CN110932625A - 一种低压水轮发电机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低压水轮发电机控制装置，包括PLC模块和灭磁模块，所述灭磁模块包括晶闸管S1、线性电阻模块、晶闸管S2、非线性电阻模块30、电流互感器；晶闸管S1与所述线性电阻模块串联后再与发电机的励磁绕组L1并联，晶闸管S2与所述非线性电阻模块30串联后再与发电机的励磁绕组L1并联，所述PLC模块分别与晶闸管S1、晶闸管S2的控制端、所述电流互感器相连。本发明有利于降低非线性电阻模块的维护成本，进而降低低压水轮发电机控制装置的维护成本；且线性电阻模块工作时的消耗功率始终处于较高水平，在降低制装置维护成本的同时达到了灭磁时间短的效果。

Description

一种低压水轮发电机控制装置
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控制装置。
背景技术
水轮发电机的控制装置一般包括灭磁装置，用于在水轮发电机出现故障时快速切断发电机的励磁，并将存储在励磁绕组中的能量迅速消耗掉。目前，传统水轮发电机的控制装置通常只通过非线性电阻进行灭磁，由于非线性电阻的稳定性低，导致水轮发电机控制装置的维护成本高。
发明内容
本发明解决的问题是：传统水轮发电机的控制装置通过非线性电阻进行灭磁，导致维护成本高。
为解决上述问题，本发明提出一种低压水轮发电机控制装置，包括PLC模块和灭磁模块，所述灭磁模块包括晶闸管S1、线性电阻模块、晶闸管S2、非线性电阻模块、电流互感器；晶闸管S1与所述线性电阻模块串联后再与发电机的励磁绕组L1并联，晶闸管S2与所述非线性电阻模块串联后再与发电机的励磁绕组L1并联，所述PLC模块分别与晶闸管S1、晶闸管S2的控制端、所述电流互感器相连，所述电流互感器用于检测灭磁电流；所述PLC模块在所述灭磁电流大于第一电流阈值时控制晶闸管S1导通、晶闸管S2关断，在所述灭磁电流小于所述第一电流阈值时控制晶闸管S2导通、晶闸管S1关断。
可选的，所述非线性电阻模块包括非线性电阻R1，非线性电阻R1与晶闸管S2串联后再与发电机的励磁绕组L1并联。
可选的，所述线性电阻模块包括线性电阻R2，线性电阻R2与晶闸管S1串联后再与发电机的励磁绕组L1并联。
可选的，所述线性电阻模块还包括线性电阻R3和晶闸管S3，线性电阻R3、线性电阻R2、晶闸管S1依次串联后再与发电机的励磁绕组L1并联，线性电阻R3和晶闸管S3并联，所述PLC模块还与晶闸管S3相连；所述PLC模块在所述灭磁电流大于所述第一电流阈值、小于第二电流阈值时控制晶闸管S3关断，在所述灭磁电流大于所述第二电流阈值时控制晶闸管S3导通。
可选的，所述灭磁模块还包括电阻R4，电阻R4与晶闸管S1并联，电阻R4与线性电阻R3的阻值相同。
可选的，所述灭磁模块还包括过压吸收模块，所述过压吸收模块与低压水轮发电机控制装置的可控硅整流桥的交流侧相连，用于吸收交流侧电流突变产生的过压。
可选的，所述过压吸收模块包括电阻R5和电容C1，电阻R5与电容C1并联后再接入所述可控硅整流桥交流侧正负极之间。
可选的，所述过压吸收模块还包括二极管D1-D6，二极管D1与二极管D2串联后与电容C1并联，二极管D3与二极管D4串联后与电容C1并联，二极管D5与二极管D6串联后与电容C1并联；所述可控硅整流桥交流侧的第一相电接入二极管D1与二极管D2之间，第二相电接入二极管D3与二极管D4之间，第三相电接入二极管D5与二极管D6之间。
相对于现有技术，本发明所述的低压水轮发电机控制装置具有以下优势：
