FTCIII发电机特性综合测试仪说明书.docx
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FTCIII发电机特性综合测试仪说明书
FTC-III发电机特性综合测试仪
说明书
上海菲柯特电气科技有限公司
目录
1．总述————————————————1
2．工作原理——————————————2
2.1.自检功能
2.2.测量原理
3．主要技术参数————————————6
3.1.输入信号性质和范围
3.2.通道隔离
3.3.显示方式
3.4.故障启动方式
3.5.测量精度
3.6.外形尺寸
3.7.重量
4．操作说明——————————————8
4.1.信号的连接
4.2.键盘及显示说明
4.3.精度的校准
5．维护保养——————————————22
1.总述
FTC-III型发电机特性测试仪是一综合性较强，性能完善的多CPU系统，共由三片80196CPU组成。
FTC-III型发电机特性测试仪完成信号的采集、计算、显示及与系统机通讯等主要任务，并且具备完善的自检功能。
FTC-III型发电机特性测试仪采用精密12位A/D转换器，测量精度均在0.5级以上，部分可达0.2级，共可测量30个发电机主要电气参量，见下表：
序号
名称
符号
量纲
1
发电机定子电压
UAB
kV
2
发电机定子电压
UBC
kV
3
发电机定子电压
UCA
kV
4
发电机定子电流
IA
kA
5
发电机定子电流
IB
kA
6
发电机定子电流
IC
kA
7
发电机有功功率
P
MW
8
发电机无功功率
Q
Mvar
9
发电机功率因数
COSΦ
10
发电机转子电压
Uf
V
11
发电机转子电流
If
A
12
发电机转子温度
tf
℃
13
发电机转速
n
rpm
14
主励磁机转子电压
ULf
V
15
主励磁机转子电流
ILf
A
16
系统侧电压
Uj
kV
17
厂用侧电压
Us
kV
18
发电机定子负序电流
I2
kA
19
发电机定子零序电流
3I0
kA
20
系统与发电机相位差
θ
°
21
发电机功角
δ
°
22
系统频率
fj
Hz
23
主励磁机定子电压
ULAB
V
24
主励磁机定子电压
ULBC
V
25
主励磁机定子电压
ULCA
V
26
副励磁机定子电压
UPAB
V
27
副励磁机定子电压
UPBC
V
28
副励磁机定子电压
UPCA
V
29
主励磁机定子频率
fL
Hz
30
副励磁机定子频率
fP
Hz
正是由于FTC-III型发电机特性测试仪可同时测量以上各电气参量，因而它可达到基本完成电气总启动试验的功能，如：
副励空载频率特性、主励空载试验、主励负载及发电机短路试验、发电机空载试验，还可完成发电机频率特性以及同期并网等试验过程。
试验数据均为自动录制，测量结果精确、曲线完整。
空载、短路等试验曲线可随励磁调节过程动态显示出来，一些试验中的暂态过程则能自动捕捉，这些暂态过程的录制对发电机特性的分析起到很关键的作用。
2.工作原理
系统框图见下图。
2.1.自检功能
本机设计了对机内主要部件的自检功能，可以对内存、通讯缓冲区、A/D接口等进行自检（详见操作说明）。
2.2.测量原理
●电压电流等一般参量的测量
发电机定子电压、电流及转子各量均是将输入信号经隔离后，由通道处理电路进行处理，然后送到A/D转换器，由CPU控制进行采样、处理、计算等。
主励及付励定子的参量还可观察波形，采样间隔为50点/周期，可观察最小周期为2ms（相当于500Hz）。
●转速的测量
转速信号经过零检测电路产生标准方波信号，为和汽机测速信号匹配，内部设有60分频电路，可由用户设定是否接入分频电路。
方波信号送入80196外部中断输入，采用中断方式拾取信号，使转速测量更加准确。
其测量原理为：
其中N为80196定时器1在两次中断间的计数值（8M时钟）。
●功角的测量
功角的基本定义是：
发电机内部空载电势和端电压之间的时间相角，另一个意义则表示发电机在运行过程中其定子与转子间气隙中的两个旋转磁场（转子的空载磁场Φd与气隙中的合成磁场Φ∑）之间的夹角，通过同步电机的基本理论Park变换公式便可得出这样两个结论：
