碳化 硅滅磁電阻的大型發電機帶來安全隱患。如果滅磁電阻損壞，采購一套需要30 萬元人民幣，訂貨周期按一個月計算， 一臺600MW發電機至少少發電量3億 多kWh (每天0.1億多kWh)。
由于發電機最嚴重的滅磁發生在發電機空載誤強勵或發電機機端三相短路 事故時，該事故不可能進行現場試驗。也不可能將所有碳化硅滅磁電阻移到試 驗室進行1比1的最大滅磁能量下試驗以證明碳化硅滅磁電阻可以經受沖擊。 因此，有必要提供一種由小能量試驗數據推算大能量下碳化硅滅磁電阻滿足溫 度要求的方法。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種小能量試驗數據推算碳化硅滅磁電 阻滿足溫度要求的方法，旨在用最低的成本對碳化硅滅磁電阻容量是否滿足最 大滅磁能量下的溫度要求作出判斷，該方法應是方便易行，不用采購特殊設備， 卻能有效消除大型發電機的安全隱患。
5本發明所采用的技術方案是 一種小能量試驗數據推算碳化硅滅磁電阻滿 足溫度要求的方法，其特征在于該方法包括以下步驟
1) 確認下列已知參數發電機最嚴重條件下整套碳化硅滅磁電阻耗散能量 五g、碳化硅滅磁電阻允許的最高溫度Wcmax、最高環境溫度raycmax 、碳化硅 滅磁電阻允許最大溫升A7^cmax-7^cmax-r"Vcmax 、配置的滅磁電阻標稱能量 勘'c、滅磁電阻標稱能量制造廠保證的均能系數(^c、碳化硅滅磁電阻的組件數
n以及組件內并聯支路數m;
2) 盡可能拆除擋住碳化硅滅磁電阻表面影響拍攝工作的擋板；
3) 按試驗要求完成測試電路的連接；
4) 將發電機調整到空載額定狀態；
5) 確定碳化硅滅磁電阻表面溫度每10分鐘變化小于rc后，用熱成像儀
拍攝碳化硅滅磁電阻冷態時的表面溫度，得到各組件的冷態表面溫度分布6) 分磁場斷路器滅磁，錄制各組件滅磁電阻上的電流和電壓波形；
7) 在碳化硅滅磁電阻表面溫度高的那點溫度達到最高時用熱成像儀拍攝該 組件的熱態表面溫度，得到該組件的熱態表面溫度分布圖，同樣方法得到各組 件的熱態表面溫度分布圖。
步驟3)中所述的測試電路具有相互串聯的磁場斷路器Q02、分流器R06 和發電機磁場繞組L，在發電機磁場繞組L的兩端并聯跨接器C和與之串聯的 一組并聯連接的碳化硅火磁電阻組件Rml-5，每個碳化硅滅磁電阻組件Rml-5 都串接一個直流電流變送器CTl-5，在所述碳化硅滅磁電阻組件Rml-5和與之 串接的直流電流變送器CT1-5的兩端并接直流電壓變送器VT。
本發明所述的方法分為兩種具體的判斷方法， 一種是采用表面最大溫升法 判斷碳化硅滅磁電阻滿足最大能量滅磁要求，該判斷方法包括步驟8) 10)。
8) 由熱態表面溫度分布圖上讀出一個組件的表面最高溫度點H的溫度 r/max， j^…n，再由該組件冷態表面溫度分布圖上讀出H點表面溫度r厶， j二l…n，計算該組件表面最大溫升A"max:r/max-r厶，j^l…n，對各個組件進 行相同計算，獲得整套碳化硅滅磁電阻的表面最大溫升A7Ymax-M4Z[Ar乂max]，
發生表面最大溫升的組件能量為A,1,—;
9) 根據滅磁電阻上電流和電壓波形計算滅磁電阻各組件的耗散能量Ej，j=1...n，其中最大耗散能量為^max，組件間的均能系數Cem^—J——，如Ceav<C 'c，估計用均能系數C^采用Ceoi;，如Ce"v > ，估計用均能系數C欲
10) 按照發電機最大滅磁能量&計算組件的最大能量Eg/max:^^，計
參
算該能量下的估計溫升A7^^ ￡g/maX ，A7ymax，如果A7^"A7yc，則滿足要
求；如果A7^/〉A7^c，則不滿足要求；
為了滿足要求可以按照實際情況采取下述兩種之一的方法i )增加組數后再進行估計，直至滿足要求，現場碳化硅滅磁電阻的并聯組數需要達到估計值；
