CN110880890A - 一种低压水轮发电机保护系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低压水轮发电机保护系统，包括控制模块、电源模块、与非模块以及三路相电压监测电路，每一路所述相电压监测电路均包括一相电压检测模块和一第一比较模块。本发明可检测水轮发电机励磁PT二次侧绕组的三相电压并在发电机励磁PT开路时对发电机进行保护，避免励磁电流瞬间急剧增加，进而避免了对发电机的转子、定子及励磁装置造成损害。

Description

一种低压水轮发电机保护系统
技术领域
本发明涉及水轮发电机技术领域，具体而言，涉及一种低压水轮发电机保护系统。
背景技术
水轮发电机的可控硅励磁系统中，发电机机端电压通过测量装置的变换，返回得到测量电压，再与给定电压相比较，得到偏差信号并进行运算，输出移相脉冲去控制可控硅的导通角，以改变发电机转子励磁电流的大小，从而使发电机的输出电压达到额定且稳定。并网后，通过改变给定电压，即可调整发电机的无功功率的大小。其中，测量电压一般是通过电压互感器PT测得。
在上述控制过程中，若电压互感器出现开路的状况，则会导致测量电压为零，此时输入的只有给定电压，移相脉冲会前移、导致移相脉冲控制角为零，可控硅全导通，瞬间励磁电流急剧增加，会对发电机的转子、定子及励磁装置造成极大的损害。
发明内容
本发明解决的问题是：水轮发电机可控硅励磁系统中电压互感器开路会对系统造成损害。
为解决上述问题，本发明提出一种低压水轮发电机保护系统，包括控制模块、电源模块、与非模块以及三路相电压监测电路，每一路所述相电压监测电路均包括一相电压检测模块和一第一比较模块，三个所述相电压检测模块分别用于检测水轮发电机励磁PT二次侧绕组三相电压，其中：
每一路所述相电压监测电路中，所述第一比较模块的输入端与所述相电压检测模块的输出端相连，所述第一比较模块用于将所述相电压检测模块输出的检测电压与参考电压进行比较，并在所述检测电压低于所述参考电压时输出一低电平至所述与非模块；
所述与非模块的三个输入端分别与三个所述第一比较模块的输出端相连，所述与非模块的输出端与所述控制模块的输入端相连，所述与非模块在至少一个所述第一比较模块输出低电平时输出一高电平至所述控制模块；
所述控制模块在接收所述与非模块发送的所述高电平时对水轮发电机进行保护。
可选的，所述相电压检测模块包括AC/DC变换模块和分压模块，所述AC/DC变换模块用于将交流相电压转化为直流，所述分压模块用于对所述AC/DC变换模块输出的直流电进行分压采样后输入所述第一比较模块。
可选的，所述第一比较模块包括运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，所述参考电压经电阻R1输入运算放大器U1的反相输入端，所述检测电压经电阻R2输入运算放大器U1的同相输入端，运算放大器U1的同相输入端还经电阻R3与运算放大器U1的输出端相连，运算放大器U1的正电源经电阻R4与运算放大器U1的输出端相连，运算放大器U1的输出端还与所述与非模块的输入端相连。
可选的，所述第一比较模块还包括运算放大器U2、电阻R5，运算放大器U1的输出端经电阻R5与运算放大器U2的同相输入端相连，运算放大器U2的反相输入端与运算放大器U2的输出端相连，运算放大器U2的输出端还与所述与非模块的输入端相连。
可选的，所述低压水轮发电机保护系统还包括延时模块，所述延时模块的输入端与所述电源模块的输出端相连，所述延时模块的输出端与所述与非模块的供电端相连，所述延时模块用于在水轮发电机起励时对所述与非模块延时上电。
可选的，所述延时模块包括MOS管S1、电容C1、电阻R6、电阻R7、电阻R8，所述电源模块的输出端经MOS管S1的源极、漏极与所述与非模块的供电端相连，MOS管S1的源极还经电容C1与其栅极相连，电阻R6与电容C1并联，MOS管S1的栅极还经电阻R7接地，MOS管S1的漏极还经电阻R8接地。
