CN217445276U - 用于避免发电机空载误强励的保护装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及发电技术领域，公开了一种用于避免发电机空载误强励的保护装置及系统，旨在防止转子绕组严重饱和过流，降低灭磁开关分闸风险，同时使得技术人员能够知晓过压保护状态，方案主要包括：机端电压检测模块、控制模块和报警模块，所述机端电压检测模块与控制模块的第一信号输入端口连接，所述出口断路器的第一触点与控制模块的第二信号输入端连接，所述控制模块的第一信号输出端与出口断路器的第二触点连接，所述控制模块的第二信号输出端与灭磁开关连接，所述控制模块的第三信号输出端与报警模块连接。本实用新型能够防止转子绕组严重饱和过流，降低灭磁开关分闸风险，同时使得技术人员能够知晓过压保护状态，特别适用于水轮发电机。

Description

用于避免发电机空载误强励的保护装置及系统

技术领域

本实用新型涉及发电技术领域，具体来说涉及一种用于避免发电机空载误强励的保护装置及系统。

背景技术

常规发电站励磁系统一般采用自并励励磁系统，其基本构成如图1所示，基本包括励磁变压器、整流桥、灭磁开关、跨接器和自动电压调节器。

以水轮发电机为例，水轮发电机从停机到并网发电一般需要经过几个阶段，第一阶段是开导叶冲水，发电机从停机态过度到空转态，此时机组处于额定转速状态，但机端无电压；第二阶段是发电机从空转态到空载态，此时励磁系统投入，机端有电压，但是机组还未并网发电；第三阶段是发电机从空载态到并网发电态，此时发电机并入电网，导叶开度增大，开始送出有功负荷，发电机处于正常并网发电状态。

空载误强励就是指发电机处于空载状态，此时机组处于额定转速，励磁系统投入，机端电压正常，但机组还未并网发。这种工况下机组励磁系统只需要给转子绕组提供空载励磁电流即可，但是如果此时遇到内部程序算法或PID参数不合理、人员误操作或调节器死机等原因造成励磁系统突然迅速增大励磁电流，机端电压快速升高。空载误强励不仅造成转子过流、定子过压，还会引起转子磁饱和，造成转子铁芯发热，同时过大的转子电流和电源电压会导致灭磁失败，甚至烧毁灭磁开关。

针对空载误强励这种故障工况，目前传统的方法是通过水轮发电机组定子过电压保护来完成，即通过实时检测机端电压，如果超过设定值，则延时跳开出口断路器和灭磁开关，一般发电机的过压保护设定值整定为1.3倍的机端额定电压，延时0.3s。但是这种方法有如下缺点：

1、传统的定子过电压保护不适用于空载过压工况。传统定子过电压保护仅检测定子电压，主要针对的是并网发电工况，主要保护的是定子回路的绝缘耐压安全。发电机在并网发电工况下，由于定子电枢绕组的去磁作用，转子绕组不会出现铁磁饱和现象，因此并网工况下采用定子过压保护主要是为了避免造成定子回路过压损坏设备，是合适的，但是对于空载运行工况就不合适了，因为根据水轮发电机的空载运行特性曲线，在空载时，转子绕组处于磁饱和的拐点处，一旦误强励会造成励磁电流的大幅升高。

2、传统定子过电压保护的整定值和延时相对于空载工况来说均偏大。传统定值过压保护的过压动作值为1.3Ue，延时0.3s，由于保护动作到出口断路器和灭磁开关断开还有个时间过程，因此，到真正解列灭磁的时刻，机端电压一般会升到1.4Ue，这在空载工况下运行的机组会造成严重的转子绕组磁饱和，引起转子绕组严重过流，这种过大的转子电流和电源电压大大增大了灭磁开关分闸的危险性。

3、传统定子过电压保护，技术人员无法知晓是否发生定子过电压，也无法知晓在发生定子过电压后是否执行过压保护动作，此时技术人员盲目控制出口断路器或灭磁开关可能会造成发电机损坏。