11) 調整環境溫度，環境溫度調整量等于溫升偏差。
本發明的另一種判斷方法是采用表面均溫系數判斷碳化硅滅磁電阻滿足最大能量滅磁要求，該方法包括了步驟(11)和歩驟(12)。
(11)由冷、熱態表面溫度分布圖上讀出各片碳化硅電阻片的表面平均溫度
f" i二1…m禾口？^， i=1...m，計算片表面平均溫升Af" i=1...m,Af/ = f/H -^，
川
計算組件表面平均溫升A77,/"』，Af/ = ^~~，由熱態表面溫度分布圖上讀出
附
組件的表面最高點溫度"max， j=l...n，計算組件的表面最高溫升AT/max ，j=l...n， A"max^熱態組件最高溫度點H的溫度-H點冷態的溫度，獲得整套碳化硅滅磁電阻表面最大溫升A7Vmax-皿[A"'max]，計算整套碳化硅滅磁電阻的
均溫系數￡^ = ~^-;
k 厶7Y max
(12)配置的碳化硅滅磁電阻的可用能量a^-^/"C如￡"^>&,則滿足要求，如&微<^，則不滿足要求；
為了滿足要求可以按照實際情況采取下述兩種之一的方法.-i )增加組數后再進行估計，直至滿足要求，現場碳化硅滅磁電阻的并聯組數需要達到估計值。
ii)調整環境溫度，環境溫度降低量A7W^ = ￡g — ￡, AWc max 。
本發明的有益效果是本方法方便易行，使用常規儀器設備、利用常規試驗手段對已經在發電廠安裝運行的碳化硅滅磁電阻進行測試，即可判斷被測碳化硅滅磁電阻是否滿足發電機所需要的最大滅磁能量下的溫度要求，具有經濟實用、方便快捷、安全高效的特點。
圖l是本發明的試驗接線圖。
圖2是本發明實施例某發電機空載額定滅磁前碳化硅滅磁電阻一個組件的冷態表面溫度分布圖。
圖3是本發明實施例某發電機空載額定滅磁后碳化硅滅磁電阻一個組件表面溫度達到最高時的熱態表面溫度分布圖。
具體實施例方式
實施方法一，本方法為采用表面最大溫升法判斷碳化硅滅磁電阻能否滿足最大能量滅磁要求，如圖]、圖2、圖3所示。
1) 在開始測試前先通過查尋相關資料確認下列已知參數如發電機最嚴重
條件下整套碳化硅滅磁電阻耗散能量i g、碳化硅滅磁電阻允許的最高溫度
T^cmax 、最高環境溫度r"Vrmax 、碳化硅滅磁電阻允許最大溫升A7^'cmax=rw'cmax-r"Vcmax 、配置的滅磁電阻標稱能量五w'c 、滅磁電阻標稱能量制造廠保證的均能系數CWc、碳化硅滅磁電阻的組件數n以及組件內并聯支路
數m (碳化硅電阻片)。
碳化硅滅磁電阻組件標稱能量為一次或極少次滅磁的能量。
2) 盡可能拆除擋住碳化硅滅磁電阻表面影響拍攝工作的擋板。
3) 按圖1完成測試電路的連接測試電路具有相互串聯的磁場斷路器Q02、分流器R06和發電機磁場繞組L，在發電機磁場繞組L的兩端并聯跨接器C和與之串聯的一組并聯連接的碳化硅滅磁電阻組件Rml-5，每個碳化硅滅磁電阻組件Rml-5都串接一個直流電流變送器CTl-5，在所述碳化硅滅磁電阻組件
8Rml-5和與之串接的直流電流變送器CT1-5的兩端并接直流電壓變送器VT。
直流電流變送器和直流電壓變送器均采用隔離技術，響應時間小于lms。分辨率和量程滿足實際電流和電壓的測量要求。如采用電壓變送器
CV-4-4000/SP1 ， 2800Vrms,10V/4000V。電流變送器LEM HOP500-SB/SP1 ，Vc=±12 15V,In=500A,Vout=±4V。
4) 將發電機調整到空載額定狀態。
5) 確定碳化硅滅磁電阻表面溫度每io分鐘變化小于rc后，用熱成像儀
拍攝碳化硅滅磁電阻冷態時的表面溫度，得到各組件的冷態表面溫度分布圖，
如圖2所示。
熱成像儀采用與外制冷共平面紅外熱成像儀(型號IR928)等效的熱成像儀。測量時一般在滅磁電阻正前方，與各個碳化硅片基本等距離，距離被測滅磁電阻約lm。
