專利名稱：單開關(guān)發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及單片機及數(shù)字測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種單開關(guān)三采樣的發(fā)電 機轉(zhuǎn)子接地保護檢測裝置。
背景技術(shù)：
發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地故障是較常見的發(fā)電機故障形式之一。目前，在國內(nèi)投運的發(fā)電機 中，轉(zhuǎn)子接地故障的發(fā)現(xiàn)和處理均由轉(zhuǎn)子接地保護裝置來實現(xiàn)。 一點接地保護動作于信 號，兩點接地保護動作于跳閘。在發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地檢測中，有電橋平衡式檢測方法，疊 加直流電流的檢測方法，疊加交流電流的檢測方法和乒乓式切換檢測方法，其中采用較 多的為兩開關(guān)切換式發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地檢測裝置。微機型兩開關(guān)切換式轉(zhuǎn)子接地檢測裝置 能在線監(jiān)測發(fā)電機轉(zhuǎn)子對地絕緣的變化，能檢測故障點的位置和絕緣的損傷程度，有利 于加強對發(fā)電機的安全維護。但該方法需要另設(shè)轉(zhuǎn)子電壓檢測回路；此外，兩開關(guān)的控 制雖可提高接地檢測的靈敏度，但電子開關(guān)的切換過程中的暫態(tài)影響也會使轉(zhuǎn)子繞組的 接地電阻的測量產(chǎn)生誤差。為簡化檢測電路，減小開關(guān)切換過程的暫態(tài)時間，有必要針 對現(xiàn)有技術(shù)的不足做進一歩的改進，以彌補現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型為解決上述問題而提供單開關(guān)發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護檢測裝置，它發(fā)明目 的是簡化檢測電路，減小開關(guān)切換過程的暫態(tài)時間。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的單開關(guān)發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護檢測裝置，它包括有電阻網(wǎng) 絡(luò)、單切換開關(guān)、釆樣裝置、控制裝置、報警裝置、顯示裝置，其中，電阻網(wǎng)絡(luò)包括切 換電阻、平衡電阻、回路電壓測量電阻，它們依次串聯(lián)后接入發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路；電阻網(wǎng) 絡(luò)還包括接地檢測電阻，接地檢測電阻一端接地并接入采樣裝置輸入端；回路電壓測量 電阻與接地檢測電阻的連接點與采樣裝置的公共端相連，另一端接入采樣裝置進行采 樣；采樣裝置的輸出端連接控制裝置的輸入端；切換電阻并聯(lián)接有切換開關(guān)，切換開關(guān) 的控制端與控制裝置的輸入端連接；控制裝置的輸出端分別連接報警裝置和顯示裝置的 輸入端。
上述控制裝置由單片機構(gòu)成，所述采樣裝置由信號調(diào)理與A/D采樣電路構(gòu)成，采樣 裝置將接地檢測電阻、回路電壓測量電阻的信號采集并經(jīng)過調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換后傳送給單 片機；單片機接有使其正常工作的外圍電路包括復(fù)位電路和晶體振蕩電路及電源。上述控制裝置可以連接有上位機或通信管理機。
上述控制裝置可通過報警裝置分別對一點接地故障和兩點接地故障報警。 上述單片機為MSP430F149型號的單片機。
上述采樣裝置包括線性光電隔離放大器IL300與調(diào)理電路，采樣裝置與 MSP430F149片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換通道連接。
上述單切換開關(guān)采用PC853H光電耦合器。
本實用新型的有益效果是采用單切換開關(guān)，簡化了控制回路，縮短了切換的暫態(tài) 過程時間，有利于提高檢測速度；增加了回路電壓檢測電阻，無需另設(shè)發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓 測量回路，只需要一路測量隔離電源，簡化了系統(tǒng)，提高了裝置的安全性與可靠性。


圖1為本實用新型原理框圖。
圖2為本實用新型實施例的原理框圖。
圖中l(wèi)一切換電阻；2—平衡電阻；3—回路電壓測量電阻；4—接地檢測電阻；5— 單切換開關(guān)；6—采樣裝置；7—控制裝置；8—報警裝置；9—顯示裝置。
具體實施方式

為了更好地理解本實用新型，
以下結(jié)合附圖和實施例做進一步描述，參見圖1至2: 按照本實用新型實施的單開關(guān)發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護檢測裝置，如圖l，它包括有電
