CN111952934B - 适用于直流注入式转子接地保护测量回路的强励保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于直流注入式转子接地保护测量回路的强励保护电路，测量回路包括串接在转子大轴与转子负极之间的注入直流源、至少两个电阻、并接在其中一个电阻两端上的可控开关以及二极管；强励保护电路包括继电器K2和转子电压检测单元，继电器K2包括一串联在直流注入式转子接地保护测量回路中的常闭触点；继电器K2的线圈两端连接转子电压检测单元；转子电压检测单元连接转子正极与负极以检测转子电压，并根据转子电压与设定电压门槛值的比较结果，连通转子正极、负极与继电器K2的线圈，使得转子绕组经转子电压判断单元与继电器K2线圈之间形成电流回路。本发明能够在转子强励、正极发生金属性接地时，避免大电流流过测量回路造成测量回路元器件损坏。

Description

适用于直流注入式转子接地保护测量回路的强励保护电路

技术领域

本发明涉及发电机运行监测和保护技术领域，特别是一种适用于直流注入式转子接地保护测量回路的强励保护电路。

背景技术

发电机转子绕组作为发电机重要组成部分，为发电机提供旋转的转子磁场，切割定子绕组，进行发电。转子绕组绝缘破坏常见的故障形式有转子绕组一点接地和转子绕组两点接地，转子绕组一点接地故障，对发电机并未造成危害，但如果相继发生第二点接地，会引起发电机的振动，严重的还可能会使轴系和汽机磁化，因此需要配置注入式或者乒乓式转子接地保护来保护转子一点接地故障。

目前常用的直流注入式转子接地保护测量回路如图1所示，自产一个直流注入电源通过串联两个电阻叠加到转子负极和转子大轴之间，在其中一个电阻上并联一个电子开关，电子开关以固定频率导通截止改变电路参数，通过测量电子开关在两种工况下的转子漏电流，进一步计算出转子接地电阻。

但利用上述保护方式还存在一些问题，如当转子强励且正极发生金属性接地时，测量回路将流过大电流，易造成测量回路的元器件损坏，但如果电路参数按最大强励电压设计，又会造成电阻测量精度不够。

此外，在转子没有接地故障时，测量回路无通路，转子漏电流始终为零，因此无法进行测量回路的自检，不能及时准确获得测量回路是否发生故障，在转子发生接地故障时易造成保护拒动。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于直流注入式转子接地保护测量回路的强励保护电路，能够在不改变测量回路本身测量精度的基础上，当转子强励、正极发生金属性接地时，避免大电流流过测量回路造成测量回路元器件损坏。

本发明采用的技术方案为：一种适用于直流注入式转子接地保护测量回路的强励保护电路，直流注入式转子接地保护测量回路包括串接在转子大轴与转子负极之间的注入直流源、至少两个电阻、并接在其中一个电阻两端上的可控开关以及二极管；

强励保护电路包括继电器K2和转子电压检测单元，继电器K2包括常闭触点，该常闭触点串联在直流注入式转子接地保护测量回路中，并位于转子负极与转子大轴之间；继电器K2的线圈两端连接转子电压检测单元；转子电压检测单元连接转子正极与负极以检测转子电压，并根据转子电压与设定电压门槛值的比较结果，连通转子正极、负极与继电器K2的线圈，使得转子绕组经转子电压判断单元与继电器K2线圈之间形成电流回路。

本发明中，转子电压检测单元可采用具有电压检测与比较导通功能的相关电路，或者电子电路与控制芯片相结合的形式。

可选的，继电器K2的常闭触点第一端连接转子负极，第二端经测量回路中的二极管、至少两电阻和注入直流源后连接转子大轴。

可选的，所述转子电压检测单元包括电阻R3、电阻R4、稳压管D2，R3第一端连接转子正极，第二端连接D2阴极，D2阳极连接继电器K2线圈的一端，R4第一端连接在R3与D2之间，第二端连接在转子负极与继电器K2线圈另一端之间的连接线上。

