专利名称：继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器及测试方法
技术领域：
本发明涉及一种用于发电机保护测试中的电阻发生技术，具体涉及ー种用于继电保护自动化仿真系统中的高精密电阻发生器及其测试方法。
背景技术：
如图1所示，为现有技术中发电机的电路图，其包含励磁回路I’、转子2’与定子3’，其中转子2’通过も和Ce接地。在发电机励磁回路中，发电机转子绝缘是薄弱的环节，因为它不仅运行温度高，而且转速也高，转子绕组受强大离心力作用，相互容易摩擦，易引起绝缘损伤。同时，冷却空气还可能把炭灰、粉尘、油污和水汽等带入转子并存积在绕组端部和槽ロ等部位使绝缘电阻值下降。匝间短路故障发生时也常会伴随接地故障发生。发电机在长期运行过程中，由于转子内部受潮、冷却介质泄漏、绝缘老化以及机械 振动等诸多方面的原因，容易造成转子对地绝缘水平的降低进而引发转子接地故障。当转子发生一点接地故障吋，虽然不会对发电机本身造成直接的危害，但若再相继发生两点接地，则将严重威胁发电机的安全。发电机转子一点接地故障是常见的故障形式之一，为了保证电厂的安全生产正常运行，作为继保人员必须掌握转子接地保护的基本原理，熟悉发生转子接地故障的现象和处理方法，全力避免发生转子两点接地故障。1、转子一点接地的危害
发电机转子一点接地故障是常见的故障形式之一，发生一点接地故障时励磁绕组与地之间尚未形成电气回路，转子的励磁电压和流过转子的转子电流受到的影响很小，所以并不对发电机造成危害，此时可通过转移负荷，平稳停机后再检查故障。2、转子两点接地的危害
1)破坏发电机气隙磁场的对称性，使气隙磁场发生畸变，气隙磁通失去平衡，弓I起发电机剧烈振动，使电机损坏、无功出力降低。汽轮发电机励磁回路两点接地还可引起轴系和汽机磁化，后果严重。若装有横差保护，还会引起其误动，因此，转子一点接地保护动作后要将横差保护加上ー个短的延时，防止误动；
2)两点接地造成非短路的绕组电流増大，如果流过转子本体的短路电流大(通常以I500 A为界限)，热效应烧损转子的同时还会使转子发生缓慢变形，造成偏心，加剧振动。另夕卜，还可能损坏其他励磁装置，导致失磁故障，危及发电机和系统的安全。为确保发电机的安全运行，当发电机转子绕组发生一点接地时，应发出信号，运行人员立刻进行处理；若发生两点接地应立即停止发电机的运行。因此，发电机装设转子一点和两点接地保护是非常必要的。现有技术中，通常采用发变组保护装置对发电机进行故障检测和保护的工作。如图2所示，转子2’与定子3’分别电路连接励磁回路I’，励磁回路I’则电路连接发变组保护装置4’，由发变组保护装置4’对发电机进行实时检测和保护。目前，由于发电机价格昂贵，导致在进行对发变组保护装置4’保护调试和培训エ作中，缺乏进行发变组保护装置4’工作模拟的外部连接装置(即发电机)。所以本项目针对现有技术中继电保护装置因为缺乏外部连接装置(价格也比较昂贵)，无法开展发电机转子一点接地和两地接地保护调试和培训工作，设计ー种高精密度的电阻发生器，并加上适宜的外接电路设计来取代外部连接装置，达到相同的培训效果。
发明内容
本发明提供一种继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器及测试方法，采用高精密电阻发生器替代发变组保护装置的外部连接装置，降低发变组保护装置操作的实训成本，同时实现精确输出电阻，并实现数字控制和显示，便于发变组保护装置的保护调试和
培训工作。 为实现上述目的，本发明提供一种继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器，其特点是，该电阻发生器用于替代电机转子电路连接发变组保护装置，进行发变组保护装置的功能检测；
该电阻发生器包含
电阻盒，其通过电阻发生器的输出电路连接外接的发变组保护装置；
微控制器，其电路连接电阻盒，输出电阻控制信号至电阻盒，控制电阻盒输出的电阻；输入模块，其电路连接微控制器，向微控制器输入电阻控制指令，微控制器根据该电阻控制指令输出电阻控制信号；
显示模块，其电路连接微控制器，对微控制器控制电阻盒输出的电阻的数值进行显示。上述的电阻盒包含