A、发电机机端的二次线电压UBC的每个正弦波波形的上升过零点所对应的电压矢量方向与Φ∑的矢量方向成一个固定的角度δi，此δi不随发电机的运行工况的改变而改变。
B、Φd是转子的d轴方向，它位于转子径向某个固定不变的位置上，我们只要在旋转着的转子径向上找到任何一个与d轴成固定不变的角度（设这个角度对应的为Xo轴线）。
那么d轴与这个Xo轴的夹角也就不变，在转子（无论汽机侧还是励磁机侧）某一表面上找到或埋设一个凸起或凹陷部位，在对应处静止部位固定磁阻探头或涡流探头，此探头就可以在转子每周期Xo轴位处产生一个尖脉冲，利用在转子上涂白漆，然后用光电转换原理测量也是可以的。
如无以上信号，可利用转子的测速信号，一般情况此信号都是转子每转一周产生60个脉冲，此信号输入仪器后进行波形处理，变成脉冲量进入一个60分频电路，输出的便可以认定为Xo轴线。
通过一些常规的电子测量手段，便可以测量出UBC与转子Xo轴线间的夹角δ∑。
由此可得出电机的当前功角δi；
δi=δ∑-（δ1+δ2）=δ∑-δ0
发电机在并网前机端电压已升到额定值（或接近额定值）的功角是恒为零的，即：
δi=δ∑-δ0=0此时有δ∑=δ0
确定了δ0后，仪器即可自动准确测量δi。
●转子电流的测量原理
转子电流信号的拾取是通过分流器得到的，信号为毫伏信号。
毫伏信号的测量有两大难点：
一是传输压降大，毫伏信号一旦远距离传输，线路上的压降就严重影响测量精度，而转子电流信号从励磁间到主控室有几十米，所以线路压降必须加以考虑；二是干扰问题，毫伏信号由于信号本身较弱，抗干扰能力较差，故干扰是一大问题。
基于以上两方面的原因，保证转子电流的测量精度是一个很关键的问题。
该仪器借助二端口网络的电路分析，建立一套数学公式，通过数学方法消除线路压降的影响，同时由于仪器供一恒流源，抑制干扰的影响，也给消除压降提供依据。
这种原理的运用避免了使用变送器，提高了瞬态响应特性。
●转子温度测量原理
转子温度是由Uf和If计算得出的平均值。
其中：
RX－－转子绕组的热态电阻RX=Uf/If
R0－－转子在t0温度下的冷态电阻
K1－－常数，铜导体为235，铝导体为225
3．主要技术参数
3.1.输入信号性质和范围
名称
符号
性质
输入范围
发电机定子电压
UABC
交流
0-150V
发电机定子电流
IABC
交流
0-5.5A
发电机转子电压
Uf
直流
0-900V
发电机转子电流
If
直流
0-75mV
主励转子电压
ULf
直流
0-150V
主励转子电流
ILf
直流
0-75mV
主励定子电压
ULABBCCA
交流
0-750V
副励定子电压
UPABBCCA
交流
0-250V
系统侧电压
Uj
交流
0-150V
厂用侧电压
Us
交流
0-150V
转速信号
Ud
交流或脉冲
0-200V
3.2.通道隔离
所有通道输入均有隔离，可避免设备与系统间的相互影响，保证设备与系统的安全。
各通道输入端对地、各通道输入端对输出端及输入端各通道之间绝缘均在2500V以上。
为适应不同机组，有些通道设有多个量程。
3.3.显示方式
该仪器采用大屏幕液晶显示，可同时显示6个参量，经过按键切换，共可显示23个参量。
窗口最下面的一行还显示当前的运行状态。
如下图：
参数值
参量符号
参量名称
量纲
当前屏幕序号
通讯状态
（传送内容）
故障录制指示
所有信息全部汉字显示，直观、明了，大大方便了使用。
3.4.故障启动方式
本系统可自动捕捉故障，启动故障的方式为：
利用某个参量或某几个参量的变化量是否超过设定值来判断，在一定时间内（如100个周波）超过设定值的总数达到给定数值则启动故障。
故障启动后，系统自动保留该时刻前一秒钟的全部数据，并继续录制29秒的数据，因而整个故障数据为30秒。
也可以用开关量启动，只要前面板的开关量输入在“投”的位置，且与之对应的开关量通道确实接入了开关接点，则此开关量即可参与启动。
3.5.测量精度
该仪器测量精度均在0.5级以上，部分可达0.2级。
3.6.外形尺寸
本仪器体积为：
470×180×350mm
3.7.重量
本仪器重量为：
约18kg
4．操作说明
4.1.信号的连接
FTC-III后面板布置图如下图所示：
