CN105826900A - 一种能高效保护无刷励磁发电机的微机保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能高效保护无刷励磁发电机的微机保护装置，包括谐波检测器、滤波装置和谐波波形判别装置，所述谐波检测器的信号输入端与所述发电机的磁场线圈的一端连接，所述谐波检测器的信号输出端与所述滤波装置的信号输入端连接，所述滤波装置的信号输出端与谐波波形判别装置的信号输入端连接，所述谐波波形判别装置的信号输出端与无刷励磁调节器的灭磁开关的信号输入端连接。本发明增加了滤波装置，特别是电子滤波装置，排除了外来谐波干扰，不会造成误动作；二是谐波波形判别装置由数值大小作为判断依据变为由波形形状作为制定依据，使得判断更为精确。

Description

一种能高效保护无刷励磁发电机的微机保护装置

技术领域

本发明属于发电机领域，具体涉及一种能高效保护无刷励磁发电机的微机保护装置。

背景技术

早在上世纪60年代，同步发电机无刷励磁系统由于无需炭刷和滑环，在大功率汽轮发电机（特点是励磁电流大，靠炭刷和滑环来输送励磁电流已经十分困难）的励磁系统中逐步得到应用。进入21世纪以来，由于控制单元相对简单，维护量小，小水电机组（单机5万KW以下）的无刷励磁方式异军突起，逐渐被生产厂和用户接受。

小水电机组无刷励磁系统由下列各部分组成，如图1所示:G为主发电机，LQ为主发电机的磁场线圈，QF为主发电机出口断路器。

GL为交流励磁机，采用旋转电枢式三相同步发电机，即转子为电枢、定子为磁场线圈的三相同步发电机。

GL的电枢、不可硅整流装置（图中D1~D6）和主发电机G的磁场线圈LQ组成旋转部分，见图中虚线部分。

点划线内为励磁调节器，由他向交流励磁机GL的磁场线圈LQ1提供励磁电流。该励磁调节器的可控整流元件可以是可控硅(KP)，也可以是大功率三极管(IGBT)。TL为励磁变压器。QFG为灭磁开关。WB为无刷励磁发电机的微机保护装置。

在正常发电的情况下，无刷励磁调节器向交流励磁机GL的磁场线圈LQ1提供直流电流使其产生磁场，由于交流励磁机GL的电枢是旋转的，切割了LQ1产生的磁场，于是GL的电枢便产生三相交流电向由D1~D6组成的三相不可控整流桥供电，生成直流电并使主发电机的磁场线圈LQ产生磁场，由于LQ是旋转的，就使主发电机G的定子线圈因切割LQ的磁场而发出三相交流电。

由于GL的电枢，D1~D6组成的三相不可控整流桥和主发电机的磁场线圈LQ是同轴旋转的，因此一般情况下，外部是不可能通过常规的办法检测到这三部分的运行情况的。实践证明，运行中D1~D6六个硅整流二极管是比较容易出现问题的：（1）如果其中一个二极管击穿短路，会造成GL的输出短路，如果不立即切断LQ1的励磁电流，交流励磁机G会很快烧毁，造成严重的事故，当然，为避免这种情况发生，可为每个二极管串联一个快速熔断器，或者通过小碳刷把事故信号引出来，但都会使发电机制造工艺变得十分复杂。（2）如果其中一个二极管内部断线，会使主发电机的输出功率下降，造成发电故障，这也是我们不愿看到的。

后来人们发现，整流器总会产生一些谐波，这些谐波通过电磁耦合，可以在LQ1的输出线上被检测到，谐波的大小与整流器的工作状态有关，如果无外来干扰，在整流器正常状态下，谐波值最小，整流二极管断线对谐波就会增大一些，整流二极管击穿短路时谐波值最大，因此人们就搞出一个谐波检测装置WB作为无刷励磁发电机的保护装置，根据微机保护装置WB的输出大小，可以判别三相不可控整流器是否正常，是否断线，是否击穿短路。如果是断线，就发出故障信号，如果是击穿短路，就发出事故信号，同时断开无刷励磁调节器的灭磁开关QFG，停止励磁，保护交流励磁机不被烧毁，也就是保护了整台无刷励磁发电机。