(1)本发明所述的低压水轮发电机控制装置提供了线性电阻灭磁和非线性电阻灭磁两种灭磁方式，控制线性电阻模块和非线性电阻模块分阶段分别灭磁，非线性电阻模块不会一直处于工作状态，有利于降低非线性电阻模块的维护成本，进而降低低压水轮发电机控制装置的维护成本；且线性电阻模块工作时的消耗功率始终处于较高水平，在降低制装置维护成本的同时达到了灭磁时间短的效果；
(2)本发明所述的低压水轮发电机控制装置采用两级线性电阻组合灭磁的方式，能够根据实际灭磁情况选择最合适的灭磁方案，可以有效地加快灭磁速度，有利于进一步降低灭磁时间，并且保证了灭磁过程的安全性。
附图说明
图1为本发明实施例所述的低压水轮发电机控制装置的示意图；
图2为本发明实施例所述的低压水轮发电机控制装置的部分结构示意图；
图3为本发明实施例所述的过压吸收模块的电路图。
附图标记说明：
10-灭磁模块；20-线性电阻模块；30-非线性电阻模块。
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和图2所示，其为本实施例中低压水轮发电机控制装置的结构框图，低压水轮发电机控制装置包括PLC模块和灭磁模块10，所述灭磁模块10包括晶闸管S1、线性电阻模块20、晶闸管S2、非线性电阻模块30、电流互感器；晶闸管S1与所述线性电阻模块20串联后再与发电机的励磁绕组L1并联，晶闸管S2与所述非线性电阻模块30串联后再与发电机的励磁绕组L1并联，所述PLC模块分别与晶闸管S1、晶闸管S2的控制端、所述电流互感器相连，所述电流互感器用于检测灭磁电流；所述PLC模块在所述灭磁电流大于第一电流阈值时控制晶闸管S1导通、晶闸管S2关断，在所述灭磁电流小于所述第一电流阈值时控制晶闸管S2导通、晶闸管S1关断。
其中，PLC模块分别与晶闸管S1的控制端、晶闸管S2的控制端相连。第一电流阈值为预先设定的灭磁开始值。
一般的，传统低压水轮发电机控制装置还包括可控硅整流桥、灭磁开关K1、励磁变压器、调速模块、同期模块、继电器，PLC模块还分别与可控硅整流桥的控制端、调速模块、同期模块、继电器相连，调速模块还与发电机的转子相连，同期模块还与发电机的输出端相连，可控硅整流桥的输出端通过灭磁开关K1与发电机的励磁绕组L1相连，励磁变压器的原边与发电机的输出端相连，励磁变压器的副边与可控硅整流桥的输入端相连，发电机的输出端还通过继电器接入电网。其中，灭磁开关K1用于发电机的灭磁，励磁变压器的原边接入机端母线电压，可控硅整流桥用于将励磁变压器副边的交流电转化为直流电，以提供发电机励磁绕组L1的磁励电流；继电器用于控制发电机并网；调速模块用于控制发电机叶片的转速；同期模块用于发电机的同期并网。
传统低压水轮发电机控制装置中，当发电机的内部或者外部发生短路或者接地等故障时，PLC模块首先控制灭磁开关K1断开。本实施例中，在灭磁开关K1断开后，灭磁模块10与发电机的励磁绕组L1构成灭磁回路。若灭磁电流大于第一电流阈值，PLC模块控制晶闸管S1导通、晶闸管S2关断，此时低压水轮发电机控制装置通过线性电阻模块20灭磁；若灭磁电流小于第一电流阈值，PLC模块控制晶闸管S2导通、晶闸管S1关断，此时低压水轮发电机控制装置通过非线性电阻模块30灭磁。线性电阻模块20灭磁时，随着灭磁电流的降低，流经线性电阻模块20的电流降低，由于这一阶段灭磁电流始终大于第一电流阈值，线性电阻模块20两端的电压处于较高值，线性电阻模块20上耗散的功率不会大幅度降低，保证了线性电阻模块20灭磁时间短。在灭磁电流降至第一电流阈值以下后，若此时仍通过线性电阻模块20灭磁，线性电阻模块20上耗散的功率会大幅度降低，会导致线性电阻模块20的灭磁时间较长，产生严重拖尾现象。本实施例在灭磁电流降至第一电流阈值后及时将灭磁方式由线性电阻灭磁转变为非线性电阻灭磁，由于非线性电阻两端的电压和电流的变化关系呈现非线性，使得非线性电阻模块30在灭磁过程中消耗的功率基本维持不变，不会产生线性电阻模块20灭磁时出现的严重拖尾现象，保证了灭磁时间较短。在整个灭磁过程中，线性电阻模块20和非线性电阻模块30分阶段分别灭磁，非线性电阻模块30不会一直处于工作状态，有利于降低非线性电阻模块30的维护成本，进而降低低压水轮发电机控制装置的维护成本。