●发电机定子电压输入端
发电机定子PT二次A相接仪器输入端子的A相;
发电机定子PT二次B相接仪器输入端子的B相;
发电机定子PT二次C相接仪器输入端子的C相;
PT二次应为100V。
输入阻抗>50kΩ。
●发电机定子电流输入端
发电机定子CT二次A相电流出端接IA+;
发电机定子CT二次A相电流入端接IA-;
发电机定子CT二次B相电流出端接IB+;
发电机定子CT二次B相电流入端接IB-;
发电机定子CT二次C相电流出端接IC+;
发电机定子CT二次C相电流入端接IC-;
若发电机定子CT二次为5A，则IA+、IB+、IC+应接在5A端子上，若发电机定子CT二次为1A，则IA+、IB+、IC+应接在1A端子上。
输入阻抗<0.05Ω。
●发电机转子电压Uf输入端
发电机转子电压一次侧正端接Uf+;
发电机转子电压一次侧负端接Uf-;
根据输入电压的大小可选择不同的量程输入，选择不同量程时要修改仪器的量程值。
输入阻抗>78kΩ。
●发电机转子电流If输入端
发电机转子回路分流器毫伏电压的正端接If+;
发电机转子回路分流器毫伏电压的负端接If-;
输入阻抗约100Ω。
●主励磁机转子电压ULf输入端
主励磁机转子电压一次侧正端接ULf+;
主励磁机转子电压一次侧负端接ULf-;
根据输入电压的大小可选择不同的量程输入，选择不同量程时要修改仪器的量程值（详见系统软件说明）。
输入阻抗>50kΩ
●主励磁机转子电流ILf输入端
主励磁机转子回路分流器毫伏电压的正端接ILf+;
主励磁机转子回路分流器毫伏电压的负端接ILf-;
输入阻抗约100Ω。
●主励磁机定子电压UL输入端
主励磁机定子一次侧A相电压接相应量程的A相端;
主励磁机定子一次侧B相电压接相应量程的B相端;
主励磁机定子一次侧C相电压接相应量程的C相端;
●副励磁机定子电压UP输入端
副励磁机定子一次侧A相电压接相应量程的A相端;
副励磁机定子一次侧B相电压接相应量程的B相端;
副励磁机定子一次侧C相电压接相应量程的C相端;
●系统侧电压Uj输入端
正常测量时：
发电机系统侧或系统母线侧PT二次A相电压接UjA;
发电机系统侧或系统母线侧PT二次B相电压接UjB;
作同期试验时：
为了同期试验中测量Uj与UBC间拍频信号，对Uj的接线应特别注意。
按机组的升压变压器U/D-11点接线形式说明，发电机侧与系统侧的矢量图为：
要想使仪器测量同期过程中的Uj、∆U、θi（同期角度），就必须使Uj信号的幅值、方向都与定子侧UCB一致，因此实际测量应特别注意：
A.如果升压变压器为Y/∆-11接线形式，则UjC接在“A”端，UjN接在“B”端。
如果系统开口三角输出的UjCN的PT二次值为额定100伏，则可直接测量。
B.以上条件不具备时，须根据实际情况修正相应变比值和初始角。
如果Uj的PT二次值为额定100/√3伏时,可把Uj的一次值改为原来的√3倍（修改方法见系统软件说明）。
有时还需要考虑主变分接头位置带来的变比差。
如此修改后便可正确测量。
输入阻抗>50kW
●厂用侧电压US输入端
厂用侧电压PT二次侧A相电压接USA;
厂用侧电压PT二次侧B相电压接USB;
输入阻抗>50kW
●转子d轴位置Ud输入端
发电机转子轴位信号的正端接左侧端子;
发电机转子轴位信号的负端接右侧端子;
如不需要测量δ（功角）、n（转速）参数时，便可不用输入此信号。
一般情况下，Ud有两种类型：
A.转子每旋转一周发出1个脉冲信号，如热工方面给出的鉴相信号。
B.转子每旋转一周发出60个脉冲信号，这是汽轮机组普遍采用的转子测速信号。
如果接入的Ud是A中形式，须用系统软件的参数设置将每转脉冲数改为1。
（修改方法见系统软件说明）
如果接入的Ud是B中形式，须用系统软件的参数设置将每转脉冲数改为60。
（修改方法见系统软件说明）
输入阻抗：
≤10Hz时，≥2kΩ
≥45Hz时，≥50kΩ
输入电压波形：
正弦信号或脉冲信号
脉冲信号的占空比≥10%，脉冲最低值应≤0.3V或≥－0.3V。
●开关量输入端
本机提供四路开关量输入，需分别接入开关的独立接点，开关状态的变化可启动故障，四路开关是否参与启动由“开关量输入”确定，选择开关为“投”时表示参与启动，为“退”时则不参与启动。
