CN208890349U - 差动保护电路、差动保护极性的测试装置及电力保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于百万千瓦级核电站电动机保护技术领域，提供一种百万千瓦级核电站中电动机的差动保护电路、百万千瓦级核电站差动保护极性的测试装置以及百万千瓦级核电站电力保护系统；所述差动保护电路包括：第一电流互感器、第二电流互感器及差动保护模块；其中在差动保护模块中，第一采样电路对电动机的电源输入端电流进行采样得到第一采样电流；第二采样电路对电动机的电源输出端电流进行采样得到第二采样电流，控制电路根据第一采样电流和第二采样电流得到差动电流和制动电流，并且根据差动电流和制动电流能够判断出电动机是否处于故障状态；通过本实用新型可解决传统技术没有对核电站电动机采取安全保护措施，电动机容易出现内部故障的问题。

Description

差动保护电路、差动保护极性的测试装置及电力保护系统

技术领域

本实用新型属于百万千瓦级核电站电动机保护技术领域，尤其涉及一种百万千瓦级核电站中电动机的差动保护电路、百万千瓦级核电站差动保护极性的测试装置以及百万千瓦级核电站电力保护系统。

背景技术

随着现代工业社会对于电能的需求越来越大，核电能已经成为人们日常生活用电的主要来源之一，因此核电能的安全运行对于社会的电力系统起着极为关键的作用；核电站主要是通过核燃料的核裂变反应来释放大功率的核电能，在传统的核电站电力系统中，核电站中需要配备众多电动机以维持核电机组的正常供电；由于核电站发电方式的特殊性，电动机在核电能传输、核废料处理以及核电设备的安全保护等各个方面起着关键性的作用，因此，电动机是核电站中极为重要的机械设备，电动机的运行状态也极大地影响着核电站的稳定、安全运行。

然而，在核电站向外输出核电能的过程中，电动机需要接入大功率的核电能，并且核电机组所输出核电能的功率是极不稳定的，具有较大的波动性，因此核电站中的电动机在长期运行过程中很容易出现运行故障，当核电站中的电动机出现内部故障时，电动机的输入端电流和输出端电流会出现异常情况，此时电动机中的运行电流会处于过流状态，这种故障的运行电流会严重损害电动机的运行安全，甚至导致电动机完全被烧毁；然而在传统技术中，由于核电站工作环境的特殊性，并且电动机的电源驱动电路具有很复杂的电路结构，传统的核电站并没有对电动机提供保护措施，进而导致电动机极易出现内部故障，异常的运行电流会严重减损电动机的使用寿命，引发核电站安全事故，在核电站电力系统中产生较大的安全隐患。

实用新型内容

本实用新型提供一种百万千瓦级核电站中电动机的差动保护电路、百万千瓦级核电站差动保护极性的测试装置以及百万千瓦级核电站电力保护系统，旨在解决传统技术没有对核电站电动机提供安全保护措施，电动机极易出现内部故障，损害核电站电动机的物理安全，进而导致核电站安全事故发生率较高的问题。

本实用新型第一方面提供一种百万千瓦级核电站中电动机的差动保护电路，包括：第一电流互感器、第二电流互感器以及差动保护模块；其中所述差动保护模块的第一端通过所述第一电流互感器接所述电动机的电源输入端，所述差动保护模块的第二端通过所述第二电流互感器接所述电动机的电源输出端；

所述差动保护模块包括：

与所述差动保护模块的第一端连接，被配置为对所述电源输入端的电流进行采样得到第一采样电流的第一采样电路；

与所述差动保护模块的第二端连接，被配置为对所述电源输出端的电流进行采样得到第二采样电流的第二采样电路；

与所述第一采样电路和所述第二采样电路连接，被配置根据所述第一采样电流和所述第二采样电流得到差动电流和制动电流，并根据所述差动电流和所述制动电流判断所述电动机是否处于故障状态的控制电路。

在其中的一个实施例中，所述控制电路包括：

与所述第一采样电路和所述第二采样电路连接，被配置为根据所述第一采样电流和所述第二采样电流的矢量和得到所述差动电流的差动电流计算电路；

与所述第一采样电路和所述第二采样电路连接，被配置为根据所述第一采样电流的幅值和所述第二采样电流的幅值之和得到所述制动电流的制动电流计算电路；

与所述差动电流计算电路和所述制动电流计算电路连接，被配置为对所述差动电流和所述制动电流进行整流的电流整流器；

与所述电流整流器连接，被配置为在所述差动电流的幅值大于第一电流阈值时，或者在所述制动电流的幅值小于第二电流阈值时则确认所述电动机处于故障状态的状态判断电路。

在其中的一个实施例中，所述控制电路还包括：

与所述状态判断电路连接，被配置为在所述电动机处于故障状态下则发出差动保护信号的保护信号生成电路。

本实用新型第二方面提供一种百万千瓦级核电站差动保护极性的测试装置，所述测试装置应用于如上所述的百万千瓦级核电站中电动机的差动保护电路，所述测试装置包括：

与所述差动保护电路连接，被配置为根据所述制动电流和所述差动电流获取所述电动机的运行参数的电流输入模块；

与所述电流输入模块连接，被配置为在所述运行参数下根据所述差动电流和所述制动电流判断所述第一电流互感器的极性和所述第二电流互感器的极性是否连接正确的综合判断模块。

在其中的一个实施例中，所述运行参数包括：所述电动机的输入功率、所述电动机的输出功率、所述第一电流互感器的电流比、所述第二电流互感器的电流比、所述电动机的额定电压等级以及所述电动机的接线类型。

