发电机励磁保护电路及发电机励磁保护系统

摘要

本发明公开了一种发电机励磁保护电路，该电路包括：用于测量发电机励磁回路的励磁电流的多动能电力仪表、用于抑制励磁电流的抑制单元，及与所述抑制单元并联的电控开关单元。当励磁电流超过额定励磁电流时，将抑制单元投入发电机励磁回路中以抑制励磁电流。本发明的发动机励磁保护电路是直接在励磁主回路上提供抑制浪涌的保护，在发电机励磁电流异常时通过投入抑制单元抑制励磁电流剧烈变大，避免了由于励磁装置的可控硅击穿时，发电机瞬间电流过大冲击电网的问题，提高了励磁装置的稳定性和可靠性。本发明还提供一种包括上述发电机励磁保护电路的励磁系统。

说明书

技术领域

本发明涉及同步发电机领域，特别地，涉及一种发电机励磁保护电路，本发明还涉及一种包括上述发电机励磁保护电路的发电机励磁保护系统。

背景技术

现有的发电机励磁保护，发电机后备保护，发电机综合保护，都只能通过检测来发出报警，而不能直接在励磁主回路上提供限流和抑制浪涌的保护。

现有技术主要通过自动励磁装置AVR自身的故障输出来跳机，或者AVR冗余来提高可靠性，或者通过发电机后备保护监测到发电机电流异常时来跳机，这些方式都不是直接在发电机励磁回路上提供一个主动保护，近些年中小型燃气轮机发电机组工程实践中发生了多次由于自动励磁装置AVR可控硅击穿，导致发电机励磁电流激增，发电机出口电流电压激增的事故，都存在冲击上一级电网的危害。曾有一台2MW小型发电机组，由于AVR可控硅击穿冲击上一级电网导致整个小镇停电的事故。

发明内容

本发明提供了一种发电机励磁保护电路及发电机励磁保护系统，以解决由于励磁调节器故障导致发电机瞬间剧烈过流冲击电网的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种发电机励磁保护电路，其用于与交流励磁机和励磁装置连接，包括：用于测量发电机励磁回路的励磁电流的多功能电力仪表、用于抑制励磁电流的抑制单元，及与抑制单元并联的电控开关单元；多功能电力仪表用于在励磁电流低于或等于额定励磁电流时控制电控开关单元短接抑制单元，及在励磁电流超过额定励磁电流时控制电控开关单元断开以将抑制单元投入发电机励磁回路用于抑制励磁电流。

进一步地，抑制单元包括：串联在发电机励磁回路上的抑制电阻，及与抑制电阻串联的保护电阻，抑制电阻的两端并联有抑制开关，抑制开关与多功能电力仪表连接，抑制电阻用于在励磁电流超过额定励磁电流并小于2倍额定励磁电流时投入发电机励磁回路用于抑制励磁电流的增大；保护电阻的两端并联有快速熔断器FU，快速熔断器FU用于在励磁电流超过额定励磁电流2倍时快速熔断以将保护电阻投入发电机励磁回路用于抑制瞬间过大的励磁电流。

进一步地，抑制电阻包括：依次串联的电阻R1、电阻R2和电阻R3，电阻R1的两端并联继电器K1，电阻R2的两端并联有继电器K2，电阻R3的两端并联有继电器K3；继电器K1、K2、K3均与多功能电力仪表连接；

电阻R1用于励磁电流范围在额定励磁电流的1倍至1.5倍时投入发电机励磁回路；电阻R2用于励磁电流范围在额定励磁电流的1.5倍至1.7倍时投入发电机励磁回路；电阻R3用于励磁电流范围在额定励磁电流的1.7倍至2倍时投入发电机励磁回路。

进一步地，保护电阻与多功能电力仪表连接，多功能电力仪表可测量保护电阻两端的电压，并用于当保护电阻两端的电压大于2倍额定励磁电压时发送跳机信号以控制发电机跳机。

进一步地，抑制电阻的阻值范围为发电机额定励磁电阻的0.2倍至1倍；保护电阻的阻值范围为发电机额定励磁电阻的4倍至6倍。

进一步地，快速熔断器FU的熔断电流为发电机额定励磁电流的2倍至2.5倍。

进一步地，发电机励磁保护电路还包括与多功能仪表连接并用于检测发电机励磁回路上的励磁电流的电流检测元件。

进一步地，抑制单元两端还并联有续流模块，续流模块用于切断励磁时起到续流作用。

进一步地，续流模块为多个串联的二级管。

根据本发明的另一方面，还提供了一种发电机励磁保护系统，包括：发电机、与发电机连接的用于为发电机励磁的交流励磁机，与交流励磁机连接的用于为交流励磁机提供励磁电源并根据发电机输出的电流来调节励磁电流的励磁装置，还包括连接励磁装置和交流励磁机的上述的发电机励磁保护电路。

