检测大轴接地碳刷接触不良的设备的制作方法

本实用新型涉及电力技术领域，具体地，涉及一种检测大轴接地碳刷接触不良设备。

背景技术：

当今转子一点接地保护根据原理的不同可分为非注入式保护和注入式保护二大类。非注入式保护依靠励磁绕组本身的电压或电流量作为保护判据的基本参量；注入式保护则需要外加辅助电源，由该辅助电源把计算保护判据用的电压量或电流量注入转子，以此作为保护计算的基本参量。

注入式保护主要以国内方波注入式和国外的交流注入式为代表，各个制造厂家都有相应的产品。方波注入式原理主要是利用一个可产生正负方波的电源在发电机转子绕组与大轴回路之间注入。根据正负方波两个状态，分别联立基尔霍夫电压方程，从而计算得到转子接地电阻和位置。交流注入式分为惠斯通电桥注入式和普通交流注入式。其区别是前者通过一个与发电机转子绕组与大轴之间分布电容值相同的一个电容与转子绕组与大轴回路构成惠斯通电桥的两个桥臂，根据桥的不平衡程度来判断转子绕组绝缘下降的程度。后者原理是交流电源直接通过电阻、电容注入转子绕组回路，根据电流、电压的幅值和相位来确定绝缘水平。这三种转子接地保护理论上都能较好的检测转子绕组绝缘，但实际上因为大轴接地碳刷接触电阻的存在，以及其引起的轴电压变化影响，保护测量值往往会过大或过小，保护会拒动或误动。

目前国内外各大厂商的产品均无法判别大轴碳刷接触不良的情况，一旦发生大轴接地碳刷接触不良，保护的误动可能性较高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种检测大轴接地碳刷接触不良的设备，其可有效判别大轴碳刷接触不良的情况。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种用于检测大轴接地碳刷接触不良的设备，该设备包括：注入电源，用于向惠斯通电桥输入电压，该惠斯通电桥以注入电阻R1、注入电阻R2、电容Cr以及电容Cx作为四个臂，其中电容Cr包含转子绕组与大轴接地碳刷之间的分布电容及注入回路附加电容，该电容Cr的电容值为转子绕组与大轴接地碳刷之间的分布电容及注入回路附加电容之和的等效值，电容Cx具有与所述电容Cr相同的电容值，注入电阻R1及注入电阻R2的阻值相同；电压测量装置，用于测量电压U_CB及电压U_DB,其中U_CB表示电容Cr两端的电压，U_DB表示电容Cx两端的电压；以及处理器，用于在所述电压U_CB大于所述电压U_DB且两者之差大于一预设值时，确定所述大轴接地碳刷接触不良。

其中，所述处理器还用于在所述U_CB小于所述电压U_DB且两者之差大于一预设值时，确定转子绕组绝缘性降低，并执行保护操作。

其中，所述处理器用于：在|U_DB|-|U_CB|＞U_setting1时，执行报警操作；以及在|U_DB|-|U_CB|＞U_setting2时，执行保护操作，其中，U_setting1＜U_setting2。

其中，所述电压测量装置还用于测量电压U_CD，其中该U_CD表示所述惠斯通电桥的灵敏电压；所述处理器用于在U_CD>U_START的情况下，执行保护启动操作，并控制所述电压测量装置执行上述电压U_CB及电压U_DB的测量操作以及所述大轴接地碳刷接触不良或转子绕组绝缘性降低的判定操作。

其中，所述处理器在确定所述大轴接地碳刷接触不良之后，执行报警操作，并锁闭所述保护操作。

其中，所述注入电源的频率不是6的整数倍。

通过上述技术方案，可区分大轴接地碳刷接触不良的情况，以此来闭锁 跳闸并发报警，可以大大降低保护的误动可能性。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型一实施例提供的用于检测大轴接地碳刷接触不良的设备的电路图；

图2为图1所示电路在发生转子一点接地情况下的等效电路图；以及

图3为图1所示电路在发生大轴接地碳刷接触不良情况下的等效电路图；以及

图4为本实用新型提供的用于检测大轴接地碳刷接触不良的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

图1为本实用新型一实施例提供的用于检测大轴接地碳刷接触不良的设备的电路图。如图1所示，本实用新型提供了一种用于检测大轴接地碳刷接触不良的设备，该设备包括：注入电源Us(其可为高频注入电源)，用于向惠斯通电桥输入电压，该惠斯通电桥以注入电阻R1、注入电阻R2、电容Cr以及电容Cx(该电容Cx的电容值是可调的，以与电容Cr的电容值相 等)作为四个臂，其中电容Cr包含转子绕组与大轴接地碳刷之间的分布电容(正常时转子绕组与大轴的绝缘良好，理论分析时可认为无穷，因为转子绕组与大轴间有分布电容存在，因此两者之间的回路呈现容性)及注入回路附加电容，该电容Cr的电容值为转子绕组与大轴接地碳刷之间的分布电容及注入回路附加电容之和的等效值，电容Cx具有与所述电容Cr相同的电容值，注入电阻R1及注入电阻R2的阻值相同(两者阻值之差不应超过0.5％)；电压测量装置(图中未示出)，用于测量电压U_CB及电压U_DB,其中U_CB表示电容Cr两端的电压，U_DB表示电容Cx两端的电压；以及处理器(图中未示出)，用于在所述电压U_CB大于所述电压U_DB且两者之差大于一预设值时，确定所述大轴接地碳刷接触不良。