在其中的一个实施例中，所述电流输入模块包括：

与所述差动保护电路连接，被配置为接收所述制动电流和所述差动电流的电流接收器；

与所述电流接收器连接，被配置为对所述制动电流和所述差动电流进行电流逆变的电流逆变器；

与所述电流逆变器连接，被配置为根据所述制动电流和所述差动电流计算得到所述电动机的运行参数的参数计算单元。

在其中的一个实施例中，所述综合判断模块包括：

与所述电流输入模块连接，被配置为在所述运行参数下若所述差动电流和所述制动电流满足以下逻辑条件则确认所述第一电流互感器的极性和所述第二电流互感器的极性连接正确的极性判断单元；

其中，所述逻辑条件为：

所述差动电流的幅值小于或者等于第一预设值并且所述制动电流的幅值在第二预设值和第三预设值之间，所述第一预设值、所述第二预设值以及所述第三预设值都为预先设定的正数。

在其中的一个实施例中，所述第一预设值为0.005,所述第二预设值为 0.019，所述第三预设值为0.021。

在其中的一个实施例中，所述综合判断模块还包括：

与所述极性判断单元连接，被配置为在所述第一电流互感器的极性和所述第二电流互感器的极性连接错误时发出极性纠正信号的极性调整单元。

本实用新型第三方面提供一种百万千瓦级核电站电力保护系统，包括如上所述的百万千瓦级核电站差动保护极性的测试装置。

在上述百万千瓦级核电站中电动机的差动保护电路，电动机的电源输入端接第一电流互感器，电动机的电源输出端接第二电流互感器，通过电流互感器 (包括第一电流互感器和第二电流互感器)在不影响电动机运行状态的情况下可直接接入电源输入端的电能和电源输出端的电能，差动保护模块连接在第一电流互感器和第二电流互感器之间，在该差动保护模块中，第一采样电路对电源输入端的电流进行采样得到第一采样电流，第二采样电路对电源输出端的电流进行采样得到第二采样电流，控制电路根据第一采样电流和第二采样电流得到差动电流和制动电流，此时控制电路根据该差动电流和制动电流可判断出电动机是否处于故障状态；因此本实用新型通过差动保护电路可自动、实时监测电动机是否处于故障状态，以预防电动机的内部故障对电动机的运行安全造成较大的损害，全面地保护核电站中电动机的运行安全，避免电动机长期处于故障运行状态，延长了电动机的使用寿命，避免了核电站安全事故的发生；从而有效地解决了传统技术没有对核电站电动机采取安全保护措施，电动机的内部故障将会严重损害电动机的运行安全，进而导致核电站安全事故发生率较高的问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种百万千瓦级核电站中电动机的差动保护电路的模块结构图；

图2是本实用新型实施例提供的一种控制电路的模块结构图；

图3是本实用新型实施例提供的另一种控制电路的模块结构图；

图4是本实用新型实施例提供的一种百万千瓦级核电站差动保护极性的测试装置的模块结构图；

图5是本实用新型实施例提供的一种电流输入模块的模块结构图；

图6是本实用新型实施例提供的一种综合判断模块的模块结构图；

图7是本实用新型实施例提供的一种百万千瓦级核电站电力保护系统的模块结构图。

具体实施方式

需要说明的是，在核电站发电过程中，核电机组所输出的核电能功率极大，因此与普通工业生产中的电动机不同，核电站中的电动机具有较大的用电功率和较高的制造成本，电动机会还会由于不稳定的核电能更容易出现故障，若电动机长期处于故障运行状态则会随时危害核电站电力系统的运行安全，进而使核电站安全事故的发生率极大地增加；由于核电站电力系统的电路结构复杂，相应的，引发核电站电动机内部故障的因素具有多种多样，比如核电站电动机内部的因素：器件老化、转子匝间短路等，又比如核电站中的外部电源因素：输入的电源处于过压/过流状态，输入的电源的幅值波动过大等，当然核电站在运行过程中也会存在其它偶然因素会导致电动机出现内部故障；尽管核电站中电动机出现内部故障的原因具有多种多样，如果电动机出现内部故障时，电动机的电源输入端的电流和电源输出端的电流必然会出现异常情况，因此通过对于电动机的电源输入端的电流和电源输出端的电流进行检测、分析等操作后，可准确地判断出核电站中电动机是否处于故障状态；基于此，本实用新型实施例公开一种百万千瓦级核电站中电动机的差动保护电路，该差动保护电路通过对于电动机的电源输入端的电流和电源输出端的电流进行采样、分析等操作后，可精确地判断出电动机是否处于故障状态，若电动机处于故障状态，则立即对核电站中电动机采取安全保护措施，进而预防核电站安全事故的发生，进而极大地提高核电站电力系统的安全防范等级。

图1示出了本实用新型实施例提供的百万千瓦级核电站中电动机的差动保护电路10的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

如图1所示，差动保护电路10包括：第一电流互感器101、第二电流互感器102以及差动保护模块103，其中，差动保护模块103的第一端通过第一电流互感器101接电动机20的电源输入端Vin，差动保护模块103的第二端通过第二电流互感器102接电动机20的电源输出端Vout；其中电源输入端Vin接入电能，用于驱动电动机20能够正常工作，电源输出端Vout用于输出电能；需要说明的是，在本实用新型实施例中，通过两个电流互感器(包括第一电流互感器101和第二电流互感器102)可分别接入电源输入端Vin的电能和电源输出端Vout的电能，根据传统技术领域中电流互感器的工作原理，电流互感器并非直接接入在电源回路中以获取电能，而是通过电磁感应原理来获取电源回路中的电能。

