一种发电机励磁系统过压跨接器动作电压检测装置及方法与流程

1.本发明涉及发电机励磁系统检测技术领域，具体涉及一种发电机励磁系统过压跨接器动作电压检测装置及方法。


背景技术：

2.在同步发电机运行中，发电机转子绕组会出现过电压，过电压的来源有多种，如当发电机的内部或出口端发生故障以及机组正常停机时，励磁电流的突变会在转子绕组两端引起暂态过电压；当发电机在运行中受到较大扰动时，静止励磁的同步发电机在转子绕组上可能产生正向过电压或反向过电压；当发电机出现突然短路、非同期合闸、灭磁、非全相运行时，发电机的电枢反应也可能会使转子绕组感应很高的正向过电压；另外，当励磁整流装置晶闸管元件在关断时，也会出现换相尖峰过电压。电力行业相关标准要求，为防止发电机运行和操作过程中产生危及转子绕组的过电压，应装设转子绕组过电压保护装置。在大中型同步发电机中，一般采用转折二极管(英文缩写bod)与可控硅(又称晶闸管)组合构成扩容的限压保护电路，该限压保护电路又称为过压跨接器，过压跨接器与灭磁电阻配合，实现对转子绕组的过电压保护。如图1所示，当转子绕组两端因某种原因出现正向过电压(或反向过电压)，且该过电压值达到bod的动作电压时，bod动作，并控制正向过压可控硅(或反向过压可控硅)导通，使灭磁电阻接入转子绕组，过电压得到抑制。
3.过压保护电路的保护效果取决于bod的动作电压值，若bod动作电压过小，在发电机正常运行时，灭磁电阻会因bod的误动作而接入，轻则烧毁灭磁电阻，重则导致发电机失磁；相反，若bod动作电压过高，则过压保护电路起不到应有的保护效果，轻则损坏励磁系统整流单元，严重时过电压会击穿转子绝缘，造成发电机事故停机。因此，测量并校核bod的动作电压具有重要意义。
4.因大型发电机励磁系统所使用的过压跨接器的动作电压通常在几千伏，一方面，发电厂检修维护人员没有专业的仪器对过压跨接器的动作电压进行校验；另一方面，在如此高的电压下进行校验工作具有一定的人身风险。事实上，过压跨接器也仅在励磁系统出厂时进行动作电压校核，在后期运行维护中缺乏动作电压校核相关的维护工作。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种发电机励磁系统过压跨接器动作电压检测装置及方法，使发电厂检修维护人员能便捷的校核过压跨接器的动作电压，及时发现过压跨接器异常，从而避免发电机转子过电压引起的事故。
6.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
7.一种发电机励磁系统过压跨接器动作电压检测装置，包括依次串联的交流高压测试仪、限流电阻r1和分压电阻r2-r5，过压跨接器并联在分压电阻r2-r5两端，示波器并联在分压电阻r3和r4的两端。
8.优选的方案中，上述分压电阻r3和r4的两端并联电压传感器，交流高压测试仪与
过压跨界器动作电压检测控制器通讯连接并由其进行调压控制，电压传感器与过压跨界器动作电压检测控制器的输入端连接。
9.使用上述的一种发电机励磁系统过压跨接器动作电压检测装置的检测方法，检测的步骤为：
10.步骤一、将过压跨接器与原灭磁电阻和转子绕组的连接断开；
11.步骤二、将过压跨接器与交流高压测试仪、限流电阻r1和分压电阻r2-r5进行连接，将示波器并联在分压电阻r3和r4的两端；
12.步骤三、持续调节升高交流高压测试仪的输出电压，并观察示波器上电压波形变化情况，当过压跨接器内bod电路板两端的瞬时电压高于其动作电压，即转折二极管的转折电压时，过压跨接器动作导通；当bod两端的瞬时电压低于其动作电压时，过压跨接器截止，即不导通；由于交流电源是呈周期性交变的正弦波，因此，bod也会呈周期性的导通和截止，示波器上就会显示波峰和波谷被削平的正弦波；
13.步骤四、根据示波器波形文件，读取削顶正弦波的峰值u
1max
，已知示波器采样比n，可计算bod的动作电压u
动
：
[0014][0015]
优选的方案中，使用上述的一种发电机励磁系统过压跨接器动作电压检测装置的检测方法，检测的步骤为：
[0016]
步骤一、将过压跨接器与原灭磁电阻和转子绕组的连接断开；
[0017]
步骤二、将过压跨接器与交流高压测试仪、限流电阻r1和分压电阻r2-r5进行连接，将电压传感器并联在分压电阻r3和r4的两端，将电压传感器和交流高压测试仪与过压跨界器动作电压检测控制器连接，检查过压跨界器动作电压检测控制器与电压传感器和交流高压测试仪之间通讯正产，过压跨界器动作电压检测控制器采集电压正常；
[0018]
步骤三、过压跨界器动作电压检测控制器以设定步长提高交流高压测试仪输出电压u2，采集并比较交流高压测试仪输出电压u2与电压传感器电压u1，根据以下三种比较结果，继续以设定步长提高输出电压u2或停止试验：
