专利名称：一种同步发电机转子过电压保护装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种同步发电机转子过电压保护方法和装置，属于电机保护领域。
背景技术：
同步发电机运行时，发电机转子上会由于各种原因产生不同性质的过电压，如果不能实时而准确地控制发电机转子的过电压水平，当过电压超过发电机转子的绝缘水平时，会造成发电机转子击穿损坏和发电机停运，给电厂带来巨大的直接经济损失和间接经济损坏。发电机转子过电压大致分为三种类型第一种是由励磁调节器调节产生的超过发电机额定励磁电压的过电压，这种类型过电压的特征为过电压倍数较小，过电压维持时间 长；第二种是由于开关操作、整流元件换相、雷击等原因在发电机转子上耦合的瞬时过电压，这种类型的过电压特征为过电压倍数较大，过电压时间极短；第三种是由于发电机失步、误上电等原因，由定子磁场切割不同步旋转的转子线圈而产生的过电压，这种类型的过电压特征为过电压能量极大，过电压时间较长，破坏性大。目前，国内外励磁系统中设置的过电压保护设备均针对第二种过电压类型，采用雪崩二极管或BOD等过电压整定器件，当过电压越过整定电压后，雪崩二极管导通，将压敏电阻并接至发电机转子两端，吸收尖峰过电压；但是，由于压敏电阻的容量较小，无法保护第三种类型的过电压对发电机转子的危害，对于第三种失步过电压，由于过电压能量极大，业界仍没有很成熟的解决方法。综上，本发明人致力于研究同步发电机转子过电压保护的问题，需要解决的问题可归纳为以下几点(I)发电机转子过电压倍数较高，如果采用电路板进行智能控制，解决智能保护电路板绝缘问题；(2)同步发电机过电压来源复杂，而且如果不能及时对过电压能量进行吸收，抑制过电压倍数，就会造成发电机转子损坏，因此要解决快速而准确检测同步发电机转子过电压类型的问题；(3)同步发电机过电压类型不同，过电压变化速度和过电压能量差别较大，对同步发电机转子进行智能过电压保护，需要解决过电压能量吸收及过电压抑制的问题。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供一种同步发电机转子过电压保护装置和方法，其可快速而准确地检测同步发电机转子过电压的类型，并根据不同类型采用不同的解决方案，抑制发电机过电压水平，防止同步发电机转子被过电压能量击穿损坏，保护发电机转子运行安全。为了达成上述目的，本发明所采用的技术方案是一种同步发电机转子过电压保护装置，包括取能模块、差模电流转换模块、智能判断模块和能量吸收模块，其中，取能模块的输入端连接发电机转子，利用双向在线取能技术产生差模电流转换模块的工作电源；差模电流转换模块的输出端连接智能判断模块，将产生的差模电流送入智能判断模块；智能判断模块识别发电机转子过电压类型，并据此控制能量吸收模块的动作。上述取能模块包括两个取能电阻、全波整流桥、稳压二极管和电容并联串，两个取能电阻分别连接全波整流桥的两个输入端，稳压二极管的两端分别连接全波整流桥的两个输出端，而电容并联串与稳压二极管并联。上述差模电流转换模块包括整流桥、整定电阻和霍尔传感器，所述整流桥的一个输出端经由整定电阻连接霍尔传感器的一个输入端，而整流桥的另一个输出端连接霍尔传感器的另一个输入端。上述智能判断模块包括依次连接的过电压幅值与速率测量电路和智能判断过电压类型电路。 上述能量吸收模块包括第一、二组电子跨接器、由数个非线性电阻并联而成的非线性电阻串、熔断器和由数个线性电阻并联而成的线性电阻串，第一组电子跨接器、非线性电阻串和熔断器相互串联，第二组电子跨接器和线性电阻串相互串联，前述两个串联支路并联，再连接至发电机转子两端。上述第一、二组电子跨接器均由双向可控硅构成。一种同步发电机转子过电压保护方法，包括如下步骤(I)采用发电机转子双向取能方法给发电机转子过电压保护装置供应能量；(2)使用差模电流方法检测发电机转子电压；(3)根据转子电压过电压的类型采用不同的过电压保护与能量吸收策略，实现对发电机转子过电压的保护。上述步骤(I)中，采用发电机转子电压双向取能技术，产生发电机转子过电压保护装置的工作电源，双向取能电路函数为
权利要求
1.一种同步发电机转子过电压保护装置，其特征在于包括取能模块、差模电流转换模块、智能判断模块和能量吸收模块，其中，取能模块的输入端连接发电机转子，利用双向在线取能技术产生差模电流转换模块的工作电源；差模电流转换模块的输出端连接智能判断模块，将产生的差模电流送入智能判断模块；智能判断模块识别发电机转子过电压类型，并据此控制能量吸收模块的动作。
