核電廠電機(jī)綜合試驗(yàn)系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

常森偉 焦佳歡

核電廠電機(jī)綜合試驗(yàn)系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用

常森偉 焦佳歡

（國(guó)核示范電站有限責(zé)任公司，山東 威海 264312）

本文介紹核電廠電機(jī)綜合試驗(yàn)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)，討論系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其實(shí)際應(yīng)用。該系統(tǒng)通過特殊的電路設(shè)計(jì)和試驗(yàn)控制軟件能夠?qū)崿F(xiàn)一次接線即可按邏輯自動(dòng)完成所有試驗(yàn)項(xiàng)目，電機(jī)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和電機(jī)健康評(píng)價(jià)系統(tǒng)為核電廠電機(jī)設(shè)備管理提供了有力支撐。該系統(tǒng)的應(yīng)用可提高核電廠內(nèi)電機(jī)試驗(yàn)效率和質(zhì)量，降低核電廠電機(jī)檢修成本。

綜合試驗(yàn)系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)管理；電機(jī)健康評(píng)價(jià)

0 引言

電機(jī)廣泛應(yīng)用于核電廠各個(gè)工藝系統(tǒng)內(nèi)，其可靠運(yùn)行與核電廠的生產(chǎn)效益甚至核安全直接相關(guān)。電機(jī)的絕緣性能、旋轉(zhuǎn)振動(dòng)性能、電氣連續(xù)性能等都會(huì)影響電機(jī)運(yùn)行的可靠性，維修人員必須能夠在電機(jī)檢修后通過試驗(yàn)手段對(duì)電機(jī)健康及性能做出全面和準(zhǔn)確的判斷，從而確保電機(jī)在工藝系統(tǒng)中的可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

傳統(tǒng)的電機(jī)試驗(yàn)方法需要根據(jù)不同試驗(yàn)項(xiàng)目更換不同的試驗(yàn)儀器，進(jìn)行多次拆接線，反復(fù)上電。在電機(jī)空載測(cè)試過程中，維修人員手持測(cè)振儀器和測(cè)溫儀器對(duì)電機(jī)運(yùn)行的振動(dòng)和溫度進(jìn)行測(cè)量，人工讀取并記錄數(shù)據(jù)后對(duì)相應(yīng)的電氣量進(jìn)行計(jì)算，再對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析比較。傳統(tǒng)方法工作耗時(shí)長(zhǎng)、接線復(fù)雜、操作繁瑣、工作量較大，試驗(yàn)結(jié)果受試驗(yàn)操作人員的經(jīng)驗(yàn)及技能水平影響較大，試驗(yàn)由人工分析判斷容易出錯(cuò)。因此，有必要建立一套電機(jī)綜合試驗(yàn)系統(tǒng)來(lái)規(guī)避傳統(tǒng)試驗(yàn)方法的缺點(diǎn)。

當(dāng)前，數(shù)字化自動(dòng)測(cè)試儀器儀表廣泛應(yīng)用于測(cè)量領(lǐng)域，設(shè)備綜合試驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)的研究已成為一個(gè)熱點(diǎn)[1-2]。電機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)可以充分利用數(shù)字技術(shù)、調(diào)節(jié)技術(shù)、編碼技術(shù)、接口技術(shù)、傳感技術(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)等實(shí)現(xiàn)微機(jī)化和自動(dòng)化。國(guó)內(nèi)外已有相關(guān)單位在電機(jī)智能測(cè)試等方面做了一些研究[3-4]，也有公司制造出了電機(jī)性能綜合測(cè)試儀[5-7]，但聚焦點(diǎn)都在電機(jī)性能本身的測(cè)試。對(duì)于核電廠，不僅要關(guān)注電機(jī)本身的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，還要關(guān)注全廠電機(jī)信息和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的管理、電機(jī)健康狀態(tài)的評(píng)價(jià)等。本文所建立的電機(jī)綜合試驗(yàn)系統(tǒng)在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行資源整合和創(chuàng)新，能夠?qū)崿F(xiàn)一次接線即可一鍵順序完成電機(jī)所有試驗(yàn)，自動(dòng)完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及評(píng)判，最終給出被試電機(jī)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)論。通過試驗(yàn)平臺(tái)軟件可以對(duì)試驗(yàn)過程進(jìn)行可視化管理，并實(shí)現(xiàn)安全隱患下快速停機(jī)，完成數(shù)據(jù)的分析、處理、評(píng)價(jià)和存儲(chǔ)，以及自動(dòng)生成和打印試驗(yàn)報(bào)告。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)目標(biāo)