电阻网络，其电路连接电阻盒的输出；
继电器，其与电阻网络并联连接，该继电器切换电阻网络，实现电阻精确输出；
微处理器控制线，其电路连接微控制器的输出端并电路连接继电器的输入端，微控制器通过微处理器控制线传输电阻控制信号，控制继电器切换电阻网络。上述的电阻网络包含若干串联连接的电阻；
上述的电阻盒包含若干继电器，若干个继电器分别与电阻网络的电阻一一对应并联连接。上述的电阻网络中各电阻的取值采用ニ进制编码网络方式，该电阻的取值为2n，n大于等于O。一种用于继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器的转子接地保护测试方法，其用于对发变组保护装置进行转子接地保护功能检测，其特点是，该方法包含以下步骤
步骤1、当励磁回路的第一点发生接地后，投入第一刀闸并按下启动开关，调节高精密电阻发生器的电阻输出，使电桥平衡；
步骤2、高精密电阻发生器调整电桥平衡后，合上第二刀闸，将发变组保护装置的转子接地保护投入工作；
步骤3、当励磁回路的第二点发生接地吋，电桥平衡遭到破坏，电流继电器中有电流通过，若电流大于电流继电器的动作电流，发变组保护装置的转子接地保护动作，断开发电机出口断路器。
上述的步骤I之前还包含有测试准备流程，该测试准备流程包含以下步骤
a、实验前确认电机转子绕组的励磁回路已全部断开，并对其验电；
b、测试现场封闭；
C、双重化配置转子接地保护装置，一套转子接地保护装置用于运行，另ー套转子接地保护装置作为冷备用；
d、转子接地保护的测试电路进行接线，并带电空试，检查转子接地保护的测试电路中各实验设备和仪器仪表的工作状态。上述步骤I中调节高精密电阻发生器的电阻输出包含以下步骤
步骤1.1、输入模块输入需要高精密电阻发生器输出的电阻控制指令至微控制器；
步骤1. 2、微控制器接收电阻控制指令，并输出电阻控制信号至电阻盒；
步骤1. 3、电阻盒中继电器根据电阻控制信号控制电阻网络输出电阻；
步骤1. 4、微控制器将其控制电阻盒输出电阻的数值发送至显示模块，显示模块对高精密电阻发生器输出的电阻进行直观显示。本发明继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器及测试方法和现有技术中发变组保护装置的保护调试和培训方法相比，其优点在于，本发明采用高精密电阻发生器替代发变组保护装置的外部连接装置，即替代了价格昂贵的发电机，降低发变组保护装置操作的实训成本；
本发明提供ー种高精密电阻发生器，其采用继电器和电阻网络相结合的设计，通过微控制器控制继电器切换电阻网络，实现电阻的精确输出；
本发明的高精密电阻发生器，设有显示模块和输入模块，实现数字控制和显示，便于发变组保护装置的保护调试和培训工作。
图1为现有技术中发电机的电路模块 图2为现有技术中发变组保护装置与发电机的电路 图3为本发明继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器的电路模块 图4为本发明继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器中电阻盒的电路模块图；图5为本发明继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器中电阻盒的电路原理图；图6为本发明继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器在转子接地保护测试中的电路连接 图7为本发明继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器在转子接地保护测试中的电路连接简化 图8为图7中高精密电阻发生器在转子接地保护测试中的电路连接细化图。