具体的，在图1所示出的差动保护电路10中，当两个电流互感器分别与电源输入端Vin以及电源输出端Vout进行耦合连接时，第一电流互感器101 和第二电流互感器102的运行状态并不会直接影响到电动机20的电源回路运行情况；例如第一电流互感器101的一次侧与电源输入端Vin耦合连接，第二电流互感器102的一次侧与电源输出端Vout耦合连接时，由于第一电流互感器101和第二电流互感器102并没有直接接入到电动机20的电源回路中，因此当第一电流互感器101或者第二电流互感器102出现故障时，其并不会影响电动机20的电源输入端Vin的电能和电源输出端Vout的电能，此时电动机20 并不会因为电流互感器(第一电流互感器101或者第二电流互感器102)出现故障而必然出现运行故障，相当于两个电流互感器与电动机20之间是独立运行的；从而差动保护电路10通过第一电流互感器101和第二电流互感器102 可实时接入电源输入端Vin的电能和电源输出端Vout的电能，并且在通过电流互感器接入电能的过程中不会影响电动机20的正常运行，极大地维护了电动机20的稳定运行。

在图1中，由于电动机20所接入的是三相交流电，电动机20中存在三相电源回路ABC，通过这三相电源回路ABC可向电动机20传输三相交流电，与此相对应的，在差动保护电路10中，第一电流互感器101分别与每一相电源输入端Vin耦合连接，以分别接入每一相电源输入端Vin的电能，第二电流互感器102分别与每一相电源输出端Vout耦合连接，以分别接入每一相电源输出端Vout的电能，进而通过第一电流互感器101和第二电流互感器102能够分别接入电源输入端Vin的三相电能和电源输出端Vout的三相电能，因此，本实用新型实施例通过两个电流互感器分别接入电动机20中三相电源回路 ABC的三相电能，进而对电动机20输入电能的变化进行实时的检测。

差动保护模块103包括：第一采样电路1031、第二采样电路1032以及控制电路1033，其中，第一采样电路1031与差动保护模块103的第一端连接，第一采样电路1031通过第一电流互感器101对电源输入端Vin的电流进行采样得到第一采样电流；如上所述，由于第一电流互感器101可接入电源输入端 Vin的电能，此处电源输入端Vin的电能包括电源输入端Vin的电流和电压，因此当第一采样电路1031接入电源输入端Vin的电能时，第一采样电路1031 即可对电源输入端Vin的电流进行采样得到第一采样电流，通过该第一采样电流可得到电源输入端Vin的电流的方向和大小；第二采样电路1032与差动保护模块103的第二端连接，第二采样电路1032通过第二电流互感器102对电源输出端Vout的电流进行采样得到第二采样电流，如上所述，由于通过第二电流互感器102可接入电源输出端Vout的电能，此处电源输出端Vout的电能包括电源输出端Vout的电流和电压，因此当第二采样电路1032接入电源输出端Vout的电能时，第二采样电路1032可对电源输出端Vout的电流进行采样得到第二采样电流，通过该第二采样电流可得到电源输出端Vout的电流的方向和大小。

在上述差动保护电路10中，通过第一采样电路1031和第二采样电路1032 可对电动机20中电源回路的电流进行分别采样得到第一采样电流和第二采样电流，该第一采样电流和第二采样电流能够用于实际地反应出电源回路中电流的大小和方向，因此本实用新型实施例通过第一采样电路1031和第二采样电路1032以较为简单的电路结构实现了对于电动机20的电源输入端Vin和电源输出端Vout分别进行电流采样，电流采样的精确高并且成本较低，从而极大地提高了差动保护电路10对电动机20的安全保护级别；需要说明的是，本实用新型实施例中第一采样电路1031和第二采样电路1032可采用传统技术中已有电路结构来实现电流采样功能，比如，本领域技术人员可利用放大器、比较器等电子元器件来具体实现本实用新型实施例中采样电路(包括第一采样电路 1031和第二采样电路1032)，此处不做限定。

控制电路1033与第一采样电路1031以及第二采样电路1032连接，当第一采样电路1031将第一采样电流传输至控制电路1033、第二采样电路1032 将第二采样电流传输至控制电路1033时，控制电路1033根据第一采样电流和第二采样电流得到差动电流和制动电流，通过差动电流可得到电源输入端Vin 的电流与电源输出端Vout的电流之间的差异幅值，进而通过差动电流可得到电动机20中内部运行电流的变化情况；制动电流是指启动电动机20内部的保护装置所需要的电流阈值，由于在电动机20的内部存在预先设计的保护装置，以防止电动机20在运行过程中出现故障，比如电动机20内部会在制动电阻，该制动电阻用于消耗电动机20在调速过程中输出的额外电能，在本实例中，制动电流就是指制动电阻工作时的运行电流；具体的，若制动电流的幅值越大，则电动机20运行更加安全稳定。

通过差动电流和制动电流可得出电源输入端Vin的电流、电源输出端Vout 的电流以及电动机20运转的实际变化情况，进一步地，控制电路1033可根据差动电流和制动电流判断出电动机20是否处于故障运行状态；若电动机20在工作过程中突然出现内部故障，电动机20的电源输入端Vin的电流和电动机20的电源输出端Vout的电流都将会发生变化，则电动机20的差动电流和制动电流都会发生相应的变化；因此，控制电路1033根据差动电流和制动电流来准确地判断出电动机20是否处于故障状态；当电动机20处于故障状态时，则立即对电动机20采取防范保护措施，以避免电动机20的内部故障对核电站的电力系统造成严重损害，全面保障核电站的运行安全。

需要说明的是，上述控制电路1033可采用传统技术中计数器、单片机、信号集中处理芯片等，比如控制电路1033采用传统技术中的计数器，当第一采样电流和第二采样电流传输至计数器时，通过计数器的逻辑运算功能得到差动电流和制动电流，进而判断出电动机20是否处于故障状态。