本发明具有以下有益效果：

本发明的发电机励磁保护电路，该励磁保护电路包括：用于测量发电机励磁回路的励磁电流的多动能电力仪表、用于抑制励磁电流的抑制单元，及与所述抑制单元并联的电控开关单元。当励磁电流超过额定励磁电流时，将抑制单元投入发电机励磁回路中以抑制励磁电流。本发明的发动机励磁保护电路是直接在励磁主回路上提供抑制浪涌的保护，在发电机励磁电流异常时通过投入抑制单元抑制励磁电流剧烈变大，避免了由于励磁装置的可控硅击穿时，发电机瞬间电流过大冲击电网的问题，提高了励磁装置的稳定性和可靠性。

本发明的发电机励磁保护系统，通过在连接励磁装置和交流励磁机之间设置发电机励磁保护电路，当励磁电流超过额定励磁电流时，将抑制单元投入发电机励磁回路中以抑制励磁电流。本发明的励磁保护系统是直接在励磁主回路上提供抑制浪涌的保护，在发电机励磁电流异常时通过投入抑制单元抑制励磁电流剧烈变大，避免了由于励磁装置的可控硅击穿时，发电机瞬间电流过大冲击电网的问题，提高了励磁系统的稳定性和可靠性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的发动机励磁保护电路的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的发动机励磁保护电路的又一结构示意图。

附图标号说明：

10、发电机；20、交流励磁机；30、励磁装置；40、励磁保护电路；41、多功能电力仪表；42、抑制单元；421、抑制电阻；422、保护电阻；43、电控开关单元；50、永磁机。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1及图2，本发明的优选实施例提供了一种发电机励磁保护电路，其用于与交流励磁机20和励磁装置30连接，其可以抑制交流励磁机20和励磁装置30之间的发动机励磁回路上的励磁电流急剧增大，起到了浪涌保护的作用。该励磁保护电路40包括：用于测量发电机励磁回路的励磁电流的多功能电力仪表41、用于抑制励磁电流的抑制单元42，及与抑制单元42并联的电控开关单元43，多功能电力仪表41用于在励磁电流小于额定励磁电流时控制电控开关单元43闭合以短接抑制单元42，及在励磁电流超过额定励磁电流时控制电控开关单元43断开以将抑制单元42投入发电机励磁回路用于抑制励磁电流。

本实施例的发电机励磁保护电路，当励磁装置30的励磁电流超过额定励磁电流时，将抑制单元42投入发电机励磁回路中以抑制励磁电流，避免了当励磁装置30的可控硅被击穿时，发电机瞬间电流过大而造成冲击电网的问题。本发明的励磁保护电路是直接在励磁主回路上提供抑制浪涌的保护，在发电机励磁电流异常时通过投入抑制单元42抑制励磁电流剧烈变大，当励磁装置30的可控硅被击穿时，防止励磁电流过大而导致发电机瞬间剧烈过流，避免了对上级电网的冲击。

优选地，抑制单元42包括：串联在发电机励磁回路上的抑制电阻421，及与抑制电阻421串联的保护电阻422，抑制电阻421的两端并联有抑制开关，抑制开关与多功能电力仪表41连接，抑制电阻421用于在励磁电流超过额定励磁电流时投入发电机励磁回路用于抑制励磁电流波动；

保护电阻422的两端并联有快速熔断器FU，快速熔断器FU用于在励磁电流超过额定励磁电流的2倍时快速熔断，优选地，快速熔断器FU的熔断电流为发电机额定励磁电流的2倍至2.5倍；保护电阻422用于在励磁电流超过额定励磁电流2倍时投入发电机励磁回路用于抑制瞬间过大的励磁电流起到进一步保护发电机10的作用。

优选地，保护电阻422的两端还连接有多功能电力仪表41，多功能电力仪表41可以测量保护电阻422两端的电压，并用于当保护电阻422两端的电压大于2倍额定励磁电压时，发送跳机信号给发电机组控制系统用于控制发电机10跳机。

