CN102680852A

CN102680852A - 旋转电机

Info

Publication number: CN102680852A
Application number: CN2012100299207A
Authority: CN
Inventors: 中原明仁; 冈田雅之; 粥川滋广
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2012-09-19
Also published as: EP2501009A1; JP2012189403A; US20120229144A1

Abstract

本发明提供一种旋转电机。本发明要解决的课题是能够在不设定在各设备的接地故障判定中使用的中性点电流预定值的情况下，不引起误动作地检测线圈接地故障。本发明为了解决上述课题，在具有三相转子线圈的旋转电机中，在中性点具有接地电阻，在所述转子线圈的至少两相中具有电流测量单元，比较相电流，在高次谐波成分的构成根据相而不同时，判定为检测出线圈接地故障。

Description

旋转电机

技术领域

本发明涉及检测转子线圈中的线圈接地故障，可保护的旋转电机。

背景技术

一般通过将接地故障发生时的中性点电流与预先设定的值进行比较、或者与根据输出等变更而得的值进行比较来判定旋转电机中的转子线圈的接地故障。图8表示现有方式的进行线圈接地故障检测的旋转电机的一例。旋转电机1的转子线圈中性点侧在三相被短路之后，经由断路器3和中性点接地电阻10接地故障，通过电路测量单元2测量中性点电流。通过电流检测装置6检测出被测量的中性点电流，然后通过运算装置9与预定值进行比较，当为健全值的范围外的情况下判断为线圈接地故障。

作为现有的旋转电机保护的例子，公知有专利文献1、2、3以及4。这些文献都着眼于在发生线圈接地故障时，在中性点中流过的电流发生变化。以下表述这些例子的概要。

在专利文献1中，为了防止要应用于整个输出范围时的误动作，检测与发动机输出成比例变化的基波电流，与第三高次谐波进行运算来试图解决。

在专利文献2中，为使得能够应用于低电位中的接地，而根据基波电流，变更接地保护继电器的动作值。

在专利文献3中，在设置了将燃气轮机发电厂用发电机作为感应机而启动的启动装置的情况下，与中性点接地电阻器并联地设置高次谐波电流检测单元和中性点侧接地故障保护继电器，在中性点接地电阻器和高次谐波电流检测单元之间设置熔断器，检测中性点侧接地故障时的第三高次谐波电流进行保护。

在专利文献4中，将与通过中性点接地装置被变换的中性相电流对应的检测电压的第三高次谐波、和输入对旋转电机的第三高次谐波电压造成影响的各状态量预测出的第三高次谐波进行比较，在测量值接近预测值时，按预定条件进行动作输出。

但是，在这些方法中，都必须与事先设定的值进行比较，需要针对各设备设定在接地故障判定中使用的中性点电流预定值。此外，即使经过输出或电流的运算，也需要测量中性点电流从健全时的变化量，因此有时仅限于不发生误动作的范围的检测。

此外，在施加在发电电动机中使用的电气制动时，线圈的电动势由转子电流打消，因此中性点接地装置的中性点电流以及其变换的电压的变化变小，认为难以根据这些方法检测接地故障。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开昭59-25529号公报

【专利文献2】日本特开昭59-10127号公报

【专利文献3】日本特开2005-33877号公报

【专利文献4】日本特开平3-36920号公报

发明内容

以上，在现有的接地检测方法中，都必须与事先设定的值进行比较，需要针对各设备设定在接地判定中使用的中性点电流预定值。此外，即使经过输出或电流的运算，也需要测量中性点电流从健全时开始的变化量，因此有时仅限于不发生误动作的范围内的检测。

本发明是鉴于上述问题而提出的，提供一种具有接地故障检测装置的旋转电机，该接地故障检测装置不需要设定在各设备的接地故障判定中使用的中性点电流预定值，能够不引起误动作地检测线圈接地故障，并且也能够检测施加电气制动时的线圈接地故障。

为了实现上述目的，在本发明中，具有由两相以上构成的转子线圈，在所述转子线圈的至少两相中具备电流测量单元，比较通过所述电流测量单元测量出的电流中包含的高次谐波成分，高次谐波成分的构成根据相而不同时判定为检测出线圈接地。