这样，本实施例的低压水轮发电机控制装置提供了线性电阻灭磁和非线性电阻灭磁两种灭磁方式，控制线性电阻模块20和非线性电阻模块30分阶段分别灭磁，非线性电阻模块30不会一直处于工作状态，有利于降低非线性电阻模块30的维护成本，进而降低低压水轮发电机控制装置的维护成本；且线性电阻模块20工作时的消耗功率始终处于较高水平，在降低制装置维护成本的同时达到了灭磁时间短的效果。
可选的，如图2所示，所述非线性电阻模块30包括非线性电阻R1，非线性电阻R1与晶闸管S2串联后再与发电机的励磁绕组L1并联。这样可通过非线性电阻R1实现装置的非线性电阻灭磁。
可选的，如图2所示，所述线性电阻模块20包括线性电阻R2，线性电阻R2与晶闸管S1串联后再与发电机的励磁绕组L1并联。这样可通过线性电阻R2实现装置的线性电阻灭磁。
可选的，如图2所示，所述线性电阻模块20还包括线性电阻R3和晶闸管S3，线性电阻R3、线性电阻R2、晶闸管S1依次串联后再与发电机的励磁绕组L1并联，线性电阻R3和晶闸管S3并联，所述PLC模块还与晶闸管S3相连；所述PLC模块在所述灭磁电流大于所述第一电流阈值、小于第二电流阈值时控制晶闸管S3关断，在所述灭磁电流大于所述第二电流阈值时控制晶闸管S3导通。
其中，第一电流阈值小于第二电流阈值。由于线性电阻的灭磁功率受到灭磁电流的极大影响，线性电阻的灭磁功率随着灭磁电流降低而降低，在灭磁电流大于第一电流阈值的状态下，若仅仅通过线性电阻R2灭磁，无法进一步缩短灭磁时间。本实施例中，灭磁电流大于第二电流阈值时，灭磁电流大，线性电阻R2的灭磁功率处于高水平，此时PLC模块控制晶闸管S3导通，线性电阻R3短路，装置仅通过线性电阻R2进行线性电阻灭磁；灭磁电流大于第一电流阈值、小于第二电流阈值时，线性电阻R2的灭磁功率稍有不足，此时时PLC模块控制晶闸管S3关断，线性电阻R3接入电路，装置通过线性电阻R2和线性电阻R3进行线性电阻灭磁。
这样，本实施例采用两级线性电阻组合灭磁的方式，能够根据实际灭磁情况选择最合适的灭磁方案，可以有效地加快灭磁速度，有利于进一步降低灭磁时间，并且保证了灭磁过程的安全性。
可选的，如图2所示，所述灭磁模块10还包括电阻R4，电阻R4与晶闸管S1并联，电阻R4与线性电阻R3的阻值相同。
本实施例中，晶闸管S1和晶闸管S3可能同时处于关断状态，由于晶闸管S1和晶闸管S3串联，由于两个晶闸管不可能完全相同，这就会导致串联时两个管子不会同时导通，而是一个先导通另一个会承受接近两倍的正向压降导通，可能会损伤晶闸管。本实施例在晶闸管S1的两端并联电阻R4，电阻R4与线性电阻R3的阻值相同，从而确保晶闸管S1和晶闸管S3在关断状态下、两者两端的电压相同，实现了两晶闸管串联时的均压，有利于提高晶闸管的安全性。
可选的，如图2所示，所述灭磁模块10还包括过压吸收模块，所述过压吸收模块与所述可控硅整流桥的交流侧相连，用于吸收交流侧电流突变产生的过压。具体的，如图3所示，所述过压吸收模块包括电阻R5和电容C1，电阻R5与电容C1并联后再接入所述可控硅整流桥交流侧正负极之间。
根据可控硅整流桥的工作原理，在可控硅换相过程中，由于在换相的两相之间存在瞬间短路电流，这一瞬间短路电流将不可避免地在交流回路的电感上产生换相过电压，在可控硅换相过程中，任意二相电流突变而在可控硅整流桥次级绕组产生的过电压，都可以对电容C3充电，从而得到缓冲，限制了过电压。而换相后，C3上的电荷经过R3释放掉，等待下一个周期再次吸收。这样可吸收可控硅整流桥上产生的过电压，提高装置的安全性。