電機(jī)綜合試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是“一次接線、一次設(shè)置、一鍵試驗(yàn)”。該系統(tǒng)可以滿足不同容量、不同起動(dòng)方式電機(jī)的綜合試驗(yàn)需求，被試電機(jī)通過一組測(cè)試線纜與試驗(yàn)電源系統(tǒng)連接，通過試驗(yàn)控制臺(tái)自動(dòng)完成被試電機(jī)的所有測(cè)試項(xiàng)目，電機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)能夠自動(dòng)導(dǎo)入數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，測(cè)試報(bào)告按照已設(shè)置的模板自動(dòng)打??；系統(tǒng)內(nèi)置電機(jī)健康評(píng)價(jià)子系統(tǒng)，在完成電機(jī)所有測(cè)試后自動(dòng)調(diào)取數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)內(nèi)被試電機(jī)的歷史數(shù)據(jù)，按照建立的電機(jī)健康評(píng)價(jià)模型，根據(jù)當(dāng)次試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)軟件計(jì)算得出被試電機(jī)的健康得分，為核電廠維修人員提供參考。電機(jī)綜合試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)拍照片如圖1所示。

圖1 電機(jī)綜合試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)拍照片

1.2 綜合試驗(yàn)系統(tǒng)架構(gòu)

電機(jī)綜合試驗(yàn)系統(tǒng)主要分為試驗(yàn)電源控制柜、試驗(yàn)控制臺(tái)、電機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)及健康評(píng)價(jià)系統(tǒng)五個(gè)部分，各部分功能相對(duì)獨(dú)立，可獨(dú)自完成設(shè)計(jì)功能，通過高速工業(yè)以太網(wǎng)將各部分相互聯(lián)系，形成一個(gè)統(tǒng)一的電機(jī)綜合試驗(yàn)系統(tǒng)。電機(jī)綜合試驗(yàn)系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 電機(jī)綜合試驗(yàn)系統(tǒng)架構(gòu)

2 試驗(yàn)系統(tǒng)組成

2.1 試驗(yàn)電源控制柜

電源控制柜包含一個(gè)電源柜和三個(gè)不同的起動(dòng)柜。電源柜為整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)提供試驗(yàn)所需的動(dòng)力和控制電源。一個(gè)工頻起動(dòng)柜包含兩個(gè)配電間隔，分別用于10kW以下的較小功率電機(jī)和不大于30kW的電機(jī)試驗(yàn)。兩個(gè)不同容量的變頻起動(dòng)柜分別用于不大于75kW和不大于160kW的電機(jī)試驗(yàn)。

起動(dòng)柜電源系統(tǒng)控制方式分為就地控制和遠(yuǎn)程控制兩種，本地面板操作為就地控制操作。電氣主回路通過接觸器搭建不同測(cè)試項(xiàng)目的獨(dú)立回路，獨(dú)立回路包括直流電阻、絕緣電阻、匝間短路、交直流耐壓和電機(jī)空載等試驗(yàn)電路。電源控制柜具有遠(yuǎn)程通信和控制接口，遠(yuǎn)程控制方式通過試驗(yàn)控制臺(tái)的控制信號(hào)改變控制柜內(nèi)接觸器的分合狀態(tài)，形成不同試驗(yàn)所需要的獨(dú)立回路。電源回路配置有熱繼電器等相應(yīng)保護(hù)裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的過電壓、過電流、輸出短路、接地等保護(hù)。