可选的，所述低压水轮发电机保护系统还包括转子电压检测模块、第二比较模块和或门模块，所述或门模块的两输入端分别与所述与非模块及所述第二比较模块的输出端相连，所述或门模块的输出端与所述控制模块相连，所述转子电压检测模块用于检测水轮发电机的转子电压，所述第二比较模块用于将所述转子电压与阈值电压进行比较，并在所述转子电压大于所述阈值电压时输出一高电平至所述或门模块，所述或门模块在接收到高电平时输出一高电平至所述控制模块。
可选的，所述低压水轮发电机保护系统还包括模拟PT模块，所述模拟PT模块与所述控制模块相连，所述模拟PT模块用于在所述控制模块接收到所述与非模块输出的高电平时输出模拟PT信号，以替代水轮发电机励磁PT的输出。
相对于现有技术，本发明所述的低压水轮发电机保护系统具有以下优势：
(1)本发明所述的低压水轮发电机保护系统可检测水轮发电机励磁PT二次侧绕组的三相电压并在发电机励磁PT开路时对发电机进行保护，避免励磁电流瞬间急剧增加，进而避免了对发电机的转子、定子及励磁装置造成损害；
(2)本发明所述的低压水轮发电机保护系统通过延时模块在水轮发电机起励时对与非模块延时上电，可保证励磁PT建立起正常电压后再开通励磁PT开路保护，可避免发电机起励时的误保护，保证起励顺利进行，进而避免影响系统的正常工作；
(3)本发明所述的低压水轮发电机保护系统可防止起励建压过程中出现励磁PT开路的状况，在保证避免误保护的前提下，既满足了起励的需要，又能可靠的预防建压过程中的励磁PT开路，可以对励磁装置从起励建压到发电运行的全过程进行可靠地保护。
附图说明
图1为本发明实施例所述的低压水轮发电机保护系统的结构框图；
图2为本发明实施例所述的第一比较模块的电路图；
图3为本发明实施例所述的低压水轮发电机保护系统的另一结构框图；
图4为本发明实施例所述的延时模块的电路图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
如图1所示，其为本实施例中低压水轮发电机保护系统的结构框图，低压水轮发电机保护系统包括控制模块、电源模块、与非模块以及三路相电压监测电路，每一路所述相电压监测电路均包括一相电压检测模块和一第一比较模块，三个所述相电压检测模块分别用于检测水轮发电机励磁PT二次侧绕组三相电压，其中：
每一路所述相电压监测电路中，所述第一比较模块的输入端与所述相电压检测模块的输出端相连，所述第一比较模块用于将所述相电压检测模块输出的检测电压与参考电压进行比较，并在所述检测电压低于所述参考电压时输出一低电平至所述与非模块；
所述与非模块的三个输入端分别与三个所述第一比较模块的输出端相连，所述与非模块的输出端与所述控制模块的输入端相连，所述与非模块在至少一个所述第一比较模块输出低电平时输出一高电平至所述控制模块；
所述控制模块在接收所述与非模块发送的所述高电平时对水轮发电机进行保护。
其中，参考电压为预先设定的衡量发电机励磁PT是否正常工作的标准电压。本实施例中，发电机励磁PT正常工作时，三路检测电压均高于参考电压，三个第一比较模块均输出高电平，与非模块输出低电平，控制模块不对发电机进行保护；当发电机励磁PT开路或不正常工作时，三路检测电压中至少有一路会低于参考电压，与非模块则输出高电平，控制模块对水轮发电机进行保护。
这样，本实施例可检测水轮发电机励磁PT二次侧绕组的三相电压并在发电机励磁PT开路时对发电机进行保护，避免励磁电流瞬间急剧增加，进而避免了对发电机的转子、定子及励磁装置造成损害。
可选的，所述相电压检测模块包括AC/DC变换模块和分压模块，所述AC/DC变换模块用于将交流相电压转化为直流，所述分压模块用于对所述AC/DC变换模块输出的直流电进行分压采样后输入所述第一比较模块。
其中，每一路相电压监测电路中的相电压检测模块均包括一AC/DC变换模块和一分压模块，分压模块可采用分压电阻的形式，将AC/DC变换模块输出的高压直流电转化为可供第一比较模块进行比较的安全电压。
可选的，如图2所示，所述第一比较模块包括运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，所述参考电压经电阻R1输入运算放大器U1的反相输入端，所述检测电压经电阻R2输入运算放大器U1的同相输入端，运算放大器U1的同相输入端还经电阻R3与运算放大器U1的输出端相连，运算放大器U1的正电源经电阻R4与运算放大器U1的输出端相连，运算放大器U1的输出端还与所述与非模块的输入端相连。