6) 分磁場斷路器滅磁，錄制各組件滅磁電阻上的電流和電壓波形。
7) 在碳化硅滅磁電阻表面溫度高的那點溫度達到最高時用熱成像儀拍攝該組件的熱態表面溫度，得到該組件的熱態表面溫度分布圖，如圖3所示，同樣方法得到各組件的熱態表面溫度分布圖。
8) 由熱態表面溫度分布圖上讀出一個組件的表面最高溫度點H的溫度rymax， j^…n，再由該組件冷態表面溫度分布圖上讀出H點表面溫度r厶，j=l'"n，計算該組件表面最大溫升AUma)^:r/max-r厶，j4…n，對各個組件進行相同計算，獲得整套碳化硅滅磁電阻的表面最大^U升A7Ymax = M4X[A7ymax]，發生表面最大溫升的組件能量為^^^—;
9) 根據滅磁電阻上電流和電壓波形計算滅磁電阻各組件的耗散能量Ej，
￡巧
j=1...n，其中最大耗散能量為^max，組件間的均能系數Cem^^——，如估計用均能系數CM采用Ce"v ，如估計用均能系數CeW
采用;
10) 按照發電機最大滅磁能量^計算組件的最大能量^/maxz^—，計算該能量下的估計溫升A7^b徹.max 'A"max ，如果< A7>/c ，則滿足要求；如果Arw〉A7^c，貝!J不滿足要求；
為了滿足要求可以按照實際情況采取下述兩種之一的方法 i )增加組數后再進行估計，直至滿足要求，現場碳化硅滅磁電阻的并聯 組數需要達到估計值；
ii)調整環境溫度，環境溫度調整量等于溫升偏差。
本實施方法的一個計算實例是通過實驗室小能量實驗值推算大能量下滿足 表面最高溫度16(TC的碳化硅滅磁電阻組件數量的過程。
600匿汽輪發電機最大滅磁能量化為2880 kJ。考慮碳化硅滅磁電阻估計用 均能系數C^為0.9，表面最高溫度16(TC，環境溫度4(TC，表面最大溫升為 120K。小能量試驗時溫升最大組件的能量95.1kJ，表面最大溫升11.7'C。
5組件時最大組件能量=2880/5/0.9=640 kJ，表面最大溫升=640/95.1 X 1L7二78.7K小于120K，滿足要求。
4組件時最大組件能量=2880/4/0.9=800 kJ，表面最大溫升=800/95.1 X 11.7=98.4K小于120K，滿足要求。
3組件時最大組件能量=2880/3/0.9=1066 kJ，表面最大溫升=1066/95.1 X 11.7二131K大于120K，且大于1MJ，不滿足要求。
因此，4組件碳化硅滅磁電阻能夠滿足2880 kJ極少次數滅磁的要求。
實驗室大能量試驗獲得表面最大溫升和表面最高溫度，與小能量數據推導 的大能量下表面最大溫升和表面最高溫度進行比較，結果見下。
實測大能量為1134 kJ，環境溫度26.6'C，表面最大溫升140.8K和表面最 高溫度167.4°C。
推導實驗室大能量下表面最大溫升=1134/95.1 X 11.7439.5K,加上環境溫 度26.6。C，表面最高溫度等于166.rC，兩種方法相差0.8%。說明由小能量下 數據推導大能量下溫升的方法可信。
本實施方法另一個計算實例是嘉興發電廠6號機空載額定滅磁試驗數據推 導最大滅磁能量2460 kJ下可否滿足表面最高溫度16CTC的碳化硅滅磁電阻組件 數量的過程。
嘉興發電廠6號機已經配置5組件碳化硅滅磁電阻。試驗滅磁能量163 kJ， 表面最大溫升7.9K。環境溫度26.6°C 。
考慮最大滅磁能量下允許的表面最大溫升120K和允許的表面最高溫度160°C。
推算的最大滅磁能量下的表面最大溫升為7.9X2460/163=117.8K小于 120K，因此5組件碳化硅滅磁電阻可以滿足一次或極少次最大能量為2460 kJ 的滅磁要求。
實施方法二，如圖l、圖2、圖3所示。
本方法的步驟1) 7)與實施方法一相同，不同之處是本方法釆用表面均 溫系數判斷碳化硅滅磁電阻能否滿足最大能量滅磁要求。