此外，提供一种具备接地故障检测装置的旋转电机，具有三相转子线圈，在中性点具备接地电阻，在线路侧具备使三相短路且接地的电气制动断路器，在电气制动电路的中性点和接地之间具备电流检测单元，根据上述电流检测单元中的电流值来判定检测出线圈接地故障。

本发明通过上述的结构，获得了下面记载的效果。

本发明的旋转电机不需要设定在各设备的接地故障判定中使用的中性点电流预定值，并且不依赖于中性点电流变化的测量，因此能够没有引起误动作的悬念地检测线圈接地故障。

此外，在施加电气制动时，也能够检测线圈接地故障。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的结构图。

图2是表示本发明的实施方式2的结构图。

图3是表示本发明的实施方式3的结构图。

图4是表示本发明的实施方式4的结构图。

图5是表示本发明的实施方式5的结构图。

图6是表示本发明的实施方式6的结构图。

图7是表示本发明的实施方式7的结构图。

图8是表示通过现有方式进行线圈接地检测的旋转电机的一例的结构图。

图9是表示本方式的实施方式5的变形例的结构图。

图10是表示本发明的实施方式1的接地故障检测的流程的图。

图11表示健全时的电流波形计算例的图。

图12是表示U相接地时的电流波形计算例的图。

图13是表示本发明实施方式6中的接地故障检测的流程的图。

图14是表示本发明的实施方式8的结构图。

图15是表示施加电气制动时的接地故障电流路径的图。

符号说明

1旋转电机

2电流测量单元

2n电流检测单元

3断路器

6电流检测装置

7、9、13运算装置

10中性点接地电阻

11转速检测单元

14线圈阻抗

15中性点接地

16接地故障部位

17电气制动电路侧中性点接地

18接地故障线圈

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的旋转电机的实施方式。

【实施例1】

图1是表示本发明的实施方式1的结构图。旋转电机1的转子线圈中性点侧在三相被短路之后，经由断路器3被接地故障。在转子线圈的三相中的两相中配置电流测量单元2，测量电流。通过电流检测装置检测所测量的两相电流，运算装置7比较两相电流的高次谐波成分，在两相间的高次谐波成分中有差的情况下，判定为线圈接地故障。

图10表示实施方式1的线圈接地检测流程。通过电流检测装置6进行电流检测21，根据其信息在运算装置7中实施周期波形提取22和高次谐波成分运算24，判断基于相的差25的结果，在有差的情况下，判定为检测出接地故障26，在没有差的情况下，判定为健全28。

例如，在输出端经由变压器与系统连接的三相同步发电机中，如图11所示健全时的电流波形中几乎不包含高次谐波成分。但是，在转子线圈中有接地故障的情况下，如图12所示，通过分析可以确认成为包含高次谐波的波形。图12表示三相中U相线圈中有接地的情况下的电流波形的计算例。在图11、图12中，表示电流值在没有接地时的电流峰值为1.0。

在线圈中有接地故障时，提高零相电压中发生变化，中性点电流变化。另一方面，中性点电流也通过输出或功率因数变化，因此，在现有方法中，通过在运算中使用输出、电流等信息，使针对中性点电流的第三高次谐波的预定值，判定为线圈接地故障。

与此相对，根据本发明，用于判定线圈接地故障的信息是两个以上的相电流的高次谐波成分，在该成分中有差时，检测线圈接地故障，因此可能进行不依赖于预定值的检测，有能够进行基于误动作或测量器的灵敏度的不受检测范围的制约的检测的优点。

在此，进行比较的高次谐波成分是指对电流波形进行高次谐波分析时的振幅或者相位。根据本发明，因为接地故障部位的电阻高，在基波中几乎看不到差的情况下，也可以通过检测高次谐波成分的变化，检测线圈接地故障。

作为检测的高次谐波成分可以使用零相成分中引起的3次谐波成分，但是如果在根据设备或测量手段容易检测的谐波成分不是三次谐波的条件，则可以比较5次、7次、11次、13次谐波成分等。