在本实用新型实施例中，通过两个电流互感器(第一电流互感器101或者第二电流互感器102)在不影响电动机20正常运行的情况下，分别获取电源输入端Vin的电能和电源输出端Vout的电能，在差动保护模块103中，第一采样电路1031通过第一电流互感器101对电源输入端Vin的电流进行采样后得到第一采样电流，第二采样电路1032通过第二电流互感器102对电源输出端 Vout的电流进行采样后得到第二采样电流，根据第一采样电流和第二采样电流即可得出电动机20的电源回路中运行电流的变化情况；控制电路1033根据第一采样电流和第二采样电流得到差动电流和制动电流，由于电动机20的实际运行情况与差动电流、制动电流的变化情况具有严格的对应关系，因此控制电路1033可根据差动电流和制动电流得到电动机20的实际运行情况，并判断出电动机20是否处于故障状态；根据上述差动保护电路10的模块结构，本实用新型实施例中的差动保护电路10具有较为简单的电路结构实现对于电源输入端Vin的电流和电源输出端Vout的电流的精确采样，并且根据差动电流和制动电流准确地判断出电动机是否处于故障状态，进而预防电动机20中的内部故障对电动机20的物理安全以及核电站电力系统的安全造成较大的损害，实现了对电动机20更加安全的保护，减少了核电站安全事故的发生率；从而上述差动保护电路10能够对核电站中的电动机20提供全面地差动保护，有效地解决了传统技术没有对核电站中电动机提供安全保护措施，核电站中电动机容易遭受损害，进而导致核电站安全事故发生率较高的问题。

作为一种具体的实施方式，图2示出了本实用新型实施例提供的控制电路 1033的模块结构，如图2所示，控制电路1033包括差动电流计算电路201、制动电流计算电路202、电流整流器203以及状态判断电路204；其中，差动电流计算电路201与第一采样电路1031以及第二采样电路1032连接，第一采样电路1031和第二采样电路1032分别将第一采样电流和第二采样电流传输至差动电流计算电路201，差动电流计算电路201根据第一采样电流和第二采样电流的矢量和计算得到差动电流；如上所述，由于通过第一采样电流可得到电源输入端Vin的实际电流，通过第二采样电流可得到电源输出端Vout的实际电流，所述第一采样电流和所述第二采样电流都是矢量，即采用电流(第一采样电流和第二采样电流)既有大小也有方向，其中方向是指电源回路中的电流相对于参考坐标系下的电流流向，比如第一采样电流为-5A，则第一采样电流的幅值为5A，第一采样电流的电流流向为负方向；又比如第二采样电流为+4A，则第二采样电流的幅值为4A，第二采样电流的电流流向为正反向；则通过采样电流不但可以得出电源回路中电流的大小变化，而且可以得出电流流经电动机20后电流流向的变化，此时差动电流的计算公式为：(-5A)+(+4A)＝-1A；对第一采样电流和第二采样电流进行矢量和计算后得到差动电流，通过该差动电流不但可以得出电源输入端Vin和电源输出端Vout之间的电流幅值变化情况，而且可以得出电源输入端Vin和电源输出端Vout之间的电流流向变化情况，从而通过差动电流更加全面地判断出电动机20的实际运行情况。

制动电流计算电路202与第一采样电路1031以及第二采样电路1032连接，第一采样电路1031将第一采样电流传输至制动电流计算电路202，并且第二采样电路1032将第二采样电流传输至制动电流计算电路202，制动电流计算电路 202根据第一采样电流的幅值和第二采样电流的幅值之和得到制动电流，由于第一采样电流和第二采样电流都为矢量，通过制动电流计算电路202对第一采样电流的幅值和第二采样电流的幅值之和进行计算得到制动电流，例如，第一采样电流-5A，第一采样电流的幅值为5A；第二采样电流为+4A，第二采样电流的幅值为4A，此时制动电流的计算公式为：5A+4A＝9A，因此通过制动电流即可得出：电动机20启动内部保护装置所需要的电流阈值，进一步得出电动机20的内部安全等级。

电流整流器203与差动电流计算电路201以及制动电流计算电路202连接，差动电流计算电路201将差动电流传输至电流整流器203，制动电流计算电路 202将制动电流传输至电流整流器203，如上所述，电动机20的电源回路都是三相交流电，当第一采样电路1031对电源输入端Vin的电流进行第一采样电流，第二采样电路1032对电源输出端Vout的电流进行采样得到第二采样电流，第一采样电流和第二采样电流都是交流电流，相应的，差动电流和制动电流也都为交流电流，电流整流器203对差动电流和制动电流进行整流后，可将差动电流和制动电流从交流电流转换为直流电流；电流整流器203所输出的差动电流和制动电源都为直流电源，有利于控制电路1033能够更加准确地判断出电动机20的电源回路中电流的真实变化情况。

