CN111864698A - 一种同步发电机转子过电压保护电路和方法 - Google Patents

一种同步发电机转子过电压保护电路和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种同步发电机转子过电压保护电路和方法，包括灭磁电路和过电压保护电路，灭磁电路并联在发电机励磁绕组的两端，过电压保护电路与灭磁电路并联，过电压保护电路中设有控制全控型电力半导体器件通断使得过电压尖峰被抑制的触发电路。根据全控型电力半导体器件具有门极正脉冲信号触发导通、门极负脉冲信号触发关断的特性，在过电压保护电路中选用全控型电力半导体器件与触发电路的组合，实现同步发电机在全工况下工作的独立性，为同步发电机安全稳定的运行提供重要的保障。

Description

一种同步发电机转子过电压保护电路和方法
技术领域
本发明涉及电机保护领域，尤其涉及一种同步发电机转子过电压保护电路和方法。
背景技术
同步发电机在运行中承受的过电压种类较多，常见的过电压主要有雷击、断路器分合闸操作、发电机的非对称短路、非全相运行、非同步运行以及非同期合闸等情况，均会产生过电压。
现有的同步发电机转子过电压保护电路在过电压尖峰得以抑制后，需要所在整流电路输出足够时间宽度的负值波形条件下，主回路才能够可靠与转子回路断开，另外，传统的同步发电机转子过电压保护方法难以克服工作条件的限定，比如励磁变压器二次额定电压的定额不能太高、晶闸管关断时间参数选择要尽量小、半控型电力半导体器件只触发导通不能关断的器件属性的因素导致同步发电机在强行励磁运行时不能得到可靠保护，最终直接影响到同步发电机的安全稳定运行。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种同步发电机转子过电压保护电路和方法，在过电压保护电路中选用全控型电力半导体器件，并配置触发电路，通过设定其过电压整定值，实现触发电路自动检测到过电压时输出控制信号给全控型电力半导体器件，控制其通断使得过电压尖峰被非线性电阻所抑制。
技术方案：本发明提供一种同步发电机转子过电压保护电路，包括灭磁电路、过电压保护电路，所述灭磁电路并联在同步发电机励磁绕组两端，过电压保护电路与灭磁电路并联，所述过电压保护电路中设有控制全控型电力半导体器件通断使得过电压尖峰被抑制的触发电路。
其中，过电压保护电路还包括非线性电阻，其一端与全控型电力半导体器件阳极连接，另一端与触发电路正极连接，全控型电力半导体器件阴极与触发电路负极连接，触发电路信号端与全控型电力半导体器件门极连接，非线性电阻与全控型电力半导体器件串联后与触发电路并联。
灭磁电路由非线性灭磁电阻和开关串联组成，并联在发电机励磁绕组两端形成闭合回路。
进一步地，灭磁电路中的开关为电子开关或者机械开关，电子开关的阴极与非线性灭磁电阻的一端连接。
用于同步发电机转子过电压保护电路的保护方法，主要包括如下步骤：
a、设定触发电路中过电压整定值；
b、触发电路检测到励磁电压高于整定值时，触发电路信号端给全控型电力半导体器件输出正门极电流，全控型电力半导体器件导通，过电压尖峰被抑制，实现对发电机转子过电压的保护；
c、触发电路检测到励磁电压低于整定值时，触发电路信号端给全控型电力半导体器件输出负门极电流，全控型电力半导体器件关断，过电压保护电路与发电机转子回路断开。
在步骤(a)中，过电压整定值的设定满足以下条件：
①高于整流电路输出的电压峰值，即
Figure BDA0002627095800000021
Up为正向过电压整定值，Un为反向过电压整定值，U2N为励磁变二次额定电压，Ku为过电压倍数，取1.4～1.5；
②低于整流电路中晶闸管的正(反)向重复峰值电压，即
Figure BDA0002627095800000022
URRM为晶闸管反向重复峰值电压，UDRM为晶闸管断态重复峰值电压；
③低于励磁绕组出厂交流工频耐压试验电压幅值的70％。
④高于发电机在灭磁过程中励磁绕组两端出现的反向电压；
⑤高于整流电路中晶闸管换相引起的过电压；
⑥当同步发电机有异步运行要求时，过电压整定值还应高于异步运行时产生的过电压。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著的优点：根据全控型电力半导体器件具有门极正脉冲信号触发导通、门极负脉冲信号触发关断的特性，在过电压保护电路中选用全控型电力半导体器件与触发电路的组合，触发电路控制全控型电力半导体器件的通断使得过电压尖峰被非线性电阻抑制，实现同步发电机在全工况下工作的独立性，不受传统保护电路中诸多条件的限制，是同步发电机安全稳定运行的重要保障措施。
附图说明
图1为本发明的电路示意图1；
图2为本发明的电路示意图2；
图3为本发明的工作特性示意；
图4为本发明的电路示意图3；
图5为本发明的电路示意图4。
图6为本发明的电路示意图5。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1：如图1所示的同步发电机转子过电压保护电路包括灭磁电路1、过电压保护电路2、同步发电机3、励磁绕组4、整流电路5。灭磁电路1并联在同步发电机3励磁绕组两端，过电压保护电路1与灭磁电路2并联。
其中，灭磁电路1由非线性灭磁电阻11和开关12串联组成；过电压保护电路2由非线性电阻21、全控型电力半导体器件22、触发电路23组成，非线性电阻21一端与全控型电力半导体器件22阳极连接，非线性电阻21另一端与触发电路23正极连接，全控型电力半导体器件22阴极与触发电路23负极连接，触发电路23信号端与全控型电力半导体器件22门极连接，非线性电阻21与全控型电力半导体器件22串联后与触发电路23并联。
同步发电机转子过电压保护方法和工作过程如下：设定触发电路23中过电压整定值；当同步发电机励磁系统中发生过电压时，触发电路23检测到励磁电压高于整定值，触发电路23信号端给全控型电力半导体器件22输出正门极电流，全控型电力半导体器件22导通，过电压尖峰被抑制，实现对发电机转子过电压的保护；触发电路23检测到励磁电压低于整定值时，触发电路23信号端给全控型电力半导体器件22输出负门极电流，全控型电力半导体器件22关断，过电压保护电路2与发电机转子回路断开。
实施例2：在实施例1的基础上，在过电压保护电路2中增加一个全控型电力半导体器件24，与全控型电力半导体器件22相反并联，触发电路23另一信号端与全控型电力半导体器件24门极连接，如图2所示。相同地，当同步发电机励磁系统中发生反向过电压时，触发电路23检测到励磁电压高于反向过电压整定值，触发电路23信号端给全控型电力半导体器件22输出正门极电流，全控型电力半导体器件24导通，过电压尖峰被抑制。
相应的过电压保护工作特性，以正弦波过电压为例，如图3所示。Up为正向过电压整定值，Un为反向过电压整定值，U2为非线性电阻残压，U2不得高于Up(或Un)值。在设定触发电路23中正/反向过电压整定值时，需要同时满足以下要求：
①高于整流电路5输出的电压峰值，即
Figure BDA0002627095800000041
Up为正向过电压整定值，Un为反向过电压整定值，U2N为励磁变二次额定电压，Ku为过电压倍数，取1.4～1.5；
②低于整流电路5中晶闸管的正(反)向重复峰值电压，即
Figure BDA0002627095800000042
URRM为晶闸管反向重复峰值电压，UDRM为晶闸管断态重复峰值电压；
③低于励磁绕组出厂交流工频耐压试验电压幅值的70％。
④高于发电机在灭磁过程中励磁绕组两端出现的反向电压；
⑤高于整流电路5中晶闸管换相引起的过电压；
⑥当同步发电机有异步运行要求时，过电压整定值还应高于异步运行时产生的过电压。
实施例3：在实施过程中，灭磁电路1中的开关12可以为电子开关如电力二极管，也可以采用机械开关如断路器13代替，如图4所示。
实施例4：在实施例3的基础上，在过电压保护电路2中增加一个全控型电力半导体器件25，与全控型电力半导体器件22相反并联，触发电路23另一信号端与全控型电力半导体器件25门极连接，如图5所示。
实施例5：灭磁电路1与过电压保护电路2还可以合并设计，灭磁电路1简化为电力二极管，并联在全控型电力半导体器件22的两端，电力二极管的阴极与全控型电力半导体器件22的阳极连接，在灭磁和过电压保护中共用非线性电阻21抑制过电压尖峰，如图6所示。

