CN104836206A - 过电压保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种过电压保护装置，能够通过简单的构成在短时间内进行从系统故障的恢复，能够确保运转持续性。实施方式的过电压保护装置设置于绕线式感应电机的二次侧、与通过三相的励磁电源供给线对上述绕线式感应电机的二次侧进行励磁的变频电源之间，具备：第一短路器，具有使上述励磁电源供给线的相间短路的功能；以及第二短路器，具有通过比上述第一短路器的短路阻抗更大的短路阻抗使上述励磁电源供给线的相间短路的功能。

Description

过电压保护装置

技术领域

本发明的实施方式涉及一种过电压保护装置，保护绕线式感应电机的二次绕线、变频器不受过电压影响。

背景技术

一般情况下，在变速电动机系统中，在发电电动机为感应电机的情况下，有可能由于系统故障而在发电机二次侧感应出过电压/过电流，由于所感应出的该过电流而有可能使供给可变频率的励磁电流的功率转换装置发生故障。因此，作为用于保护该功率转换装置的方法，使用基于短路器的过电流/过电压防止方法。

作为这种变速电动机系统的基于短路器的过电流/过电压防止方法的现有技术，存在日本专利公开公报JPH06-54444。在该JPH06-54444中公开有一种过电压保护装置，具备：短路器，与应保护其不受过电压影响的三相电机连接，将由串联连接的晶闸管构成的晶闸管阀三角形联结而构成；触发器，通过对上述三相电气设备施加过电压而被设置；“与”回路，用于在该触发器的输出和上述晶闸管阀的正向电压信号的“与”条件下，对该晶闸管阀赋予触发信号；电流检测器，检测上述各晶闸管阀的电流；以及在该电流检测器输出在规定期间为零的条件下复位上述触发器的机构。

在上述变速电动机系统的过电流/过电压防止方法中，在发生系统故障时，无论是接地、相间短路的哪一个，都会产生瞬态的过电压/过电流。即，与通常运转时相比流入过大的电压/电流，在绕线式感应发电机的二次侧也感应出过大的电压、电流。因而，在发电机二次侧不具备短路器的情况下，该过电压/过电流直接流入功率转换器，存在为了以稀少的频度发生的系统故障时的对策而需要大容量的转换器这种问题。

为了应对该问题，例如如图4所示，可以考虑采用通过阻抗较小的第一短路器7对发电机二次侧进行短路的构成的发电机系统的情况。第一短路器7具有如图5所示那样的电路构成。在该情况下，在电动机的运转差频较大的频带，向过电压保护装置换向的过电流变大。因此，在根据通常运转时的电压和电流来决定容量的功率转换器10中，无法释放过电压保护装置，无法从发电机二次侧的短路状态恢复。结果，产生无法确保运转持续性这种问题。

另一方面，例如如图6所示，可以考虑采用通过比图4的第一短路器7更大的微小阻抗的第二短路器8进行电阻短路的构成的发电机系统。第二短路器8具有图7所示那样的电路构成。在该情况下，在上述短路器8的电阻足够小时，与系统故障时从故障点到发电机定子的绕线为止的电阻值R1相比，从发电机转子的绕线到短路器8为止的电阻R2足够小。因此，在发电机二次侧的第二短路器8中流动的电流的瞬态直流量的衰减速度变慢。即，在发电机二次侧产生的瞬态交流量的衰减速度与在发电机一次侧流动的电流的瞬态直流量的衰减速度相比变慢。由此，在断路器11中电流通过零点，因此能够进行断路器11的断开动作，但上述短路器8的电阻量变大。进而，当电阻R2与电阻R1相比变大时，上述衰减速度的关系颠倒，产生一次侧的电流不通过零点的现象，因此产生断路器11无法将电流断开这种问题。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种过电压保护装置，能够通过简单的构成在短时间内进行从系统故障的恢复，能够确保运转持续性。

根据实施方式，提供一种过电压保护装置，设置于绕线式感应电机的二次侧、与通过三相的励磁电源供给线对上述绕线式感应电机的二次侧进行励磁的变频电源之间，该过电压保护装置具备：第一短路器，具有使上述励磁电源供给线的相间短路的功能；以及第二短路器，具有通过比上述第一短路器的短路阻抗更大的短路阻抗使上述励磁电源供给线的相间短路的功能。