以上方案设计中，电阻R3、R4的电阻值与稳压管D2的稳压值决定了转子电压检测单元的导通门槛值，调整电阻R3、电阻R4的阻值和稳压管D2的稳压值，可以设置强励电压门槛值，如假设D2的稳压值为V2，则强励电压门槛值为V2×(R3+R4)/R4。未发生强励及金属性接地时，转子电压检测单元不导通，继电器K2的常闭触点为闭合状态，测量回路可正常工作，当发生强励及金属性接地时，转子电压达到导通门槛值，继电器K2线圈通电，常闭触点断开，则测量回路被断开，即避免了大电流流过测量回路造成元器件损坏。

进一步的，转子正极与负极经一整流桥电路连接转子电压检测单元；整流桥电路的输入端分别连接转子正极和负极，输出端分别连接电阻R3第一端和电阻R4第二端。

以上方案设计中，整流桥电路的设计使得无论转子正负极是否反接，输出到转子检测单元的电压均为正值，能够增加强励保护电路的正负极反接容错性。

进一步的，继电器K2还包括一常开触点，常开触点串接在强励状态信号输出回路中。这种方案设计下，仅需经强励状态信号输出回路与处理器芯片I/O管脚相连即可实现对强励状态信号的采集。

更进一步的，所述强励状态信号输出回路中还连接有报警器，继电器K2常开触点的闭合使得强励状态信号输出回路导通，进而触发报警器输出报警信号。

考虑到现有直流注入式转子接地保护测量回路还存在无法自检的问题，本发明还设计了自检回路。

可选的，本发明还包括自检电路，自检电路包括继电器K1，继电器K1包括一常闭触点和一常开触点；K1的常闭触点串联在继电器K2常闭触点第二端和所述测量回路之间；K1的常开触点第一端连接转子大轴，第二端连接K1常闭触点的第二端；K1的线圈连接在一自检控制回路中。

以上方案设计中，自检控制回路的导通将使得K1线圈导通，从而使得K1常闭触点断开，原测量回路即断开，K1常开触点闭合，则使得K1常开触点与测量回路中的D1、R1、R2和注入直流源形成电流回路，即自检回路。因此只需通过控制自检控制回路的导通或断电即可实现自检回路的导通或断开，并在自检回路导通时进行测量回路的自检。自检控制回路可参考现有技术，如采用可控开关与控制器芯片的组合等形式实现。

本发明对测量回路的自检原理为，控制继电器K1线圈导通，原测量回路断开，注入直流源、R2、R1、 D1、K1常开触点之间形成电流回路，且电流回路经K1闭合后的常开触点连接转子大轴，此时通过控制R1上的可控开关S的导通断开，同时检测转子漏电流在S断开和S导通两种工况下的变化，即可判断测量回路是否异常。这里自检的范围是随着自检回路短接的范围而变化的：如果K1靠近D1，将能够自检测量硬件自身，如若测量回路中电子开关S1损坏，漏电流不会随着S1控制信号的变化而变化，则可以自检出S1损坏；如果K1尽量靠近转子负极，K1的常开触点第一端通过另外的电缆直接接转子大轴，将能够自检整个测量回路，因为此时转子漏电流将不再是0，且会随着S1状态的切换不断变化，但当测量回路发生断路，转子漏电流将一直为0，从而可自检出测量回路故障。

有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点和进步：

（1）可以实时监测转子电压，当转子发生强励的时候自动断开接地保护测量回路防止强励时发生正极接地造成的回路元器件损坏。且通过整流电路采集转子电压可以增加强励保护电路的容错性，确保在转子正负极反接的情况下强励保护电路正确工作；

