异步化超高压同步发电机失磁检测系统的制作方法

本实用新型涉及异步化超高压同步发电机技术领域，尤其涉及一种异步化超高压同步发电机失磁检测系统。

背景技术：

异步化超高压同步发电机是将异步化同步发电机与超高压同步发电机相结合的新型发电机，其同时具备二者的优点，不但能够提高输出电压，而且具有良好的调节特性。

发电机失磁故障会导致电机局部过热、系统元件过电流、甚至会使电力系统发生崩溃现象，严重威胁大型发电机组的安全稳定运行，异步化超高压同步发电机作为性能优异的新型发电机，对其进行失磁检测、及时做出保护是极为必要的。目前，国内还没有对异步化超高同步发电机的失磁保护进行相关研究。

技术实现要素：

在下文中给出了关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本实用新型的目的在于提出一种简单、高效的失磁检测系统，当异步化超高压同步发电机发生失磁故障时，能够快速检测和判断，并及时做出保护措施。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种异步化超高压同步发电机失磁检测系统，异步化超高压同步发电机失磁检测系统包括失磁保护检测单元和失磁保护动作单元，其中，失磁保护检测单元包括测功机、电压互感器、调理电路和DSP；测功机用于接收电机的转矩信号和电压信号，测功机的信号输出端连接DSP的第一输入端；电压互感器用于接收电机转子的电压信号，电压互感器的信号输出端连接调理电路的信号输入端，调理电路的信号输出端连接DSP的第二输入端；DSP的输出端作为失磁保护检测单元的输出端，以连接失磁保护动作单元的信号输入端。

进一步地，测功机检测发电机信号，并及时传送给DSP；电压互感器用于将异步化超高压同步发电机电压信号进行降压操作。

进一步地，失磁保护检测单元的电压采样电路包括第七电阻、第六电阻、电压互感器、第二二极管、第三二极管、第一电阻、第十一电容、放大器、第三电阻、第十三电容、第一二极管和第四二极管；其中，第一电阻为滑动变阻器；其中，第七电阻的一端和第六电阻的一端作为UA端，第七电阻的另一端和第六电阻的另一端连接电压互感器的一次侧，电压互感器的二次侧并联连接有反向的第二二极管和第三二极管，放大器连接于电压互感器的二次侧；在放大器的负向输入端和输出端之间并联连接有第十一电容和第一电阻；第二二极管的负极、第三二极管的正极以及放大器的正向输入端均接地；放大器的输出端连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接第十三电容后接地；第三电阻的另一端作为Ua端；第一二极管和第四二极管串联连接于电源电压与地之间，其中，第一二极管的负极连接电源电压，而第四二极管的正极接地；其中，UA端是转子电压输入端，用于接入发电机转子电压；Ua端是电压信号输出端。

进一步地，失磁保护动作单元包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第五二极管、继电器、三极管和开关；其中，第八电阻的一端和第九电阻的一端均连接电源电压，第九电阻的另一端和第十电阻的一端相连接后引出一端作为输入输出端子，第十电阻的另一端连接至三极管的基极；第八电阻的另一端连接第五二极管的负极，第五二极管的正极连接三极管的集电极，三极管的发射极接地；继电器并联于第五二极管两端，开关用于连接并控制继电器。

本实用新型的异步化超高压同步发电机失磁检测系统，通过失磁保护检测单元、失磁保护动作单元。所述失磁保护检测单元包括测功机、电压互感器、调理电路和DSP。测功机检测发电机信号，并及时传送给DSP。本系统采用电压互感器将异步化超高压同步发电机电压信号进行降压操作。通过调节滑动变阻器R1来改变比例运算的比例系数，实现输出电压的调节。输出采用RC滤波和二极管钳位的方式输出。R3、C13起到滤波作用，滤除掉高次谐波保留基波提高采样精度。钳位保护使输出电压钳位到0～VCC。DSP输出端通过导线连接失磁保护动作单元。I/O串行口的高低电频用来控制继电器的闭合，I/O口输出高电频时：三极管9013工作于饱和状态，即在这里作为开关作用，此时继电器工作(继电器由常闭转变为常开)。I/O口输出低电频时：三极管截止，继电器此时相当于断路，开关置于常闭。

本实用新型与现有技术相比具有以下效果：

(1)转子电压直接引入失磁保护检测单元，避免过电压对失磁保护动作单元的危害。提高了系统的稳定性；

(2)所述检测方法并不表示发电机已经超越静稳极限，动作迅速是该判据的最大优点,使得保护能提早发出报警信号,以便采取措施；

(3)本系统成本低、可靠性高、提高了保护的速动性；

(4)主辅判据相结合，提高准确性，防止发生勿动；

(5)国内还没有对异步化超高压同步发电机失磁保护进行相关研究，本实用新型可以很好的对异步化超高压同步发电机失磁进行检测和保护。

通过以下结合附图对本实用新型的最佳实施例的详细说明，本实用新型的这些以及其他优点将更加明显。

附图说明

本实用新型可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本实用新型的优选实施例和解释本实用新型的原理和优点。在附图中：

图1为本实用新型的异步化超高压同步发电机失磁检测系统的结构示意图；

图2为本实用新型的电压采样电路结构图；

图3为本实用新型的失磁保护动作单元的电路结构图。

本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的，而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了，以便有助于提高对本实用新型实施例的理解。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本实用新型的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