状态判断电路204与电流整流器203连接，电流整流器203将整流后的差动电流和制动电流传输至状态判断电路204，此时存在两个判断条件：1、差动电流的幅值大于第一电流阈值，2、制动电流的幅值小于第二电流阈值，若满足上述两个判断条件中的任意一个，则状态判断电路204确认电动机20处于故障状态；其中第一电流阈值和第二电流阈值都为预先设定的参数，比如第一电流阈值为0.5A，第二电流的阈值为10A；如上所述，差动电流是用来评价电动机20的电源输入端Vin电流和电源输出端Vout电流的差异幅度，根据传统领域中电动机内部的工作原理，若电动机处于正常运行状态，在相同的参考坐标系下，电动机输入的电流和电动机输出的电流，这两者必定是大小相等、方向相反，结合本实用新型实施例，若电动机20处于正常运行状态，电源输入端Vin的电流和电源输出端Vout的电流必定是大小相等、方向相反，根据上述差动电流计算电路201中差动电流的计算规则，此时差动电流的幅值为0，因此，当差动电流的幅值小于或者等于预先设定的第一电流阈值时，说明电源输入端Vin的电流和电源输出端Vout的电流在误差允许的范围内是满足大小相等和反向相反的条件，则电动机20处于正常运行状态；相反，若电动机20 的制动电流大于第一电流阈值时，此时电源输入端Vin的电流和电源输出端 Vout的电流存在较大的误差，电动机20的输入电流和输出电流并不满足“大小相等和方向相反”的条件，则说明电动机20的出现内部故障，进而导致电动机20的输入电流和输出电流出现异常情况。

如上所述，通过制动电流可得出：启动电动机20内部保护装置所需要的电流阈值，因此当制动电流越大时，则说明电动机20的内部保护措施更加完善，在本实用新型实施例中，第二电流阈值为电动机20内部保护装置启动的安全阈值，若制动电流的幅值小于该第二电流阈值，则电动机20的内部保护装置无法对电动机实施全面、安全的保护，电动机20处于故障状态；相反，若制动电流的幅值大于或者等于该第二电流阈值，那么此时电动机20的内部保护装置将会在电动机20的工作过程中能够实时保护电动机20的运行安全，及时避免内部物理故障对电动机20造成较大的损害。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，差动电流计算电路201、制动电流计算电路202、电流整流器203以及状态判断电路204都为传统技术中已有的，本领域技术人员可采用传统技术中不同类型的具体电路结构来实现上述各个电路模块(差动电流计算电路201、制动电流计算电路202、电流整流器203 以及状态判断电路204)；例如，本领域技术人员可采用逻辑门来设计出逻辑计算电路，以实现本实用新型实施例中的差动电流计算电路201和制动电流计算电路202，又比如，本领域技术人员可采用传统技术中比较器电路来实现状态判断电路204，由于比较器电路包括比较器等电子元器件，比较器的输入端接入差动电流和第一电流阈值，或者比较器的输入端接入制动电流和第二电流阈值，进而通过比较器来实现电动机状态判断功能。

因此，根据上述控制电路1033的模块结构，通过差动计算电路201和制动电流计算电路202可实时计算得出电动机20的差动电流和制动电流，电流的计算过程较为简单；电流整流器203能够实现将交流电流转换为直流电流的整流功能，当电流整流器203将整流后的差动电流和制动电流传输至状态判断电路204时，状态判断电路204根据差动电流和制动电流可准确判断出电动机是否处于故障状态；因此控制电路1033具有简单的模块结构，若电动机20出现内部故障时，通过差动电流和制动电流可实时预防内部故障对电动机20造成较大的物理损害，全方面地维护了电动机20的运行安全，进一步地通过该控制电路1033可极大地简化差动保护电路10的内部电路结构，避免电动机20 的内部故障对核电站的电力系统造成损害。

作为一种优选的实施方式，图3示出了本实用新型实施例提供的控制电路 1033的模块结构，相比于图2所示出控制电路1033的电路结构，图3中的控制电路1033还包括保护信号生成电路301，保护信号生成电路301与状态判断电路204连接，参考图2中的实施例，通过状态判断电路204可判断出电动机 20是否处于故障状态，若确认电动机20处于故障状态时，则保护信号生成电路301立即发出差动保护信号，通过该差动保护信号对电动机20进行差动保护，以防止电动机20在故障状态下长期运行；示例性的，当电动机处于故障状态时，保护信号生成电路301将差动保护信号传输至电动机20中，通过该差动保护信号使电动机20的电源回路跳闸，电动机20失电停机，以防止电动机20的内部故障进一步扩大，从而达到保护电动机20的目的；因此当通过状态判断电路204确认电动机20处于故障状态时，保护信号生成电路301生成并输出差动保护信号，通过差动保护信号对电动机20进行有效的差动保护，避免由于内部故障对核电站中的电动机20造成较大的损害，减少核电站安全事故的发生率。

需要说明的是，本技术领域人员可采用传统技术中现有的具体电路结构来实现本实用新型实施例中的保护信号生成电路301；例如，本领域技术人员可利用运算放大器等电子元器件组成具体的电路结构，以实现相应的电路功能。

根据图1-图3的实施例，通过差动保护电路10可对电动机20进行差动保护，以防止由于电动机20的内部故障而引发更严重的核电站安全事故，极大地提高了核电站的安全等级；然而在核电站中电动机20运行过程中，本领域技术人员将差动保护电路10应用在电动机20中时，需要通过第一电流互感器 101与电源输入端Vin耦合以获取电源输入端Vin的电能，通过第二电流互感器102与电源输出端Vout耦合以获取电源输出端Vout的电能，然而由于电流互感器(第一电流互感器101和第二电流互感器102)包括一次绕组和二次绕组，而根据上述差动保护电路10的工作原理，只有当第一电流互感器101中绕组的极性连接与第二电流互感器102中绕组的极性连接完全连接正确时，此时控制电路1033才能根据第一采样电流和第二采样电流得到正确的差动电流和制动电流；相反，若第一电流互感器101中各绕组的极性连接与第二电流互感器 102中绕组的极性连接关系错误时，则通过电流互感器所得到采样电流的电流流向是完全错误的，那么控制电路1033根据第一采样电流和第二采样电流只能计算出错误的差动电流和错误的制动电流；因此在差动保护电路10中，第一电流互感器101和第二电流互感器102在电源回路中的极性连接关系对于差动保护电路10的故障判断准确性具有极为重要的影响；只有当第一电流互感器101的极性和第二电流互感器102的极性完全连接正确时，差动保护电路10 才能够准确地判断出电动机20是否处于故障状态。