根据本发明，能够通过简单的构成在短时间内进行从系统故障的恢复，能够确保运转持续性。

附图说明

图1是表示包括一个实施方式的绕线式感应发电机的二次过电压保护装置在内的变速电动机系统的构成的一例的图。

图2是表示该实施方式的第一短路器的驱动信号等的时间图。

图3是表示该实施方式的第二短路器的驱动信号等的时间图。

图4是表示以往的仅设置有第一短路器的变速电动机系统的构成的一例的图。

图5是表示图4的第一短路器的电路构成的图。

图6是表示以往的仅设置有第二短路器的变速电动机系统的构成的其他例子的图。

图7是表示图6的第二短路器的电路构成的图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行说明。

参照图1至图3对本发明的一个实施方式进行说明。

图1是表示包括本发明的一个实施方式的绕线式感应发电机的二次过电压保护装置在内的变速电动机系统的构成的一例的图。另外，对于与图4、图6共通的要素赋予相同的符号。

如图1所示，变速电动机系统具备主变压器1、绕线式感应发电机(变速发电机)2、转换器3、斩波电路4、逆变器5、变压器6、第一短路器7、第二短路器8、短路器控制装置9、断路器11以及控制部12。斩波电路4由电容器以及过电压抑制斩波器(直流斩波部)等构成。此外，转换器3、斩波电路4以及逆变器5构成变频电源。并且，第一短路器7、第二短路器8以及短路器控制装置9构成二次过电压保护装置。

另外，在绕线式感应发电机2的旋转轴上连结有未图示的水车、泵叶轮、风车等原动机。

主变压器1进行变速电动机系统与系统之间的电压转换。

绕线式感应发电机2经由断路器11以及主变压器1与系统连接。

转换器3连接在变压器6与斩波电路4之间，供给由斩波电路4的直流斩波部整流的电压。

斩波电路4连接在转换器3与逆变器5之间，朝逆变器5供给直流电压。

逆变器5对绕线式感应发电机2的输出进行转换，而朝与绕线式感应发电机2的二次绕线连接的励磁电源供给线的各线供给励磁电源。在逆变器5与绕线式感应发电机2的二次绕线之间，串联连接有第二短路器8和第一短路器7。即，第一短路器7连接在离绕线式感应发电机2的二次绕线较近一方，第二短路器8连接在离二次绕线较远一方。

变压器6为，经由断路器11与绕线式感应发电机2的输出连接，进行用于使绕线式感应发电机2的输出与转换器3的额定值相匹配的变压。

第一短路器7连接在与绕线式感应发电机2的二次绕线连接的励磁电源供给线的各线之间。第一短路器7由短路器控制装置9进行短路控制。该第一短路器7为，在发生系统故障时，例如在励磁电源供给线中的电流大于设定值，而斩波电路4的直流斩波部的电压也大于设定值的情况下，由短路器控制装置9进行控制而进行短路动作。然后，在系统故障被消除之后，通过变频电源而断开。通过该第一短路器7的动作，在故障被消除时断开的断路器11的电流通过零点，断路器11能够将故障电流可靠地断开。第一短路器7例如如图5所示那样使用晶闸管等他励元件而构成。

第二短路器8连接在与绕线式感应发电机2的二次绕线连接的励磁电源供给线的各线之间。第二短路器8由短路器控制装置9进行短路控制。该第二短路器8以与第一短路器7相同的条件进行短路动作，在第一短路器7断开之后被断开。通过该第二短路器8的动作，由此即便第一短路器7断开，也能够使变频电源不产生过电流/过电压。例如，如图7所示，第二短路器8使用自励元件、电阻、电感、多个整流器以及换向用的整流器而构成。即，第二短路器8的短路阻抗具有比第一短路器7的短路阻抗更大的短路阻抗。

短路器控制装置9为，取如上述励磁电源供给线中的电流的计测值、斩波电路4的直流斩波部的电压的计测值，并基于这些计测值来检测发生故障时的电流，或者控制短路器7、8的短路动作、断开动作。例如，在发生系统故障时，在励磁电源供给线中的电流大于设定值且斩波电路4的直流斩波部的电压也大于设定值的情况下，短路器控制装置9在短路器7、8的短路动作的同时进行逆变器5以及转换器3的动作停止。并且，在第一短路器7中所流动的短路电流衰减到零的定时，使第一短路器7的动作停止。之后，短路电流朝第二短路器8分流，在该短路电流流动了规定时间之后，短路器控制装置9进行控制以使得第二短路器8的短路动作停止。

断路器11被用于在控制部12的控制下将绕线式感应发电机2的一次侧的电源供给线断开。

控制部12是内置有短路器控制装置9、进行本系统的整体控制的控制装置。此处，分为控制部12和短路器控制装置9而构成，但也可以通过一个控制装置进行控制。

接着，参照图2、图3的时间图对发生系统故障时的二次过电压保护装置的动作进行说明。

例如，当在系统中发生三相接地故障、作用于绕线式感应发电机2的定子2S的电压大幅度变化时，在转子2R中感应出过电压。短路器控制装置9经由二次电路在时刻T1检测到该过电压。短路器控制装置9在检测到该过电压的情况下，使第一短路器7和第二短路器8进行短路动作，与此同时，控制部12使转换器3以及逆变器5的动作停止。

