一种应用于励磁系统的灭磁及过电压性能测试仪和其测试方法技术领域
本发明涉及一种应用于励磁系统的灭磁及过电压性能测试仪和
其测试方法，属于发电机微机励磁技术领域。
背景技术
发电机灭磁电阻的作用是快速消耗储藏在发电机转子励磁绕组
中的磁场能量，将发电机的内电势迅速衰减到接近于零，特别是在发
电机内部或外部发生故障时，能够起到保护发电机组或降低发电机组
故障损失的作用。
当发电机出现机端短路、失步、失磁、非同期合闸等工况时，在
转子励磁绕组中会感应出很高的过电压。这部分过电压能量如果无法
被及时吸收，将会造成发电机转子回路绝缘损坏、可控硅整流元件过
压击穿等情况进而导致更严重的事故发生。发电机微机励磁系统中，
转子过电压保护回路的设计就是为了在转子励磁绕组两端产生过电
压时，能够迅速有效吸收转子过电压能量，保证转子回路绝缘性能以
及防止可控硅整流元件过压击穿损坏，从而保证发电机安全运行。
发电机微机励磁系统中，灭磁及过电压部分的设计主要分为三种
型式：1)采用氧化锌进行事故灭磁及过电压保护；2)采用线性电阻
灭磁及氧化锌进行过电压保护；3)采用进口碳化硅进行事故灭磁及
过电压保护。在国内，更广泛采用氧化锌型式进行事故灭磁及过电压
保护。氧化锌灭磁具有一定的优势，但其老化问题严重，在受潮以及
久置以后其特性容易发生改变，尤其是均流和均能特性变差。目前，
国内主要大中型发电机组已普遍运行十年以上，然对于灭磁及过电压
性能的检测一直缺乏有效的试验手段，属于发电机常规检修内容中的
盲点，对机组安全运行存在一定的隐患。转子过电压保护回路一般通
过过电压检测板(BOD板)检测转子过电压，其过压动作值是设计
中非常重要的参数。BOD板的失效将会影响过电压保护回路的动作
可靠性。采用进口碳化硅进行事故灭磁及过电压保护的励磁系统，一
般配有电子跨接器，其投切主要受NES5160控制。NES5160控制板
的失效将会导致事故时无法灭磁，造成事故程度进一步扩大。在励磁
行业标准中规定，发电厂应定期对灭磁回路以及转子过电压保护回路
动作特性进行检测。
目前，国内市场上并无一种针对发电机转子励磁绕组灭磁性能进
行测试的仪器。在校验发电机微机励磁系统灭磁性能及动作可靠性时，
主要通过普通耐压仪搭建试验回路，接线繁琐，试验安全系数低。按
照《DL/T489大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置的试验规程》
要求，氧化锌灭磁电阻及转子过电压保护回路必须定期校验。多数电
厂由于缺少试验设备，所以根本无法检测灭磁电阻性能及转子过电压
保护回路动作特性，给机组长期安全运行带来隐患。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种应用于励磁系
统的灭磁及过电压性能测试仪和其测试方法，可检测发电机励磁系统
灭磁性能，检验电子跨接器控制回路以及过电压保护回路动作可靠性。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
本发明的一种应用于励磁系统的灭磁及过电压性能测试仪，其特
征在于，包括调压升压单元，其包括调压器T0、与调压器T0相连接
的切换开关KH、第一升压变压器T1和第二升压变压器T2；整流滤
波单元，包括整流电路和与整流电路输出端相连接的滤波电容C；检
测显示单元，包括与直流及交流电压输出端相连接的电压电流检测模
块、与电压电流检测模块输出端相连接的LED显示模块和与测试仪
开关相连接的过电流保护开关J1；所述电压电流检测模块用于检测测
试仪直流输出DCout和交流输出ACout的电压值及电流值，所述LED
显示模块用于实时显示测试仪直流输出和交流输出的电压值及电流
值，所述过电流保护开关J1在发生电流超漏情况时，断开测试仪开
关从而保护人身和仪器安全；功能选择压板LP，一端与交流输出
ACout相连，另一端与限流电阻R相连，用于选择与ACout连接的
限流电阻R的阻值，限制交流输出电流值；分压电阻采样单元，一
端与限流电阻R相连，另一端与GND相连，由若干相同阻值的电阻
