智能電流測試分析儀1

1、直流智能均流儀的原理與技術一、均流儀在整流系統(tǒng)中的重要性1、均流度是變流器的一個重要技術指標在國際電工委員會iec146.1-1 （1991）半導體變流器和國家標準gb/t3859.1半 導體變流器及db/t87401998電化學用整流器中，都把均流度列為重要技術性能 指標z,均流度越高，整流器（用于整流的電力變流器）性能越好。2、均流度與均流調(diào)整隨著鋁電解等電化學工業(yè)技術快速發(fā)展，對強直流（大電流、高電壓）供電系數(shù)的要求 也越來越高。整流機組數(shù)増加，單積容量増大。雖然單個整流硅二極管和對控硅容量也越來 越大，但整流器內(nèi)仍需幾十至幾訂個并聯(lián)支路，才能滿足大電流輸出的要求。在電力半導體器件并聯(lián)時

2、，在各并聯(lián)支路之間會開通時間差異和因正向電壓降差或因支 路間存在互感以及處于直流母線不同位置等原因而引起電流分配不均。因此，需要采取必要 的均流措施，如在保證器件安裝壓力及支路小各連接面壓力均勻一致的條件下，釆取選配器 件參數(shù)（正向壓降、開通時間），采用串聯(lián)均流電抗器、電阻、互感器等辦法來解決各支路 間電流分配不均問題，以達到提高電流均衡度的目的。電流均衡度（乂稱均流系數(shù)）。3、制造廠為用戶提供均流系數(shù)保證值整流器制造廠，按國家規(guī)定標準，在設備技術說明卩中，把均流系數(shù)作為主要技術參數(shù)給 出,并予以保證。包括：1、同一橋臂各整流管z間的均流系數(shù)；2、同一整流柜各橋臂z間 的均流系數(shù)；3、同一機組

3、兩個整流柜z間的均流系數(shù)；4、各機組z間的均流系數(shù)。并在供 貨合同技術文件中給出相應的額定損耗保證值。4、均流與損耗有密切關系在達到規(guī)定的均流系數(shù)下，整流柜額定負載下的損耗視為額定損耗。均流系數(shù)越高，損 耗越小，整流效率越高。反之，均流系數(shù)越低，損耗越人，整流效率越低。整流器均流性能 好壞，主耍取決于各整流支路總電阻和支路間互感。支路總電阻為整流管內(nèi)阻、快熔內(nèi)阻及 支路內(nèi)所有接觸電阻z和。支路總電阻受溫度高低，電流大小和連接血接觸壓力變化而變化。 尤其是大功率高電壓的整流設備，山于運行中震動大，其變化更為嚴重。如果不進行均流監(jiān) 測，并及時進行均流調(diào)整，經(jīng)過一年左右運行后，同臂各整流管之間的均流

4、系數(shù)，一般只有 0.60.8左右。實際運行屮，支路總電阻決不會變小，而是不斷變?nèi)?，所以損耗也在不斷增 加。乂因為各支路總電阻變化不可能一致，所以各支路間的均流狀況不斷變化。變壞的均流 狀況，導致整流柜磁場分布不均勻狀況加重，從而引起漏磁場局部集中現(xiàn)象加重，造成裝冒 內(nèi)渦流損耗和雜散損耗增加。圖1是整流柜每個整流臂電原理示意圖，其等效電路如圖2所示，電阻rl-r n為每個整流 管的內(nèi)阻、所有的接觸電阻、熔斷器內(nèi)阻、整流臂電阻的總和，ii - in為流過每只整流管的電流，is為幣流臂的輸出電流。整流臂總的熱損耗：p = i1 2 xr1+i22 xr2+. +in2 xrn .（1）當理想均流時,

5、il=i2=.=in,此時 ri=r2=.=rn,假定n=3 , ll=i2=i3=is/3 , r1=r2=r3= ro,ep每臂有3只正向整流管,總的熱損耗:p=3xi1 2 xro =（is2 xr0） / 3 =o.333x（is2 x ro）假定由于接觸電阻的增大使得r1增加30%,即r1 = 1.3ro,因各整流管的電壓差相等，所 以通過的電流與電阻成反比，但總的電流不變（工作在穩(wěn)流狀態(tài)），is=il+i2+i3 ; i1xr1=i2xr2=i3xr3求得：總電阻增加&4%總電流維持不變，熱損耗增加8.4%在24ka12臂的整流柜屮，每骨得平均電流2ka,每只整流管得等效電