然而在传统技术中，当通过差动保护电路10对电动机20进行差动保护时，本领域技术人员无法得知差动保护电路10中第一电流互感器101的极性和第二电流互感器102的极性是否连接正确；在实际应用过程中，技术人员极容易将第一电流互感器101的极性和第二电流互感器102的极性接反，控制电路 1033无法得到真实的差动电流和制动电流，进而导致差动保护电路10出现误触发或者误动作，此时，不但无法对电动机20起到差动保护的效果，反而差动保护电路10会对电动机20造成严重的损害；为解决此问题，本实用新型实施例公开了一种百万千瓦级核电站差动保护极性的测试装置，图4示出了本实用新型实施例提供的百万千瓦级核电站差动保护极性的测试装置40的模块结构，其中，测试装置40应用于如上所述的百万千瓦级核电站中电动机的差动保护电路10，通过该测试装置40即可测试出差动保护电路10中第一电流互感器101的极性和第二电流互感器102的极性是否连接正确，从而使差动保护电路10提供更全面的差动保护，避免差动保护电路10出现误触发以及误动作的现象；为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

如图4所示，测试装置40包括电流输入模块401和综合判断模块402，其中，电流输入模块401与差动保护电路10连接，差动保护电路10将制动电流和差动电流传输至电流输入模块401，参考图1-图3的实施例，通过制动电流和差动电流可得出电动机20中电源回路的电流变化情况，当电流输入模块401 接收到制动电流和差动电流时，电流输入模块401根据制动电流和差动电流获取电动机20的运行参数，通过该运行参数可全面地得知电动机20的内部运行情况；因此在测试装置40中，运行参数不仅仅局限于电源输入端Vin的电流信息和电源输出端Vout的电流信息，电流输入模块401可根据该运行参数得到电动机20和差动保护电路10的实际运行情况。

综合判断模块402与电流输入模块401连接，电流输入模块401将制动电流、差动电流以及运行参数传输至综合判断模块402，综合判断模块402在运行参数下根据差动电流和制动电流判断第一互感器101的极性和第二互感器 102的极性是否连接正确；具体的，电动机20在运转过程中，电动机的内部运行情况也会实时发生变化，比如，电源输入端Vin的电流增大等，此时电流输入模块401所输出的运行参数也会发生相应的变化，当电动机20具有不同的运行参数时，综合判断模块402可根据差动电流和制动电流准确判断出第一电流互感器101的极性和第二电流互感器102的极性是否连接正确；由于通过制动电流和差动电流可得出：差动保护电路10实际检测得到的电源回路中电流变化情况，因此在本实用新型实施例中，综合判断模块402可实际得到第一电流互感器101的极性和第二电流互感器102的极性在电流回路中的连接情况，进而识别出两个电流互感器(第一电流互感器101的极性和第二电流互感器 102)的极性是否连接正确。

可选的，上述电动机20的运行参数包括：电动机20的输入功率、电动机 20的输出功率、第一电流互感器101的电流比、第二电流互感器102的电流比、电动机20的额定电压等级以及电动机20的接线类型；需要说明的是，电流互感器(第一电流互感器101或者第二电流互感器102)的电流比是指一次绕组中电流幅值和二次绕组中电流幅值之间的比值；电动机20的接线类型是指：电动机20中电源回路的接线方式，比如电动机20采用星形接线法或者三角形接线法等，当电动机20采用不同的接线类型时，电动机20内部具有不同的控制方式并且电源回路中等效电流也完全不相同；因此通过电动机20的运行参数可更加全面地获知电动机20和差动保护电路10的实际运行情况。

作为一种具体的实时方式，图5示出了本实用新型实施例提供的电流输入模块401的模块结构，如图5所示，电流输入模块401包括：电流接收器501、电流逆变器502以及参数计算单元503；其中，电流接收器501与差动保护电路10连接，电流接收器501能够实现电流在两个不同电路模块之间的传输功能，通过电流接收器501可实时接收制动电流和差动电流，进而电流接收器501 能够实现电流输入模块401和差动保护电路10的电流高效传输过程，避免了电流信号在传输过程中的失真；电流逆变器502与电流接收器501连接，电流接收器501将制动电流和差动电流传输至电流逆变器502，电流逆变器502对制动电流和差动电流进行电流逆变，将制动电流和差动电流由直流电流转换为交流电流；参考图1-图3的实施例，在上述差动保护电路10中，控制电路1033 对第一采样电流和第二采样电流分别进行计算得到差动电流和制动电流，此时控制电路1033所输出的差动电流和制动电流都属于交流电流；为了在测试装置40中能够对制动电流和差动电流进行参数计算，电流逆变器502能够对制动电流和差动电流实现逆变的功能，从而综合判断模块402可根据差动电流和制动电流直接得到第一电流互感器101的极性和第二电流互感器102的极性在电源回路中的实际连接情况。

可选的，电流接收器501为电流检测电路或者接收器芯片，示例性的，电流检测电路包括电流比较器，通过电流比较器来实现电流接收的功能，示例性的，接收器芯片的型号为RCV420；电流逆变器502为传统技术中的三相全桥式逆变器，其中三相全桥式逆变器包括多个功率开关管和二极管，以控制输入电源的导通时间和关断时间，同时本领域技术人员也可采用逆变器芯片来实现电流逆变器502，其中逆变器芯片的型号为SN74ALS04BDR。