(WI)由冷、熱態表面溫度分布圖上讀出各片碳化硅電阻片的表面平均溫度 fz丄，i-1…m禾口f/H， i=1...m，計算片表面平均溫升A巧，i=1...m，Af/ = f\—f\，
附
計算組件表面平均溫升A"J-1 j， Af/ = ^^，由熱態表面溫度分布圖上讀出
組件的表面最高點溫度"max， j=l...n，計算組件的表面最高溫升AT/max ， j=l...n， A7)'rnax二熱態組件最高溫度點H的溫度-H點冷態的溫度，獲得整套碳 化硅滅磁電阻表面最大溫升A7Ymax-M4Z[A77max]，計算整套碳化硅滅磁電阻的
均溫系數Z)h~^-;
" A7Ymax
(IX)配置的碳化硅滅磁電阻的可用能量&^ = ￡**"，如￡麼>^,則滿
足要求，如&w〈Eg，則不滿足要求；
為了滿足要求可以按照實際情況采取下述兩種之一的方法 i )增加組數后再進行估計，直至滿足要求，現場碳化硅滅磁電阻的并聯 組數需要達到估計值。
ii)調整環境溫度，環境溫度降低量Ard;r^^^^A7^max。
￡聰
本實施方法的一個計算實例是通過實驗室小能量實驗值推算滿足滅磁能量 2880kJ要求的試驗樣品碳化硅滅磁電阻組件數量的過程。
實驗室小能量試驗獲得試驗樣品5組件的表面均溫系數Dt為0.6336。 5組 件碳化硅滅磁電阻的標稱容量Esic為5000kJ。
115組件下可用滅磁能量Euse=5000kJX0.6336=3168kJ,實際滅磁能量2880 kJ小于3168kJ，所以5組件碳化硅滅磁電阻試驗樣品可以滿足一次或極少次滅 磁能量2880kJ的要求。
本實施方法另一個計算實例是嘉興發電廠6號機空載額定滅磁試驗數據推 導最大滅磁能量2460 kJ下采用5組件碳化硅滅磁電阻可否滿足滅磁能量 2460kJ要求的試驗樣品碳化硅滅磁電阻組件數量的過程。
發電機空載額定滅磁試驗獲得滅磁能量為163 kJ， 5組件的表面均溫系數為 0.47。
5組件下可用滅磁能量=5000 kJ X0.47=2350 kj，實際滅磁能量2460 kJ略 大于2350kJ，所以采用5組件存在一定危險度，需要采取降低環境溫度措施才 能滿足一次或極少次2460kJ滅磁的要求。
認為2350 kJ能量下的最大溫升是120K。環境溫度下降值420X (2460-2350) /2350=5.6。因此宜控制最高環境溫度為40°C-5.6°C=34.6°C。
權利要求
1、一種小能量試驗數據推算碳化硅滅磁電阻滿足溫度要求的方法，其特征在于該方法包括以下步驟1)確認下列已知參數發電機最嚴重條件下整套碳化硅滅磁電阻耗散能量Eg、碳化硅滅磁電阻允許的最高溫度Tsicmax、最高環境溫度Tcircmax、碳化硅滅磁電阻允許最大溫升ΔTsicmax＝Tsicmax-Tcircmax、配置的滅磁電阻標稱能量Esic、滅磁電阻標稱能量制造廠保證的均能系數Csic、碳化硅滅磁電阻的組件數n以及組件內并聯支路數m；2)盡可能拆除擋住碳化硅滅磁電阻表面影響拍攝工作的擋板；3)按試驗要求完成測試電路的連接；4)將發電機調整到空載額定狀態；5)確定碳化硅滅磁電阻表面溫度每10分鐘變化小于1℃后，用熱成像儀拍攝碳化硅滅磁電阻冷態時的表面溫度，得到各組件的冷態表面溫度分布圖；6)分磁場斷路器滅磁，錄制各組件滅磁電阻上的電流和電壓波形；7)在碳化硅滅磁電阻表面溫度高的那點溫度達到最高時用熱成像儀拍攝該組件的熱態表面溫度，得到該組件的熱態表面溫度分布圖，同樣方法得到各組件的熱態表面溫度分布圖。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述測試電路具有相互串聯的磁場斷路器Q02、分流器R06和發電機磁場繞組L，在發電機磁場繞組L的兩端并聯跨接器C和與之串聯的一組并聯連接的碳化硅滅磁電阻組件Rml-5，每個碳化硅滅磁電阻組件Rml-5都串接一個直流電流變送器CTl-5，在所述碳化硅滅磁電阻組件Rml-5和與之串接的直流電流變送器CTl-5的兩端并接直流電壓變送器VT。