2.如权利要求I所述的一种同步发电机转子过电压保护装置，其特征在于所述取能模块包括两个取能电阻、全波整流桥、稳压二极管和电容并联串，两个取能电阻分别连接全波整流桥的两个输入端，稳压二极管的两端分别连接全波整流桥的两个输出端，而电容并联串与稳压二极管并联。
3.如权利要求I所述的一种同步发电机转子过电压保护装置，其特征在于所述差模电流转换模块包括整流桥、整定电阻和霍尔传感器，所述整流桥的一个输出端经由整定电阻连接霍尔传感器的一个输入端，而整流桥的另一个输出端连接霍尔传感器的另一个输入端。
4.如权利要求I所述的一种同步发电机转子过电压保护装置，其特征在于所述智能判断模块包括依次连接的过电压幅值与速率测量电路和智能判断过电压类型电路。
5.如权利要求I所述的一种同步发电机转子过电压保护装置，其特征在于所述能量吸收模块包括第一、二组电子跨接器、由数个非线性电阻并联而成的非线性电阻串、熔断器和由数个线性电阻并联而成的线性电阻串，第一组电子跨接器、非线性电阻串和熔断器相互串联，第二组电子跨接器和线性电阻串相互串联，前述两个串联支路并联，再连接至发电机转子两端。
6.如权利要求5所述的一种同步发电机转子过电压保护装置，其特征在于所述第一、二组电子跨接器均由双向可控硅构成。
7.一种用于如权利要求I所述的同步发电机转子过电压保护装置的保护方法，其特征在于包括如下步骤 (1)采用发电机转子双向取能方法给发电机转子过电压保护装置供应能量； (2)使用差模电流方法检测发电机转子电压； (3)根据转子电压过电压的类型采用不同的过电压保护与能量吸收策略，实现对发电机转子过电压的保护。
8.如权利要求7所述的一种同步发电机转子过电压保护方法，其特征在于所述步骤(I)中，采用发电机转子电压双向取能技术，产生发电机转子过电压保护装置的工作电源，双向取能电路函数为 式中，Uds为过电压保护装置的工作电源电压，Uf为发电机转子电压，τ为取能电路时间常数，e为自然常数，t是时间变量。
9.如权利要求7或8所述的一种同步发电机转子过电压保护方法，其特征在于所述步骤(2)中，使用差模电流方法检测发电机转子过电压，将发电机转子两端接入检测线性高精度电阻，在电阻中形成与发电机转子电压成正比的差模电流，使用没有插入损耗的霍尔传感器检测差模电流，测量发电机转子电压，测量电路表达式如下
10.如权利要求7所述的一种同步发电机转子过电压保护方法，其特征在于所述步骤(3)的详细内容为根据实时检测出的发电机转子电压幅值及变化速率，判断过电压类型，再根据过电压类型采取如下控制策略 (a)若过电压幅值较低，时间较长，发出信号通知励磁调节器降低励磁输出，抑制转子过电压； (b)若过电压幅值较大，变化速率快，时间短，则向与非线性电阻串联的第一组电子跨接器发出触发信号，该组电子跨接器导通，将该组电子跨接器与数个非线性电阻并联组成的能量吸收电阻以及熔断器串联后连接至发电机转子两端，吸收转子过电压能量，抑制转子过电； (c)若过电压幅值大，变化速率低，则向与线性电阻串联的第二组电子跨接器发出触发信号，该组电子跨接器导通，将该组电子跨接器与数个线性电阻并联接入发电机转子，吸收转子过电压能量，抑制转子过电。
全文摘要
本发明公开一种同步发电机转子过电压保护装置，包括取能模块、差模电流转换模块、智能判断模块和能量吸收模块，其中，取能模块的输入端连接发电机转子，利用双向在线取能技术产生差模电流转换模块的工作电源；差模电流转换模块的输出端连接智能判断模块，将产生的差模电流送入智能判断模块；智能判断模块识别发电机转子过电压类型，并据此控制能量吸收模块的动作。此种保护装置可快速而准确地检测同步发电机转子过电压的类型，并根据不同类型采用不同的解决方案，抑制发电机过电压水平，防止同步发电机转子被过电压能量击穿损坏，保护发电机转子运行安全。本发明还公开一种同步发电机转子过电压保护方法。
文档编号H02P9/14GK102882453SQ20111019416
公开日2013年1月16日 申请日期2011年7月12日 优先权日2011年7月12日
发明者吴龙, 牟伟, 施一峰, 闫伟, 石祥建, 刘为群 申请人:南京南瑞继保电气有限公司, 南京南瑞继保工程技术有限公司