具体实施例方式以下结合附图，进ー步说明本发明的具体实施例。本发明公开ー种继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器，用于在进行发变组保护装置的保护调试和培训工作中替代价格昂贵的发电机，作为继电保护自动化仿真系统的外部连接装置，实现对发变组保护装置对发电机的实时监测和保护功能进行检测和培训。如图3所示，一种继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器包含电阻盒1、微控制器2、输入模块3和显不模块4。电阻盒I通过电阻发生器的输出电路连接外接的发变组保护装置。微控制器2电路连接电阻盒1，输出电阻控制信号至电阻盒1，控制电阻盒I输出的电阻。
输入模块3电路连接微控制器2，该输入模块3向微控制器2输入电阻控制指令，微控制器2根据该电阻控制指令输出电阻控制信号至电阻盒I。显示模块4电路连接微控制器2，微控制器2将控制电阻盒I输出电阻值的数据传输至显示模块4，显示模块4对所述微控制器2控制电阻盒I输出的电阻的数值进行显示。输入模块3采用数字键盘，输入模块3和显示模块4也可以整合采用触摸屏。如图4所示，电阻盒I包含电阻网络13、继电器12、微处理器控制线11。电阻网络13电路连接电阻盒I的输出，井向发变组保护装置输出替代发电机的电阻。继电器12与电阻网络13并联连接，该继电器12切换电阻网络13，实现电阻精确输出。微处理器控制线11电路连接微控制器2的输出端，并电路连接继电器12的输入端，微控制器2通过微处理器控制线11传输电阻控制信号，控制继电器12切换电阻网络13。现在对于电脑市场的可编程电阻芯片在精度和电阻范围上难以达到本发明设计要求，且受到环境的影响因素很大。对此本发明中采用电阻网络形式，来实现电阻的控制输出。本发明中电阻盒I具体设计采用的是继电器12和电阻网络13设计相结合的方式来进行，通过微控制器2来控制继电器12来切换电阻网络13，实现电阻的精确输出。在优选的本实施例中，电阻网络13包含若干串联连接的电阻，同时电阻盒I中设有若干继电器12，该若干个继电器12分别与电阻网络13的电阻一一对应并联连接。电阻网络13中各电阻的取值采用ニ进制编码网络方式实现，该电阻的取值为2n，其中n大于等于O。优选的，本实施例中电阻网络13内个股电阻的阻值随着其连接顺序依次増大，具体为第一个电阻阻值为1、第二个电阻阻值为2、第三个电阻阻值为4，之后依次连接的电阻阻值依次为 8、16、32、64、128、256、512、1024，2048、4096、......、至 1024*1024。如图5所示，具体显示了电阻盒I的电路原理。电阻盒I的整个电路由编码电阻串联组成，通过Dol……至Do20所获取的控制信号来确定哪ー个电阻为有效状态，最終整个电路的输出电阻由Jl端ロ可以看出。如以继电器kl为例，在获得高电平状态时，继电器不工作，则所串联的电阻有效，若为低电平状态则继电器工作，将所控制的电阻短路，在系统看此电阻处于短接状态。例如，想获取1028欧的电阻，则编码Do20……至Dol为00000000010000000100，其中I为获取的高电平电压为+5V，0为0v，此时kll，k3所辖电阻为有效状态，其他电阻处于短接端接状态，所以电路的输出电阻为1024+4为1028欧姆。以下以发变组保护装置对发电机进行转子接地保护测试为例，说明本发明的用于继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器的测试方法。如图6所示，高精密电阻发生器6代替发电机设置在转子接地保护测试电路中，将高精密电阻发生器6与励磁回路7电路连接，励磁回路7电路连接发变组保护装置，接发变组保护装置可以如图6所示进行简化说明，分为耦合単元8和测量单元9，耦合单元8与励磁回路7和高精密电阻发生器6电路连接，测量单元9电路连接耦合单元8，测量单元9还电路连接电压源10，该电压源10向整个系统提供电源。测量单元9通过耦合単元8与高精密电阻发生器6建立连接，并对高精密电阻发生器6进行检測。当要进行转子接地保护测试时，可在高精密电阻发生器6上任取一点或两点进行接地，模拟发电机工作过程中的转子接地故障。本实施例公开了ー种用于继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器的转子接地保护测试方法，在进行转子接地保护测试之前的测试准备流程具体包含以下步骤