可选的，如图3所示，所述过压吸收模块还包括二极管D1-D6，二极管D1与二极管D2串联后与电容C1并联，二极管D3与二极管D4串联后与电容C1并联，二极管D5与二极管D6串联后与电容C1并联；所述可控硅整流桥交流侧的第一相电接入二极管D1与二极管D2之间，第二相电接入二极管D3与二极管D4之间，第三相电接入二极管D5与二极管D6之间。
其中，二极管D1的阴极与二极管D2的阳极相连，二极管D1阴极、二极管D2阳极的公共端接入第一相电；二极管D3的阴极与二极管D4的阳极相连，二极管D3阴极、二极管D4阳极的公共端接入第二相电；二极管D5的阴极与二极管D6的阳极相连，二极管D5阴极、二极管D6阳极的公共端接入第三相电。二极管D1-D6可防止电容C1上的电荷向励磁回路释放，避免叠加可控硅换相时的瞬间短路电流，损坏可控硅管；还可避免电容C1和回路电感产生振荡；可使三相共用一组体积大、价格高的高压电容C1，节约成本。
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控制装置，包括PLC模块和灭磁模块(10)，其特征在于，所述灭磁模块(10)包括晶闸管S1、线性电阻模块(20)、晶闸管S2、非线性电阻模块(30)、电流互感器；晶闸管S1与所述线性电阻模块(20)串联后再与发电机的励磁绕组L1并联，晶闸管S2与所述非线性电阻模块(30)串联后再与发电机的励磁绕组L1并联，所述PLC模块分别与晶闸管S1、晶闸管S2的控制端、所述电流互感器相连，所述电流互感器用于检测灭磁电流；所述PLC模块在所述灭磁电流大于第一电流阈值时控制晶闸管S1导通、晶闸管S2关断，在所述灭磁电流小于所述第一电流阈值时控制晶闸管S2导通、晶闸管S1关断。
2.根据权利要求1所述的低压水轮发电机控制装置，其特征在于，所述非线性电阻模块(30)包括非线性电阻R1，非线性电阻R1与晶闸管S2串联后再与发电机的励磁绕组L1并联。
3.根据权利要求1所述的低压水轮发电机控制装置，其特征在于，所述线性电阻模块(20)包括线性电阻R2，线性电阻R2与晶闸管S1串联后再与发电机的励磁绕组L1并联。
4.根据权利要求3所述的低压水轮发电机控制装置，其特征在于，所述线性电阻模块(20)还包括线性电阻R3和晶闸管S3，线性电阻R3、线性电阻R2、晶闸管S1依次串联后再与发电机的励磁绕组L1并联，线性电阻R3和晶闸管S3并联，所述PLC模块还与晶闸管S3相连；所述PLC模块在所述灭磁电流大于所述第一电流阈值、小于第二电流阈值时控制晶闸管S3关断，在所述灭磁电流大于所述第二电流阈值时控制晶闸管S3导通。
5.根据权利要求4所述的低压水轮发电机控制装置，其特征在于，所述灭磁模块(10)还包括电阻R4，电阻R4与晶闸管S1并联，电阻R4与线性电阻R3的阻值相同。
6.根据权利要求1所述的低压水轮发电机控制装置，其特征在于，所述灭磁模块(10)还包括过压吸收模块，所述过压吸收模块与低压水轮发电机控制装置的可控硅整流桥的交流侧相连，用于吸收交流侧电流突变产生的过压。
7.根据权利要求6所述的低压水轮发电机控制装置，其特征在于，所述过压吸收模块包括电阻R5和电容C1，电阻R5与电容C1并联后再接入所述可控硅整流桥交流侧正负极之间。
8.根据权利要求7所述的低压水轮发电机控制装置，其特征在于，所述过压吸收模块还包括二极管D1-D6，二极管D1与二极管D2串联后与电容C1并联，二极管D3与二极管D4串联后与电容C1并联，二极管D5与二极管D6串联后与电容C1并联；所述可控硅整流桥交流侧的第一相电接入二极管D1与二极管D2之间，第二相电接入二极管D3与二极管D4之间，第三相电接入二极管D5与二极管D6之间。
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