参数计算单元503与电流逆变器502连接，电流逆变器502将制动电流和差动电流传输至参数计算单元503，参数计算单元503根据制动电流和差动电流计算得到电动机20的运行参数；由于通过制动电流和差动电流可得出电源回路中电流的变化情况，因此参数计算单元503能够根据制动电流和差动电流分析计算出电动机的运行参数，通过该运行参数可以更加全面地评价电动机20 和差动保护电路10的实际运行情况；需要说明的是，在参数计算单元503中，电动机20的运行参数的计算公式时本传统技术中已有的，例如，本领域技术人员以制动电流和差动电流为参数，通过传统技术中电机磁链方程来计算得到电动机的运行参数；同时，本领域技术人员可采用传统技术中电流计算电路来实现本实用新型实施例中的参数计算单元503，示例性的，电流计算电路包括比较器、电阻等电力元器件。

根据上述电流输入模块401的模块结构，由电流接收器501可直接接入制动电流和差动电流，电流逆变器502将制动电流和差动电流从直流量转换为交流量后，参数计算单元503可对制动电流和差动电流进行进一步地计算操作，以得到电动机20的运行参数；因此在本实用新型实施例中的电流输入模块 401，各个电路模块的连接关系简单，易于实现；不但能够根据制动电流和差动电流得到电动机的运行参数，而且极大地简化了测试装置40的电路结构，给技术人员的使用带来更大的便利。

作为一种可选的实施方式，图6示出了本实用新型实施例提供的综合判断模块402的模块结构，如图6所示，综合判断模块402包括极性判断单元601 和极性调整单元602；其中，极性判断单元601与电源输入模块401连接，当电流输入模块401生成电动机20的运行参数后，通过该运行参数得出电动机 20的内部电路结构及差动保护电路10的运行情况，若运行参数发生改变，那么差动保护电路10中各个电流互感器(第一电流互感器101和第二电流互感器102)的极性连接关系也不相同；在不同的运行参数条件下，若电动机的差动电流和制动电流满足以下逻辑条件，则极性判断单元601则确认第一电流互感器101的极性和第二电流互感器102的极性连接正确，其中所述逻辑条件为：

Idiff≤A并且B≤Irest≤C，所述Idiff为差动电流的幅值，所述Irest 为制动电流的幅值，其中，A为第一预设值，B为第二预设值，C为第三预设值，并且A、B以及C都为预先设定的正数；其中A、B以及C都为电动机20的安全阈值；优选的，根据电动机20的运行参数来设定A、B以及C的取值；示例性的，A为0.005,B为0.019，C为0.021；当参数计算单元503计算得到电动机的运行参数时，根据上述逻辑条件即可准确地判断出第一电流互感器101的极性和第二电流互感器102的极性是否连接正确。

参考上述图1-图3中的实施例，通过差动电流可得出电源输入端Vin的电流和电源输出端Vout的电流之间的差异幅度，若第一电流互感器101的极性和第二电流互感器102的极性在电源回路中连接关系正确，那么根据传统技术中电动机内部的电流计算公式，在本实用新型实施例中，无论是电动机20处于故障状态还是处于正常状态，电源输入端Vin的电流和电源输出端Vout的电流之间的差异幅度均不会超过特定的阈值，即所述A；因此当差动保护电路 10根据第一采样电流和第二采样电流得到差动电流和制动电流时，测试装置 40接收该制动电流和差动电流，在不同的运行参数条件下，若差动电流的幅值大于A，此时电动机20的电源输入端Vin和电源输出端Vout之间的电流差异幅度过大，则说明通过差动保护电路10来检测得到差动电流时，引起电源输入端Vin的电流和电源输出端Vout的电流之间差异幅度过大的原因并非是电动机20的内部故障或者电动机20本身的因素，而是差动保护电路10中电流互感器的极性连接错误，导致了差动电流的幅值远远超出了正常范围，因此当差动电流大于A时，极性判断单元601可确认第一电流互感器101的极性和第二电流互感器102的极性连接错误。

若差动电流的幅值并未超过A，则说明在差动保护电路10中，电源输入端Vin的电流和电源输出端Vout的电流之间的差异幅度处于正常的波动范围，此时通过电流互感器可准确地获取电源回路中的电流，通过差动电流地能够真实地得出电源输入端Vin的电流和电源输出端Vout的电流之间的差异幅度，第一电流互感器101的极性和第二电流互感器102的极性连接完全正确；当差动电流并未超过A时，极性判断单元601可确认差动保护电路10中电流互感器(包括第一电流互感器101和第二电流互感器102)的极性连接完全正确。

与上述通过差动电流判断电流互感器极性连接关系的原理相类似，由于通过制动电流可得出：启动电动机20的内部保护装置所需的电流阈值，因此当差动保护电路10中电流互感器的极性连接正确，那么制动电流的幅值必定在一个正常的范围内，即上述逻辑条件中所述的：B≤Irest≤C；反之，若制动电流的幅值超出该正常的范围，则制动电流的幅值异常是由于差动保护电路10 中第一电流互感器101的极性和第二电流互感器102的极性连接关系错误；因此极性判断单元601可根据差动电流判断出差动保护电路10中电流互感器的极性是否连接正确。

极性调整单元602与极性判断单元601连接，若通过极性判断单元601确认差动保护电路10中电流互感器(第一电流互感器101和第二电流互感器102) 的极性连接错误时，极性调整单元602可立即发出极性纠正信号；通过该极性纠正信号可改变差动保护电路10中电流互感器错误的极性连接关系，使第一电流互感器101的极性和第二电流互感器102的极性在电源回路中更正为正确的连接关系；因此在本实用新型实施例中。通过测试装置40可实时监测差动保护电路10中电流互感器的极性连接关系是否正确，而且当差动保护电路10 中电流互感器的极性连接错误时，通过极性纠正信号可实时改变第一电流互感器101和第二电流互感器101的错误极性连接关系，以防止差动保护电路10 出现误触发，全面地保障电动机20的运行安全。

