CN101819257B - 一种发电机转子参数测量装置 - Google Patents

Abstract

一种发电机转子参数测量装置，设有转子电流测量模块和转子电压测量模块，转子电流测量模块设有壳体，壳体设有可使转子电流母线绝缘穿过的中心窗口，转子电压测量模块设有可与转子并联连接的小电流电阻分流支路，并设有带中心窗口的壳体，电阻分流支路导线绝缘穿过该中心窗口，转子电流测量模块和转子电压测量模块的壳体内分别设有霍尔传感元件和调理电路，电子元件和/或安装电子元件的电路板与壳体内壁之间拉开距离；壳体上分别设有供电接线端；壳体内和窗口内穿过被测母线或导线后的空间空隙里充有浇注密封封装的环氧树脂。本装置解决了测量中易产生过电压的问题，且结构简单、安装方便、测量准确，是一种安全的数据采集装置。

Description

一种发电机转子参数测量装置

技术领域

本发明属发电机技术领域，具体涉及一种水轮发电机转子参数的测量装置。

背景技术

目前水电厂对水轮发电机转子励磁电流励磁电压的测量可分为常规指针仪表测量和变送器测量两种方式，指针仪表测量用于人工现地监测，变送器测量用于机组自动化监控。此前的测量装置都采用直接接触的方式进行，这种测量方式有两个弊端，其一当转子过电压时会造成测量设备损坏，其二测量设备的绝缘问题也有可能造成励磁回路接地，引发发电机运行事故，这就会使发电厂机组励磁电流的变送器测量存在隐患。

而且随着电网自动化程度的提高和安全生产需要，励磁参数的计算机测量已变得十分重要，为了实现计算机监控系统的运行，部分电厂则采用在分流器处外接常规变送器至4-20mA输出，但变送器均不是专门为转子参数测量而设计的产品，后部设备在转子过电压时极易遭受损坏，造成指针仪表及微机检测设备损坏。而且正常在相关回路作业的现场维护人员同样面对无明显提示且直接的过电压威胁。而对于转子电压，由于其转子在事故状态下极高的过电压，经常将测量仪表或PLC模快击穿，造成较大的损失，最终无法测量。在计算机监控系统中的电子设备由于内部完全采用集成电路结构，耐受过电压能力远远不及传统的指针式仪表及老式电磁继电器。限于当时的技术，转子参数测量在监控系统中一直是空白。伴随电力系统自动化水平的提高和无人值班的要求，特别是大型水轮发电机监控系统对励磁参数的测量需要，这个问题的解决越来越迫切的摆在了人们面前。

目前，随着霍尔技术及相关芯片的不断成熟，在大电流应用方面已经不存在纯粹的技术问题，缺少的只是工业化的设计和具体测量条件要求下的具体问题的解决而已。针对大型水轮发动机转子回路的特点：事故工况下产生3000V以上的过电压、转子直流电压正负极悬浮、转子电流变化幅度巨大、转子母线尺寸大等特点，转子参数测量最为困难的问题如下：

1)、1000V以上的绝缘问题；

2)、巨大转子电流母线导致测量装置体积增大，传感器设置困难。

3)、转子电流变化幅度大，从正常的0-1000A到强行励磁是的3000A，测量装置必须有这么大的过载能力，同时在过载条件下保证线性度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种发电机转子参数测量装置，这种装置能够解决大型水轮发电机转子电流电压直接测量使监测系统存在的过电压问题，而且结构简单、安装方便、测量准确。

解决上述问题的技术方案是：本发明设有转子电流测量模块和转子电压测量模块，其特征在于：

所述转子电流测量模块设有壳体，壳体设有可使转子电流母线绝缘穿过的中心窗口，壳体内设有用于感应转子电流母线电流信号的线性霍尔传感元件和与霍尔传感元件连接的调理电路，壳体内的电子元件和/或安装电子元件的电路板与壳体内壁之间拉开距离；壳体上设有与壳体内电路连接的电路供电接线端；壳体内和穿过转子电流母线后的窗口内的空间空隙里充有浇注密封封装的环氧树脂；

所述转子电压测量模块设有用于与转子并联连接的小电流电阻分流支路，并设有带中心窗口的壳体，电阻分流支路导线绝缘穿过壳体的中心窗口，壳体内设有用于感应电阻分流支路电流信号的霍尔传感元件和与霍尔元件连接的调理电路，壳体内的电子元件和/或安装电子元件的电路板与壳体内壁之间拉开距离；壳体上设有与壳体内电路连接的电路供电接线端；壳体内和穿过电阻分流支路导线后的窗口内的空间空隙里充有浇注密封封装的环氧树脂。

进一步的，所述电流测量模块和电压测量模块壳体内的电子元件和/或安装电子元件的电路板设置在壳体内偏向径向外侧的部位。

所述的“径向外侧”是指环形壳体内径向远离中心窗口的一侧，径向靠近中心窗口的一侧称为内侧。所谓“偏向径向外侧”是指电子元件和/或安装电子元件的电路板到壳体径向内侧内壁的距离要大于到径向外侧内壁的距离。