本实用新型的实施例提供了一种异步化超高压同步发电机失磁检测系统，异步化超高压同步发电机失磁检测系统包括失磁保护检测单元和失磁保护动作单元，其中，失磁保护检测单元包括测功机、电压互感器、调理电路和DSP；测功机用于接收电机的转矩信号和电压信号，测功机的信号输出端连接DSP的第一输入端；电压互感器用于接收电机转子的电压信号，电压互感器的信号输出端连接调理电路的信号输入端，调理电路的信号输出端连接DSP的第二输入端；DSP的输出端作为失磁保护检测单元的输出端，以连接失磁保护动作单元的信号输入端。

如图1所示，异步化超高压同步发电机失磁检测系统包括失磁保护检测单元1和失磁保护动作单元2，其中，失磁保护检测单元1包括测功机11、电压互感器12、调理电路13和DSP14。

测功机11用于接收电机的转矩信号和电压信号，测功机11的信号输出端连接DSP14的第一输入端。

电压互感器12用于接收电机转子的电压信号，电压互感器12的信号输出端连接调理电路13的信号输入端，调理电路13的信号输出端连接DSP14的第二输入端。

DSP14的输出端作为失磁保护检测单元1的输出端，以连接失磁保护动作单元2的信号输入端。

根据一个实现方式，测功机11检测发电机信号，并及时传送给DSP14。电压互感器12用于将异步化超高压同步发电机电压信号进行降压操作。

根据一个实现方式，如图2所示，失磁保护检测单元1的电压采样电路包括第七电阻R7、第六电阻R6、电压互感器12(该电压互感器的型号例如为SPT204A)、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电阻R1、第十一电容C11、放大器OP07 2(该放大器的型号为OP07 2)、第三电阻R3、第十三电容C13、第一二极管D1和第四二极管D4；其中，第一电阻R1为滑动变阻器。其中，电压采样电路包括电压互感器12和调理电路13。在图2所示的电压采样电路中，图2中除电压互感器12之外的部分则可作为调理电路13的示例(即，调理电路13包括第七电阻R7、第六电阻R6、第二二极管D2、第三二极管D3、第一电阻R1、第十一电容C11、放大器OP07 2、第三电阻R3、第十三电容C13、第一二极管D1和第四二极管D4)。本实现方式的电压采样电路，利用具有图2所示结构的电压互感器12和调理电路13，可以实现较好的滤波效果，能够提高采样精度。

其中，第七电阻R7的一端和第六电阻R6的一端作为UA端，第七电阻R7的另一端和第六电阻R6的另一端连接电压互感器12的一次侧，电压互感器12的二次侧并联连接有反向的第二二极管D2和第三二极管D3，放大器OP07 2连接于电压互感器12的二次侧；在放大器OP07 2的负向输入端和输出端之间并联连接有第十一电容C11和第一电阻R1；第二二极管D2的负极、第三二极管D3的正极以及放大器OP07 2的正向输入端均接地。其中，UA端是转子电压输入端，用于接入发电机转子电压。

放大器OP07 2的输出端连接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端连接第十三电容C13后接地；第三电阻R3的另一端作为Ua端。其中，Ua端是电压信号输出端。

第一二极管D1和第四二极管D4串联连接于电源电压VCC与地之间，其中，第一二极管D1的负极连接电源电压VCC，而第四二极管D4的正极接地。

根据另一个实现方式，如图3所示，失磁保护动作单元包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第五二极管D5、继电器RL1、三极管9013和开关S；其中，第八电阻R8的一端和第九电阻R9的一端均连接电源电压VCC，第九电阻R9的另一端和第十电阻R10的一端相连接后引出一端作为输入输出端子I/O，第十电阻R10的另一端连接至三极管9013的基极；第八电阻R8的另一端连接第五二极管D5的负极，第五二极管D5的正极连接三极管9013的集电极，三极管9013的发射极接地；继电器RL1并联于第五二极管D5两端，开关S用于连接并控制继电器RL1。

此外，本实用新型的异步化超高压同步发电机失磁检测系统可以按照如下步骤执行失磁检测过程：

(1)对转子电压进行检测，当转子电压突然减小超过预定范围时，执行以下步骤。

(2)通过测功机会得到异步化超高压同步电机各相电压，若各相电压与电机空载反电动势标定数据之差小于预设值，则未失磁；若大于预设值，继续执行以下步骤。

(3)测量励磁电压，若励磁电压大于预设值，则未失磁；若小于预设值，继续执行以下步骤。

(4)取系统内一个最大振荡周期T，观察无功功率变化情况。若无功功率由负变正，则为系统振荡；若无功功率变为负值，并始终为负值，则系统发生失磁故障。

(5)将失磁故障信号以开关量形式传输到失磁保护动作单元，进行警报和跳闸。

步骤(2)所述预设值为电机空载反电动势10％，步骤(3)所述预设值为K·P(标幺值)，其中U_fd0为发电机的空载额定励磁电压(发电机空载,端电压为额定值)。其中，K为判据系数，X_d为同步电抗，U_S为预设电压值，S_N为额定视在功率。

尽管根据有限数量的实施例描述了本实用新型，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本实用新型的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本实用新型的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本实用新型的范围，对本实用新型所做的公开是说明性的，而非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求书限定。