Claims (6)

1.一种同步发电机转子过电压保护电路，包括灭磁电路(1)、过电压保护电路(2)，其特征在于，所述灭磁电路(1)并联在同步发电机励磁绕组(4)的两端，过电压保护电路(2)与灭磁电路(1)并联，所述过电压保护电路(2)中设有控制全控型电力半导体器件(22)通断使得过电压尖峰被抑制的触发电路(23)。
2.根据权利要求1所述的同步发电机转子过电压保护电路，其特征在于，所述过电压保护电路(2)还包括非线性电阻(21)，非线性电阻(21)一端与全控型电力半导体器件(22)阳极连接，非线性电阻(21)另一端与触发电路(23)正极连接，全控型电力半导体器件(22)阴极与触发电路(23)负极连接，触发电路(23)信号端与全控型电力半导体器件(22)门极连接，非线性电阻(21)与全控型电力半导体器件(22)串联后与触发电路(23)并联。
3.根据权利要求1所述的同步发电机转子过电压保护电路，其特征在于，灭磁电路(1)由非线性灭磁电阻(11)和开关(12)串联组成。
4.根据权利要求3所述的同步发电机转子过电压保护电路，其特征在于，灭磁电路(1)中的开关(12)为电子开关或者机械开关，电子开关的阴极与非线性灭磁电阻的一端连接。
5.一种用于如权利要求1所述的同步发电机转子过电压保护电路的保护方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、设定触发电路(23)中过电压整定值；
b、触发电路(23)检测到励磁电压高于整定值时，触发电路(23)信号端给全控型电力半导体器件(22)输出正门极电流，全控型电力半导体器件(22)导通，过电压尖峰被抑制，实现对发电机转子过电压的保护；
c、触发电路(23)检测到励磁电压低于整定值时，触发电路(23)信号端给全控型电力半导体器件(22)输出负门极电流，全控型电力半导体器件(22)关断，过电压保护电路(2)与发电机转子回路断开。
6.根据权利要求5所述的一种同步发电机转子过电压保护方法，其特征在于，所述步骤(a)中，过电压整定值的设定满足以下条件：
①高于整流电路(5)输出的电压峰值，即
Figure FDA0002627095790000011
Up为正向过电压整定值，Un为反向过电压整定值，U2N为励磁变二次额定电压，Ku为过电压倍数，取1.4～1.5；
②低于整流电路(5)中晶闸管的正(反)向重复峰值电压，即
Figure FDA0002627095790000021
URRM为晶闸管反向重复峰值电压，UDRM为晶闸管断态重复峰值电压；
③低于励磁绕组出厂交流工频耐压试验电压幅值的70％；
④高于发电机在灭磁过程中励磁绕组两端出现的反向电压；
⑤高于整流电路(5)中晶闸管换相引起的过电压；
⑥当同步发电机有异步运行要求时，过电压整定值还应高于异步运行时产生的过电压。
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