CN205091421U - 一种基于负序电流的同步发电机绕组短路报警装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于负序电流的同步发电机绕组短路报警装置，它涉及一种发电机报警装置。本实用新型的目的是为了解决现有技术对于发电机绕组的负序电流检测效果差，使发电机组的运行存在安全隐患的问题。本实用新型包括电流互感器和壳体，壳体内包括三相电流采集模块、三相电流数据处理模块和负序电流计算模块，壳体外表面设有输出组件，电流互感器模块的输出端连接壳体内的三相电流采集模块，三相电流采集模块的输出端通过三相电流数据处理模块连接负序电流计算模块的输入端，负序电流计算模块的输出端连接输出组件。本实用新型精度高、测量范围广、体积小。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发电机报警装置，具体涉及一种基于负序电流的同步发电机绕组短路报警装置，属于同步发电机故障的在线监测技术领域。
背景技术
随着电网产业的迅速发展和同步发电机单机容量的不断增大，人们对同步发电机的安全可靠运行提出了越来越高的要求。发电机在正常工作时，其绕组要受到外界因素的影响，导致绕组绝缘老化受损，最终致使定子绕组发生短路故障。此类故障一旦发生若不及时察觉并停止机组，将给机组带来重大的损失。因此，同步发电机绕组短路故障报警装置的使用对于同步发电机安全运行是非常有意义的。而现有技术对于发电机绕组的负序电流检测效果差，使发电机组的运行存在安全隐患。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术对于发电机绕组的负序电流检测效果差，使发电机组的运行存在安全隐患的问题。
本实用新型的技术方案是：一种基于负序电流的同步发电机绕组短路报警装置，包括电流互感器和壳体，所述壳体内包括三相电流采集模块、三相电流数据处理模块、负序电流计算模块和电源模块，壳体外表面设有输出组件，所述电流互感器模块的输出端连接壳体内的三相电流采集模块，三相电流采集模块的输出端通过三相电流数据处理模块连接负序电流计算模块的输入端，负序电流计算模块的输出端连接输出组件，电源模块的输出端分别连接三相电流采集模块、三相电流数据处理模块、负序电流计算模块和输出组件。
所述电源模块包括并联连接的过压保护电路、第一供电电路和第二供电电路，外部电源分别连接第一供电电路的输入端和第二供电电路的输入端，第一供电电路的输出端和第二供电电路的输出端为电源模块的输出端。
所述第一供电电路包括依次串联的交流变压电路和桥式整流电路。
所述第二供电电路包括依次串联的充电器限流电路和电池。
所述过压保护电路为TRIA双向可控硅过压保护电路，用双电源供电，本实用新型既可以采用电池供电，又可以采用市电供电，两种供电不冲突可以保证测量在无外界电源的情况下长时间工作。
所述输出组件包括报警指示灯、数字显示器和喇叭，所述壳体上设有手动电源开关和按键，所述手动电源开关安装在电源模块的输出端，用来控制本实用新型的电源接通和关断，按键的输出端连接负序电流计算模块，输出组件和手动电源开关分别安装在壳体的两个相对面的外表面上，所述按键与输出组件安装在壳体的同一面，按键用于设置负序电流的阈值，数码显示器用于显示阈值及实时的负序电流值，当负序电流值大于所设定阈值时，发电机绕组短路故障报警指示灯开始闪烁，同时警报喇叭响起，输出模块中采用数码显示器显示测量数据，相对传统仪表更加灵敏可靠，误差更小。
所述三相电流采集模块包括依次串联的放大电路组和滤波电路组，所述放大电路组包括三个结构相同的放大电路，滤波电路组包括三个结构相同的滤波电路，所述放大电路组的三个输出端对应连接滤波电路组的三个输入端。三相电流采集模块主要用于接收电流互感器二次侧流入的模拟信号，定子绕组三相电流互感器将信号传入到三相电流采集模块中，采集模块对三相电流进行放大和滤波，然后将滤波后的模拟信号送入三相电流数据处理模块中。
所述放大电路包括放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述电流互感器的输出端通过第一电阻连接放大器的反相输入端，通过第三电阻连接放大器的同相输入端，第二电阻并接在放大器的反相输入端和输出端之间，第四电阻的一端连接第三电阻，第四电阻的另一端接地，所述放大器的输出端为放大电路的输出端。
所述滤波电路包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述放大电路的输出端连接第一运算放大器的反相输入端，第一运算放大器的输出端连接第二运算放大器的反相输入端，第二运算放大器的输出端为滤波电路的输出端。