旋转电机根据逆变器驱动等条件在转子电流中包含高次谐波的情况下，可以通过检测从初始值开始的增加进行判定。

【实施例2】

图2是表示本发明的实施方式2的结构图。实施例1中表示比较两相的电流的例子，但是，在作为电流测量对象的转子线圈可以比较全部三相。

【实施例3】

图3是表示本发明的实施方式3的结构图。在旋转电机1中实施有三个并联的电路构成的三相转子线圈，在一相的两个并联电路中具备电流测量单元2，在其他一相的一个电路中具备电流测量单元2。运算装置7根据电流检测装置6检测出的同相的两个并联电路的电流或他相的一个电路的电流，比较高次谐波成分，在电路间在高次谐波成分中有差的情况下，判定为有线圈接地故障。

在发生了线圈接地故障的电路中，通过重叠接地故障电流，与其他并联电路相比电流波形不同。因此，通过比较电路间的电流成分可以进行线圈接地故障检测。此外，作为比较对象，可以选择其他相的一个电路进行比较。

接地电流引起的磁通的变化对其他并联电路也造成影响，引起电流波形的变化，因此在检测电流的电路以外的电路中发生短路的情况下，也可以通过与其他电路的比较来进行检测。

在此，表示了在两相中具备电流测量单元的例子，但是，也可以在一相以上的多个电路中具备电流测量单元。

【实施例4】

图4是表示本发明的实施方式4的结构图。面向抽水发电的发电电动机等的旋转电机中，在线侧经由电气制动用断路器4形成使转子线圈三相短路，且其中性点接地故障的电路，对转子赋予磁场电流，由此在转子线圈中流过三相短路电流，损失并消耗旋转能，由此进行制动。

本实施例在施加旋转电机的电气制动时可以进行线圈接地故障检测。旋转电机1的转子线圈中性点侧在三相被短路后，经由断路器3接地故障。在线侧经由电气制动用断路器4使转子线圈三相短路，且其中性点接地。电流测量单元2被配置在转子线圈的三相中的两相的中性点侧，测量电流。运算装置7根据电流检测装置6检测出的电流和转速检测单元11赋予的转速，比较高次谐波成分，在两相间的高次谐波中有差的情况下，判定为线圈接地故障。

中性点接地电阻使用比较大的电阻，因此在施加电气制动时从中性点接地向接地部位流过的电流非常小，检测困难。此外，现有的方法通过中性点电流和发电机输出或电流等的运算，检测线圈接地故障，因此在使三相短路的状态下，难以应用到电压成为零的施加电气制动时的线圈接地故障检测。

与此相对，根据本发明，在三相短路状态下施加电气制动时，也能够通过电流测量单元2测量电流，比较基于相的高次谐波成分，由此具有能够检测线圈接地故障的优点。

【实施例5】

图5是表示本发明的实施方式5的结构图。除了在转子线圈的中性点侧，在线侧也配置电流测量单元2.

在发生线圈接地故障的相中，通过接地故障电流重叠，在中性点侧和线侧电流波形不同。因此，除了每相的中性点侧的电流成分，在中性点侧也比较电流成分，由此具有能够实现线圈接地检测的高精度，并且能够确定接地发生相的优点。

在此，表示了在两相中配置电流测量单元2的例子，但是，也可以仅在一相或者全部三相中配置电流测量单元。

此外，如图9所示，在三相中独立地设置断路开关的情况下，理想的是在旋转电机1内和断路开关5之间设置线侧的电流测量单元2。并且，比较线侧和中性点侧的相可以为1相以上的任意个。

【实施例6】

图6是表示本发明的实施方式6的结构图。在旋转电机1中实施三相的转子线圈，在电气制动电流的中性点和接地之间设置电流检测单元2n，运算装置13在电流检测单元2n检测出的电流值比初始值增加时，判定为检测出线圈接地故障。

图13表示实施方法6的线圈接地故障检测流程。电流检测单元2n的电流值在运算装置13内通过电流振幅计算27进行电流振幅计算后，与初始值进行比较29，判断为比初始值大的结果，为大的情况下，判定为检测出接地故障26，否则判定为健全28。

图15用虚线表示施加电气制动时发生线圈接地故障的情况下的接地故障电路Ig的流过路径。在发生线圈接地的情况下，在中性点接地电阻10中通常使用大的电阻，因此，从中性点接地15流向接地故障部位16的电流非常小。与此相对，如果不在电气制动电路侧中性点接地17中插入大的电阻，在发生线圈接地故障时，预测到通过接地故障线圈18、接地故障部位16、电气制动电路侧中性点接地17流过比较大的接地故障电流，这与没有接地的情况相比明显为大的电流，容易通过电流检测单元2n进行检测。

