專利名稱：一種同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護方法和裝置，屬于電機保護領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
同步發(fā)電機運行時，發(fā)電機轉(zhuǎn)子上會由于各種原因產(chǎn)生不同性質(zhì)的過電壓，如果不能實時而準確地控制發(fā)電機轉(zhuǎn)子的過電壓水平，當過電壓超過發(fā)電機轉(zhuǎn)子的絕緣水平時，會造成發(fā)電機轉(zhuǎn)子擊穿損壞和發(fā)電機停運，給電廠帶來巨大的直接經(jīng)濟損失和間接經(jīng)濟損壞。發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓大致分為三種類型第一種是由勵磁調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)產(chǎn)生的超過發(fā)電機額定勵磁電壓的過電壓，這種類型過電壓的特征為過電壓倍數(shù)較小，過電壓維持時間 長；第二種是由于開關(guān)操作、整流元件換相、雷擊等原因在發(fā)電機轉(zhuǎn)子上耦合的瞬時過電壓，這種類型的過電壓特征為過電壓倍數(shù)較大，過電壓時間極短；第三種是由于發(fā)電機失步、誤上電等原因，由定子磁場切割不同步旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子線圈而產(chǎn)生的過電壓，這種類型的過電壓特征為過電壓能量極大，過電壓時間較長，破壞性大。目前，國內(nèi)外勵磁系統(tǒng)中設(shè)置的過電壓保護設(shè)備均針對第二種過電壓類型，采用雪崩二極管或BOD等過電壓整定器件，當過電壓越過整定電壓后，雪崩二極管導通，將壓敏電阻并接至發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩端，吸收尖峰過電壓；但是，由于壓敏電阻的容量較小，無法保護第三種類型的過電壓對發(fā)電機轉(zhuǎn)子的危害，對于第三種失步過電壓，由于過電壓能量極大，業(yè)界仍沒有很成熟的解決方法。綜上，本發(fā)明人致力于研究同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護的問題，需要解決的問題可歸納為以下幾點(I)發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓倍數(shù)較高，如果采用電路板進行智能控制，解決智能保護電路板絕緣問題；(2)同步發(fā)電機過電壓來源復(fù)雜，而且如果不能及時對過電壓能量進行吸收，抑制過電壓倍數(shù)，就會造成發(fā)電機轉(zhuǎn)子損壞，因此要解決快速而準確檢測同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓類型的問題；(3)同步發(fā)電機過電壓類型不同，過電壓變化速度和過電壓能量差別較大，對同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子進行智能過電壓保護，需要解決過電壓能量吸收及過電壓抑制的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的，在于提供一種同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置和方法，其可快速而準確地檢測同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓的類型，并根據(jù)不同類型采用不同的解決方案，抑制發(fā)電機過電壓水平，防止同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子被過電壓能量擊穿損壞，保護發(fā)電機轉(zhuǎn)子運行安全。為了達成上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置，包括取能模塊、差模電流轉(zhuǎn)換模塊、智能判斷模塊和能量吸收模塊，其中，取能模塊的輸入端連接發(fā)電機轉(zhuǎn)子，利用雙向在線取能技術(shù)產(chǎn)生差模電流轉(zhuǎn)換模塊的工作電源；差模電流轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接智能判斷模塊，將產(chǎn)生的差模電流送入智能判斷模塊；智能判斷模塊識別發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓類型，并據(jù)此控制能量吸收模塊的動作。上述取能模塊包括兩個取能電阻、全波整流橋、穩(wěn)壓二極管和電容并聯(lián)串，兩個取能電阻分別連接全波整流橋的兩個輸入端，穩(wěn)壓二極管的兩端分別連接全波整流橋的兩個輸出端，而電容并聯(lián)串與穩(wěn)壓二極管并聯(lián)。上述差模電流轉(zhuǎn)換模塊包括整流橋、整定電阻和霍爾傳感器，所述整流橋的一個輸出端經(jīng)由整定電阻連接霍爾傳感器的一個輸入端，而整流橋的另一個輸出端連接霍爾傳感器的另一個輸入端。上述智能判斷模塊包括依次連接的過電壓幅值與速率測量電路和智能判斷過電壓類型電路。 上述能量吸收模塊包括第一、二組電子跨接器、由數(shù)個非線性電阻并聯(lián)而成的非線性電阻串、熔斷器和由數(shù)個線性電阻并聯(lián)而成的線性電阻串，第一組電子跨接器、非線性電阻串和熔斷器相互串聯(lián)，第二組電子跨接器和線性電阻串相互串聯(lián)，前述兩個串聯(lián)支路并聯(lián)，再連接至發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩端。上述第一、二組電子跨接器均由雙向可控硅構(gòu)成。一種同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護方法，包括如下步驟(I)采用發(fā)電機轉(zhuǎn)子雙向取能方法給發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置供應(yīng)能量；(2)使用差模電流方法檢測發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓；(3)根據(jù)轉(zhuǎn)子電壓過電壓的類型采用不同的過電壓保護與能量吸收策略，實現(xiàn)對發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓的保護。上述步驟(I)中，采用發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓雙向取能技術(shù)，產(chǎn)生發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置的工作電源，雙向取能電路函數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置，其特征在于包括取能模塊、差模電流轉(zhuǎn)換模塊、智能判斷模塊和能量吸收模塊，其中，取能模塊的輸入端連接發(fā)電機轉(zhuǎn)子，利用雙向在線取能技術(shù)產(chǎn)生差模電流轉(zhuǎn)換模塊的工作電源；差模電流轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接智能判斷模塊，將產(chǎn)生的差模電流送入智能判斷模塊；智能判斷模塊識別發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓類型，并據(jù)此控制能量吸收模塊的動作。