阻網(wǎng)絡(luò)、單切換開關(guān)5、采樣裝置6、控制裝置7、報警裝置8，顯示裝置9。電阻網(wǎng)絡(luò) 包括切換電阻l、平衡電阻2、回路電壓測量電阻3，它們依次串聯(lián)后接入發(fā)電機轉(zhuǎn)子回 路，電阻網(wǎng)絡(luò)還包括接地檢測電阻4，接地檢測電阻4一端接地并接入采樣裝置6，回 路電壓測量電阻3與接地檢測電阻4的連接點與采樣裝置6的公共端相連，另一端接入 采樣裝置6的輸入端；采樣裝置6的輸出端連接到控制裝置7的輸入端；切換電阻l并 聯(lián)接有單切換開關(guān)5,單切換開關(guān)5的控制端與控制裝置7的輸入端連接，控制裝置7 輸出端分別與報警裝置8和顯示裝置9的輸入端相連。電阻網(wǎng)絡(luò)中采用兩個電阻作為平 衡電阻2， 一個電阻作為切換電阻1。在控制裝置7控制下通過將單切換開關(guān)5投入與 退出，使發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路構(gòu)成兩個不同的接地電路，并在接地檢測電阻4上產(chǎn)生不同的 采樣電壓。通過對兩個不同接地回路產(chǎn)生的接地檢測電壓的測量，及對回路電壓檢測電 阻上電壓的測量，可間接測量發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電壓，并計算出發(fā)電機轉(zhuǎn)子的接地電阻值和 接地故障位置。當發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地電阻小于整定值時啟動報警回路動作報警。
單切換開關(guān)5由控制電路7進行控制，當單切換開關(guān)5斷開時，若此時發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓為E，發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組在距負極為a的故障點K接地(轉(zhuǎn)子繞組分為a和1-a兩 部分，若忽略勵磁回路的直流電阻，可以aE和(l-a)E表示接地點兩側(cè)的電勢大小，a 為轉(zhuǎn)子繞組的百分數(shù))，故障點過渡電阻為Rf。則接地檢測電阻4上的電壓為
式中，i s = 2A義+ 2i 2 + i y ， & 二(i ^+i 2
冋路電壓測量電阻上的電壓分別為U2和U3，則有
當單切換開關(guān)5合上時，Ry被短接，設(shè)此時發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓為E'，則接地檢測電阻 4上的電壓為
12(A+i ,) + (卜^
回路電壓測量電阻上的電壓分別為U2'和U3'，則有
￡'=&(1-k,) ^十^(1-A:,)i^
A =五/. 取2，有
1 尺,
式中/^ = ^-^"
為了實時監(jiān)測發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓、轉(zhuǎn)子對地絕緣電阻及接地故障的發(fā)生位置，控制裝
置7連接有顯示裝置9，通過顯示器進行實時顯示。當接地電阻值小于規(guī)定的報警值時， 通過報警回路發(fā)出報警信號。同時，控制裝置7還可連接有上位機或通信管理機。
如圖2,控制裝置7由MSP430F149單片機構(gòu)成。該芯片功能強大，內(nèi)置有64Kbyte Flash存儲器，用于存放程序、保護定值，可以通過JTAG端口實現(xiàn)在線編程；2K byte RAM,可用于事故記錄和故障錄波數(shù)據(jù)，無需外擴RAM;芯片還有豐富的I/0端口 8 路12位A/D轉(zhuǎn)換器，4個8位并行I/0端口， 2個異步串行通信接口， l個同步串行通 信接口。單切換開關(guān)5采用PC853H光電耦合器，并由MSP430的P2.0直接控制。來自檢測電路Rl、 R2上的電壓信號Ul、 U2和U3經(jīng)采樣裝置6采集調(diào)理后傳送給單片機， 采樣裝置6包括線性光電隔離放大器IL300與調(diào)理電路，采樣裝置6與MSP430F149片 內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換通道連接。設(shè)置調(diào)理電路的目的有兩個 一是將檢測信號進行適度的幅度 變換。二是考慮到發(fā)電機轉(zhuǎn)子的偏心，轉(zhuǎn)子繞組上不可避免地有交流分量；另外，目前 的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)大量采用晶閘管勵磁調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)子并非平滑的直流電壓，而是脈動電 壓。因為交流分量的存在，對地容抗對轉(zhuǎn)子繞組接地電阻的測量會產(chǎn)生誤差。為濾除轉(zhuǎn) 子回路交流分量的影響，在調(diào)理電路中，設(shè)計了二階低通濾波電路。
通過對電子開關(guān)的切換控制，使轉(zhuǎn)子回路構(gòu)成兩個不同的接地電路，并在取樣電阻 上產(chǎn)生不同的采樣電壓。通過此電壓的采集，可計算出接地過渡電阻Rf之值和接地故 障位置a。當Rf小于整定值時保護動作，發(fā)一點接地信號，由P2.6 口驅(qū)動一點接地故 障報警裝置8的繼電器報警。若已發(fā)生一點接地故障，則可通過接地電阻值與接地位置 的變化來判斷發(fā)電機轉(zhuǎn)子是否發(fā)生兩點接地故障。若在一點接地情況下，轉(zhuǎn)子接點電阻 進一步減小，且接地位置變化值大于5%，則可判為兩點接地故障，通過P2.7使兩點接 地故障報警裝置8的繼電器動作進行報警。