（2）可以提供直流注入式转子接地保护测量回路的自检功能，防止接地保护测量回路失效造成的保护拒动。

附图说明

图1所示为直流注入式转子接地保护测量回路原理图；

图2所示为本发明自检电路原理图；

图3所示为本发明强励保护电路原理图；

图4所示为本发明强励保护电路和自检电路原理图；

图5所示为本发明转子电压检测单元的一种实施方式电路原理图；

图6所示为本发明的第二种实施方式电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

参考图1，直流注入式转子接地保护测量回路包括直流注入电源E、电阻R1、电阻R2、二极管D1，电阻R1或电阻R2两端上并接电子开关S1，正常测量时，控制电子开关S1以固定频率开断截止短路相并接的电阻，然后通过测量在电子开关S1导通和断开两种工况下的转子漏电流，即可计算出转子接地电阻Rg，实现直流注入式转子接地保护功能。当不发生转子接地时，测量回路无通路，转子漏电流为零，发生转子接地时，根据转子漏电流与保护整定值的比较结果启动转子接地保护。

为了实现测量回路在发电机强励、转子金属性接地情况下的强励保护和自检，本发明提供了相应的强励电路和自检电路。

实施例1

本实施例介绍适用于直流注入式转子接地保护测量回路的强励保护电路，参考图3所示，强励电路包括继电器K2和转子电压检测回路QLJ。

转子电压检测回路QLJ包含电阻R3、电阻R4、稳压管D2，转子正极为正输入接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接电阻R4的一端和稳压管D2的负极，转子负极为负输入接电阻R4的另一端，稳压管D2的正极输出强励信号QL。

转子大轴接直流注入电源E的公共端负极，直流注入电源E的正极接电阻R2的一端，电阻R2、电阻R1、二极管D1正极依次串接，二极管D1的负极接继电器K2常闭节点的一端，继电器K2常闭节点的另一端接转子负极；转子正极和转子负极接入转子电压判断回路QLJ，转子电压判断回路QLJ输出强励信号QL，使得K2常闭触点断开，大电流不再经过测量回路元器件。

调整电阻R3、电阻R4的阻值和稳压管D2的稳压值，可以设置强励电压门槛值，当转子电压小于强励电压门槛值时，强励信号QL为0，直流注入式转子接地保护测量回路导通，回路可正常测量计算接地电阻；当转子电压大于强励电压门槛值时，强励信号QL为1，直流注入式转子接地保护测量回路将断开，防止转子强励时发生正极接地造成的测量回路元器件损坏。

为了方便强励信号的检测，本实施例设置继电器K2的常开触点，在QL输出时，K2常开触点闭合，当该常开触点串联于一回路中，则可实现对其开关状态的检测，实现由继电器K2的常开触点输出强励状态QLO，用于保护逻辑判断，方便后续强励保护动作的控制执行。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例参考图4所示，转子正负极通过整流回路ZL接到转子电压判断回路QLJ中，此时无论转子正负极是否反接，输出电压均为正值，增加了强励保护电路的正负极反接容错性。

实施例3

为了实现测量回路的自检，本实施例介绍适用于直流注入式转子接地保护测量回路的自检电路，参考图2所示，自检电路包括继电器K1，继电器K1包括一常闭触点和一常开触点；K1的常闭触点第一端连接转子负极，第二端经D1、R1、R2、注入直流源后连接转子大轴；K1的常开触点第一端连接转子大轴，第二端连接K1常闭触点的第二端；K1的线圈连接在一自检控制回路中。

自检控制回路的导通将使得K1线圈导通，从而使得K1常闭触点断开，原测量回路即断开，K1常开触点闭合，则使得K1常开触点与测量回路中的D1、R1、R2和注入直流源形成电流回路，即自检回路，且电流回路经K1闭合后的常开触点连接转子大轴。因此只需通过控制自检控制回路的导通或断电即可实现自检回路的导通或断开，并在自检回路导通时进行测量回路的自检。自检控制回路可参考现有技术，如采用可控开关与控制器芯片的组合等形式实现。

本发明对测量回路的自检原理为，通过改变自检控制信号ZJI的状态，即改变自检控制回路的导通或断开，可以使测量回路在自检态和测试态之间切换。控制继电器K1线圈导通，原测量回路断开，即进入自检态，注入直流源、R2、R1、 D1、K1常开触点之间形成电流回路，此时通过控制R1上的可控开关S的导通断开，同时检测转子漏电流在S断开和S导通两种工况下的变化，即可判断测量回路是否异常。如果自检态下，S断开或导通工况下转子漏电流均不为零，且满足一定的比例关系，如：I_断开 / I_导通 = R2/（R1+R2） ，在实际应用中，还有可能R1=R2，则S断开时的转子漏电流是S导通时的一半，则电路正常，反之为电路异常，需要发告警信息并闭锁保护。