可选的，上述极性判断单元601为运算放大器电路或者CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)，比如，极性判断单元601为运算放大器电路，该运算放大器电路包括运算放大器，该运算放大器根据差动电流或者制动电流来判断电流互感器的极性是否连接正确；当然，本领域技术人员也可采用传统技术中其它的电路结构来实现极性判断单元601，比如极性判断单元601也可采用处理器芯片来实现相应的电路功能；可选的，上述极性调整单元602为传统技术中的信号报警电路，其中信号报警电路包括声光警报器等，当通过极性判断单元601检测出差动保护电路10中电流互感器的极性连接错误时，声光警报器发出声光警报信号，该声光警报信号作为极性纠正信号，通过该声光警报信号可向技术人员发出信息提示：此时第一电流互感器101的极性和第二电流互感器102的极性连接错误，技术人员能够及时改变差动保护电路10中电流互感器的极性连接关系，以使差动保护电路10对电动机20能够实现有效的差动保护。

图7示出了本实用新型实施例提供的百万千瓦级核电站电力保护系统70 的模块结构，如图7所示，百万千瓦级核电站电力保护系统70包括如上所述的百万千瓦级核电站差动保护极性的测试装置40。

需要说明的是,在本文中，诸如多个和多种之类的词语是指大于1的数量，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另一个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品或者结构所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或者“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

Claims (10)

1.一种百万千瓦级核电站中电动机的差动保护电路，其特征在于，包括：第一电流互感器、第二电流互感器以及差动保护模块；其中所述差动保护模块的第一端通过所述第一电流互感器接所述电动机的电源输入端，所述差动保护模块的第二端通过所述第二电流互感器接所述电动机的电源输出端；

所述差动保护模块包括：

与所述差动保护模块的第一端连接，被配置为对所述电源输入端的电流进行采样得到第一采样电流的第一采样电路；

与所述差动保护模块的第二端连接，被配置为对所述电源输出端的电流进行采样得到第二采样电流的第二采样电路；

与所述第一采样电路和所述第二采样电路连接，被配置根据所述第一采样电流和所述第二采样电流得到差动电流和制动电流，并根据所述差动电流和所述制动电流判断所述电动机是否处于故障状态的控制电路。

2.根据权利要求1所述的差动保护电路，其特征在于，所述控制电路包括：

与所述第一采样电路和所述第二采样电路连接，被配置为根据所述第一采样电流和所述第二采样电流的矢量和得到所述差动电流的差动电流计算电路；

与所述第一采样电路和所述第二采样电路连接，被配置为根据所述第一采样电流的幅值和所述第二采样电流的幅值之和得到所述制动电流的制动电流计算电路；

与所述差动电流计算电路和所述制动电流计算电路连接，被配置为对所述差动电流和所述制动电流进行整流的电流整流器；

与所述电流整流器连接，被配置为在所述差动电流的幅值大于第一电流阈值时，或者在所述制动电流的幅值小于第二电流阈值时则确认所述电动机处于故障状态的状态判断电路。

3.根据权利要求2所述的差动保护电路，其特征在于，所述控制电路还包括：

与所述状态判断电路连接，被配置为在所述电动机处于故障状态下则发出差动保护信号的保护信号生成电路。

4.一种百万千瓦级核电站差动保护极性的测试装置，所述测试装置应用于如权利要求1-3任一项所述的百万千瓦级核电站中电动机的差动保护电路，其特征在于，所述测试装置包括：

与所述差动保护电路连接，被配置为根据所述制动电流和所述差动电流获取所述电动机的运行参数的电流输入模块；

与所述电流输入模块连接，被配置为在所述运行参数下根据所述差动电流和所述制动电流判断所述第一电流互感器的极性和所述第二电流互感器的极性是否连接正确的综合判断模块。

5.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于，所述运行参数包括：所述电动机的输入功率、所述电动机的输出功率、所述第一电流互感器的电流比、所述第二电流互感器的电流比、所述电动机的额定电压等级以及所述电动机的接线类型。

6.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于，所述电流输入模块包括：

与所述差动保护电路连接，被配置为接收所述制动电流和所述差动电流的电流接收器；

与所述电流接收器连接，被配置为对所述制动电流和所述差动电流进行电流逆变的电流逆变器；

与所述电流逆变器连接，被配置为根据所述制动电流和所述差动电流计算得到所述电动机的运行参数的参数计算单元。

7.根据权利要求4所述的测试装置，其特征在于，所述综合判断模块包括：

与所述电流输入模块连接，被配置为在所述运行参数下若所述差动电流和所述制动电流满足以下逻辑条件则确认所述第一电流互感器的极性和所述第二电流互感器的极性连接正确的极性判断单元；

其中，所述逻辑条件为：

所述差动电流的幅值小于或者等于第一预设值并且所述制动电流的幅值在第二预设值和第三预设值之间，所述第一预设值、所述第二预设值以及所述第三预设值都为预先设定的正数。

8.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于，所述第一预设值为0.005,所述第二预设值为0.019，所述第三预设值为0.021。

9.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于，所述综合判断模块还包括：

与所述极性判断单元连接，被配置为在所述第一电流互感器的极性和所述第二电流互感器的极性连接错误时发出极性纠正信号的极性调整单元。

10.一种百万千瓦级核电站电力保护系统，其特征在于，包括如权利要求4-9任一项所述的百万千瓦级核电站差动保护极性的测试装置。