同期并网时，同期开关的辅助接点必须接在K1通道上，且K1的选择开关在“投”位置。
4.2.键盘及显示说明
装置前面板布置如下图：
液晶窗口的含义已经在前一节说明，这里不再重述。
这里只介绍键盘和开关的意义。
●屏幕切换键
参量分为4屏，分别对应“第一屏”到“第四屏”，每屏显示6个参量。
●数字键
0-9数字键，用以在菜单上选择对应功能。
●控制功能键
控制功能键要与控制键“Ctrl”配合使用，先按住“Ctrl”键，再按下所需控制键。
1）“自检”键
按下自检功能键后，显示会切换到自检功能界面，有三项功能选择：
1---自检内存
2---自检通讯缓冲区
3---自检A/D接口
0---退出
自检结束后，在最下面的信息行中显示自检结果。
2）“If、ILf零点”修正键
If、ILf由于测量原理的原因，在实际接入信号时要根据现场接线情况修正零点，方法如下：
在现场接线完成后，信号尚未加入时（即信号为零），将系统机与下位机连接好，则下位机的If、ILf显示一个不为零的值，此时按〖Ctrl〗+〖If零点〗键，仪器则自动修正If零点，下位机此时显示0~1的值，表示零点修正正确。
同样按〖Ctrl〗+〖ILf零点〗键，仪器则自动修正ILf零点。
以下情况下按〖Ctrl〗+〖If零点〗、〖Ctrl〗+〖ILf零点〗键不起作用属正常现象：
✓下位机显示的该通道的值已超过其额定值的1/4。
如端子处开路时。
（额定值输入错误也可能产生此类问题）。
✓装置当前的零点值（可以在参数设置的通道修正中看到）不为0。
因此，在修正前应将零点值改为0。
✓有信号时切不可按此键，否则测量值无意义。
3）副励脱机试验“录数”键
该仪器设计了副励磁机电压频率特性试验的脱机录数功能，即不需要系统机长期联机工作，而是用下位机人工录点来存储试验数据，试验数据长期存储（掉电也没关系），只有用系统机发出清除数据命令方可清除。
试验数据可由上位机读出，并显示、打印。
在正常工况下，按一次〖Ctrl〗+〖录数〗键则下位机在已存的数据中添加一组数据。
若要进行一次新试验就必须用系统机清除数据功能清除原有的数据。
试验过程中若长时间无人使用应关掉电源，以免其它人乱按键，造成数据混乱。
4）参数重写键
通道修正参数的数据保存在仪器内的一片E2PROM中，这些参数对仪器的运行至关重要，因而万一因特殊原因被破坏，仪器的运行会混乱（表现一般为显示乱，显示刷新速度不正常，按复位键不能恢复等），这时按下〖Ctrl〗+〖0/E2〗键，即可将程序芯片内的正确数据重新写入E2PROM中，使仪器恢复正常。
重写入的数据与仪器本身的真实数据可能稍有差别，以出厂提供的清单为准。
5）“手动”启动故障键
仪器自动录制故障受启动值、启动参量、启动个数等多种因素的影响，如果某一参数设置不正确，会造成故障不能自动启动，为补救这一问题，仪器设计了一个手动启动的功能。
在任一时刻，只要按下〖Ctrl〗+〖手动1〗键，仪器则以当前点为故障起点，保留此时刻前0.5秒的数据，在显示屏上显示“正在录制”，接着继续录制29秒的数据，录制完成后，显示“录制完成”；
如果按下〖Ctrl〗+〖手动2〗键，仪器则自动记录下从当前时刻前30秒的数据（即当前时刻为故障结束点），在显示屏上直接显示“录制完成”。
6）“清除故障”键
该仪器下位机具有自动捕捉和录制故障数据功能，仪器一旦录到一次故障数据后就不再接受以后的数据，因此为了录制另一组故障数据必须清除原数据。
这存在两种情况：
一是录到的数据确实有用，这就需要用系统机读出录到的数据，然后再清除掉。
清除的方法可以用系统机命令，也可以用〖Ctrl〗+〖清除故障〗键；二是录到的数据无用，则不需连接系统机，只用〖Ctrl〗+〖清除故障〗键清除即可。
该键在“正在录制”状态下也可以使用。
7）初始功角
本仪器可自动修正初始功角，在机组定子电压达到或接近额定，并网前按下〖Ctrl〗+〖δ0〗键，仪器则自动修正功角，此时仪器显示的功角值应为0~0.1的值。
初始功角一旦修正完成，不要用系统机参数修正改动，否则会影响功角的测量准确度。
建议用系统机将初始功角读出后记录下来，下次一但仪器内初始功角损坏，可用系统机“参数设置”改正之。
注意：