r串联，所串联的总电阻与灭磁回路并联，同时取一个电阻r与示波
器输入端相连接，用于将高压信号分压得到低压信号，并通过所述示
波器监测试验过程中输出电压波形变化情况。
上述整流电路具体采用的是ZL二极管桥式整流电路。
上述显示单元具体采用的是LED模块。
上述灭磁及过电压性能测试仪的测试方法，测试仪接入AC220V
单相供电电源，经所述调压器T0，当通过所述切换开关KH选择连
接第一升压变压器T1时，经过整流电路ZL以及滤波电容C输出高
压直流，将DCout与GND接在氧化锌非线性电阻两端，调节所述调
压器T0，当所述LED显示模块电流值显示10mA时，记录此时所述
LED显示模块显示的电压值。
上述氧化锌非线性电阻为多组并联方式，各组都进行试验记录，
并将记录参数与出厂时测试值进行比较，当偏差超过10％时可认为氧
化锌非线性电阻性能老化，建议更换。
当通过上述切换开关KH选择连接第二升压变压器T2时，输出
高压交流，将ACout和GND接入电子跨接器回路，并通过外加的示
波器接入所述分压电阻采样单元，当电子跨接器回路动作时，示波器
输出的完整交流波形会变为只有正半波或者只有负半波波形，从而验
证电子跨接器是否正确动作；
将ACout和GND接入转子灭磁过压回路，并通过外加示波器接
入所述分压电阻采样单元，调节调压器T0，直至示波器交流波形出
现尖峰以及平台，根据示波器显示的尖峰和平台的电压值，检验转子
过电压保护回路以及灭磁回路动作电压阀值，尖峰为转子过电压保护
回路动作值，平台为氧化锌非线性电阻电压值，将记录参数与出厂时
测试值进行比较，当偏差超过10％时可认为电子跨接器或氧化锌非线
性电阻性能老化，建议更换。
本发明填补了市场空白，有效针对大中型发电机组励磁系统内灭
磁性能缺乏检验的实际情况研制，消除发电机组事故工况下可能存在
的非有效灭磁隐患，进一步保障发电机组的安全运行，具有显著的经
济效益。输出高压交流和高压直流均能达到最高5kV，精度可达0.5％；
具有自保护功能，超漏时可自动切断输出，安全可靠。
附图说明
图1为本发明的灭磁及过电压性能测试仪结构示意图；
图2为本发明的灭磁及过电压性能测试仪电气原理图；
图3为本发明的检测灭磁及过电压试验回路接线示意图；
图4本发明中交流校准的电压波形图；
图5本发明中灭磁及过电压动作特性试验的实测波形；
图6本发明中灭磁及过电压动作特性试验的理论波形；
图7为本发明中电子跨接器控制板NES5160动作试验接线示意
图；
图8为本发明中电子跨接器控制板NES5160动作试验波形图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明
白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
本发明通过选取合理参数的调压器、升压变、整流滤波电路、分
压电阻采样单元、输出电压及回路漏电流显示模块、超漏报警模块、
自保护单元，上述各部分集成于仪器箱中，配有操作指示面板，箱体
具有拉手和滚轮，便于携带测试。
参见图1，区域1为高压交流和高压直流输出接口，该区域下方
位置安装有升压变压器；区域2为外接示波器接线柱L1和L2、灭磁
及过电压回路外接线柱H1、H2和H3、限流电阻选择联片硬压板LP，
该区域下方位置安装有分压电阻采样单元；区域3为LED高性能显
示单元，用于显示输出电压、回路漏电流、试验持续时间，该区域下
方位置安装有整流滤波电阻电容和检测控制模块；区域4为电流量程
选择、交直流电压切换按钮；区域5为输出电压调节旋钮，启动与复
归按钮，该区域下方位置安装有调压器；区域6为电源开关按钮。
参见图2，该装置接入AC220V单相供电电源，通过切换开关
KH选择T1升压变压器，经ZL二极管桥式整流电路以及滤波电容输
出高压直流，用于检测氧化锌非线性灭磁电阻10mA阀值电压，校验
氧化锌灭磁阀片组的参数一致性；同样地，该装置接入AC220V单相
供电电源，经T0调压器，通过KH切换开关选择T2升压变压器输
出高压交流，接入分压电阻采样单元以及外接示波器用于校验电子跨
接器控制回路动作可靠性，检验转子过电压保护回路以及灭磁回路动