2.2 試驗(yàn)控制臺(tái)

試驗(yàn)控制臺(tái)集成了所有電機(jī)試驗(yàn)項(xiàng)目所需的儀器儀表、可編程邏輯控制器（programmable logic controller, PLC）控制系統(tǒng)、試驗(yàn)操作臺(tái)、工控機(jī)、顯示屏、打印機(jī)等設(shè)備，完成電機(jī)試驗(yàn)的操作和試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、分析、評(píng)價(jià)功能。

PLC、試驗(yàn)操作臺(tái)與工控機(jī)之間采用RS 485通信連接，以確保通信高速、可靠和抗干擾。試驗(yàn)控制臺(tái)的控制模式為：以工控機(jī)為人機(jī)交互操作界面和數(shù)據(jù)采集分析中心，以PLC為控制核心，以電源控制柜內(nèi)的變頻器和接觸器為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

工控機(jī)內(nèi)安裝有電機(jī)自動(dòng)試驗(yàn)控制系統(tǒng)軟件，軟件內(nèi)設(shè)立電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，試驗(yàn)控制系統(tǒng)軟件對(duì)被試電機(jī)的測(cè)試數(shù)據(jù)具有自動(dòng)記錄、判定結(jié)論和保存功能。工控機(jī)把電機(jī)自動(dòng)試驗(yàn)控制系統(tǒng)軟件的控制指令傳送到PLC，由PLC完成相應(yīng)的過程控制和所有開關(guān)量信號(hào)的輸入、輸出操作。

在電機(jī)試驗(yàn)前，維修人員可以根據(jù)自動(dòng)排列或模糊查詢的方式選擇被試電機(jī)的型號(hào)，在完成型號(hào)選擇后，對(duì)應(yīng)型號(hào)的電機(jī)參數(shù)自動(dòng)從數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中調(diào)取并設(shè)置。自動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)軟件除了可以根據(jù)型號(hào)自動(dòng)設(shè)置被試電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)外，還可以手動(dòng)填入被試電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。試驗(yàn)系統(tǒng)軟件預(yù)先輸入各種型號(hào)電機(jī)的參數(shù)的合格范圍，在自動(dòng)測(cè)試過程中系統(tǒng)調(diào)入標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)自動(dòng)判斷被試電機(jī)合格與否，若測(cè)試數(shù)據(jù)超出合格范圍，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)則自動(dòng)停止測(cè)試，并發(fā)出告警信號(hào)。

自動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包含自動(dòng)和半自動(dòng)試驗(yàn)兩種模式。自動(dòng)試驗(yàn)只需連接一次試驗(yàn)線纜，按下起動(dòng)按鈕后，試驗(yàn)軟件即控制試驗(yàn)系統(tǒng)按順序自動(dòng)完成選定的所有試驗(yàn)項(xiàng)目。半自動(dòng)試驗(yàn)在每個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目開始前需要維修人員手動(dòng)確認(rèn)試驗(yàn)項(xiàng)目開始。

2.3 電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)

電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)為一個(gè)長(zhǎng)3m、寬2m的鑄鐵平臺(tái)，帶T型槽。鑄鐵平臺(tái)配套有壓緊裝置用于臥式電機(jī)的固定，能夠在水平面內(nèi)靈活調(diào)整，對(duì)基座的壓緊力大小可調(diào)整，以滿足電機(jī)空載試驗(yàn)的需要。對(duì)于立式電機(jī)，試驗(yàn)臺(tái)配備了兩套板組和一套墊高塊，墊高塊沿垂直于試驗(yàn)臺(tái)的側(cè)壁凹設(shè)有通孔，第一套板組穿設(shè)于通孔且將墊高塊壓緊于試驗(yàn)平臺(tái)，墊高塊用于支撐立式電機(jī)，第二套板組將電機(jī)與墊高塊之間加緊。

