水電站微機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)

張春

摘 要:文章首先分析了大型水電機(jī)組應(yīng)用上傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的接地保護(hù)應(yīng)用的不足之處,然后詳細(xì)介紹了一種新型轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置的原理與特點(diǎn),并通過結(jié)合現(xiàn)場模擬了轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地、轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)試驗(yàn)證明了該保護(hù)的靈敏度與可靠性。

關(guān)鍵詞:水電站轉(zhuǎn)子接地保護(hù)注入式

中圖分類號:TP393.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(b)-0124-01

轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地是不能嚴(yán)重危害發(fā)電機(jī)的,這是發(fā)電機(jī)常見的故障,但是如果第二點(diǎn)接地接著出現(xiàn)問題,發(fā)電機(jī)會(huì)因此劇烈振動(dòng);破壞氣隙磁場的對稱性,降低無功出力;會(huì)因增大了發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電流而燒損轉(zhuǎn)子,嚴(yán)重威脅著發(fā)電機(jī)的安全。轉(zhuǎn)子回路復(fù)雜的大型水電機(jī)組,有極高的概率發(fā)生接地故障,又因較高的轉(zhuǎn)子額定電壓,我們更應(yīng)重視轉(zhuǎn)子繞組的對地絕緣檢測。

1傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)不足

常規(guī)發(fā)電機(jī)的故障概率和勵(lì)磁回路的復(fù)雜程度增加是因?yàn)樾枰ㄟ^長電纜把轉(zhuǎn)子電壓引入轉(zhuǎn)子接地保護(hù)集成的機(jī)組保護(hù)屏中;乒乓式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)[1]的大量使用因?yàn)檗D(zhuǎn)子接地位置可以測量,擁有較高的保護(hù)靈敏度。對于轉(zhuǎn)子電壓無法引出的機(jī)組(只引出轉(zhuǎn)子繞組一端),不能使用乒乓式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的原理。而且發(fā)電機(jī)無勵(lì)磁狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子絕緣監(jiān)測功能缺失,必須加上勵(lì)磁之后乒乓式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)功能才能使用?？梢?大型水電機(jī)組對保護(hù)配置高要求決定了傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的不適用。

2新型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原理

本文介紹的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)采用的是雙端注入式,意為采用注入轉(zhuǎn)子繞組的正負(fù)兩端的偏移方波電源的方式來測得兩種狀態(tài)下方波電壓的轉(zhuǎn)子泄漏電流,保護(hù)裝置自產(chǎn)注入電壓,對轉(zhuǎn)子對地的絕緣電阻值進(jìn)行實(shí)時(shí)求解,以保護(hù)反映下降的轉(zhuǎn)子對大軸絕緣電阻。

雙端注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)可通過測量轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地的位置為故障排查提供參考,不受機(jī)組工況的影響,具備高可靠性與靈敏度。機(jī)組在未加勵(lì)磁或靜止的狀態(tài)下仍可正常工作是注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)相比最突出的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

本文采用插件式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),這一設(shè)計(jì)是面向功能的,并完全分開弱、強(qiáng)電回路,可以有效抑制電磁和靜電的干擾,同時(shí)不需要外部抗干擾器件就能實(shí)現(xiàn)抗干擾能力的增強(qiáng)。

(1)電源插件:此插件為整個(gè)裝置提供弱電電源。電源插件輸入220V的直流,輸出分別為+24V、±15V、+5V的直流,其分別作用于不同的芯片,如輸入開關(guān)量的電源以及驅(qū)動(dòng)繼電器、MCU以及模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和各種其它芯片,其中,各回路具有電氣隔離的特點(diǎn),各組電源具有不共地的特點(diǎn)。此外,裝置的安全性由于電源的監(jiān)視功能以及電源50ms的延遲特性得到了進(jìn)一步提高。

(2)主控單元插件:包括中央信號輸出自舉載入接口、輸出微控制器MCU(MicroControlUnit)、開關(guān)量采集及CANBUS、SRAM、E2PROM、FLASHROM網(wǎng)絡(luò)接口等部分在內(nèi)的所有資源的管理控制。微控制器為其核心部分,其性能高集成度也高。該微控制器能夠很好的抵抗電磁的干擾,具有很好的實(shí)時(shí)性,資源豐富;表貼工藝及四層制板,具有非常緊湊的結(jié)構(gòu);能實(shí)現(xiàn)對快閃存儲(chǔ)器的重新編程;全部開入、CAN接口及開出均經(jīng)過隔離處理,具有安全可靠的特點(diǎn)。瞬態(tài)抑制、吸收、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換等一系列功能能夠通過采集模擬量來實(shí)現(xiàn)。每路模擬量分別于一路信號調(diào)理及A/D轉(zhuǎn)換相對應(yīng),測量精度高,轉(zhuǎn)換速度快,并且具有良好的穩(wěn)定性及可靠性;串行通信,快速可靠;采樣回路沒有調(diào)整元件,A/D轉(zhuǎn)換器具有自動(dòng)記憶測量精度功能,單次調(diào)整測量精度后現(xiàn)場無需調(diào)整零偏。