6、阻不小于1 ooou q （熔斷器的內(nèi)阻約為30u q,正向壓降2v）,均流時每僭3只正向整流管損耗：p=o.333x （2000x2000x0.001） =1332 w整流柜得總熱損耗等于（正向幣流管+負向幣流管）x臂數(shù)：p=1332 x 12 = 15984 w當有1/3的整流管因工作不良阻抗增加20%,總的熱損耗增加8.4%,即1342 w,同時冷 卻系統(tǒng)為了維持恒溫運行增加的消耗也不小于1342w,每日多消耗電能最少64度。注：以上計算假定熔斷器的內(nèi)阻不隨溫度、電流的變化而改變，實際中熔斷器的內(nèi)阻隨溫度、 電流的增加顯著上升，其損耗明顯增加。5、均流與整流管的安全運行當整流柜內(nèi)某只整流

7、管電流（平均電流）減小吋，其他整流管電流會增加以補償輸出電 流的減小。在三相橋式整流系統(tǒng)中，整流管峰值電流m的增加量約為平均電流增加量的3 倍5的增加引起發(fā)熱量的急劇增加，因熱量正比于inf,使整流管結(jié)溫升急劇增加。過高 的結(jié)溫升將加速管子老化，縮短使川壽命。甚至引起擊穿電壓下降，嚴垂時造成熱擊穿損壞。 而一個整流管損壞，勢必引起系統(tǒng)均流狀況進一步惡化。整流管工作時的電流波形如圖3所示t :整流管的導通時間（單位ms）,在 三相整流系統(tǒng)中，最大值6.7msoim：整流管電流的峰值1皿=平均電流x20 / t當系統(tǒng)中某只整流管電流減小時，其他的整 流管電流增加以彌補輸出電流的減小，在二 極管整流

8、系統(tǒng)中im的增加量是平均電流增 加量的3倍。在可控硅整流系統(tǒng)中，im的 增加量最少是平均電流增加量的3倍，導通 也小時甚至可以達到45倍。過高的峰值 電流引起發(fā)熱量的急劇增加（發(fā)熱量正比與于im $ ），使得可控硅的結(jié)溫迅速升高而危及安全工作。整流管的結(jié)溫過高可引起擊穿電壓卜降，造成擊穿損壞，可控硅還可能因觸發(fā)電流增人以至觸發(fā)電路不能正確的觸發(fā)，從而產(chǎn)牛間歇現(xiàn)彖。整流系統(tǒng)屮只整流管的損壞或間歇，必將引起其他整流管的工作電流增加, 從而引起惡性循環(huán)。sc-3000電流波形分析二極管整流柜i. 理想的二極筲整流柜整流管電流波形如圖所示:> 上升、下降速率為50hz止弦波規(guī)律> 第一峰值

9、、第二峰值大小相同> 導通吋間固定為6.667ms （電源50hz）> 谷值為0理想二極管整流柜電流波形ii. 實際的的二極管整流柜整流管電流波形如圖所示：> 上刃、下降速率為50hz正弦波規(guī)律> 第一峰值、第二峰值大小可能不相同> 導通時間固定為6.667ms （電源50hz）> 谷值可能不為0> 存在山分布電感弓i起的續(xù)流過程，即二極管截至過程緩慢o可控硅整流柜iii. 理想的可控硅整流柜整流管電流波形如圖所示：> 上升、下降速率很快，山分布電感和電抗器決定。> 第一峰值、第二峰值大小相同> 導通時間不固定，但最大為6.667ms

10、 （電源50hz）。導通角=導通時間十周期x3o> 谷值為0第一峰值第二峰值導通時間周期理想可控硅整流柜電流波形iv. 實際的可控硅整流柜整流管電流波形如圖所示：> 上升、下降速率很快，山分布電感和電抗器決定。> 第一峰值、第二峰值大小可能相同> 導通時間不固定，但最大為6.667ms （電源50hz）。導通角=導通時間一周期實際可控硅整流柜電流波形x3o波形分析v. 第一峰值、第二峰值分別反應此整流管的前一個僭、后一個臂的骨電流大小，第一 峰值高則前一個臂的臂電流大；第二峰值高則后一個臂的臂電流大。理想的情況是 數(shù)值相差不超過15%。vi. sc3000的峰值為第一峰