试验状态下以下按键不起作用属正常现象：
〖Ctrl〗+〖If0〗
〖Ctrl〗+〖ILf0〗
〖Ctrl〗+〖δ0〗
〖Ctrl〗+〖0/E2〗
〖Ctrl〗+〖清除故障〗
4.3.精度的校准
仪器在使用前都要检查和校验精度是否达到要求，仪器工作是否正常。
校准精度时有以下几方面要求：
仪器通电预热必须在30分钟以上;
严格按量程接入信号;
使用不同量程时要先输入相应的修正系数或量程；
一定要输入稳定后方可进行校准。
修改通道修正系数要严格按以下公式计算：
注意：
仪器经出厂校准后，一般不会出现偏差，使用时间较长或仪器受到过潮过热的侵蚀，可能会出现偏差，但不会很大，此时可以校准。
如果出现较大偏差，说明仪器出现了故障，需维修。
具体校准过程如下：
（1）交流电压的校准
交流电压通道包括发电机定子电压、系统侧电压、厂用侧电压。
发电机定子电压按A、B、C三相正确接入即可，系统侧与厂用侧电压则任意接入一线电压即可，调节输入值使线电压为100V，观察显示值若与标准值不一致，按修改通道修正系数的公式将之修改正确，使显示值与标准值一致即可。
（通道修正系数的修改方法参见系统软件使用说明）若只有单相电压源可对AB、BC、CA线电压分别修正。
（2）交流电流的校准
交流电流通道只有发电机定子电流，分为A、B、C三相，校准时将三相电流信号按同名端一致方向接好，仪器上左侧端子为电流流入端；仪器上右侧端子为电流流出端。
先将原通道修正系数输入，然后调节输入值至满量程，观察显示值，若与标准值不一致，按修改通道修正系数的公式将之修改正确，使显示值与标准值一致即可。
（通道修正系数的修改方法参见系统软件使用说明）。
（3）直流电压的校准
直流电压通道包括发电机转子电压和主励转子电压，各分为两个量程。
将直流电压源按正确方向接入仪器，调节输入值至满量程，观察显示值，若与标准值不一致，按修改通道修正系数的公式将之修改正确，使显示值与标准值一致即可。
（通道修正系数的修改方法参见系统软件使用说明）
修正其他量程时，要先用系统软件变比设置一项输入相应量程，然后再按上述方法修正。
（4）直流电流的校准
直流电流通道实际输入的是毫伏信号，它包括发电机转子电流和主励转子电流。
由于本仪器对此信号的测量采用了一种特殊的测量方法，因而本仪器要求此信号不可直接用毫伏源加入。
其校准方法是：
在输入端接一个200～500Ω的电位器，将电位器调至零，用系统软件通道修正一项将通道零点改为零，然后按〖Ctrl〗+〖If0〗组合键或〖Ctrl〗+〖ILf0〗组合键，仪器自动修正零点，显示变为0～0.01左右的值。
调节电位器，使输入电压为75mV（要在电位器侧测量），观察显示值，若与标准值不一致，按修改通道修正系数的公式将之修改正确，使显示值与标准值一致即可。
（通道修正系数的修改方法参见系统软件使用说明）
（5）主励和副励的定子通道的校准
这两个通道各分两个量程，通道修正不针对下位机，但由于下位机不显示此参量，必须用常量监测显示方可进行修正。
将信号接入通道，调至满量程后，观察显示值，若与标准值不一致，按修改通道修正系数的公式计算出正确的修正系数，各通道各量程均计算出后，退出常量监测一起修正。
（修改方法参见系统软件使用说明）
5.维护保养
本仪器是电子产品，由于器件的要求，工作温度应在0℃~35℃之间，湿度应<80%。
由于仪器内部接插件离上盖很近，因此不可用力压上盖，更不可放太重的物品或坐人。
运输过程中要采用良好的防护措施，尽可能不要立放，更不许倒置，以免剧烈振动造成仪器内器件的松动或脱落。
如果一时不慎使仪器受到振动，请不要立刻通电，先打开上盖，检查一遍器件和插件有无松动和脱落，确认无问题时方可通电，否则脱落的器件很可能会造成短路，损坏整个仪器。
由于仪器很多通道都设有多个量程，因而使用时要严格按量程连接。
转子电压和主励转子电压由于受输入电路功率限制，极限输入为超过量程的1.5倍，不可超过5分钟。
两个转子电流的测量方法较特殊，因而电路有特殊要求，在试验室校准或通电检查时，不可直接接入毫伏信号，可接一500Ω电位器，通过调电位器来改变输入值。
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