本实施例中，运算放大器U1及多个电压构成了一个比较器，电阻R4作为上拉电阻，控制运算放大器U1输出电压的大小，电阻R1、电阻R2作为限流电阻，防止电流过大损坏运算放大器U1。通过上述电路，可实现检测电压低于参考电压时第一比较模块输出一低电平、检测电压高于参考电压时第一比较模块输出一高电平。
可选的，如图2所示，所述第一比较模块还包括运算放大器U2、电阻R5，运算放大器U1的输出端经电阻R5与运算放大器U2的同相输入端相连，运算放大器U2的反相输入端与运算放大器U2的输出端相连，运算放大器U2的输出端还与所述与非模块的输入端相连。
运算放大器U2部分电路构成了电压跟随器，由于电压跟随器的输入阻抗高、输出阻抗低，可提高驱动与非模块的能量，提高与非模块信号识别的准确性。
可选的，如图3所示，所述低压水轮发电机保护系统还包括延时模块，所述延时模块的输入端与所述电源模块的输出端相连，所述延时模块的输出端与所述与非模块的供电端相连，所述延时模块用于在水轮发电机起励时对所述与非模块延时上电。
发电机起励时，励磁PT还未建立起正常电压，此时检测电压是低于参考电压的，此时对发电机进行保护，可能出现励磁PT正常工作但未建立工作电压导致误判励磁PT开路，进而导致误保护，影响系统的正常工作。本实施例通过延时模块在水轮发电机起励时对与非模块延时上电，可保证励磁PT建立起正常电压后再开通励磁PT开路保护，可避免发电机起励时的误保护，保证起励顺利进行，进而避免影响系统的正常工作。
可选的，如图4所示，所述延时模块包括MOS管S1、电容C1、电阻R6、电阻R7、电阻R8，所述电源模块的输出端经MOS管S1的源极、漏极与所述与非模块的供电端相连，MOS管S1的源极还经电容C1与其栅极相连，电阻R6与电容C1并联，MOS管S1的栅极还经电阻R7接地，MOS管S1的漏极还经电阻R8接地。
其中，当电源模块供电时，由于电容C1两端电压不能突变，电容C1通过电阻R7充电，导致电阻R7两端电压为高电平，此时MOS管S1的阈值电压尚未达到，所以MOS管S1为关闭状态。待电容C1逐渐充电完成，电阻R7两端电压逐渐下降到0，此时满足MOS管S1的阈值电压，此时MOS管S1开启，电源模块开始给与非模块供电，开始励磁PT开路保护。其中，电阻R6的作用是电源模块断电时对电容C1进行放电以及完成MOS管S1基极电压的设置。这样可通过上述过程实现对与非模块供电的延时功能。
可选的，如图3所示，所述低压水轮发电机保护系统还包括转子电压检测模块、第二比较模块和或门模块，所述或门模块的两输入端分别与所述与非模块及所述第二比较模块的输出端相连，所述或门模块的输出端与所述控制模块相连，所述转子电压检测模块用于检测水轮发电机的转子电压，所述第二比较模块用于将所述转子电压与阈值电压进行比较，并在所述转子电压大于所述阈值电压时输出一高电平至所述或门模块，所述或门模块在接收到高电平时输出一高电平至所述控制模块。
其中，阈值电压为预先设定的衡量发电机转子是否正常工作的标准电压。转子电压检测模块可与相电压检测模块的电路结构相同，也可以是其他结构；第二比较模块可与第一比较模块的的电路结构相同，也可以是其他结构。转子电压小于阈值电压时，第二比较模块输出一低电平至或门模块。或门模块在同时接收到与非模块输出的低电平和第二比较模块输出的低电平时会输出一低电平，控制模块接收到或门模块输出的低电平时不对发电机进行保护。
励磁PT建立正常电压的过程中，由于没有开启励磁PT的开路保护，可能出现建压过程中励磁PT开路却没有进行保护的情形，造成漏保护。一般的，励磁PT开路时，转子电流会大大超过正常值，转子电压也必然超过正常值(即阈值电压)。本实施例在起励过程中，转子电压检测模块检测转子电压，当转子电压超过正常值时，转子电压高于阈值电压，第二比较模块输出一高电平至或门模块，控制模块在接收到或门模块发送的高电平时对发电机进行保护。这样可防止起励建压过程中出现励磁PT开路的状况，在保证避免误保护的前提下，既满足了起励的需要，又能可靠的预防建压过程中的励磁PT开路，可以对励磁装置从起励建压到发电运行的全过程进行可靠地保护。
