CN1400715A - 发电机的保护与监控设备及其使用 - Google Patents
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- H02H7/06—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric generators; for synchronous capacitors
Abstract
一种保护与监控设备(20，23)，用于监控与减小在产生电力的发电机的发电机轴(19)上的轴电流和轴电压，该保护与监控设备(20，23)连接在与发电机轴(19)相接触的接触装置(21，24)和接地连接(22，25)之间，且包括一个由电阻与电容构成的并联电路，并联电路(26，27)的一端连接到接触装置(21，24)，另一端连接到接地连接(22，25)，所述并联电路用来防止发电机轴(19)上的过压，以及当出现过压时，被提供用来桥接所述并联电路(26，27)的装置(31)。
Description
技术领域
本发明涉及用来产生电力的发电机技术领域。特别涉及一种用于发电机的保护与监控设备，如权利要求1中的特征描述之前的语句所述，并且涉及这样的保护与监控设备的使用。
所述类型的保护与监控设备可以从例如文献EP-A1-0 271 678中得知。
背景技术
如开始提到的文献EP-A1-0 271 678及后面将要提到的文献DE-A1-197 42 622所述，轴电压和轴电流可以因为多种原因而发生在发电机的发电机轴上，该发电机通常是涡轮机组的一部分，其频谱从直流扩展到与发电机的转动频率、构造方法(极对的数目)以及发电机激励系统的频率相关的频率。
轴电压和轴电流对发电机的各部件来说是一种威胁，如果它们不能减小到一个可以忍受的程度或未采取保护措施的话，可能导致对发电机的损害。为此，以前在发电机轴上采取了特殊的预防措施，例如，在发电机的非驱动端安装隔离间隙和在驱动端通过电刷或铜片将发电机轴连到地电位。为了以一种可控的方式将高频电压接地，还建议通过采取滑动接触的方式，将发电机轴的非驱动端通过电容交流耦合到地电位。
然而轴电压和轴电流也可以用来监控轴运转和轴接地的功能的可靠性和适用性。本文开始提到的文献EP-A1-0 271 678描述了一种监控和估计电路，该电路通过将一电阻和发电机的非驱动端的放电电容并联，产生了一个电流通道，该监控和估计电路估计在流经该通路的电流中该机器典型的频率成份。该RC组合提供了一种轴与地电位之间的可靠的连接，不仅减少了静电荷，而且将低频电流及相对的高频电压减小到例如对于轴承而言并不危险的电位。并联电阻的引入甚至意味着在驱动端没有必要有阻接地。
另外的建议(DE-A1-197 42 622)包括测量轴电流，该电流在驱动端流经发电机轴的接地通路，确定该轴电流的波形或频率，从而得到该轴电流的起因。
在接地通路中，高电流与高电压都可能发生，必须加以处理。EP-A1-0 271 678建议使用串联的保险丝以转换过高的电流。然而，对于如当发电机轴开始接触到低阻高压源时产生的过高的电压没采取预防措施。
DE-A1-197 42 622没有采取任何防止过高电流或过高电压的预防措施。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供一个用于发电机轴的保护和监控设备，该设备克服了以往的方案的不足，同时具有设计简单、通用适用性的优点，用来防止发电机轴的过压，以及详细说明该保护与监控设备的有利用途。
该目的由权利要求1和9的特征总和完成的。本发明的实质是提供至少一种装置来桥接所述RC并联电路，该电路当在发电机轴上出现过压时有准备地短路该RC并联电路，这样将穿过该设备的压降减小到一个可以忍受的程度。
根据本发明的第一优选实施例，一个测量电阻与所述并联电路串联，连接在所述并联电路与地之间，这样由测量电阻和并联电路形成的串行电路可以被桥接装置桥接。这样就可能以一种简单的方式测量流出的到达地的轴电流，并且允许所出现的不仅是时间波形，还有频率特性都可被用来评估和用来监控该轴接地。
