防止发电机出口电压互感器匝间短路误跳机的装置及方法与流程

本发明属于发电机继电保护技术领域，尤其涉及一种防止发电机出口电压互感器匝间短路误跳机的装置及方法，可用于防止装设于发电机出口的电压互感器在发生匝间短路故障引起发电机误跳机。

背景技术：

为了实时测量发电机电压，满足监视、控制和保护的需要，发电机组的定子绕组输出端均装设了出口电压互感器。

目前大多数发电机主要采用的是环氧浇注式电压互感器。环氧浇注式电压互感器由于设计、制造工艺等原因，其绝缘内部有可能存在一定的气隙，并在运行电压作用下，产生局部放电。随着局部放电的长期作用和发展，其匝间绝缘有可能逐渐损坏，形成匝间短路，特别是一次侧绕组的故障几率更高。

发电机出口电压互感器发生匝间短路后，一方面会由于其内部发热引起起火或者爆炸，由于发电机出口都装设有熔断器，依靠熔断器的反时限保护特性，其匝间短路引起的互感器起火和爆炸可以得到有效防止。另一方面，发电机出口电压互感器匝间短路会引起发电机电压测量方面的偏差，在发电机出口电压互感器二次侧开口三角形接线的两端出现零序电压，发电机定子接地保护采集该零序电压作为保护动作判据，当零序电压大于保护设定值时定子接地保护动作，保护装置发出跳闸指令，机组断路器跳闸，从而导致数百万元的经济损失和一定程度下的环境污染。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种防止发电机出口电压互感器匝间短路误跳机的装置及方法，可用于防止装设于发电机出口的电压互感器在发生匝间短路故障时引起发电机误跳机。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

技术方案一：

一种防止发电机出口电压互感器匝间短路误跳机的装置，发电机出口设置有三相电压的三个输出端，所述装置包括：报警单元以及相对应的三个单相电压互感器、三个熔断器、三个电流传感器和三个中间继电器；其中，每个中间继电器至少具有一个常开触点和一个常闭触点；

其中，每个单相电压互感器至少包含一次侧绕组和二次侧绕组，且三个单相电压互感器的二次侧绕组为开口三角形连接；并且三相电压的三个输出端与三个单相电压互感器的高压端之间分别对应串接所述三个熔断器，三个单相电压互感器的低压端与星形中性点之间分别对应串接所述三个电流传感器；

每个电流传感器的信号输出端连接一个对应中间继电器的驱动端，且三个中间继电器分别对应的三个常闭触点串接在一起形成串联支路，所述串联支路的两个端子分别记为a1端和a2端；三个中间继电器分别对应的三个常开触点并接在一起形成并联支路，所述并联支路的两个端子分别记为b1端和b2端；

所述并联支路的b1端和b2端分别对应连接用于电压互感器匝间短路报警的报警单元的两个报警信号触发端子；

所述三个单相电压互感器的二次侧绕组的开口三角输出端连接有一个零序电压继电器的驱动端，且所述零序电压继电器的一个常开触点的一端连接所述串联支路的a1端，该常开触点的另一端连接发电机的断路器的一个断开启动端子；发电机的断路器的另一个断开启动端子连接所述串联支路的a2端。

本发明技术方案的特点和进一步的改进为：

(1)当所述三个单相电压互感器为分级绝缘电压互感器时，所述三个单相电压互感器对应的三个一次侧绕组的星形中性点共同接地。

(2)当所述三个单相电压互感器为全绝缘电压互感器时，所述三个单相电压互感器对应的三个一次侧绕组的星形中性点悬空，所述每个电流传感器的信号输出端通过光纤单元连接其对应中间继电器的驱动端。

(3)所述光纤单元包含发送端光电转换器、光纤线缆以及接收端光电转换器。

(4)当所述三个单相电压互感器为全绝缘电压互感器时，所述三个单相电压互感器对应的三个一次侧绕组的星形中性点悬空，所述每个电流传感器的信号输出端通过无线传输单元连接其对应中间继电器的驱动端。

(5)所述无线传输单元包含无线发射器和无线接收器。

技术方案二：

一种防止发电机出口电压互感器匝间短路误跳机的方法，所述方法应用于技术方案一所述的装置中，所述方法包括：

当任一个单相电压互感器的一次侧绕组匝间短路，对应的电流传感器检测的输出电流值大于整定电流时；

所述电流传感器的输出电流控制对应的中间继电器动作，使对应的中间继电器的常闭触点断开、常开触点闭合；

其中，所述中间继电器的常闭触点断开用于阻止发电机定子接地保护单元的误跳机，所述发电机定子接地保护单元由三个单相电压互感器的二次侧绕组、零序电压继电器以及发电机的断路器组成；所述中间继电器的常开触点闭合用于触发报警单元进行电压互感器匝间短路报警。