本发明电流测量模块的安装方法是，使被测转子电流母线穿过电流测量模块壳体的中心窗口，再用环氧树脂浇注密封封装；也可以采用在壳体的窗口内预埋入母线段的方法，安装时再与外接母线连接，后种方案可免去现场浇注，但增加了高压接头，两种方法各有利弊。电压测量模块则可事先就将穿过小电流电阻分流支路导线的壳体中心窗口的和内设霍尔传感元件和调理电路的壳体用环氧树脂浇注密封封装，使用时，直接将小电流电阻分流支路两端与发电机转子两端连接即可，最后分别将电流、电压测量模块调理电路的信号输出连接到计算机输入端(可以采用有线连接，也可以采用无线连接)，即可实现对运行中转子电流和电压的测量。

在电流测量方面，为了解决与发电机转子之间的绝缘问题：本发明采用了与转子电路没有电连接关系的霍尔传感元件获取发电机转子的电流信息，并采用了可使被检测母线从中心穿过的窗口形壳体和用环氧树脂浇注封装的结构，大大提高了检测电路与被测转子之间的绝缘性；

在高电压测量方面，现有技术普遍采用的方法是电阻分压，将过高的一次电压通过电子分压后转换成二次设备可测量的低电压，这种结构难处理高电压下的一二次绝缘问题，目前即使是进口的隔离放大器其隔离电压最大只有2500V，本发明则采用采用通过测量电压在固定电阻中流过小电流的方法来达到测量电压的目的，而测量这个小电流也采用了与检测发电机转子电流相同的结构(只是降低了其量程)，从而使一二次侧的高电压绝缘问题得到解决，使一二次绝缘可达到20000V以上。

本发明是利用霍尔效应设计的非接触测量装置，解决了大型水轮发电机转子电流电压直接测量使监测系统存在的过电压问题，而且结构简单、安装方便、测量准确，为实现计算机监控系统的运行提供了一种安全的数据采集装置。

附图说明

图1、本发明实施例结构示意图

图2、本发明实施例电流测量模块壳体结构示意图

图3、本发明实施例电流测量模块壳体内电路结构示意图

具体实施方式

本例是用于对大型水轮发电机转子的电流电压检测装置。

设有电流测量模块和电压测量模块。

参见图2，电流测量模块设有可带中心窗口、呈“口”字型的壳体1，直流转子电流母线2可穿过该中心窗口；

参见图3电流测量模块壳体内电路结构示意图，壳体内设有线性霍尔传感元件HT-1362，霍尔传感元件输出端3、4脚与放大调理电路OPA49830输入端1、3脚连接，15伏供电电源通过220VAC-15VDC稳压器与霍尔传感元件1、2脚连接，并与放大调理电路供电端2、4脚连接，安装电子元件的电路板设置在壳体内远离中心窗口的径向外侧，并与壳体内壁之间拉开距离，电路板与壳体内壁的最小距离不少于10mm，壳体上设有与壳体内电路连接的15伏电源接线端和与调理电路连接的输出信号接线端；整个装置安装完电子元件后的壳体内空间以及穿过转子电流母线2后的窗口空间空隙用环氧树脂浇注密封封装。

上述结构使装置的绝缘水平大幅度提高，而且完全密封后的测量装置抗湿度变化能力增强，绝缘不会因为湿度变化带来影响。

在安装本电流测量模块时，可在转子电流母线上增加绝缘，使得原边与副边之间的绝缘水平进一步提高，本例在实际应用中，先在转子电流母线上用绝缘胶带缠绕5层以上，再使其穿过电流测量模块壳体的中心窗口，然后用环氧树脂浇注密封封装，由于转子电流与电压测量都是无接触式测量，整个测量系统的抗高电压及抗干扰水平达到了现场实际使用的要求。

电压测量模块采用了电流法测量高电压的方案，即通过测量转子电压在固定电阻中流过小电流(0-10mA)的方法来达到测量电压的目的。具体方案是：

参见图1，设有用于与转子并联连接的R1、R2小电流电阻分流支路(该分流支路的电流范围是0-10mA)和对电阻分流支路的电流检测装置，电阻分流支路的电流检测装置与电流测量模块相同(只是量程不同)：设有带中心窗口的壳体，电阻分流支路导线穿过该中心窗口，壳体内设有霍尔传感元件和与霍尔传感元件连接的调理电路，安装电子元件的电路板设置在壳体内远离中心窗口的径向外侧，并与壳体内壁拉开距离，壳体内空间以及窗口内空间用氧树脂浇注密封封装。

本例电压测量模块壳体上设有与壳体内电路连接的15伏电源接线端和与调理电路连接的输出信号接线端，并设有用于与发电机转子两端连接的检测接线端A、B，检测接线端与电压测量模块内穿过壳体中心窗口的电阻分流支路两端电连接。