(3)交流接口插件:交流接口插件主要為外部模擬量提供輸入的接口。外部電壓、電流輸入經(jīng)過互感器的隔離變換,將強(qiáng)電信號轉(zhuǎn)換成模數(shù)轉(zhuǎn)換回路可以識(shí)別的電壓信號,分為由高精度交流電流、精密電阻、有源濾波電路及電壓互感器構(gòu)成的交流電壓輸入回路和交流電流輸入回路兩部分。

(4)直流邏輯插件:中央信號輸出及開出接點(diǎn)輸出是通過直流邏輯插件來控制的。底板通過直流邏輯插件輸出脈沖實(shí)現(xiàn)了MCU對脈沖的操作,全部操作輸出都要經(jīng)光電隔離,當(dāng)公共啟動(dòng)繼電器中通過24V直流電源時(shí),存在常開接點(diǎn)閉鎖,將其開出能夠?qū)崿F(xiàn)增加出口可靠性的目的?？刂苹芈分刑祥l出口繼電器能實(shí)現(xiàn)跳合閘操作的保持功能,而程序控制通過操作輸出實(shí)現(xiàn)脈沖輸出,

(5)人機(jī)對話接口(MMI):它是人與裝置之間交換信息的接口。通過鍵盤人機(jī)對話接口能夠?qū)崿F(xiàn)信息的輸入,通過顯示屏人機(jī)對話接口能夠?qū)崿F(xiàn)信息的獲取。面板與裝置主MCU通過485或232實(shí)現(xiàn)通信,存在單獨(dú)的CPU對面板進(jìn)行管理和控制,口與通信,因此它是一個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)。面板包括動(dòng)作指示燈、128×64點(diǎn)陣背光液晶漢字顯示屏、十鍵觸摸式鍵盤等部件,能夠完成信號復(fù)歸、測試、控制操作、設(shè)置參數(shù)、信號指示、讀取信息等一系列功能。

3模擬實(shí)驗(yàn)

3.1 模擬轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)試驗(yàn)

轉(zhuǎn)子正、負(fù)兩端的輸入電壓在變阻箱的阻值在10kΩ以下時(shí)將轉(zhuǎn)子與變阻箱進(jìn)行短接,一點(diǎn)接地的靈敏段經(jīng)過5s的延時(shí)后發(fā)出報(bào)警信號;然后將轉(zhuǎn)子正、負(fù)兩端的輸入電壓在變阻箱的阻值在1kΩ以下時(shí)將轉(zhuǎn)子與變阻箱進(jìn)行短接,一點(diǎn)接地經(jīng)過5s的延時(shí)后發(fā)出報(bào)警信號;最后將保護(hù)硬壓板投入其中,將轉(zhuǎn)子正、負(fù)兩端的輸入電壓在變阻箱的阻值在1kΩ以下時(shí)將轉(zhuǎn)子與變阻箱進(jìn)行短接,將變阻箱的阻值調(diào)整到1kΩ以下,并將轉(zhuǎn)子輸入電壓的正、負(fù)兩端與其短接,保護(hù)經(jīng)過1s的延時(shí)后動(dòng)在出口產(chǎn)生作用。上述作用是靜止?fàn)顟B(tài)的機(jī)組中通過在發(fā)電機(jī)雙端增加轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地的保護(hù)功能而實(shí)現(xiàn)的。

3.2 模擬轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)試驗(yàn)

試驗(yàn)前需要注意以下事項(xiàng):1)“轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地報(bào)警”發(fā)生之后,轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)才能投入,在轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)試驗(yàn)不合格或者退出一點(diǎn)接地保護(hù)的情況下不能進(jìn)行轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)的試驗(yàn),并且轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)不投跳閘、只投信號。將發(fā)電機(jī)雙端注入式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地與兩點(diǎn)接地保護(hù)在機(jī)組靜止?fàn)顟B(tài)下投入,同時(shí)將轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)硬壓板投入,將變阻箱阻值調(diào)到10kΩ以下,并將轉(zhuǎn)子輸入電壓正端與其短接,經(jīng)過5s延時(shí)后,裝置發(fā)出“一點(diǎn)接地靈敏段報(bào)警”信號,經(jīng)過15s延時(shí)后,“轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)投入”信號發(fā)出,然后將轉(zhuǎn)子電壓負(fù)端與大軸輸入端短接,保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作于出口。以上兩個(gè)試驗(yàn)的結(jié)果可以有效的論證雙端注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)具有保護(hù)徹底、適用工況廣泛、動(dòng)作靈敏、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。

4結(jié)語

本文對一種新型的微機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地裝置的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行了介紹,提出了檢測機(jī)組勵(lì)磁回路接地故障的有效方案,并經(jīng)工程實(shí)踐對其靈敏、準(zhǔn)確、可靠進(jìn)行了證明。

參考文獻(xiàn)

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