3、 根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于8) 由熱態表面溫度分布圖上讀出一個組件的表面最高溫度點H的溫度"max， j^…n，再由該組件冷態表面溫度分布圖上讀出H點表面溫度T人，j二l…n，計算該組件表面最大溫升A7ymax-:r/max-r厶，j二l…n，對各個組件進行相同計算，獲得整套碳化硅滅磁電阻的表面最大溫升A7Ymax:M4X[A:(7max]，發生表面最大溫升的組件能量為i^^w,;9) 根據滅磁電阻上電流和電壓波形計算滅磁電阻各組件的耗散能量Ej，t巧.j=1...n,其中最大耗散能量為^max，組件間的均能系數Con^—J——，如" 巧maxCeov<C 'c，估計用均能系數Cerf采用Ceav，如Ce"i^Cs/c，估計用均能系數CeW 采用;10) 按照發電機最大滅磁能量^計算組件的最人能量五g/max-^^，計 算該能量下的估計溫升A7^^ ￡g/maX ,A77腿x，如果A7^"Ari'，則滿足要求；如果A7^,〉 A7i/c，貝(J不滿足要求；為了滿足要求可以按照實際情況采取下述兩種之-的方法 i )增加組數后再進行估計，直至滿足要求，現場碳化硅滅磁電阻的并聯 組數需要達到估計值；11) 調整環境溫度，環境溫度調整量等于溫升偏差。 4)根據權利要求l或2所述的方法，其特征在于(11) 由冷、熱態表面溫度分布圖上讀出各片碳化硅電阻片的表面平均溫度f/丄，i二1…m禾口f!w , i二1…m， i十算片表面平i勻 品升Af" i=1...m,Afz = f/H — fi丄，計算組件表面平均溫升A7y，/、1 ..."， = ^^，由熱態表面溫度分布圖上讀出附組件的表面最高點溫度7)'max， j=l...n，計算組件的表面最高溫升A"max ， j=l...n， A7)'max二熱態組件最高溫度點H的溫度-H點冷態的溫度，獲得整套碳 化硅滅磁電阻表面最大溫升A7ymax:M4X[A2)maxI，計算整套碳化硅滅磁電阻的1>巧均溫系數化=~^-;w A77max(12) 配置的碳化硅滅磁電阻的可用能量&脫=&/""，如￡證>^,則滿 足要求，如￡船"^，則不滿足要求；為了滿足要求可以按照實際情況采取下述兩種之一的方法i) 增加組數后再進行估計，直至滿足要求，現場碳化硅滅磁電阻的并聯 組數需要達到估計值。ii) 調整環境溫度，環境溫度降低量A7^^^^，A7^max。
4.<image>image see original document page 4</image>
全文摘要
本發明涉及一種小能量試驗數據推算碳化硅滅磁電阻滿足溫度要求的方法。本發明所要解決的技術問題是提供一種用小能量試驗數據推算碳化硅滅磁電阻滿足溫度要求的方法，旨在用最低的成本對碳化硅滅磁電阻容量是否滿足最大滅磁能量下的溫度要求作出判斷，該方法應是方便易行，不用采購特殊設備，卻能有效消除大型發電機的安全隱患。本發明所述的方法分為兩種具體的判斷方法，一種是采用表面最大溫升法判斷碳化硅滅磁電阻滿足最大能量滅磁要求；另一種判斷方法是采用表面均溫系數判斷碳化硅滅磁電阻滿足最大能量滅磁要求。本發明可用于發電廠中配置有碳化硅滅磁電阻的大型發電機。
文檔編號G01R31/00GK101487868SQ20091009653
公開日2009年7月22日 申請日期2009年3月5日 優先權日2009年3月5日
發明者吳跨宇, 密君才, 竺士章, 陳新琪, 陳福山 申請人:浙江省電力試驗研究院;杭州意能電力技術有限公司