所述三相电流数据处理模块为A/D转换芯片，其型号为TLC549(TLC549)。
所述负序电流计算模块为DSP信号处理芯片，型号为TMS320C54X。
本实用新型与现有技术相比具有以下效果：本实用新型是一种基于负序电流的同步发电机绕组短路故障报警装置，结构简单合理，外壳设计简单清晰，操作方便，可以在同步发电机正常运行的工况下在线监测发电机的运行状态和三相电流的负序分量，预防同步发电机绕组短路下运行给机组造成损失，本实用新型精度高、测量范围广、体积小。
附图说明
图1为本实用新型的外壳前面板示意图；
图2为本实用新型的CT互感器三相电流信号采样原理图，图2a为A相电流信号采用原理图，图2b为B相电流信号采用原理图，图2c为C相电流信号采用原理图；
图3为本实用新型的放大电路示意图；
图4为本实用新型的有源低通滤波电路示意图；
图5为本实用新型的电源模块原理图；
图6为本实用新型的数据处理模块程序流程图；
图7为本实用新型的电路结构框图。
具体实施方式
结合附图说明本实用新型的具体实施方式，如图1和图7所示，本实施方式的一种基于负序电流的同步发电机绕组短路报警装置，包括电流互感器和壳体，所述壳体内包括三相电流采集模块、三相电流数据处理模块和负序电流计算模块，壳体外表面设有输出组件，所述电流互感器模块的输出端连接壳体内的三相电流采集模块，三相电流采集模块的输出端通过三相电流数据处理模块连接负序电流计算模块的输入端，负序电流计算模块的输出端连接输出组件。
本实施方式包括三个电流互感器，如图2所示，每一根相线都采用独立的电流互感器，主要用于将同步发电机三相绕组的相电流变成能够采集的二次侧模拟信号，输入到三相电流采集模块中。
如图5所示，所述壳体内设有电源模块，电源模块的输出端分别连接三相电流采集模块、三相电流数据处理模块、负序电流计算模块和输出组件，所述电源模块包括并联连接的过压保护电路、第一供电电路和第二供电电路，外部电源分别连接第一供电电路的输入端和第二供电电路的输入端，第一供电电路的输出端和第二供电电路的输出端为电源模块的输出端。
所述过压保护电路为TRIA双向可控硅过压保护电路。
所述第一供电电路包括依次串联的交流变压电路和桥式整流电路。
所述第二供电电路包括依次串联的充电器限流电路和电池。
所述输出组件包括报警指示灯4、数字显示器和喇叭5，数字显示器包括阈值显示器1和负序电流显示器2，所述壳体上设有手动电源开关和按键区3，输出组件和和按键区3安装在壳体的前端表面，手动电源开关安装在壳体的后端面上，按键区3的输出端连接负序电流计算模块，负序电流计算模块得到的负序电流幅值与相角显示在数码显示其中，阈值比较信号以开关量的方式输出在报警指示灯4和警报喇叭5中。
所述三相电流采集模块包括依次串联的放大电路组和滤波电路组，所述放大电路组包括三个结构相同的放大电路，滤波电路组包括三个结构相同的滤波电路，所述放大电路组的三个输出端对应连接滤波电路组的三个输入端。三相电流采集模块主要用于接收电流互感器二次侧流入的模拟信号，定子绕组三相电流互感器将信号传入到三相电流采集模块中，采集模块对三相电流进行放大和滤波，然后将滤波后的模拟信号送入三相电流处理模块中。
如图3所示，所述放大电路包括放大器A1、第一电阻Ra1、第二电阻Ra2、第三电阻Ra3和第四电阻Ra4，所述电流互感器的输出端通过第一电阻Ra1连接放大器A1的反相输入端，通过第三电阻Ra3连接放大器A1的同相输入端，第二电阻Ra2并接在放大器A1的反相输入端和输出端之间，第四电阻Ra4的一端连接第三电阻Ra3，第四电阻Ra4的另一端接地，所述放大器A1的输出端为放大电路的输出端。
滤波电路组包括三个相同的滤波电路，每一个滤波电路为四阶低通滤波器，如图4所示，包括第一运算放大器A2，第二运算放大器A3，电阻Rb1，Rb2，Rb3，Rb4，Rb5，Rb6，电容C1，电容C2，电容C3，电容C4。这里Rb1的一端作为滤波电路的输入端IN3，另一端与电阻Rb2，电阻Rb3以及电容C1的一端相连接，Rb2的另一端与第一运算放大器A2的反相输入端相连接，第二运算放大器A3的反相输入端连接Rb5的一端，第二运算放大器A3的输出端作为滤波电路的输出端。
所述滤波电路组采用四阶无限增益MFB有源低通滤波电路，具有每3倍频率衰减量为20dB以上的幅频特性，并具有较为理想的电压增益。