11、值、第二峰值中的最大值。其數(shù)值必須小于整流管的最大 允許電流值，否則整流管工作在超負荷狀態(tài)，是危險的隱患。vii. 谷值的人小極為關鍵，如果谷值小于0,意味著整流管反相漏電，嚴重的影響整流 效率，漏電嚴重時引起整流管過熱、損壞，釀成嚴車的事故。漏電的整流管必須及 時更換！ ！ ！6、運行中整流設備，人匸帶電均流測試記不準確又不安全，而停電后用專用設備測試, 既麻煩乂不經(jīng)濟。運行中的整流設備需要經(jīng)常測試均流并加以調(diào)整，使z具有良好的均流性能。在沒有均 流儀之前，曾采用的方法有：用鉗形電流表測支路電流的“電流法”和用毫伏衣測快熔兩端 的床降的“壓降法”。這兩種方法，在制造廠的靜態(tài)均流測試中有實用價

12、值。但在使用現(xiàn)場, 這兩種方法，都不準確口很危險。兇為大功率整流系統(tǒng)中，并聯(lián)整流支路有兒十至兒白個, 從測第一個支路到測最后一個支路的整個過程中，各支路的電流值都不是同一運行狀態(tài)下的 瞬吋值，沒有比較值，是不準確的?？烊蹓航挡粌H與電流有關，而快熔本身的內(nèi)阻也隨電流、 溫度變化而改變。所以“壓降法”中利用通用的壓降與電流對應曲線杳找出來的支路電流與 實際支路電流誤差很大。其次，現(xiàn)在大功率整流設備交直流母線電壓都很高，一般都在四五 百伏至一、二千伏。在這樣的高壓設備中測均流，是極危險的帶電作業(yè)。國內(nèi)曾有兒個鋁廠 發(fā)生過測試人員觸電或交直流短路造成嚴重電弧燒傷和設備損壞爭故。當然，也可停電逐臺 測試

13、，但這既麻煩乂不經(jīng)濟，一是需要一套大電流發(fā)生器等設備；二是少一臺機組運行時, 損耗增加，整流效率降低；諧波含量增加，電能質(zhì)量降低；電流波動加人，穩(wěn)流功能下降。7、幣流柜內(nèi)，每個整流管都有快熔保護。報流管損壞，快熔熔斷時，有一個微動開關 發(fā)出信號，每個柜子有一個快熔信號系統(tǒng)。一個快熔熔斷發(fā)出報警信號，兩個快熔熔斷發(fā)出 跳閘信號。山于目詢這種微動開關裝置質(zhì)量不可靠，經(jīng)常'誤動發(fā)出信號，所以經(jīng)常需要運行 維護人員帶電檢查，然后停電處理。這是一個令人頭疼的不安全因索。如果采丿ij均流儀在線 監(jiān)測，原有的快熔信號系統(tǒng)就可以取消，其功能由均流儀取代。從而解除了人身安全隱患， 又提高了設備安全供電可

14、靠性。8、均流儀及其作用a、均流儀一一即均流在線監(jiān)測儀。每個整流柜一臺，它由主機箱和各橋臂每個并聯(lián)支路上 的一個傳感器以及傳感器與主機箱z間的連線組成。由傳感器檢測的電流信號，傳輸?shù)街鳈C 箱的采集處理器進行信號轉(zhuǎn)換處理。釆集處理器具備口動巡回檢測功能和上下限報警功能, 報警門限可調(diào)?？梢枣i定檢測并顯示某一整流管的電流值,但其它整流管的檢測仍不會屮斷, 以防止人為鎖定時其它管子的異常情況不能及時發(fā)現(xiàn)。也對將各臺均流儀的信號送往上一級 主機，以實現(xiàn)在主控室集中檢測處理，可在主控室隨時檢測各整流管、各整流臂、各整流柜、 各機組電流及系列總電流。b、均流儀的作用 實吋檢測整流系統(tǒng)中各整流管中的工作狀態(tài)

15、，異常時可發(fā)出報警信號，也可發(fā)出跳閘信號, 從而提高系統(tǒng)的安全可靠性。 實時采集并顯示各整流管中的工作電流，并對將多臺均流儀的信號送往上一級主機，實現(xiàn) 在主控室集中檢測處理與顯示。需耍時也可配打印機打印。 即時提供整流系統(tǒng)各項均流性能變化的準確數(shù)據(jù)，i辦助運行維護人員及時進行均流調(diào)整, 使整流系統(tǒng)各項均流系數(shù)始終保持在較為理想的水平上。使整流系統(tǒng)避免山于均流變壞而帶 來的大量電能損失，提高了整流效率、電流效率。 均流性能越好，磁場分布得到改善，整流柜的震動噪音越小。由震動引起接觸狀態(tài)變化造 成的電流、電壓波動也就越小。為電解穩(wěn)流創(chuàng)造了更為有利的條件，從而提髙了穩(wěn)流精度。 有了均流在線監(jiān)測儀，可