实用新型内容

本实用新型旨在提出一种用于避免发电机空载误强励的保护装置及系统，令其在加入相应软件方法后能够防止转子绕组严重饱和过流，降低灭磁开关分闸风险，同时使得技术人员能够知晓过压保护状态。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一方面，提供一种用于避免发电机空载误强励的保护装置，所述发电机包括出口断路器和灭磁开关，包括：机端电压检测模块、控制模块和报警模块，所述机端电压检测模块与控制模块的第一信号输入端口连接，所述出口断路器的第一触点与控制模块的第二信号输入端连接，所述控制模块的第一信号输出端与出口断路器的第二触点连接，所述控制模块的第二信号输出端与灭磁开关连接，所述控制模块的第三信号输出端与报警模块连接。

进一步地，所述报警模块为声音报警模块和/或灯光报警模块。

进一步地，所述机端电压检测模块为电压互感器。

进一步地，所述发电机为水轮发电机。

另一方面，提供一种用于避免发电机空载误强励的保护系统，包括上述的用于避免发电机空载误强励的保护装置，还包括：通信模块和终端设备，所述控制模块通过通信模块与终端设备连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所述的用于避免发电机空载误强励的保护装置及系统，在应用了相应软件方法后，在判断发电机组处于非并网状态时，投入具有较小动作电压值和较短延时的定子过电压保护，防止转子绕组严重饱和过流，降低灭磁开关分闸风险。并且在执行过电压保护的同时，发出报警，以便于技术人员知晓过压保护状态。

附图说明

图1为现有技术中发电站励磁系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的用于避免发电机空载误强励的保护装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例所述的用于避免发电机空载误强励的保护装置的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的实施方式进行详细描述。

本实用新型提供的用于避免发电机空载误强励的保护装置及系统，所述发电机包括出口断路器和灭磁开关，包括：机端电压检测模块、控制模块和报警模块，所述机端电压检测模块与控制模块的第一信号输入端口连接，所述出口断路器的第一触点与控制模块的第二信号输入端连接，所述控制模块的第一信号输出端与出口断路器的第二触点连接，所述控制模块的第二信号输出端与灭磁开关连接，所述控制模块的第三信号输出端与报警模块连接。

可以理解，发电机空载是指发电机处于额定转速旋转状态，励磁系统正常投运，机端电压正常，但没有带负荷。强励是指当发电机机端电压下降至允许值以下时，发电机励磁系统自动快速增加励磁电流，使发电机机端电压迅速回升的过程。当发电机处于空载状态未并网时，转子绕组处于磁饱和的拐点处，一旦误强励会造成励磁电流的大幅升高。基于此，本实用新型通过检测出口断路器的第一触点是否断开来判断发电机是否处于空载状态，在发电机处于空载状态时，启动较低定值和较短延时过电压保护，即设置较小的电压阈值和时长阈值，当检测到的机端电压大于电压阈值时，延时时长阈值后执行过压保护动作，即控制出口断路器的第二触点和灭磁开关断开，同时通过报警模块发出警报，以便于技术人员知晓过压保护状态。

实施例

本实用新型实施例所述的用于避免发电机空载误强励的保护装置，所述发电机包括出口断路器和灭磁开关，如图1所示，包括：机端电压检测模块、控制模块和报警模块，所述机端电压检测模块与控制模块的第一信号输入端口连接，所述出口断路器的第一触点与控制模块的第二信号输入端连接，所述控制模块的第一信号输出端与出口断路器的第二触点连接，所述控制模块的第二信号输出端与灭磁开关连接，所述控制模块的第三信号输出端与报警模块连接。

其中，机端电压检测模块用于检测发电机的定子侧电压，可以为电压互感器。出口断路器包括至少两个触点，第一触点为常闭辅助接点，当发电机处于空载状态时，第一触点断开；第二触点用于控制励磁系统的投入。报警模块可以为声音报警模块和/或灯光报警模块，例如蜂鸣器、扬声器、LED指示灯、显示屏等。