当系统故障被消除、过电压衰减时，在第一短路器7中流动的短路电流也逐渐衰减。并且，通过短路器控制装置9的控制，例如在第一短路器7中所流动的短路电流低于第一短路器7的复位条件即电流值P(例如，比逆变器5的额定值的1.3倍小的值)的定时，从逆变器5对第一短路器7施加反相电压，在此紧后使在第一短路器7中流动的短路电流成为零，并在一定时间后的时刻T2使第一短路器7的短路动作停止。

在第一短路器7中流动的短路电流想要流入逆变器5，但在该时刻，第二短路器8进行短路动作。因此，使在逆变器5对第一短路器7施加反相电压而将第一短路器7停止之后、朝逆变器5换向的电流量减少，流入逆变器5的电流不会再次成为过电流，在时刻T3逆变器5再次动作。并且，在该时刻T3，短路器控制装置9使第二短路器8停止。

根据本实施方式，发生系统故障时的过电压/过电流，能够由第一短路器7以及第二短路器8耐受，因此转换器3以及逆变器5的额定容量根据由通常运转时的差频决定的电压和额定运转时的电流来决定。因而，转换器3以及逆变器5不会成为大容量，并且还能够按照短时间额定值来设计第一短路器7以及第二短路器8的额定值，因此能够制作成小型。

此外，在上述第一短路器7中流动的瞬态直流电流也是在绕线式感应发电机2的二次侧流动的瞬态电流，因此在一次侧成为交流。当对此时的衰减进行考察时，通常，与绕线式感应发电机2的转子2R的绕线与短路器之间的电阻值相比，系统故障点与绕线式感应发电机2的定子2S的绕线之间的电阻值更大。据此，与一次侧的瞬态直流的衰减相比二次侧的瞬态直流的衰减更慢，因此能够避免一次侧的断路器11中的电流不通过零点的现象。

并且，通过第二短路器8的效果，即使在上述那种仅具备根据通常运转时确定的额定容量的转换器的变速电动机系统中，第一短路器7也不会在停止后再次动作，因此能够确保该变速电动机系统的运转持续性。

对本发明的几个实施方式进行了说明，这些实施方式是作为例子而提示的，并不意图对发明的范围进行限定。这些新的实施方式能够以其他各种方式加以实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨中，并且包含于专利请求范围所记载的发明和与其等同的范围中。

Claims (6)

1.一种过电压保护装置，设置于绕线式感应电机的二次侧、与通过三相的励磁电源供给线对上述绕线式感应电机的二次侧进行励磁的变频电源之间，其特征在于，具备：

第一短路器，具有使上述励磁电源供给线的相间短路的功能；以及

第二短路器，具有通过比上述第一短路器的短路阻抗更大的短路阻抗使上述励磁电源供给线的相间短路的功能。

2.如权利要求1所述的过电压保护装置，其特征在于，

上述第一短路器具备他励元件，

上述第二短路器具备自励元件、电阻以及电感。

3.如权利要求1所述的过电压保护装置，其特征在于，

还具备控制机构，该控制机构对上述第一短路器以及上述第二短路器的短路动作进行控制。

4.如权利要求3所述的过电压保护装置，其特征在于，

上述控制机构进行控制，以便在发生系统故障时使上述第一短路器以及第二短路器同时进行短路动作，在上述故障消除之后，在使上述第一短路器断开之后，使上述第二短路器断开。

5.一种过电压保护装置，设置于绕线式感应电机的二次侧、与通过三相的励磁电源供给线对上述绕线式感应电机的二次侧进行励磁的变频电源之间，其特征在于，具备：

第一短路器，设置于上述变频电源的输出侧与上述绕线式感应电机的二次侧之间的上述二次侧附近，具有使上述励磁电源供给线的相间短路的功能；

第二短路器，设置成比上述第一短路器更远离上述绕线式感应电机的二次侧，具有通过比上述第一短路器的短路阻抗更大的短路阻抗使上述励磁电源供给线的相间短路的功能；以及

控制机构，对上述第一短路器以及上述第二短路器的短路动作进行控制，并且对上述变频电源进行控制，

上述控制机构为，当检测到上述绕线式感应电机内的过电压时，使上述第一短路器以及上述第二短路器同时短路，使上述变频电源的动作停止。

6.如权利要求5所述的过电压保护装置，其特征在于，

上述控制机构为，在上述故障消除之后，在上述第一短路器中流动的电流衰减为零的定时使上述第一短路器断开，之后使上述第二短路器断开。