鑄鐵平臺(tái)包含紅外熱成像測(cè)溫裝置、無(wú)線測(cè)振探頭、無(wú)線轉(zhuǎn)速測(cè)試儀等設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)在空載試驗(yàn)時(shí)對(duì)被試電機(jī)溫度、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)測(cè)量。溫度數(shù)據(jù)由紅外熱成像探頭輸出模擬信號(hào)，經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)傳輸至工控機(jī)。振動(dòng)數(shù)據(jù)采用無(wú)線傳輸方式傳遞給試驗(yàn)控制臺(tái)的無(wú)線信號(hào)接收模塊，工控機(jī)通過RS 485通信直接讀取電機(jī)空載振動(dòng)的數(shù)據(jù)。

2.4 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)軟件運(yùn)用超文本預(yù)處理器（hypertext preprocessor, PHP）語(yǔ)言對(duì)超文本標(biāo)記語(yǔ)言（hyper text markup language, HTML）后臺(tái)控制器進(jìn)行開發(fā)，使用Java語(yǔ)言對(duì)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的操作界面進(jìn)行整合，開發(fā)結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言（structured query language, SQL）數(shù)據(jù)庫(kù)用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)庫(kù)用于存儲(chǔ)廠家、型號(hào)、編號(hào)、參數(shù)、日期等輸入數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)與經(jīng)數(shù)據(jù)處理所得到的結(jié)果數(shù)據(jù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)主要包含折算后的絕緣電阻、直流電阻、直流泄漏電流、空載電流、電機(jī)空載運(yùn)行溫度、電機(jī)空載運(yùn)行振動(dòng)值等。除此以外，還能夠查看被試電機(jī)的各個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)的歷史變化趨勢(shì)，直觀顯示被試電機(jī)的性能變化。

2.5 電機(jī)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)

電機(jī)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)是利用現(xiàn)代信息技術(shù)對(duì)電機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、整合與分析，給被試電機(jī)健康狀態(tài)以量化評(píng)分，從而為核電廠維修人員提供電機(jī)健康狀態(tài)評(píng)判依據(jù)。該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、分析系統(tǒng)、預(yù)警及反饋系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，其架構(gòu)如圖3所示。系統(tǒng)的工作方式是：首先通過數(shù)據(jù)采集平臺(tái)將電機(jī)不同類型數(shù)據(jù)包括基本信息、評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)、測(cè)試數(shù)據(jù)等多方面數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位、持續(xù)采集，建立被試電機(jī)個(gè)體評(píng)價(jià)大數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)優(yōu)化平臺(tái)對(duì)原數(shù)據(jù)中的無(wú)效數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化清理，再由數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進(jìn)行挖掘分析。

圖3 電機(jī)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)將數(shù)據(jù)挖掘分析形成的規(guī)律經(jīng)電機(jī)專家審定后納入評(píng)判規(guī)律庫(kù)中，另外，系統(tǒng)進(jìn)一步結(jié)合分析結(jié)果和已有規(guī)律庫(kù)為電廠維修人員提供結(jié)果反饋，并針對(duì)數(shù)據(jù)挖掘分析過程中發(fā)現(xiàn)的異常情況及時(shí)向電廠維修人員發(fā)出預(yù)警信號(hào)。

預(yù)警及反饋系統(tǒng)是電機(jī)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)的核心，系統(tǒng)采集電機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進(jìn)行挖掘分析，再結(jié)合規(guī)律庫(kù)對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行異常值的評(píng)估，如果診斷數(shù)據(jù)存在異常狀況，系統(tǒng)就向維修人員發(fā)出預(yù)警信號(hào)。

電機(jī)健康評(píng)價(jià)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)使用量化方式進(jìn)行分配，對(duì)電機(jī)直流電阻、直流電阻不平衡度、絕緣電阻、直流耐壓、交流耐壓、匝間絕緣強(qiáng)度、空載電流、空載電流不平衡度、空載振動(dòng)值及空載溫升共10個(gè)維度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)每個(gè)維度的試驗(yàn)結(jié)果設(shè)置打分評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，最終通過加權(quán)算法計(jì)算電機(jī)健康評(píng)價(jià)的總體得分。