为了达到防止过电流，根据本发明的第二实施例，本发明在下述情形中具有优势：如果一个保险丝与所述并联电路串行连接，并位于并联电路与接触电路之间，且如果由测量电阻、并联电路和保险丝构成的串联电路可以被桥接装置桥接。在这种情况中，已经证明保险丝具有约2A的额定值时比较有利。
为了即使在保险丝熔断之后，静电荷仍然可以从发电机轴排到大地，根据本发明的进一步的实施例，将一个高阻的电阻与保险丝并联连接比较有利。
如果桥接装置包括一个可控开关元件，特别是一个三端双向可控硅开关元件，则过压保护尤为安全，几乎无须维护。该三端双向可控硅开关元件较佳地在保护监控装置内的压降约为32V时接通。
一种首选的应用，其特征在于，在保护与监控设备上的压降在所述电压超过预定值时通过接通桥接装置而得到限制。
特别是，测量在保护监控装置上的压降和/或流经该保护与监控设备的电流，以及对出现的其时间波形和频率分布进行了估计。
附图说明
下面将结合附图并参照实施例详细阐述本发明，其中：
图1示出了根据本发明的两个优选的示例性实施例，在驱动端和非驱动端装有保护与监控设备的涡轮机组的高度简化的结构；以及
图2使用两个子图显示保护与监控设备的简要电路图，即安装在图1中驱动端的电路(图2A)和相关的连接插头的连线(图2B)。
参考符号目录：
10 涡轮机组
11 涡轮机
12，13 轴承(涡轮机轴)
14 涡轮机轴
15 离合器
16 发电机
17，18 轴承(发电机轴)
19 发电机轴
20，23 保护与监控设备(模块)
21，24 接触装置(如铜网)
22，25 接地连接
26，28 电阻
27 电容
29 保险丝
30 测量电阻
31 三端双向可控硅开关元件
32 连接电缆
33 连接插头
34 背靠背并联二极管(对)
DE 驱动端
NDE 非驱动端
具体实施方式
图1示出了根据本发明的两个优选的示例性实施例，在驱动端和非驱动端装有保护与监控设备的涡轮机组的高度简化的结构。该涡轮机组10具有安装在涡轮机轴14上的涡轮11。该涡轮机轴14具有两个轴承12和13，因此可以旋转。涡轮机组10还有一个发电机16，一个发电机轴19穿过该发电机。该发电机轴19在驱动端DE(图1的左手侧)经过离合器15连到涡轮机轴14，形成连续的轴运转。该发电机轴19在驱动端DE和非驱动端NDE分别具有轴承17或18，因此可以旋转。在非驱动端NDE的轴承通常与地隔离，如EP-A1-0 271 678中的图1和DE-A1-197 42 622中的图1所示。
在如图1所示的涡轮机组10中，示出了关于发电机轴19如何配置保护与监控设备的两种选择：在第一种情况中，保护与监控设备23安装在轴承18与发电机16之间的非驱动端NDE，在一侧通过一个接触装置例如铜网与发电机轴19发生滑动电接触，在另一侧连到接地连接25。基本地，此保护与监控设备23含有一个由一个电阻并上一个电容构成的RC并联电路，如在EP-A1-0 271 678中所述。此外，也提供了一个与所述RC并联电路串联的测量电阻，尽管在图1中未示出。本质特征在于一个三端双向可控硅开关元件，当该开关元件接通时桥接所述RC并联电路，这样致使发生在该发电机轴19上的任何高电压变得安全。
另一个选择是在发电机轴19的驱动端DE，在轴承17和发电机16之间安装一个保护与监控设备20。在这种情况中，在所述轴侧的接触是通过一个(滑动的)接触装置21例如铜网产生的，而装置的另一侧连接到接地连接22。驱动端保护与监控设备20，其电路在图2B中详细地示出，同样地具有一个由电阻26和电容27形成的RC并联电路，该并联电路位于接触装置21与接地连接22之间。二极管对(34)，例如具有约1V的耐压值，与RC并联电路26、27并联，用来限压，在接地侧串联一测量电阻30，一保险 29串联在轴侧(本例中为2A/250V慢动作)。保险丝29与(相对高阻值的)电阻28并联。三端双向可控硅开关元件31，在其接通时桥接该串联电路，与由测量电阻30、RC并联电路26、27、二极管对34和并联电路28、29形成的串联电路并联。这是发电机轴19与低阻高压源(例如电力供应系统电压)接触时的情况。例如，当电路上的电压超过32V时，该三端双向可控硅开关元件31接通并短路整个电路。接通之后，即使有高电流流过时，发电机轴与地之间的电压也被限制在2V左右。