a、实验前确认发电机的转子绕组的励磁回路7已全部断开，并对其验电。b、测试现场进行封闭，用围栏或绳子将试验现场围起，并悬挂标示牌。C、由于转子接地保护投入运行后，会影响转子回路对地的回路构成或对地绝缘阻值，因此，有两套转子接地保护装置(双重化配置)吋，只能投入ー套运行，另ー套作为冷备用。所以，双重化配置转子接地保护装置，一套转子接地保护装置用于运行，另ー套转子接地保护装置作为冷备用。d、如图7所示，转子接地保护的测试电路进行接线，高精密电阻发生器6、电阻R’ e、电阻R’ ’ e、第一刀闸S1、第二刀闸S2电路连接成回路，电阻R’ e与R’ ’ e之间连接有大轴Rot，高精密电阻发生器6的一端电路连接至进行整体测试的发变组保护装置。连接完成后，对转子接地保护的测试电路进行带电空试，检查转子接地保护的测试电路中各实验设备和仪器仪表的的工作状态是否正常工作。如图8所示，为图7中转子接地保护的测试电路的细化电路原理图。电阻R’ e、电阻R’’ e、第一刀闸SI和高精密电阻发生器6电路连接成回路。由于高精密电阻发生器6功能为精确输出电阻，在图8中则以ー个滑动变阻器等效表示，其滑动触点分别电路连接启动开关SB和第二刀闸S2。启动开关SB还电路连接有试验仪表。第二刀闸S2电路连接电流继电器KA。在进行转子接地保护测试时，在电阻R’e、电阻R’ ’e上取励磁回路第一点Kl和励磁回路第二点K2，来模拟电机转子的一点接地和两点接地。用于继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器的转子接地保护测试方法包含以下步骤
步骤1、如图8所示，当励磁回路的第一点Kl点发生接地后，投入第一刀闸SI并按下启动开关的按钮SB，调节高精密电阻发生器6的电阻输出，使电桥平衡。根据上述的高精密电阻发生器6，本转子接地保护测试方法中调节电阻输出具体包含以下步骤
步骤1.1、输入模块3输入需要高精密电阻发生器6输出的电阻控制指令至微控制器2。步骤1. 2、微控制器2接收电阻控制指令，并输出电阻控制信号至电阻盒I。
步骤1. 3、电阻盒I中继电器12根据电阻控制信号控制电阻网络13输出电阻。步骤1. 4、微控制器2将其控制电阻盒I输出电阻的数值发送至显示模块4，显示模块4对高精密电阻发生器6输出的电阻进行直观显示。步骤2、通过高精密电阻发生器6调整电桥平衡后，合上第二刀闸S2，将发变组保护装置的转子接地保护投入工作。步骤3、当励磁回路的第二点K2发生接地吋，电桥平衡遭到破坏，电流继电器KA中有电流通过，若电流大于继电器KA的动作电流，则发变组保护装置的转子接地保护动作，断开发电机出口断路器。本实施例中，转子接地保护整定方案如下
转子一点接地保护延时动作于信号或停机。两点接地保护瞬时动作于停机。实际定值一般根据现场经验值和不同原理整定有所不同。一般机组接地电阻高定值可整定为10kW，延时5s ；
接地电阻低定值可整定为lkW 5kW，延时5s ；
对于直接水冷的机组，可整定为lkW 5kW，延时5s。尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
权利要求
1.一种继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器，其特征在于，该电阻发生器用于替代电机转子电路连接发变组保护装置，进行发变组保护装置的功能检测；该电阻发生器包含电阻盒(I )，其通过电阻发生器的输出电路连接外接的发变组保护装置；微控制器(2)，其电路连接所述的电阻盒(1)，输出电阻控制信号至电阻盒(1)，控制所述电阻盒(I)输出的电阻；输入模块(3 )，其电路连接所述微控制器(2 )，向微控制器(2 )输入电阻控制指令，微控制器(2)根据该电阻控制指令输出所述电阻控制信号；显示模块(4 )，其电路连接所述微控制器(2 )，对所述微控制器(2 )控制电阻盒(I)输出的电阻的数值进行显示。