發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓的測量值及接地電阻與接地位置由MSP430的異步串行通信接口 UART0控制MAX7219進行顯示。同時可通過另一個異步串行通信接口 UART1與上位 機或通信管理機連接。
權(quán)利要求1、單開關(guān)發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護檢測裝置，其特征在于它包括有電阻網(wǎng)絡(luò)、單切換開關(guān)、采樣裝置、控制裝置、報警裝置、顯示裝置，其中，電阻網(wǎng)絡(luò)包括切換電阻、平衡電阻、回路電壓測量電阻，它們依次串聯(lián)后接入發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路；電阻網(wǎng)絡(luò)還包括接地檢測電阻，接地檢測電阻一端接地并接入采樣裝置輸入端；回路電壓測量電阻與接地檢測電阻的連接點與采樣裝置的公共端相連，另一端接入采樣裝置進行采樣；采樣裝置的輸出端連接控制裝置的輸入端；切換電阻并聯(lián)接有切換開關(guān)，切換開關(guān)的控制端與控制裝置的輸入端連接；控制裝置的輸出端分別連接報警裝置和顯示裝置的輸入端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單開關(guān)發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護檢測裝置，其特征在于所 述控制裝置由單片機構(gòu)成，所述采樣裝置由信號調(diào)理與A/D采樣電路構(gòu)成，采樣裝置將 接地檢測電阻、回路電壓測量電阻的信號采集并經(jīng)過調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換后傳送給單片機； 單片機接有使其正常工作的外圍電路包括復(fù)位電路和晶體振蕩電路及電源。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單開關(guān)發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護檢測裝置，其特征在于所 述控制裝置連接有上位機或通信管理機。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單開關(guān)發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護檢測裝置，其特征在于所 述控制裝置可通過報警裝置分別對一點接地故障和兩點接地故障報警。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的單開關(guān)發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護檢測裝置，其特征在于所述單片機為MSP430F149型號的單片機。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的單開關(guān)發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護檢測裝置，其特征在于所 述采樣裝置包括線性光電隔離放大器IL300與調(diào)理電路，采樣裝置與MSP430F149片內(nèi) 的A/D轉(zhuǎn)換通道連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單開關(guān)發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護檢測裝置，其特征在于所 述單切換開關(guān)采用PC853H光電耦合器。
專利摘要本實用新型涉公開了一種單開關(guān)發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地保護檢測裝置，它包括有電阻網(wǎng)絡(luò)、單切換開關(guān)、采樣裝置、控制裝置、報警裝置、顯示裝置，電阻網(wǎng)絡(luò)包括切換電阻、平衡電阻、回路電壓測量電阻，它們依次串聯(lián)后接入發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路；電阻網(wǎng)絡(luò)還包括接地檢測電阻，接地檢測電阻一端接地并接入采樣裝置；回路電壓測量電阻與接地檢測電阻的連接點與采樣裝置的公共端相連，另一端接入采樣裝置，采樣裝置連接控制裝置；切換電阻并聯(lián)接有切換開關(guān)與控制裝置連接；控制裝置分別連接報警裝置和顯示裝置。本實用新型簡化了控制回路，縮短了切換的暫態(tài)過程時間；增加回路電壓檢測電阻，無需另設(shè)發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓測量回路，提高裝置的安全性與可靠性。
文檔編號H02H3/16GK201374550SQ20092008364
公開日2009年12月30日 申請日期2009年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月9日
發(fā)明者程詩明 申請人:武漢大學