保护与监控设备20的单个电路元件均位于一个模块中(图2B的虚线所示)。保险丝29位于该模块之外，以便更换。该模块可以通过一个多芯连接电缆32用一个相关的连接插头33连接到相应设计的监控或诊断装置。这里的连接1和2是同轴电缆的一部分，通过该同轴电缆，作为要测量的电流的结果在测量电阻30上的压降可以由保护与监控设备20测得。连接3用于直接连接到接地连接22上。连接6允许在发电机轴19上进行直接的电压测量，连接5允许在该电路内进行正常的电压测量。
在发电机轴19的驱动端地该保护与监控设备20一般是用来确保发电机16的安全操作，尤其如果金属网孔用来作为发电机轴19的地。尤其用于下述目的：
—作为保护元件，为了使由大的轴电流引起的损坏的危险最小化。在正常操作期间，该装置(模块20)不应有电流流过，因为接地可以使发电机轴容易保持在低电位上。然而，如果该轴有一个与接触装置21和金属网孔并联的第二地连接，电流将流经该模块。一旦该电流过大，保险丝29熔断，电流受并联电阻28限制。
—作为限压器，当所述模块内的电阻通路的压降过大的时候。在这种情况中，三端双向可控硅开关元件31接通(参见上文)。
—用于排泄来自发电机轴的静电荷。由于电阻28，即使当保险丝29已经熔断也是可能的。
—用来短路电压脉冲，该电压脉冲由激励系统引起，并由发电机轴与发电机绕组之间的电容电容性注入(在该上下文中，也参见EP-A1-0 271 678)。
—作为监控发电机或周期性的在线测量的电流与电压传感器。
—用于轴承18中的绝缘故障检测，该轴承在非驱动端与地隔离。
—用于包括发电机轴19在驱动端滑动或沿着包括涡轮机10轴地运转的过程检测。
Claims (11)
1.一种保护与监控设备(20，23)，用于监控与减小在产生电力的发电机的发电机轴(19)上的轴电流和轴电压，该保护与监控设备(20，23)连接在与发电机轴(19)相接触的接触装置(21，24)与接地连接(22，25)之间，且包括一个由电阻(26)与电容(27)构成的并联电路，并联电路(26，27)的一端连接到接触装置(21，24)，另一端连接到接地连接(22，25)，其特征在于在出现过压时提供装置(31)来桥接所述并联电路(26，27)。
2.如权利要求1所述的保护与监控设备，其特征在于一个测量电阻(30)在并联电路(26，27)与接地连接(22，25)之间，且与并联电路(26，27)串联，还在于由测量电阻(30)和并联电路(26，27)构成的串联电路可以被桥接装置(31)桥接。
3.如权利要求2所述的保护与监控设备，其特征在于一个保险丝(29)在并联电路(26，27)与接触装置(21，24)之间，且与并联电路(26，27)串联，还在于由测量电阻(30)、并联电路(26，27)和保险丝(29)构成的串联电路可以被桥接装置(31)桥接。
4.如权利要求3所述的保护与监控设备，其特征在于一对二极管(34)与并联电路(26，27)并联，还在于由测量电阻(30)、并联电路(26，27)和保险丝(29)构成的串联电路可以被桥接装置(31)桥接。
5.如权利要求3所述的保护与监控设备，其特征在于保险丝(29)具有大约2A的额定值。
6.如权利要求3所述的保护与监控设备，其特征在于保险丝(29)与高阻电阻(28)并联。
7.如权利要求1-6中的任一项所述的保护与监控设备，其特征在于桥接装置具有一个可控开关元件，较佳地是三端双向可控硅开关元件(31)。
8.如权利要求7所述的保护与监控设备，其特征在于可控开关元件或三端双向可控硅开关元件(31)在所述保护与监控设备(20，23)上的压降超过约32V时接通。
9.对如权利要求1-8中的任一项所述的用来保护与监控一个具有驱动端(DE)与非驱动端(NDE)的发电机(16)的保护与监控设备(20)的使用，其特征在于该保护与监控设备(20)被置于驱动端(DE)。
10.如权利要求9中所述的使用，其特征在于，在所述电压超过预定值时，通过接通桥接装置(31)来对所述保护与监控设备(20)上的压降进行限制。
11.如权利要求9或10中的一项所述的使用，其特征在于测量所述保护与监控设备(20)上的压降和/或流经该保护与监控设备(20)的电流，并对出现的其波形和频率分布进行估计。
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