所述三相电流数据处理模块为A/D转换芯片，其型号为TLC549，所述负序电流计算模块为DSP信号处理芯片，型号为TMS320C54X，DSP信号处理芯片TM320C54X控制A/D转换器进行数据采样，将采集模块中的模拟量转换成为数字量，并通过DSP数据处理芯片编写程序，采用傅里叶变换方法对转换的数据进行谐波分析，获得三相电流基波的幅值与相角，并计算出负序电流的幅值，同时将计算出的负序电流幅值与所设置的阈值相比较，将结果传入输出模块中。
本实施例的工作过程为如图7所示：
1.同步发电机绕组短路故障报警装置安装在机组控制房内，将各相的电流互感器二次侧电流接入报警装置中，信号接入如附图2，在电流互感器二次侧取得电流信号，引入三相电流采集模块中。
2.三相电流采集模块中的模拟信号经放大、滤波等处理，在三相电流处理模块中经A/D转换器采样转换为数字量数据。采用傅里叶变换方法对数据进行谐波分析，获得三相电流基波幅值与相角，将幅值与相角初始化入程序中计算负序电流幅值和相角，所得的负序电流大小与报警装置所设置的阈值相比较，如果负序电流大于或者等于阈值，则向输出模块发送开关量“1”，如果负序电流小于阈值，则向输出模块发送开关量“0”。
3.输出模块接收到计算模块传送的信号，负序电流的幅值和相角在数码显示器中显示，若接收的开关量为“0”，则报警指示灯呈熄灭状态，警报喇叭不鸣；若接收的开关量为“1”，则报警指示灯闪烁，警报喇叭响起。
Claims (10)
1.一种基于负序电流的同步发电机绕组短路报警装置，包括电流互感器和壳体，其特征在于：所述壳体内包括三相电流采集模块、三相电流数据处理模块、负序电流计算模块和电源模块，壳体外表面设有输出组件，所述电流互感器模块的输出端连接壳体内的三相电流采集模块，三相电流采集模块的输出端通过三相电流数据处理模块连接负序电流计算模块的输入端，负序电流计算模块的输出端连接输出组件，电源模块的输出端分别连接三相电流采集模块、三相电流数据处理模块、负序电流计算模块和输出组件。
2.根据权利要求1所述一种基于负序电流的同步发电机绕组短路报警装置，其特征在于：所述电源模块包括并联连接的过压保护电路、第一供电电路和第二供电电路，外部电源分别连接第一供电电路的输入端和第二供电电路的输入端，第一供电电路的输出端和第二供电电路的输出端为电源模块的输出端。
3.根据权利要求2所述一种基于负序电流的同步发电机绕组短路报警装置，其特征在于：所述第一供电电路包括依次串联的交流变压电路和桥式整流电路。
4.根据权利要求2所述一种基于负序电流的同步发电机绕组短路报警装置，其特征在于：所述第二供电电路包括依次串联的充电器限流电路和电池。
5.根据权利要求1所述一种基于负序电流的同步发电机绕组短路报警装置，其特征在于：所述输出组件包括报警指示灯、数字显示器和喇叭，所述壳体上设有手动电源开关，输出组件和手动电源开关分别安装在壳体的两个相对面的外表面上。
6.根据权利要求1所述一种基于负序电流的同步发电机绕组短路报警装置，其特征在于：所述三相电流采集模块包括依次串联的放大电路组和滤波电路组，所述放大电路组包括三个结构相同的放大电路，滤波电路组包括三个结构相同的滤波电路，所述放大电路组的三个输出端对应连接滤波电路组的三个输入端。
7.根据权利要求6所述一种基于负序电流的同步发电机绕组短路报警装置，其特征在于：所述放大电路包括放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，所述电流互感器的输出端通过第一电阻连接放大器的反相输入端，通过第三电阻连接放大器的同相输入端，第二电阻并接在放大器的反相输入端和输出端之间，第四电阻的一端连接第三电阻，第四电阻的另一端接地，所述放大器的输出端为放大电路的输出端。
8.根据权利要求6所述一种基于负序电流的同步发电机绕组短路报警装置，其特征在于：所述滤波电路包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述放大电路的输出端连接第一运算放大器的反相输入端，第一运算放大器的输出端连接第二运算放大器的反相输入端，第二运算放大器的输出端为滤波电路的输出端。
9.根据权利要求1所述一种基于负序电流的同步发电机绕组短路报警装置，其特征在于：所述三相电流数据处理模块为A/D转换芯片，其型号为TLC549。
10.根据权利要求1所述一种基于负序电流的同步发电机绕组短路报警装置，其特征在于：所述负序电流计算模块为DSP信号处理芯片，型号为TMS320C54X。
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