作电压阀值，或可直接输出高压交流对电气主回路进行耐压试验。
测试仪接入AC220V单相供电电源，经所述调压器T0，当通过
所述切换开关KH选择连接第一升压变压器T1时，经过整流电路ZL
以及滤波电容C输出高压直流，将DCout与GND接在氧化锌非线性
电阻两端，调节所述调压器T0，当所述LED显示模块电流值显示
10mA时，记录此时所述LED显示模块显示的电压值。氧化锌阀片
为多组并联方式，各组都进行试验记录，并将记录参数与出厂时测试
值进行比较，当偏差超过10％时可认为阀片性能老化，建议更换。
当通过所述切换开关KH选择连接第二升压变压器T2时，输出
高压交流，将ACout和GND接入电子跨接器回路，并通过外加的示
波器接入所述分压电阻采样单元，当电子跨接器回路动作时，示波器
输出的完整交流波形会变为只有正半波或者只有负半波波形，从而验
证电子跨接器是否正确动作；将ACout和GND接入转子灭磁过压回
路，并通过外加示波器接入所述分压电阻采样单元，调节调压器T0，
直至示波器交流波形出现尖峰以及平台，根据示波器显示的尖峰和平
台的电压值，检验转子过电压保护回路以及灭磁回路动作电压阀值，
尖峰为转子过电压保护回路动作值，平台为氧化锌阀片电压值，将记
录参数与出厂时测试值进行比较，当偏差超过10％时可认为电子跨接
器或阀片性能老化，建议更换。
参见图3，氧化锌灭磁电阻设计阀值为2000V，BOD过压设计动
作值为2500V。将灭磁及过电压测试仪输出端AC连接高压端子H1，
高压端子H2连接到转子灭磁及过电压回路端子1处，高压端子H3
连接到转子灭磁及过电压回路端子2处。低压端子L1及L2分别外
接于示波器通道正端和负端。GND端接地，避免仪器以及人身安全
受到危害。联片硬压板LP投入(氧化锌电阻试验时投入，采用碳化
硅灭磁型式的电子跨接器控制板NES5160动作试验时退出)。相应地，
详见以下步骤：
1)测试仪接通AC220V单相工作电源，通过电压调节旋钮缓慢
增加输出电压值，直到示波器显示的交流波形的波峰与波谷在一大格
内，参见图4。此时，用万用表测量并记录H2与H3之间的电压值U
为656V，计算出每一小格的电压u为得到185.5V；
2)继续通过电压调节旋钮增大输出电压，直到示波器显示波形
如图5所示，快速按下示波器Hold键后，迅速调节电压调节旋钮将
输出电压调至0。观察并记录示波器波形尖峰到0V的格数N1(13.5
格)，平台到0V的格数N2(11.1格)。
3)根据V1＝N1×u和V2＝N2*u，计算得出BOD动作值V1为
2504.2V，氧化锌灭磁阀值电压V2为2059V。
参见图6，为灭磁及过电压动作特性试验的理论波形。经实际试
验表明，BOD实际动作值及氧化锌灭磁阀值测试值，与设计值基本
一致。
参见图7，为电子跨接器控制板NES5160的动作试验接线图。图
中，试验回路接线同灭磁及过电压试验回路接线，不同的是，联片硬
压板LP应退出。相应地，通过电压调节旋钮缓慢增加输出电压值至
30V，示波器显示的交流波形如图4所示。此时，跳开灭磁开关，电
子跨接器控制板NES5160投入，示波器显示波形参见图8，表明
NES5160可靠动作。
综上所述，本发明可测试BOD的动作电压和氧化锌灭磁电阻的
阀值电压以及电子跨接器控制板NES5160的动作试验，对整个灭磁
及过电压回路都进行了试验，对于励磁系统灭磁部分可靠运行具有重
要的意义。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优
点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上
述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明
精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改
进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权
利要求书及其等效物界定。