2.如权利要求1所述的继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器，其特征在于， 所述的电阻盒(I)包含电阻网络(13)，其电路连接电阻盒(I)的输出；继电器(12)，其与所述电阻网络(13)并联连接，该继电器(12)切换电阻网络(13)，实现电阻精确输出；微处理器控制线(11)，其电路连接微控制器(2)的输出端并电路连接所述的继电器(12)的输入端，微控制器(2)通过微处理器控制线(11)传输电阻控制信号，控制继电器 (12)切换电阻网络(13)。
3.如权利要求2所述的继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器，其特征在于， 所述的电阻网络(13)包含若干串联连接的电阻；所述的电阻盒(I)包含若干继电器(12)，若干个继电器(12)分别与电阻网络(13)的电阻一一对应并联连接。
4.如权利要求3所述的继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器，其特征在于， 所述的电阻网络(13)中各电阻的取值采用二进制编码网络方式，该电阻的取值为2η，η大于等于O。
5.一种用于继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器的转子接地保护测试方法，其用于对发变组保护装置进行转子接地保护功能检测，其特征在于，该方法包含以下步骤步骤1、当励磁回路的第一点(Kl)发生接地后，投入第一刀闸(SI)并按下启动开关 (SB)，调节高精密电阻发生器(6)的电阻输出，使电桥平衡；步骤2、高精密电阻发生器(6)调整电桥平衡后，合上第二刀闸(S2)，将发变组保护装置的转子接地保护投入工作；步骤3、当励磁回路的第二点(Κ2)发生接地时，电桥平衡遭到破坏，电流继电器(KA)中有电流通过，若电流大于电流继电器(KA)的动作电流，发变组保护装置的转子接地保护动作，断开发电机出口断路器。
6.如权利要求5所述的用于继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器的转子接地保护测试方法，其特征在于，所述的步骤I之前还包含有测试准备流程，该测试准备流程包含以下步骤a、实验前确认电机转子绕组的励磁回路已全部断开，并对其验电；b、测试现场封闭；C、双重化配置转子接地保护装置，一套转子接地保护装置用于运行，另一套转子接地保护装置作为冷备用；d、转子接地保护的测试电路进行接线，并带电空试，检查转子接地保护的测试电路中各实验设备和仪器仪表的工作状态。
7.如权利要求5所述的用于继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器的转子接地保护测试方法，其特征在于，所述步骤I中调节高精密电阻发生器(6)的电阻输出包含以下步骤步骤1.1、输入模块(3)输入需要高精密电阻发生器(6)输出的电阻控制指令至微控制器⑵；步骤1. 2、微控制器(2)接收电阻控制指令，并输出电阻控制信号至电阻盒(I)；步骤1. 3、电阻盒(I)中继电器(12)根据电阻控制信号控制电阻网络(13)输出电阻； 步骤1. 4、微控制器(2)将其控制电阻盒(I)输出电阻的数值发送至显示模块(4)，显示模块(4)对高精密电阻发生器(6)输出的电阻进行直观显示。
全文摘要
本发明公开一种继电保护自动化仿真系统的高精密电阻发生器，用于替代电机转子进行发变组保护装置的功能检测；其包含电阻盒，其通过电阻发生器的输出电路连接发变组保护装置；微控制器，其电路连接电阻盒，输出电阻控制信号至电阻盒，控制电阻盒输出的电阻；输入模块，其电路连接微控制器，向微控制器输入电阻控制指令，微控制器根据电阻控制指令输出电阻控制信号；显示模块，其电路连接微控制器，显示微控制器控制电阻盒输出的电阻的数值。本发明采用高精密电阻发生器替代价格昂贵的发电机，降低发变组保护装置操作的实训成本；电阻发生器采用继电器和电阻网络相结合的设计，通过微控制器控制继电器切换电阻网络，实现电阻的精确输出。
文档编号G09B23/18GK103021236SQ20121041980
公开日2013年4月3日 申请日期2012年10月29日 优先权日2012年10月29日
发明者吕政权, 彭勇, 俞国勤, 高蕾, 许燕, 朱耀明, 郝琳娜, 王丽芳, 汪福强 申请人:上海市电力公司, 国家电网公司