2.6 試驗(yàn)系統(tǒng)安全保護(hù)

由于電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)的功率較大，整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的安全可靠性至關(guān)重要，本試驗(yàn)系統(tǒng)電氣保護(hù)分為以下四部分。

1）電流速斷保護(hù)功能，主要由試驗(yàn)電源柜內(nèi)的繼電保護(hù)回路完成，可以在被試電機(jī)發(fā)生故障后幾毫秒至幾十毫秒內(nèi)動(dòng)作，切斷電源。

2）振動(dòng)、溫度等非電量的超限快速保護(hù)由自動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)軟件完成，自動(dòng)試驗(yàn)軟件檢測(cè)到相應(yīng)量值超限，向PLC發(fā)出停止測(cè)試指令，測(cè)試終止，并發(fā)出聲響報(bào)警信號(hào)。

3）當(dāng)某項(xiàng)電氣參數(shù)測(cè)量值超過設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)試驗(yàn)軟件向PLC發(fā)出停止試驗(yàn)指令，試驗(yàn)終止，并發(fā)出聲響報(bào)警信號(hào)。

4）除了針對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)和被試電機(jī)的保護(hù)外，還有針對(duì)維修人員的安全圍欄和試驗(yàn)緊急停運(yùn)按鈕，以確保維修人員的人身安全。

3 電機(jī)試驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[8-9]，本試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有直流電阻、絕緣電阻、工頻耐壓、直流耐壓及泄漏電流、匝間絕緣強(qiáng)度、電機(jī)空載等試驗(yàn)項(xiàng)目。

3.1 冷態(tài)直流電阻測(cè)量

直流電阻測(cè)試采用高精度的數(shù)字電阻測(cè)試儀，在半自動(dòng)測(cè)量模式下，可采用四端測(cè)量技術(shù)，消除導(dǎo)線及接觸電阻對(duì)被試電機(jī)直流電阻測(cè)量的影響。在全自動(dòng)測(cè)量模式下，采用兩端測(cè)量技術(shù)，需要在測(cè)量電機(jī)直流電阻前將測(cè)試線短接，測(cè)出導(dǎo)線及接觸電阻，選擇去除本底電阻，在此模式下，需要注意根據(jù)電機(jī)容量大小選擇不同的直流電阻測(cè)試時(shí)間，在電機(jī)容量小于10kW時(shí)，直流電阻測(cè)量時(shí)間可選為3s，伴隨電機(jī)容量增大，測(cè)量時(shí)間也隨之增大。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在電機(jī)容量大于55kW時(shí)推薦測(cè)量時(shí)間為30s，以提高直流電阻測(cè)量的準(zhǔn)確度。

3.2 絕緣電阻測(cè)量

本試驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)量的電機(jī)絕緣電阻為三相繞組對(duì)電機(jī)外殼（地線）之間的絕緣電阻。在自動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)軟件的參數(shù)設(shè)置欄，設(shè)置絕緣電阻測(cè)量的時(shí)間分別為15s和60s，以獲取電機(jī)絕緣的吸收比。

3.3 交直流耐壓測(cè)試

交直流耐壓測(cè)試實(shí)現(xiàn)泄漏電流自動(dòng)檢測(cè)功能，在對(duì)被試電機(jī)進(jìn)行交直流耐壓測(cè)試前，分別測(cè)試本底泄漏電流，然后施加試驗(yàn)電壓，將測(cè)得的泄漏電流減去本底泄漏電流即為真實(shí)的電機(jī)泄漏電流。

3.4 匝間絕緣強(qiáng)度測(cè)試

在《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中，電機(jī)匝間絕緣試驗(yàn)并沒有要求，常規(guī)的電機(jī)試驗(yàn)也無(wú)法檢測(cè)出輕微的匝間短路。近年來(lái)，核電廠內(nèi)多次發(fā)生因電機(jī)輕微匝間短路未被檢測(cè)出而發(fā)展為相間短路導(dǎo)致電機(jī)繞組燒毀的事件。因此，在電機(jī)預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)增加匝間絕緣強(qiáng)度測(cè)試項(xiàng)目越來(lái)越受到重視。