本发明技术方案在当发电机出口电压互感器发生匝间短路时，闭锁定子接地保护单元，从而依靠其一次侧熔断器熔断对其进行有效隔离，避免机组误跳，并且在一次侧熔断器熔断后解除对发电机定子绕组接地保护的闭锁，熔断器熔断后，发电机的各种保护功能，依靠其电压互感器断线闭锁功能防止误动。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种防止发电机出口分级绝缘电压互感器匝间短路误跳机的装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种防止发电机出口全绝缘电压互感器匝间短路误跳机的装置的结构示意图；

标号1表示发电机，标号2表示熔断器a，标号3表示熔断器b，标号4表示熔断器c，标号5表示a相电压互感器的一次侧绕组，标号6表示b相电压互感器的一次侧绕组，标号7表示c相电压互感器的一次侧绕组，标号8表示与a相电压互感器的一次侧绕组连接的电流传感器，标号9表示与b相电压互感器的一次侧绕组连接的电流传感器，标号10表示与c相电压互感器的一次侧绕组连接的电流互感器，标号11表示第一个中间继电器，标号12表示第二个中间继电器，标号13表示第三个中间继电器，标号14表示第三个中间继电器的常闭触点，标号15表示第二个中间继电器的常闭触点，标号16表示第一个中间继电器的常闭触点，标号17表示第三个中间继电器的常开触点，标号18表示第二个中间继电器的常开触点，标号19表示第一个中间继电器的常开触点，标号20表示报警单元，标号21表示零序电压继电器，标号22表示发电机的断路器，表示23表示三个单相电压互感器的二次侧绕组。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

发电机出口电压互感器主要分为两种，一种是一次侧绕组三相中性点不接地的电压互感器，当发生单相接地时，其中性点对地电压上升为相电压，因此，其整个一次绕组对地必须能够承受相电压，所以称之为全绝缘互感器。另一种是一次侧绕组三相中性点直接接地的电压互感器，由于其高压绕组首端接在每相高电压处，尾端接地，绕组所处匝数不同、对地承受电压不同，所以称之为分级绝缘互感器。

当电压互感器绕组发生匝间短路时，由于短路匝的去磁作用，电压互感器的激磁电流急剧增大，使得其激磁绕组电流远大于其正常工作电流。因此，可以通过检测电压互感器激磁绕组的电流来判断电压互感器是否发生匝间短路。

发电机出口电压互感器是依靠一次侧绕组激磁的，对分级绝缘电压互感器可以在其一次侧绕组接地端加装电流传感器，测量其电流。

本发明实施例提供一种防止发电机出口电压互感器匝间短路误跳机的装置(本实施例适用于分级绝缘电压互感器)，发电机出口设置有三相电压的三个输出端，如图1所示，所述装置包括：报警单元以及相对应的三个单相电压互感器、三个熔断器、三个电流传感器和三个中间继电器；其中，每个中间继电器至少具有一个常开触点和一个常闭触点；

其中，每个单相电压互感器至少包含一次侧绕组和二次侧绕组，且三个单相电压互感器的二次侧绕组为开口三角形连接；并且三相电压的三个输出端与三个单相电压互感器的高压端之间分别对应串接所述三个熔断器，三个单相电压互感器的低压端与星形中性点之间分别对应串接所述三个电流传感器；且所述三个单相电压互感器对应的三个一次侧绕组的星形中性点共同接地。

每个电流传感器的信号输出端连接一个对应中间继电器的驱动端，且三个中间继电器分别对应的三个常闭触点串接在一起形成串联支路，所述串联支路的两个端子分别记为a1端和a2端；三个中间继电器分别对应的三个常开触点并接在一起形成并联支路，所述并联支路的两个端子分别记为b1端和b2端；

所述并联支路的b1端和b2端分别对应连接用于电压互感器匝间短路报警的报警单元的两个报警信号触发端子；

所述三个单相电压互感器的二次侧绕组的开口三角输出端连接有一个零序电压继电器的驱动端，且所述零序电压继电器的一个常开触点的一端连接所述串联支路的a1端，该常开触点的另一端连接发电机的断路器的一个断开启动端子；发电机的断路器的另一个断开启动端子连接所述串联支路的a2端。

本发明实施例提供一种防止发电机出口电压互感器匝间短路误跳机的装置(本实施例适用于全绝缘电压互感器)，发电机出口设置有三相电压的三个输出端，如图2所示，所述装置包括：报警单元以及相对应的三个单相电压互感器、三个熔断器、三个电流传感器和三个中间继电器；其中，每个中间继电器至少具有一个常开触点和一个常闭触点；

其中，每个单相电压互感器至少包含一次侧绕组和二次侧绕组，且三个单相电压互感器的二次侧绕组为开口三角形连接；并且三相电压的三个输出端与三个单相电压互感器的高压端之间分别对应串接所述三个熔断器，三个单相电压互感器的低压端与星形中性点之间分别对应串接所述三个电流传感器；且所述三个单相电压互感器对应的三个一次侧绕组的星形中性点悬空，所述每个电流传感器的信号输出端通过光纤单元连接其对应中间继电器的驱动端。