至此，问题好像已得到解决，但事实并不是这么简单，实践证明，上述保护器往往不能准确动作，往往D1~D6都正常，它还是会误动作，也就是说，这种保护器并不是十分可靠。经研究，造成这种情况的原因，主要是电站的各种整流器太多，如不可控整流器、可控整流器、逆变器、变频器、软启动器等等，这些装置，都会产生不同的谐波，造成微机保护装置WB误动作。所以现在急需研发出一种新型的微机保护装置用以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能高效保护无刷励磁发电机的微机保护装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种能高效保护无刷励磁发电机的微机保护装置，包括谐波检测器、滤波装置和谐波波形判别装置，所述谐波检测器的信号输入端与所述发电机的磁场线圈的一端连接，所述谐波检测器的信号输出端与所述滤波装置的信号输入端连接，所述滤波装置的信号输出端与谐波波形判别装置的信号输入端连接，所述谐波波形判别装置的信号输出端与无刷励磁调节器的灭磁开关的信号输入端连接。

具体地，所述滤波装置包括硬件滤波装置和电子滤波装置，所述电子滤波装置为型号为STM32F103的嵌入式的智能芯片，所述硬件滤波装置包括电感、第一电容和第二电容，所述谐波检测器的信号输出端与所述硬件滤波装置的信号输入端连接，所述谐波检测器的第一信号输出端分别与所述电感的第一端和所述第一电容的第一端连接，所述谐波检测器的第二信号输出端分别与所述第一电容的第二端和所述第二电容的第一端连接后再接所述硬件滤波装置的第一输出端，所述电感的第二端分别接所述第二电容的第二端后再接所述硬件滤波装置的第二输出端，所述硬件滤波装置和所述电子滤波装置串接。

本发明的技术效果和优点：

本发明增加了滤波装置，特别是电子滤波装置，排除了外来谐波干扰，不会造成误动作；二是谐波波形判别装置由数值大小作为判断依据变为由波形形状作为制定依据，使得判断更为精确。

附图说明

图1为无刷励磁发电机系统；

图2为本发明的外结构框图；

图3是本发明中的硬件滤波装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图2和图3所示的一种能高效保护无刷励磁发电机的微机保护装置，包括谐波检测器、滤波装置和谐波波形判别装置，谐波检测器的信号输入端与发电机的磁场线圈的一端连接，谐波检测器的信号输出端与滤波装置的信号输入端连接，滤波装置的信号输出端与谐波波形判别装置的信号输入端连接，谐波波形判别装置的信号输出端与无刷励磁调节器的灭磁开关的信号输入端连接。滤波装置包括硬件滤波装置和电子滤波装置，电子滤波装置为型号为STM32F103的嵌入式的智能芯片，硬件滤波装置包括电感、第一电容和第二电容，谐波检测器的信号输出端与硬件滤波装置的信号输入端连接，谐波检测器的第一信号输出端分别与电感的第一端和第一电容的第一端连接，谐波检测器的第二信号输出端分别与第一电容的第二端和第二电容的第一端连接后再接硬件滤波装置的第一输出端，电感的第二端分别接第二电容的第二端后再接硬件滤波装置的第二输出端，硬件滤波装置和电子滤波装置串接。

由谐波检测器检测到的发电机的磁场线圈LQ1引线上的谐波，通过滤波装置（包括硬件滤波装置和电子滤波装置）把外来干扰谐波滤掉，只剩下无外来干扰的谐波图形，这一谐波波形与内存中二极管断路谐波波形和二极管短路谐波波形同时送入谐波波形判别装置进行判别，如果判定为二极管断路，会发出故障信号；如果判定为二极管击穿短路，会发出了事故信号，并立即切断无刷励磁调节器的输出停止励磁，保护交流励磁机不会烧毁，也就是保护了整台无刷励磁发电机。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种能高效保护无刷励磁发电机的微机保护装置，其特征在于：包括谐波检测器、滤波装置和谐波波形判别装置，所述谐波检测器的信号输入端与所述发电机的磁场线圈的一端连接，所述谐波检测器的信号输出端与所述滤波装置的信号输入端连接，所述滤波装置的信号输出端与谐波波形判别装置的信号输入端连接，所述谐波波形判别装置的信号输出端与无刷励磁调节器的灭磁开关的信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种能高效保护无刷励磁发电机的微机保护装置，其特征在于：所述滤波装置包括硬件滤波装置和电子滤波装置，所述电子滤波装置为型号为STM32F103的嵌入式的智能芯片，所述硬件滤波装置包括电感、第一电容和第二电容，所述谐波检测器的信号输出端与所述硬件滤波装置的信号输入端连接，所述谐波检测器的第一信号输出端分别与所述电感的第一端和所述第一电容的第一端连接，所述谐波检测器的第二信号输出端分别与所述第一电容的第二端和所述第二电容的第一端连接后再接所述硬件滤波装置的第一输出端，所述电感的第二端分别接所述第二电容的第二端后再接所述硬件滤波装置的第二输出端，所述硬件滤波装置和所述电子滤波装置串接。