在本实施例中，励磁装置30正常工作时，抑制电阻421是被抑制开关短路的，多功能电力仪表41用于控制抑制开关。当超过额定励磁电流并小于2倍额定励磁电流时，将抑制电阻421投入发电机励磁系统，用于抑制过大的励磁电流。而当励磁电流超过2倍额定励磁电流时，将保护电阻422投入发电机励磁回路，用于抑制瞬间过大的励磁电流，多功能电力仪表41发送跳机信号给发电机组控制系统，用于控制发电机10跳机，彻底避免发电机10由于异常的励磁导致剧烈过流的问题。

优选地，抑制电阻421包括：依次串联的电阻R1、电阻R2和电阻R3，电阻R1的两端并联继电器K1，电阻R2的两端并联有继电器K2，电阻R3的两端并联有继电器K3。

电阻R1用于励磁电流范围在额定励磁电流的1倍至1.5倍时投入发电机励磁回路，电阻R2用于励磁电流范围在额定励磁电流的1.5倍至1.7倍时投入发电机励磁回路，电阻R3用于励磁电流范围在额定励磁电流的1.7倍至2倍时投入发电机励磁回路。

在本实施例中，抑制电阻421的阻值范围为发电机励磁额定电阻的0.2倍至1倍，而保护电阻422的阻值范围为发电机额定励磁电阻的4倍至6倍。

在本实施例中，电阻R1、电阻R2和电阻R3的阻值均为发电机励磁额定电阻的0.2倍，而保护电阻422的阻值为发电机额定励磁电阻的5倍。

具体地，电阻R1、电阻R2和电阻R3这3个抑制电阻421的阻值比较小，为发电机励磁机励磁绕组电阻的0.2倍，在励磁装置30正常工作时，这3个电阻是分别被继电器K1、继电器K2及继电器K3短接的，多功能电力仪表41用于控制继电器K1、继电器K2及继电器K3的打开或关闭。

抑制电阻421具有以下功能：一方面，在工程实践过程中发现，励磁装置30输出的励磁回路电阻不能太小，电阻太小或者偏小的情况，励磁装置30输出稳定性会比较差，发电机励磁系统稳定性会很低，这时候可以投入这3个抑制电阻421来提高励磁系统的稳定性。另一方面，当发电机励磁电流发生短时剧烈波动时，这3个电阻依次投退来主动抑制励磁电流波动，在本实施例中，设定当励磁电流超过额定励磁电流1.5倍时，多功能电力仪表41控制继电器K1断开使得电阻R1投入发电机励磁回路。当励磁电流超过额定励磁电流1.7倍时，多功能电力仪表41控制继电器K2断开使得电阻R2投入发电机励磁回路。当励磁电流超过额定励磁电流1.9倍时多功能电力仪表41控制继电器K3使得电阻R3投入发电机励磁回路。当励磁电流重新恢复至额定励磁电流后，多功能电力仪表41控制继电器K1、继电器K2及继电器K3闭合，电阻R1、电阻R2和电阻R3均重新被短接。

在其他实施例中，根据不同的工况需求来限定投入电阻R1、电阻R2和电阻R3的限制条件。

参照图2，在本实施例中，R4为保护电阻422，快速熔断器FU的熔断电流为发电机额定励磁电流的2.2倍，在励磁正常的情况下，R4是被快速熔断器FU短路的，此时R4没有投入励磁回路。当励磁电流发生剧烈异常且超过2.2倍额定励磁电流时，快速熔断器FU瞬间被熔断，此时R4被投入发电机励磁回路，由于R4阻值很大能瞬间抑制过大的励磁电流，进一步保护发电机10。同时多功能电力仪表41测量R4两端的电压，当多功能电力仪表41检测到R4两端的电压超过2倍额定励磁电压时，多功能电力仪表41会输出跳机信号给发电机组控制系统，发电机组控制系统控制发电机10跳机。本实施例的保护电阻422给励磁装置30提供了一个缓冲的时间，可以让多功能电力仪表41有时间输出信号给发电机组控制系统控制发电机10跳机；避免了励磁装置30的可控硅被击穿时由于励磁电流剧增无法控制从而导致电网崩溃的事故，同时还有可能损坏发电机10。