优选地，本实用新型的交流注入电源不使用50Hz工频电源(因为50Hz工频电源易受轴电压干扰，会加剧电桥不平衡)，而使用100Hz高频电源，因为整流励磁回路有很大的6次谐波分量，所以需避免使用6Nfn频率的电源。

本实用新型的上述电路是基于惠斯通电桥的改进型，利用转子绕组与大轴碳刷电阻变化引起的电压相位不同来区分两种情况，从而实现大轴接地碳刷接触不良检测功能。正常情况下，因为桥臂间阻抗大致相等，整个电桥处于平衡状态，测量端电压U_CD(即，所述惠斯通电桥的灵敏电压)很小。当发生转子一点接地，转子绕组与大轴间的等效阻抗会变小，相当于并联了一个接地电阻Rg，最直接的反应就是惠斯通电桥失去平衡，测量端电压U_CD会随着接地电阻的变小而显著增大(如图2所示)。因为转子绕组发生接地，该桥臂的等效阻抗减小，反映到电桥中，就是U_CD不等于0，且U_CB的幅值小于U_DB的幅值。当转子绝缘良好，而大轴接地碳刷接触不良时，转子回路相当于串联了一个变化的接触电阻Rz，该桥臂的阻抗会增大，反映到电桥中，也是U_CD不为0，U_CB的幅值大于U_DB(如图3所示)。

本实用新型可根据上述电压测量结果，建立了一套全新的保护动作逻辑。具体而言，如图4所示：

在U_CD>U_START的情况下，执行保护启动操作；

在|U_DB|-|U_CB|＞U_setting的情况下，执行保护操作(例如，执行跳闸操作)；其中，该U_setting可设置为两段式，I段作用于报警，II段作用于保护操作。例如，在|U_DB|-|U_CB|＞U_setting1时，执行报警操作；以及在|U_DB|-|U_CB|＞U_setting2时，执行保护操作。

在|U_CB|-|U_DB|＞U_alarm的情况下，执行报警操作，并锁闭保护操作。

以下介绍本实用新型的具体操作过程：

首先由注入电源产生一个频率100Hz幅值40V的交流电压源，注入电桥的A、B端(其中，使用100Hz频率交流电可以避免转子轴电压和整流谐波电压的干扰，使测量值更为准确)。当发电机达到同步转速，升压至空载额定时，调节可调电容Cx，使U_CB约等于U_DB，U_CD约为0。接下来，电桥灵敏电压U_CD作为保护起动量，一旦发生大轴接触不良或者转子绝缘变化，均会破坏电桥平衡，U_CD将大大高于U_START，保护能可靠起动。如果发生的是转子绝缘降低，其结果必然是U_DB幅值大于U_CB的幅值，通过整定合适的U_setting可以使保护可靠动作，在时，执行报警操作；以及在|U_DB|-|U_CB|＞U_setting2时，执行保护操作。若发生的是大轴接地碳刷接地不良，则必然是U_CB幅值大于U_DB幅值，通过整定合适的U_alarm使保护发出告警，提醒运行人员大轴碳刷接触不良，并闭锁保护出口。本实用新型通过比较电压幅值的大小来实现保护逻辑通常是简单可靠的，避免了比较电压相位变化在准确性、抗干扰性和可实现性方面带来的新问题。

相应的，如图4所示，本实用新型还提供了一种用于检测大轴接地碳刷接触不良的方法，该方法包括：向惠斯通电桥输入电压，该惠斯通电桥以注 入电阻R1、注入电阻R2、电容Cr以及电容Cx作为四个臂，其中电容Cr包含转子绕组与大轴接地碳刷之间的分布电容及注入回路附加电容，该电容Cr的电容值为转子绕组与大轴接地碳刷之间的分布电容及注入回路附加电容之和的等效值，电容Cx具有与所述电容Cr相同的电容值，注入电阻R1及注入电阻R2的阻值相同；测量电压U_CB及电压U_DB,其中U_CB表示电容Cr两端的电压，U_DB表示电容Cx两端的电压；以及在所述电压U_CB大于所述电压U_DB且两者之差大于一预设值时，确定所述大轴接地碳刷接触不良。有关该方法的具体细节及益处，可参阅上述有关检测大轴接地碳刷接触不良的设备的描述，于此不再赘述。

相比于现有技术中无法区分大轴碳刷接触不良的异常工况，本实用新型可及时发现大轴接地碳刷接触不良的故障，为现场工作人员及时消除隐患提供必要的信息，从很大程度上降低了碳刷接触不良影响保护动作准确性这一重大难题，使得发电机转子接地保护正真杜绝误动。由于保护构成简单、判据清晰、明确，本实用新型具有可靠性高，误动率低，因此有很好的应用价值。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。