16、以在更多的時間內(nèi)，讓移相角對稱的整流機組同時運行，從而有 效抑制諧波含量，提高供電電能質(zhì)量。 整流設備損耗降低，系統(tǒng)諧波含量減小，有利丁延長設備使用壽命。 采川均流儀衣線監(jiān)測，是一項重要安全措施，它根除了運行維護人員帶電檢測快熔信號系 統(tǒng)和均流檢測所帶來的不安全因素，避免事故發(fā)牛，為人身和設備提供可靠的安全保障。二、以保定市通用電器廠生產(chǎn)的sc-3000智能均流測試儀為例介紹均流儀主要特點： 顯示每只元件的電流波形，時時顯示每只元件的正峰值、谷值，平均值，超限報警。 每個臂上所有元件的波形可以單獨或重疊顯示，從而分析導通允、元件內(nèi)阻、接觸電阻 狀況，以便及時發(fā)現(xiàn)問題盡快調(diào)整解決或更換。 重疊顯

17、示12個臂同一元件的波形，觀察分析相位角是否止確。 所有數(shù)據(jù)利報警情況均有存儲，口j以隨時查看、打印歷史數(shù)據(jù)。 在主機和下位機上，均可顯示柜電流值、臂電流值、管電流值、正峰值、谷值、以及每 個臂的管間均流系數(shù)、每個柜的臂間均流系數(shù)。 主機界而上，顯示各種數(shù)據(jù)以及波形、棒形圖、曲線圖，并可隨吋打印。 報警及時，主機自動彈出報警對話框，并配有聲音報警。 該產(chǎn)品測量精度高，釆集速度快，報警及時。三、均流儀的工作原理、分類1、工作原理：電流流過導體在其周圍激發(fā)磁場，穩(wěn)定電流產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場，交變的電 流產(chǎn)牛交變的磁場。根據(jù)安培環(huán)路定理：磁感應強度沿任意閉合環(huán)路的線積分等于穿過 環(huán)路所有電流的代數(shù)和的u

18、o倍（卩o真 空導磁率）。因此町以采用檢測母線周 圍的磁場并按一定的方式疊加的方法 確定母線中的電流。檢測磁場的方式有.多種，但均流儀中使用的只有兩種，即 : 電磁感應原理和霍爾效應原理。；兩種原理的均流儀的優(yōu)缺點電磁感應原理霍爾效應原理溫度漂移較大微小可靠性良好抗過載能力良好精度差良靈敏度差高檢測直流分量不能能傳感器供電不需要直流供電頻率響應5-10khz0-50khz2、均流儀的分類：1=1前市場均流儀大致分為平均值檢測型和實時波形檢測型。下表是 兩類均流儀的優(yōu)缺點。平均值檢測型實時波形檢測型精度中高顯示方式數(shù)碼管或字符型液晶圖形方式液晶每秒巡檢速度8-10整流管2-12 臂ad轉(zhuǎn)換分辨率

19、12-14 位8位溫度漂移小中傳感器頻率響應0-1 khz0-50khz管電流平均值測量能能管電流波形測量不能能計算臂電流、柜電流能能計算管間、臂間均流系數(shù)能能平均值報警、保護能能峰值、谷值報警、保護不能能根據(jù)以上特點結(jié)合現(xiàn)場應用情況實時波形檢測型更具實川價值：> 波形檢測非常重要，峰值表明整流管的最大工作電流，即使平均值很小，峰值 可能已經(jīng)超過了整流管允許的最大工作電流，即整流管工作在超負荷狀態(tài)。>波形的上升沿表明整流管導通特性，特別是同一個臂內(nèi)的整流管可能存在導通 時間上的差異，嚴重滯后的整流管應該及時更換。> 波形的谷值表明整流管的截止特性，出現(xiàn)谷值小于零的情況衣明整流管反向漏 電或反向擊穿，是巨大的危險隱患，必須及時處理。四、測量電路均流儀在現(xiàn)場連接中有以下兩種方案，方案一適用于沒有dcs控制系統(tǒng)或不能接 入dcs控制系統(tǒng)的情況，由均流儀的生產(chǎn)廠商提供全部的軟件、換件、安裝維護。方 案二直接接入dcs控制系統(tǒng)，需由dcs控制系統(tǒng)的制造商提供必要的配合，并在系統(tǒng) 軟件上作必