具体地，多功能电力仪表41控制4路继电器输出，分别用于控制继电器K1、继电器K2及继电器K3的打开或闭合，及一路继电器输出跳机控制信号给发电机组控制系统以控制发电机10跳机。

本实施例的励磁保护电路，在发电机励磁电流异常时通过投入小阻值的抑制电阻来抑制励磁电流剧烈变大，进一步稳定励磁装置；在发电机励磁电流剧烈增大不可控时通过快速熔断器切断发电机励磁回路，将保护电阻投入发电机励磁回路，同时发出跳机信号保护发电机，能彻底避免发电机由于异常的励磁导致剧烈过流。解决了励磁装置内部可控硅发生击穿时，励磁电流无法控制，造成发电机剧烈过流冲击电网的技术问题。相比较于现有的发电机励磁保护主要是发电机的后备保护，通过检测发电机输出端的电流异常从而发出报警；本发明是直接在发电机励磁回路上提供限流和抑制浪涌的保护。

优选地，所述发电机励磁保护电路还包括与所述多功能电力仪表41连接并用于检测发电机励磁回路上的励磁电流的电流检测元件，电流检测元件用于将发电机励磁回路上的电流转换成标准信号并传送给多功能电力仪表41，以便于多功能电力仪表41测量发电机励磁回路的电流。在本实施例中，电流检测元件为分流器EL。在其他实施例中，电流检测元件可以为电流表、电流传感器或者电流互感器等。

优选地，抑制单元42的两端还并联有续流模块，续流模块为依次串联的二极管D1、二极管D2、及二极管D3。该续流模块的作用是当切断励磁的时候，起到续流的作用，防止交流励磁机20的励磁绕组产生瞬态高电压，避免该瞬态高压对励磁装置30产生冲击，起到保护励磁装置30的作用。本实施例的发电机励磁保护电路，通过三个串联的二极管去分摊瞬态高压，防止二极管被击穿，提高励磁装置30的可靠性和稳定性。可以理解，在本发明的其他实施例中，续流模块也可以包括两个、四个、五个或者六个串联的二极管。

本发明的发电机励磁保护电路，通过在发电机励磁主回路上设置抑制单元来抑制励磁电流，在发电机励磁电流异常时通过投入小电阻抑制励磁电流剧烈变大，在发电机励磁电流不可控时通过快速熔断器切断励磁回路同时发出跳机信号保护发电机，能彻底避免发电机由于异常的励磁导致剧烈过流。另外，与现有技术相比，本发明的发电机励磁保护电路结构简单、调试方便，可根据不同的机组工况，只需要改变继电器、电阻、快速熔断器的大小即可适用于各种容量不同的发电机组；同时该发电机励磁保护电路可集成于一个电气箱就地安装在发电机本体上，用于老电厂改造，也可以集成于发电机励磁屏内，适用范围广。

本发明还提供一种发电机励磁保护系统，该励磁保护系统包括：发电机10、与发电机10连接的用于为发电机励磁的交流励磁机20、与交流励磁机20连接的用于为交流励磁机20提供励磁电源并调节励磁电流的励磁装置30，以及连接励磁装置30和交流励磁机20的励磁保护电路。该励磁保护电路为上述的励磁保护电路40。

参照图2，励磁装置30为自动励磁装置AVR，自动励磁装置还连接有永磁机50，永磁机50用于为自动励磁装置提供功率电源。自动励磁装置AVR为现有技术，在此不再详细阐述。

该励磁保护系统还包括：发电机组控制系统，发电机组控制系统连接多功能电力仪表41，用于接收多功能电力仪表41发送的跳机信号。当保护电阻422两端的电压大于2倍额定励磁电压时，多功能电力仪表41发送跳机信号给发电机组控制系统用于控制发电机10跳机。

本发明的发电机励磁保护系统，通过在发电机励磁主回路上设置励磁保护电路来抑制励磁电流，在发电机励磁电流异常时通过投入小电阻抑制励磁电流剧烈变大，在发电机励磁电流不可控时通过快速熔断器切断励磁回路同时发出跳机信号保护发电机，能彻底避免发电机由于异常的励磁导致剧烈过流，提高了发电机励磁系统的稳定性和可靠性。另外，与现有技术相比，本发明的发电机励磁保护系统结构简单、调试方便，可根据不同的机组工况，只需要改变继电器、电阻、快速熔断器的大小即可适用于各种容量不同的发电机组。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。