安装时，直接将与电阻分流支路两端连接的检测接线端与发电机转子两端连接。

为了增大测量灵敏度，在装置的小电流侧增加适当电感量的电感线圈，该电感线圈是电流互感器，0-10mA分流电阻R1、R2穿过此线圈。

本电压测量模块解决了一二次侧的高电压绝缘问题，使一二次绝缘做到20000V以上，而且一二次之间非接触测量，只有线性电磁关系。

用霍尔传感元件检测转子电流、转子电压时，检测电路最为直接并易于实现的输出信号是0-100mA。但现场实际使用中，监控系统几乎所有的接口均为4-20mA。为此，本实施例在调理电路输出端设置了4-20mA电流转换电路，即在电流测量模块和电压测量模块里，与霍尔传感元件连接的调理电路输出端分别通过4-20mA电流转换电路与壳体上的输出信号接线端连接，电流转换电路采用美国BB公司专业芯片XTR420构建，特点是转换精度高，有长期温度稳定控制环节。整个电路可以直接将霍尔传感元件输出的电压信号转换成4-20mA电流信号输出到监控系统。

将上述装置输出的检测信号直接输入到PLC之4-20mA模块接口，设定变比系数。通过现场实际运行，稳定可靠，测量参数稳定、正确。测量误差经计算机修正后达到0.2％级，高于现场的指针式表计。

本实施例电流测量模块和电流测量模块达到的技术指标是：转子电压测量模块技术参数：

原边电压Vi	0-500V直流转子电压
		输出电流Io	4-20mA有效值
线性度	＜0.2％
		失调电流	≤±0.3mA(当Vi＝0，电源电压为48V时)
温度漂移	＜10-4×Io/℃
		反应时间	20～100μs
绝缘电压	20kV(有效值；50Hz；1分钟；在原边与副边之间)
		电源电压	DC48V或DC220V直流电源
耗电	5mA
		工作温度	0～+70℃
贮存温度	-25℃～+85℃

转子电流测量模块技术参数：

被测电流Ii	0-2000A转子电流
		输出电流Io	4-20mA
线性度	＜0.1％
		失调电流	≤±0.3mA
温度漂移	＜10-4×Io/℃(0～70℃)
		反应时间	＜1μs
绝缘电压	＞20kV(有效值；50Hz；1分钟；在原边与副边之间)
		电源电压	±48V～±220V(±5％)
耗电	10mA
		工作温度	0～+70℃
贮存温度	-25℃～+85℃

本实施例解决了大型发电机组转子电流、转子电压测量存在的安全问题，满足了现场实际使用要求，使得这两个参数的测量真正变得简单、可靠、安全、高精度，完善了计算机监控系统的实时数据采集环节，同时数据存入监控系统历史数据库可长久保存，成为日后事故分析的重要数据资源。此外，此外还使发电机组转子阻抗参数的测量也成为可能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种发电机转子参数测量装置，设有转子电流测量模块和转子电压测量模块，其特征在于：

所述转子电流测量模块设有壳体，壳体设有可使转子电流母线绝缘穿过的中心窗口，壳体内设有用于感应转子电流母线电流信号的线性霍尔传感元件和与霍尔传感元件连接的调理电路，壳体内安装电子元件的电路板与壳体内壁之间拉开距离；壳体上设有与壳体内电路连接的电路供电接线端；壳体内和穿过转子电流母线后的窗口内的空间空隙里充有浇注密封封装的环氧树脂；

所述转子电压测量模块设有用于与转子并联连接的小电流电阻分流支路，并设有带中心窗口的壳体，电阻分流支路导线绝缘穿过壳体的中心窗口，壳体内设有用于感应电阻分流支路电流信号的霍尔传感元件和与霍尔元件连接的调理电路，壳体内的安装电子元件的电路板与壳体内壁之间拉开距离；壳体上设有与壳体内电路连接的电路供电接线端；壳体内和穿过电阻分流支路导线后的窗口内的空间空隙里充有浇注密封封装的环氧树脂。

2.根据权利要求1所述的发电机转子参数测量装置，其特征在于：所述电流测量模块和电压测量模块壳体内的安装电子元件的电路板设置在壳体内偏向径向外侧的部位。

3.根据权利要求1或2所述的发电机转子参数测量装置，其特征在于：在所述转子电流测量模块中，安装在壳体内的安装电子元件的电路板与壳体内壁之间的距离不小于10mm。

4.根据权利要求1或2所述的发电机转子参数测量装置，其特征在于：所述的电流测量模块和电压测量模块壳体上设有与壳体内调理电路连接的输出信号接线端。

5.根据权利要求4所述的发电机转子参数测量装置，其特征在于：所述电流测量模块和转子电压测量模块中与霍尔传感元件连接的调理电路输出端分别通过4-20mA电流转换电路与壳体上的输出信号接线端连接。

6.根据权利要求5所述的发电机转子参数测量装置，其特征在于：所述电流转换电路是美国BB公司的专业芯片XTR420。

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