近年來(lái)，高?？蒲腥藛T在電機(jī)匝間短路的檢測(cè)、診斷、分析等方面做了大量工作[10-12]，電機(jī)匝間絕緣強(qiáng)度測(cè)試方法也得到了極大的發(fā)展。本試驗(yàn)系統(tǒng)采用高壓脈沖沖擊法進(jìn)行匝間絕緣強(qiáng)度測(cè)試，采用閘流管作為開關(guān)器件，儲(chǔ)能電容0.1mF，輸出能量0.25J，以確保不損壞電機(jī)絕緣和不漏檢。檢測(cè)時(shí)按照預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)波形的采樣速度和放大倍數(shù)，將調(diào)整好的匝間高壓通過閘流管加到電機(jī)繞組上，對(duì)所產(chǎn)生的衰減振蕩波形進(jìn)行采樣，用高速A-D測(cè)試系統(tǒng)，將匝間波形做數(shù)字化處理，通過工控機(jī)對(duì)波形的幾個(gè)參量進(jìn)行計(jì)算處理，得出波形的衰減率、頻率和積分面積，三相電機(jī)匝間波形采用自比方式，三個(gè)繞組的波形在屏幕上重疊顯示，系統(tǒng)自動(dòng)比較相間波形的絕緣差值及面積差值，確定電機(jī)繞組是否存在匝間短路。

3.5 空載試驗(yàn)

1）電氣量參數(shù)

被試電機(jī)在空載運(yùn)行狀態(tài)下連續(xù)運(yùn)行至損耗穩(wěn)定后，測(cè)取被試電機(jī)空載下的電壓、電流、損耗、頻率，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)表中規(guī)定的電壓值對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性修正，計(jì)算功率因數(shù)和電流不平衡度。

2）非電氣量參數(shù)

電機(jī)空載運(yùn)行狀態(tài)下的非電氣量測(cè)量主要有溫度、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等。溫度測(cè)量采用兩臺(tái)非接觸式紅外熱成像儀，分別布置在被試電機(jī)兩側(cè)，被試電機(jī)的溫度以紅外圖像方式展現(xiàn)；振動(dòng)測(cè)量采用磁吸式接觸振動(dòng)傳感器，按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求布置傳感器位置；轉(zhuǎn)速測(cè)量采用無(wú)線轉(zhuǎn)速測(cè)試儀直接測(cè)試電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速。

4 試驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用

本文以現(xiàn)場(chǎng)電動(dòng)機(jī)預(yù)防性檢修中兩臺(tái)同型號(hào)的異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)為例，介紹電機(jī)綜合試驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用。采用全自動(dòng)試驗(yàn)?zāi)Ｊ?，試?yàn)完成后系統(tǒng)生成試驗(yàn)報(bào)告并給出電機(jī)健康狀態(tài)評(píng)分，限于篇幅，本文僅摘錄兩臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)主要試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1，其中振動(dòng)和溫度分別有5個(gè)和6個(gè)測(cè)點(diǎn)，表1中僅記錄最大值。表1中為電動(dòng)機(jī)繞組直流電阻值，為三相直流電阻不平衡度。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，電機(jī)1在直流電阻不平衡度、絕緣電阻值、交流泄漏電流、空載電流不平衡度等方面均優(yōu)于電機(jī)2，因此，健康狀態(tài)評(píng)價(jià)得分也高于電機(jī)2。

相對(duì)于傳統(tǒng)的電機(jī)檢修試驗(yàn)方法，本文電機(jī)綜合試驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用提高了電機(jī)試驗(yàn)效率和質(zhì)量，減少了人工需求，對(duì)核電廠降本增效具有積極作用。兩種試驗(yàn)方式的對(duì)比見表2。