在本实施例中，控制模块是MCU，即微处理控制器，但不限于此，控制模块还可以为中央处理器等其他具有处理和运算功能的处理器。

在实际应用时，机端电压检测模块检测发电机的定子侧电压，并将检测到的电压信号发送至控制模块，同时出口断路器将第一触点的开关信号发送至控制模块。在应用了相应软件方法后，控制模块根据第一触点的开关信号判断发电机是否处于空载状态，具体地，若第一触点处于断开状态，即出口断路器处于分闸位，常闭辅助接点处于断开状态，则判定发电机处于空载状态，此时发电机未并网。同时控制模块根据发电机定子侧的电压信号判断机端电压是否大于或等于电压阈值。如图3所示，当判定发电机处于空载状态，并且机端电压TV1大于或等于电压阈值Uzd时，则延时t1后，通过跳闸节点T1控制出口断路器的第二触点断开，通过跳闸节点T2控制灭磁开关断开，通过跳闸节点T3控制报警模块发出警报，即将发电机组脱离励磁系统，并通过断开灭磁开关实现解列灭磁。同时通过报警模块发出警报，以便于技术人员知晓过压保护状态。

本实施例中，电压阈值Uzd应当小于传统定值过压保护的过压动作值，例如可以为1.3Ue，延时t1也应当小于传统定值过压保护的延时，例如可以为0.1s，通过在发电机处于空载状态时，投入具有较小动作电压值和较短延时的定子过电压保护，进而防止转子绕组严重饱和过流，降低灭磁开关分闸风险。

基于上述技术方案，本实施例还提出一种用于避免发电机空载误强励的保护系统，包括上述的用于避免发电机空载误强励的保护装置，还包括：通信模块和终端设备，所述控制模块通过通信模块与终端设备连接。

其中，通信模块优选为无线通信模块，通信模块可以是，但不限于，WiFi通信模块、4G/5G通信模块、蓝牙通信模块等。终端设备可以是，但不限于，智能手机、个人电脑、平板电脑、个人数字助理、移动上网设备等。

在应用了相应软件方法后，控制模块在通过跳闸节点T3控制报警模块发出警报时，还通过通信模块向终端设备发送报警信号，以便于技术人员知晓过压保护状态。

综上所述，本实用新型在判断发电机组处于非并网状态时，投入具有较小动作电压值和较短延时的定子过电压保护，能够防止转子绕组严重饱和过流，降低灭磁开关分闸风险。并且在执行过电压保护的同时，发出报警，能够便于技术人员知晓过压保护状态。

需要说明的是，本实用新型所提供的仅是一种用于避免发电机空载误强励的保护装置及系统的具体结构，其中涉及到的相关模块均为硬件系统模块或者为现有技术中计算机软件程序或协议与硬件相结合的功能模块，该功能模块所涉及到的计算机软件程序或协议的本身均为本领域技术人员公知的技术，其不是本系统的改进之处，此处不再赘述；本系统的改进为各模块之间的相互作用关系或连接关系，即为对系统的整体的构造进行改进，以解决本系统所要解决的相应技术问题。

Claims (5)

1.用于避免发电机空载误强励的保护装置，所述发电机包括出口断路器和灭磁开关，其特征在于，包括：机端电压检测模块、控制模块和报警模块，所述机端电压检测模块与控制模块的第一信号输入端口连接，所述出口断路器的第一触点与控制模块的第二信号输入端连接，所述控制模块的第一信号输出端与出口断路器的第二触点连接，所述控制模块的第二信号输出端与灭磁开关连接，所述控制模块的第三信号输出端与报警模块连接。

2.如权利要求1所述的用于避免发电机空载误强励的保护装置，其特征在于，所述报警模块为声音报警模块和/或灯光报警模块。

3.如权利要求1所述的用于避免发电机空载误强励的保护装置，其特征在于，所述机端电压检测模块为电压互感器。

4.如权利要求1所述的用于避免发电机空载误强励的保护装置，其特征在于，所述发电机为水轮发电机。

5.用于避免发电机空载误强励的保护系统，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的用于避免发电机空载误强励的保护装置，还包括：通信模块和终端设备，所述控制模块通过通信模块与终端设备连接。

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