可选的，如图4所示，所述低压水轮发电机保护系统还包括模拟PT模块，所述模拟PT模块与所述控制模块相连，所述模拟PT模块用于在所述控制模块接收到所述与非模块输出的高电平时输出模拟PT信号，以替代水轮发电机励磁PT的输出。
本实施例在励磁PT开路时，不是仅仅对发电机进行保护，可通过模拟PT模块模拟励磁PT的输出，可以维持设备的继续运行。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种低压水轮发电机保护系统，其特征在于，包括控制模块、电源模块、与非模块以及三路相电压监测电路，每一路所述相电压监测电路均包括一相电压检测模块和一第一比较模块，三个所述相电压检测模块分别用于检测水轮发电机励磁PT二次侧绕组三相电压，其中：
每一路所述相电压监测电路中，所述第一比较模块的输入端与所述相电压检测模块的输出端相连，所述第一比较模块用于将所述相电压检测模块输出的检测电压与参考电压进行比较，并在所述检测电压低于所述参考电压时输出一低电平至所述与非模块；
所述与非模块的三个输入端分别与三个所述第一比较模块的输出端相连，所述与非模块的输出端与所述控制模块的输入端相连，所述与非模块在至少一个所述第一比较模块输出低电平时输出一高电平至所述控制模块；
所述控制模块在接收所述与非模块发送的所述高电平时对水轮发电机进行保护。
2.根据权利要求1所述的低压水轮发电机保护系统，其特征在于，所述相电压检测模块包括AC/DC变换模块和分压模块，所述AC/DC变换模块用于将交流相电压转化为直流，所述分压模块用于对所述AC/DC变换模块输出的直流电进行分压采样后输入所述第一比较模块。
3.根据权利要求1所述的低压水轮发电机保护系统，其特征在于，所述第一比较模块包括运算放大器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，所述参考电压经电阻R1输入运算放大器U1的反相输入端，所述检测电压经电阻R2输入运算放大器U1的同相输入端，运算放大器U1的同相输入端还经电阻R3与运算放大器U1的输出端相连，运算放大器U1的正电源经电阻R4与运算放大器U1的输出端相连，运算放大器U1的输出端还与所述与非模块的输入端相连。
4.根据权利要求3所述的低压水轮发电机保护系统，其特征在于，所述第一比较模块还包括运算放大器U2、电阻R5，运算放大器U1的输出端经电阻R5与运算放大器U2的同相输入端相连，运算放大器U2的反相输入端与运算放大器U2的输出端相连，运算放大器U2的输出端还与所述与非模块的输入端相连。
5.根据权利要求1所述的低压水轮发电机保护系统，其特征在于，还包括延时模块，所述延时模块的输入端与所述电源模块的输出端相连，所述延时模块的输出端与所述与非模块的供电端相连，所述延时模块用于在水轮发电机起励时对所述与非模块延时上电。
6.根据权利要求5所述的低压水轮发电机保护系统，其特征在于，所述延时模块包括MOS管S1、电容C1、电阻R6、电阻R7、电阻R8，所述电源模块的输出端经MOS管S1的源极、漏极与所述与非模块的供电端相连，MOS管S1的源极还经电容C1与其栅极相连，电阻R6与电容C1并联，MOS管S1的栅极还经电阻R7接地，MOS管S1的漏极还经电阻R8接地。
7.根据权利要求5所述的低压水轮发电机保护系统，其特征在于，还包括转子电压检测模块、第二比较模块和或门模块，所述或门模块的两输入端分别与所述与非模块及所述第二比较模块的输出端相连，所述或门模块的输出端与所述控制模块相连，所述转子电压检测模块用于检测水轮发电机的转子电压，所述第二比较模块用于将所述转子电压与阈值电压进行比较，并在所述转子电压大于所述阈值电压时输出一高电平至所述或门模块，所述或门模块在接收到高电平时输出一高电平至所述控制模块。
8.根据权利要求1所述的低压水轮发电机保护系统，其特征在于，还包括模拟PT模块，所述模拟PT模块与所述控制模块相连，所述模拟PT模块用于在所述控制模块接收到所述与非模块输出的高电平时输出模拟PT信号，以替代水轮发电机励磁PT的输出。
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