[0019]
情况1：过压跨界器动作电压检测控制器若检测到电压传感器电压u1的变化率du1/dt≠0，则控制交流高压测试仪以设定步长提高电压输出；
[0020]
情况2：过压跨界器动作电压检测控制器检测到电压传感器电压u1的变化率du1/dt＝0，且交流高压测试仪输出电压u2的变化率du2/dt＝0，则控制交流高压测试仪以设定步长提高电压输出；
[0021]
情况3：过压跨界器动作电压检测控制器检测到电压传感器电压u1的变化率du1/dt＝0，高压测试仪输出的工频交流电压u2的变化率du2/dt≠0，则控制交流高压测试仪停止输出，试验结束，过压跨界器动作电压检测控制器根据记录波形读取u1的峰值u
1max
，根据预设公式计算bod的动作电压u
动
：
[0022][0023]
本发明提供的一种发电机励磁系统过压跨接器动作电压检测装置及方法，具有如下有益效果：
[0024]
1、本发明所设计的plc自动测试逻辑，设计新颖、结构简单，减少了人工操作量，可
简化操作流程，提高人员和设备安全，
[0025]
2、本发明通过设计由plc直采高压测试仪和电压传感器的电压数值，并精准控制高压测试仪输出，可提高试验数据准确性，大大提高检测精度；
[0026]
3、本发明可准确检测励磁系统过压跨接器工作状态，及时发现bod异常，避免励磁系统转子过压误动或拒动而引起的发电机非停事故。
[0027]
4、本发明适用范围广泛，且通用性强，拥有广泛的应用前景。
附图说明
[0028]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
[0029]
图1为本发明发电机转子绕组过电压保护电路图；
[0030]
图2为本发明过压跨接器动作电压检测电路；
[0031]
图3为本发明优选的过压跨接器动作电压检测电路；
[0032]
图4为本发明plc控制器的自动控制逻辑图；
[0033]
图5为实施例中过压跨接器导通时电压u1波形图。
[0034]
其中：反向过压可控硅1、正向过压可控硅2、bod电路板3、过压跨接器4、灭磁电阻5、转子绕组6、交流高压测试仪7、电压传感器8、过压跨界器动作电压检测控制器9、示波器10、限流电阻r1、分压电阻r2-r5。
具体实施方式
[0035]
以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。
[0036]
如图2中所示，一种发电机励磁系统过压跨接器动作电压检测装置，包括依次串联的交流高压测试仪7、限流电阻r1和分压电阻r2-r5，过压跨接器4并联在分压电阻r2-r5两端，示波器10并联在分压电阻r3和r4的两端。
[0037]
通过限流电阻r1和分压电阻r2-r5，将交流高压测试仪7的输出电压进行限流，过压跨接器4并联在分压电阻r2-r5两端，当交流高压测试仪7提高电压时，分压电阻r2-r5两端电压跟随升高，当分压电阻r2-r5两端电压升高到过压跨接器4的动作电压时，过压跨接器4动作导通，由于交流电源是呈周期性交变的正弦波，因此，bod也会呈周期性的导通和截止，示波器上就会显示波峰和波谷被削平的正弦波，读取削顶正弦波的峰峰值u，已知示波器采样比n2，可计算bod的动作电压，由于分压电阻r3和r4的值远远小于分压电阻r2和r5的值，因此示波器10可在较小的电压量程范围内工作即可得到bod的动作电压。
[0038]
优选的方案如图3中所示，上述分压电阻r3和r4的两端并联电压传感器8，交流高压测试仪7与过压跨界器动作电压检测控制器9通讯连接并由其进行调压控制，电压传感器8与过压跨界器动作电压检测控制器9的输入端连接。
[0039]
通过过压跨界器动作电压检测控制器9自动的调节交流高压测试仪7，并通过电压传感器8将实时监测到的分压电阻r3和r4两端电压值发送至过压跨界器动作电压检测控制器9，过压跨界器动作电压检测控制器9对电压的变化进行检测并得到被削顶正弦波的峰峰值u
1max
，则可计算得出bod的动作电压，整个过程的调压和计算都可自动得出。
[0040]
使用上述的一种发电机励磁系统过压跨接器动作电压检测装置的检测方法，检测的步骤为：
[0041]
步骤一、将过压跨接器4与原灭磁电阻5和转子绕组6的连接断开；
[0042]
步骤二、将过压跨接器4与交流高压测试仪7、限流电阻r1和分压电阻r2-r5进行连接，将示波器10并联在分压电阻r3和r4的两端；
[0043]
步骤三、持续调节升高交流高压测试仪7的输出电压，并观察示波器10上电压波形变化情况，当过压跨接器4内bod电路板3两端的瞬时电压高于其动作电压，即转折二极管的转折电压时，过压跨接器4动作导通；当bod两端的瞬时电压低于其动作电压时，过压跨接器截止，即不导通；由于交流电源是呈周期性交变的正弦波，因此，bod也会呈周期性的导通和截止，示波器10上就会显示波峰和波谷被削平的正弦波；