具体的，所述光纤单元包含发送端光电转换器、光纤线缆以及接收端光电转换器。

每个电流传感器的信号输出端连接一个对应中间继电器的驱动端，且三个中间继电器分别对应的三个常闭触点串接在一起形成串联支路，所述串联支路的两个端子分别记为a1端和a2端；三个中间继电器分别对应的三个常开触点并接在一起形成并联支路，所述并联支路的两个端子分别记为b1端和b2端；

所述并联支路的b1端和b2端分别对应连接用于电压互感器匝间短路报警的报警单元的两个报警信号触发端子；

所述三个单相电压互感器的二次侧绕组的开口三角输出端连接有一个零序电压继电器的驱动端，且所述零序电压继电器的一个常开触点的一端连接所述串联支路的a1端，该常开触点的另一端连接发电机的断路器的一个断开启动端子；发电机的断路器的另一个断开启动端子连接所述串联支路的a2端。

由于全绝缘互感器的一次侧绕组三相中性点不接地，当发生单相接地时，其中性点对地电压上升为相电压，因此，其整个一次绕组对地必须能够承受相电压，存在对电流传感器的绝缘问题，因此通过光纤进行隔离，保护人员以及设备以及安全。

本发明实施例提供一种防止发电机出口电压互感器匝间短路误跳机的装置(本实施例适用于全绝缘电压互感器)，发电机出口设置有三相电压的三个输出端，如图2所示，所述装置包括：报警单元以及相对应的三个单相电压互感器、三个熔断器、三个电流传感器和三个中间继电器；其中，每个中间继电器至少具有一个常开触点和一个常闭触点；

其中，每个单相电压互感器至少包含一次侧绕组和二次侧绕组，且三个单相电压互感器的二次侧绕组为开口三角形连接；并且三相电压的三个输出端与三个单相电压互感器的高压端之间分别对应串接所述三个熔断器，三个单相电压互感器的低压端与星形中性点之间分别对应串接所述三个电流传感器；所述三个单相电压互感器对应的三个一次侧绕组的星形中性点悬空，所述每个电流传感器的信号输出端通过无线传输单元连接其对应中间继电器的驱动端。

具体的，所述无线传输单元包含无线发射器和无线接收器。

每个电流传感器的信号输出端连接一个对应中间继电器的驱动端，且三个中间继电器分别对应的三个常闭触点串接在一起形成串联支路，所述串联支路的两个端子分别记为a1端和a2端；三个中间继电器分别对应的三个常开触点并接在一起形成并联支路，所述并联支路的两个端子分别记为b1端和b2端；

所述并联支路的b1端和b2端分别对应连接用于电压互感器匝间短路报警的报警单元的两个报警信号触发端子；

所述三个单相电压互感器的二次侧绕组的开口三角输出端连接有一个零序电压继电器的驱动端，且所述零序电压继电器的一个常开触点的一端连接所述串联支路的a1端，该常开触点的另一端连接发电机的断路器的一个断开启动端子；发电机的断路器的另一个断开启动端子连接所述串联支路的a2端。

由于全绝缘互感器的一次侧绕组三相中性点不接地，当发生单相接地时，其中性点对地电压上升为相电压，因此，其整个一次绕组对地必须能够承受相电压，存在对电流传感器的绝缘问题，因此通过无线传输进行隔离，保护人员以及设备以及安全。

进一步的，本发明实施例提供的一种防止发电机出口电压互感器匝间短路误跳机的方法，其工作原理为：当任一个单相电压互感器的一次侧绕组匝间短路，对应的电流传感器检测的输出电流值大于整定电流时；所述电流传感器的输出电流控制对应的中间继电器动作，使对应的中间继电器的常闭触点断开、常开触点闭合；其中，所述中间继电器的常闭触点断开用于阻止发电机定子接地保护单元的误跳机，所述发电机定子接地保护单元由三个单相电压互感器的二次侧绕组、零序电压继电器以及发电机的断路器组成；所述中间继电器的常开触点闭合用于触发报警单元进行电压互感器匝间短路报警。

本发明实施例提供的一种防止发电机出口电压互感器匝间短路误跳机的装置及方法，通过在发电机出口电压互感器一次侧绕组与其接地点之间加装电流传感器，中间继电器将控制端接收到的电流与设定值比较，当三相中任意一相电流超过设定值后，闭锁定子接地保护单元，并发出报警信号，当一次侧熔断器熔断后，常闭触点闭合，解除对发电机定子接地保护单元的闭锁，熔断器熔断后，发电机的各种保护，依靠其电压互感器断线闭锁功能防止误动。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。