表1 兩臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 兩種試驗(yàn)方式的對(duì)比

5 結(jié)論

本文從某核電廠電機(jī)檢修后試驗(yàn)的實(shí)際需求出發(fā)，設(shè)計(jì)開發(fā)了一套電機(jī)綜合試驗(yàn)系統(tǒng)，本文電機(jī)綜合試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)核電廠的電機(jī)維修工作具有以下重要意義：

1）實(shí)現(xiàn)電機(jī)檢修后試驗(yàn)的一鍵化操作，一次接線即可完成所有試驗(yàn)項(xiàng)目，有效提升了電機(jī)試驗(yàn)效率、提高了電機(jī)試驗(yàn)的質(zhì)量。

2）利用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全廠所有電機(jī)基本信息和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效管理，為電機(jī)設(shè)備管理提供了數(shù)據(jù)支撐。

3）建立電機(jī)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以量化方式對(duì)電機(jī)健康狀態(tài)的客觀評(píng)價(jià)，為后續(xù)電機(jī)檢修策略的不斷優(yōu)化提供信息支持。

[1] 李涵, 宋宇. 一種就地化保護(hù)自動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)硬件設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 電氣技術(shù), 2021, 22(12): 99-104.

[2] 張峰, 徐晨, 穆云龍, 等. 智能變電站高可靠無(wú)縫冗余環(huán)網(wǎng)性能測(cè)試平臺(tái)的研究和實(shí)現(xiàn)[J]. 電氣技術(shù), 2021, 22(4): 43-49.

[3] 范瀅, 閆華光, 于海波, 等. 電動(dòng)機(jī)能效測(cè)試方法及智能測(cè)試系統(tǒng)的研究[J]. 電氣技術(shù), 2008, 9(9): 26-29.

[4] 史敬灼, 王嵐, 徐殿國(guó). 單相交流串勵(lì)電機(jī)無(wú)耦合自動(dòng)測(cè)試[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2006, 21(11): 76-81.

[5] 解大, 張延遲, 孟凡青, 等. 電機(jī)設(shè)備檢修綜合試驗(yàn)與檢測(cè)平臺(tái)[J]. 電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 32(3): 42-47.

[6] 樊代輝, 黃建忠. 電機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)裝置監(jiān)控系統(tǒng)的研制[J]. 機(jī)電設(shè)備, 2008, 25(6): 27-29.

[7] 馬懷儉, 雷旭, 馬永峰, 等. 電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)集成方法的研究[J]. 中小型電機(jī), 2000, 27(5): 42-44.

[8] 電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程: DL/T 596—2021[S]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2021.

[9] 三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法: GB/T 1032—2012[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2012.

[10] 謝穎, 胡圣明, 陳鵬, 等. 永磁同步電機(jī)匝間短路故障溫度場(chǎng)分析[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2022, 37(2): 322- 331.

[11] 趙耀, 陸佳煜, 李東東, 等. 基于機(jī)電信號(hào)融合的電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)繞組匝間短路故障診斷[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2023, 38(1): 204-219.

[12] 魏東, 劉侃, 丁榮軍, 等. 基于多重同步壓縮變換的永磁同步電機(jī)初期匝間短路故障檢測(cè)[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2022, 37(18): 4651-4663.

Development and application of the integrated test system for motor in nuclear power plants

CHANG Senwei JIAO Jiahuan

(State Nuclear Power Demonstration Plant Co., Ltd, Weihai, Shandong 264312)

This paper introduces the main structure of the integrated test system for motor in nuclear power plants, and discusses the system design and its practical application. Through special circuit design and test control software, the system can automatically complete all test items according to logic with one connection. The motor data management system and the motor health assessment system provide strong support for the management of electrical equipment in nuclear power plants. The application of this system can improve the efficiency and quality of motor testing in nuclear power plants, and reduce the cost of motor maintenance in nuclear power plants.

integrated test system; system design; data management; motor health assessment

2023-08-07

2023-08-22

常森偉（1983—），男，河南省林州市人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事核電廠電氣設(shè)備維修及管理工作。