因此，如本实施例所示，通过对电气制动电路侧的接地部位附加电流检测单元，能够检测施加电气制动时的线圈接地故障。

【实施例7】

图7是表示本发明的实施方式7的结构图。旋转电机1的转自线圈中性点侧在三相被短路后，经由断路器3被接地故障。在线侧经由电气制动用断路器4转子线圈被三相短路，其中性点被接地故障。在转子线圈中的两相中具有电流测量单元2。运算装置7根据电流检测装置6检测出的两个相电流比较高次谐波成分，在相间的高次谐波成分中有差的情况下，判定为有线圈接地故障。并且，在电路的中性点和接地之间附加电流检测单元2n，除了相电流的高次谐波成分的比较，还通过与电流检测单元2n中的电流值的预定值进行比较，来判定检测出线圈接地故障。

在发生线圈接地故障的情况下，中性点接地电阻为大的电阻，因此从中性点接地流向接地故障部位的电流非常小。与此相对，如果不在电气制动电路侧的中性点接地故障中插入如中性点接地电阻那样大的电阻，则预测到在线圈接地故障发生时，在电气制动电路侧的接地部位和接地故障部位之间流过比较大的电流，这与没有接地故障的情况下的电流值相比是明显的差，容易判别。

因此，如本实施例所示，通过附加电气制动电路侧的接地部位的电流的信息，能够实现线圈接地故障检测的高精度。

【实施例8】

图14是表示本发明的实施方式8的结构图。在旋转电机1中实施三相转子线圈，分别在中性点接地电阻和接地之间设置电流测量单元2、在电气制动电路的中性点和接地之间设置电流检测单元2n，运算单元13在通过电流测量单元2和电流检测单元2n检测出的电流值的差比初始值增加时，判定为检测出线圈接地故障。

在发生了线圈接地的情况下，中性点接地电阻为大的电阻，因此从中性点接地向接地故障部位流过的电流非常小。与此相对，如果不在电气制动电路侧的中性点接地中如中性点接地电阻那样的大的电阻，则在发生线圈接地时，预测到在电气制动电路侧的接地部位和接地故障部位之间流过比较大的电流。因此，能够在电流测量单元2和电流检测单元2n中的电流中看到明显的差。

Claims

1.一种旋转电机，其特征在于，

具有由两相以上构成的转子线圈，在所述转子线圈的至少两相中具备电流测量单元，比较通过所述电流测量单元测量出的电流中包含的高次谐波成分，高次谐波成分的构成根据相而不同时判定为检测出线圈接地故障。

2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

比较通过所述电流测量单元测量出的电流中包含的高次谐波成分中的第三高次谐波成分的振幅值。

3.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

所述转子线圈由多个并联电路构成，在所述并联电路中的两个以上的中性点侧具备电流测量单元，比较各电路电流中包含的高次谐波成分，由此检测线圈接地故障。

4.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于，

具有三相转子线圈，在中性点具备接地电阻，在线路侧具备使三相短路且接地的电气制动断路器，施加电气制动时的相电流的高次谐波成分根据相而不同时，判定为检测出线圈接地故障。

5.一种旋转电机，其特征在于，

具有三相转子线圈，在中性点具备接地电阻，在所述转子线圈的中性点侧、线路侧双方具备电流测量单元，比较双方的所测量的相电流中包含的高次谐波成分，在有差时判定为检测出线圈接地故障。

6.一种旋转电机，其特征在于，

具有三相转子线圈，在中性点具备接地电阻，在线路侧具备使三相短路且接地故障的电气制动断路器，在电气制动电路的中性点和接地之间具备电流检测单元，根据所述电流检测单元中的电流值来判定检测出线圈接地故障。

7.根据权利要求6所述的旋转电机，其特征在于，

具有三相转子线圈，在中性点具备接地电阻，在线路侧具备使三相短路且接地故障的电气制动断路器，在中性点接地电阻和接地之间以及电气制动电路的中性点和接地之间分别具备电流检测单元，根据两个电流检测单元所检测出的电流值的差来判定检测出线圈接地故障。