2.如權(quán)利要求I所述的一種同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置，其特征在于所述取能模塊包括兩個取能電阻、全波整流橋、穩(wěn)壓二極管和電容并聯(lián)串，兩個取能電阻分別連接全波整流橋的兩個輸入端，穩(wěn)壓二極管的兩端分別連接全波整流橋的兩個輸出端，而電容并聯(lián)串與穩(wěn)壓二極管并聯(lián)。
3.如權(quán)利要求I所述的一種同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置，其特征在于所述差模電流轉(zhuǎn)換模塊包括整流橋、整定電阻和霍爾傳感器，所述整流橋的一個輸出端經(jīng)由整定電阻連接霍爾傳感器的一個輸入端，而整流橋的另一個輸出端連接霍爾傳感器的另一個輸入端。
4.如權(quán)利要求I所述的一種同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置，其特征在于所述智能判斷模塊包括依次連接的過電壓幅值與速率測量電路和智能判斷過電壓類型電路。
5.如權(quán)利要求I所述的一種同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置，其特征在于所述能量吸收模塊包括第一、二組電子跨接器、由數(shù)個非線性電阻并聯(lián)而成的非線性電阻串、熔斷器和由數(shù)個線性電阻并聯(lián)而成的線性電阻串，第一組電子跨接器、非線性電阻串和熔斷器相互串聯(lián)，第二組電子跨接器和線性電阻串相互串聯(lián)，前述兩個串聯(lián)支路并聯(lián)，再連接至發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩端。
6.如權(quán)利要求5所述的一種同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置，其特征在于所述第一、二組電子跨接器均由雙向可控硅構(gòu)成。
7.一種用于如權(quán)利要求I所述的同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置的保護方法，其特征在于包括如下步驟 (1)采用發(fā)電機轉(zhuǎn)子雙向取能方法給發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置供應(yīng)能量； (2)使用差模電流方法檢測發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓； (3)根據(jù)轉(zhuǎn)子電壓過電壓的類型采用不同的過電壓保護與能量吸收策略，實現(xiàn)對發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓的保護。
8.如權(quán)利要求7所述的一種同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護方法，其特征在于所述步驟(I)中，采用發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓雙向取能技術(shù)，產(chǎn)生發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置的工作電源，雙向取能電路函數(shù)為 式中，Uds為過電壓保護裝置的工作電源電壓，Uf為發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓，τ為取能電路時間常數(shù)，e為自然常數(shù)，t是時間變量。
9.如權(quán)利要求7或8所述的一種同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護方法，其特征在于所述步驟(2)中，使用差模電流方法檢測發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓，將發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩端接入檢測線性高精度電阻，在電阻中形成與發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓成正比的差模電流，使用沒有插入損耗的霍爾傳感器檢測差模電流，測量發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓，測量電路表達式如下
10.如權(quán)利要求7所述的一種同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護方法，其特征在于所述步驟(3)的詳細內(nèi)容為根據(jù)實時檢測出的發(fā)電機轉(zhuǎn)子電壓幅值及變化速率，判斷過電壓類型，再根據(jù)過電壓類型采取如下控制策略 (a)若過電壓幅值較低，時間較長，發(fā)出信號通知勵磁調(diào)節(jié)器降低勵磁輸出，抑制轉(zhuǎn)子過電壓； (b)若過電壓幅值較大，變化速率快，時間短，則向與非線性電阻串聯(lián)的第一組電子跨接器發(fā)出觸發(fā)信號，該組電子跨接器導通，將該組電子跨接器與數(shù)個非線性電阻并聯(lián)組成的能量吸收電阻以及熔斷器串聯(lián)后連接至發(fā)電機轉(zhuǎn)子兩端，吸收轉(zhuǎn)子過電壓能量，抑制轉(zhuǎn)子過電； (c)若過電壓幅值大，變化速率低，則向與線性電阻串聯(lián)的第二組電子跨接器發(fā)出觸發(fā)信號，該組電子跨接器導通，將該組電子跨接器與數(shù)個線性電阻并聯(lián)接入發(fā)電機轉(zhuǎn)子，吸收轉(zhuǎn)子過電壓能量，抑制轉(zhuǎn)子過電。
全文摘要
本發(fā)明公開一種同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護裝置，包括取能模塊、差模電流轉(zhuǎn)換模塊、智能判斷模塊和能量吸收模塊，其中，取能模塊的輸入端連接發(fā)電機轉(zhuǎn)子，利用雙向在線取能技術(shù)產(chǎn)生差模電流轉(zhuǎn)換模塊的工作電源；差模電流轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接智能判斷模塊，將產(chǎn)生的差模電流送入智能判斷模塊；智能判斷模塊識別發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓類型，并據(jù)此控制能量吸收模塊的動作。此種保護裝置可快速而準確地檢測同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓的類型，并根據(jù)不同類型采用不同的解決方案，抑制發(fā)電機過電壓水平，防止同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子被過電壓能量擊穿損壞，保護發(fā)電機轉(zhuǎn)子運行安全。本發(fā)明還公開一種同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電壓保護方法。
文檔編號H02P9/14GK102882453SQ20111019416
公開日2013年1月16日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月12日
發(fā)明者吳龍, 牟偉, 施一峰, 閆偉, 石祥建, 劉為群 申請人:南京南瑞繼保電氣有限公司, 南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司