实施例4

本实施例参考图6，为具有强励保护和自检功能的直流注入式转子接地保护测量回路，包含了实施例2与实施例3的方案设计，同样也可采用实施例1与实施例3的结合方案实现测量回路的强励保护与自检。

图6中，转子大轴接直流注入电源E的负极，直流注入电源E的正极接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接二极管D1的正极，二极管D1的负极接继电器K1常闭节点的一端和继电器K1常开节点的一端，继电器K1常闭节点的另一端接继电器K2常闭节点的一端，继电器K2常闭节点的另一端接转子负极；继电器K1常开节点的另一端接转子大轴，继电器K1的输入线圈接自检控制信号ZJI；转子正极和转子负极接整流回路ZL的输入，整流回路ZL的正输出接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接电阻R4的一端和稳压管D2的负极，整流回路ZL的负输出接电阻R4的另一端，稳压管D2的正极输出强励信号QL，强励信号QL接继电器K2的输入线圈，继电器K2的常开接点输出强励状态QLO信号。

以上实施例中，强励保护电路和自检电路可以提供直流注入式转子接地保护测量回路的自检功能，防止接地保护测量回路失效造成的保护拒动，还可以实时监测转子电压，当转子发生强励的时候自动断开测量回路防止强励时发生正极接地造成的回路元器件损坏，采用的整流电路可以增加强励保护电路的容错性，确保在转子正负极反接的情况下强励保护电路正确工作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种适用于直流注入式转子接地保护测量回路的强励保护电路，直流注入式转子接地保护测量回路包括串接在转子大轴与转子负极之间的注入直流源、至少两个电阻、并接在其中一个电阻两端上的可控开关、二极管；

其特征是：

强励保护电路包括继电器K2和转子电压检测单元，继电器K2包括常闭触点，该常闭触点串联在直流注入式转子接地保护测量回路中，并位于转子负极与转子大轴之间；继电器K2的线圈两端连接转子电压检测单元；转子电压检测单元连接转子正极与负极以检测转子电压，并根据转子电压与设定电压门槛值的比较结果，连通转子正极、负极与继电器K2的线圈，使得转子绕组经转子电压判断单元与继电器K2线圈之间形成电流回路。

2.根据权利要求1所述的适用于直流注入式转子接地保护测量回路的强励保护电路，其特征在于：继电器K2的常闭触点第一端连接转子负极，第二端经测量回路中的二极管、至少两电阻和注入直流源后连接转子大轴。

3.根据权利要求1所述的适用于直流注入式转子接地保护测量回路的强励保护电路，其特征在于：所述转子电压检测单元包括电阻R3、电阻R4、稳压管D2，R3第一端连接转子正极，第二端连接D2阴极，D2阳极连接继电器K2线圈的一端，R4第一端连接在R3与D2之间，第二端连接在转子负极与继电器K2线圈另一端之间的连接线上。

4.根据权利要求3所述的适用于直流注入式转子接地保护测量回路的强励保护电路，其特征在于：转子正极与负极经一整流桥电路连接转子电压检测单元；整流桥电路的输入端分别连接转子正极和负极，输出端分别连接电阻R3第一端和电阻R4第二端。

5.根据权利要求1-4任一项所述的适用于直流注入式转子接地保护测量回路的强励保护电路，其特征在于：继电器K2还包括一常开触点，常开触点串接在一强励状态信号输出回路中。

6.根据权利要求5所述的适用于直流注入式转子接地保护测量回路的强励保护电路，其特征在于：所述强励状态信号输出回路中还连接有报警器，继电器K2常开触点的闭合使得强励状态信号输出回路导通，进而触发报警器输出报警信号。

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