[0044]
步骤四、根据示波器10波形文件，读取削顶正弦波的峰值u
1max
，已知示波器采样比n，可计算bod的动作电压u
动
：
[0045][0046]
优选的方案如图4中所示中，使用上述的一种发电机励磁系统过压跨接器动作电压检测装置的检测方法，检测的步骤为：
[0047]
步骤一、将过压跨接器4与原灭磁电阻5和转子绕组6的连接断开；
[0048]
步骤二、将过压跨接器4与交流高压测试仪7、限流电阻r1和分压电阻r2-r5进行连接，将电压传感器8并联在分压电阻r3和r4的两端，将电压传感器8和交流高压测试仪7与过压跨界器动作电压检测控制器9连接，检查过压跨界器动作电压检测控制器9与电压传感器8和交流高压测试仪7之间通讯正产，过压跨界器动作电压检测控制器9采集电压正常；
[0049]
步骤三、过压跨界器动作电压检测控制器9以设定步长提高交流高压测试仪7输出电压u2，采集并比较交流高压测试仪7输出电压u2与电压传感器8电压u1，根据以下三种比较结果，继续以设定步长提高输出电压u2或停止试验：情况1：过压跨界器动作电压检测控制器9若检测到电压传感器8电压u1的变化率du1/dt≠0，则控制交流高压测试仪7以设定步长提高电压输出；
[0050]
情况2：过压跨界器动作电压检测控制器9检测到电压传感器8电压u1的变化率du1/dt＝0，且交流高压测试仪7输出电压u2的变化率du2/dt＝0，则控制交流高压测试仪7以设定步长提高电压输出；
[0051]
情况3：过压跨界器动作电压检测控制器9检测到电压传感器8电压u1的变化率du1/dt＝0，高压测试仪输出的工频交流电压u2的变化率du2/dt≠0，则控制交流高压测试仪7停止输出，试验结束，过压跨界器动作电压检测控制器9根据记录波形读取u1的峰值u
1max
，根据预设公式计算bod的动作电压u
动
：
[0052][0053]
本发明原理分析：
[0054]
根据bod即转折二极管的特性可知，当bod两端的瞬时电压高于其动作电压，也称转折电压时，过压跨接器动作导通；当bod两端的瞬时电压低于其动作电压时，过压跨接器截止，即不导通。
[0055]
由于高压测试仪输出的工频交流电压u2是呈周期性交变的正弦波，当加在跨界两端的电压u3小于bod动作电压时，bod为截止状态，可控硅不导通，r2与r3端电压u1与高压测试仪输出的工频交流电压u2变化规律一致，其导数du1/dt与du2/dt均呈余弦函数的规律变
化，即上述情况1和情况2；
[0056]
当加在跨界两端的电压u3大于bod动作电压时，bod为导通状态，由于限流电阻r1的作用，流过跨接器的电流远比可控硅的擎住电流小，可控硅被触发后仍不能维持导通，导致过压跨接器两端的电压波形呈现被削顶的正弦波如图5所示，此时r2与r3端电压u1与高压测试仪输出的工频交流电压u2变化规律就会存在差别，在“削顶”段du1/dt保持0，即u1的变化率为0，而du2/dt仍按余弦函数的规律变化，即上述情况3。
[0057]
以下结合附图和实施例详细说明本发明原理的正确性。
[0058]
本试验用高精度示波器代替电压传感器，试验还选用交流高压测试仪、5k电阻2个、200k的电阻1个，500k的电阻2个。其中交流高压测试仪具备0-50vac的输出能力，并自带限流功能，200k电阻起到限流作用，500k电阻与5k电阻构成分压回路，示波器采样比n设置为500:1，并联在分压电阻r3与r4的两端。试验所用过压跨接器为南瑞电控公司生产的mbd1002型过压触发板，标称动作电压为3000v。
[0059]
步骤一、将过压跨接器与转子绕组及灭磁电阻的连接点解开，并按图3所示连接电路；
[0060]
步骤二、接通交流高压测试仪、示波器的工作电源；
[0061]
步骤三、缓慢增加高压测试仪的输出电压，并观察示波器上电压波形变化情况，直到正弦波形的峰顶被削平即可停止升压，现场试验波形如图5所示。
[0062]
根据试验波形如图5中所示，可得峰值u＝0.128v，求得bod的动作电压：
[0063][0064]
表1试验数据
[0065]
试验次序试验测得动作电压(v)标称动作电压(v)误差试验323230007.7％
[0066]
试验结论：
[0067]
由表1试验数据可知，通过本发明测得的发电机励磁系统过压跨接器动作电压与设备标称动作电压之间误差为7.7％，由于试验所用色环电阻、示波器采样变比等可能存在误差，因此7.7％误差在允许范围之内。由上述试验可知，本发明中对过压跨接器的动作电压进行检测的方法是正确可行的。