繼電保護自動化仿真系統的高精密電阻發生器的製作方法

2023-05-04 03:25:46

專利名稱：繼電保護自動化仿真系統的高精密電阻發生器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於發電機保護測試中的電阻發生技術，具體涉及一種用於繼電保護自動化仿真系統中的高精密電阻發生器。
背景技術：
如圖1所示，為現有技術中發電機的電路圖，其包含勵磁迴路I』、轉子2』與定子3』，其中轉子2』通過&和Ce接地。在發電機勵磁迴路中，發電機轉子絕緣是薄弱的環節，因為它不僅運行溫度高，而且轉速也高，轉子繞組受強大離心力作用，相互容易摩擦，易引起絕緣損傷。同時，冷卻空氣還可能把炭灰、粉塵、油汙和水汽等帶入轉子並存積在繞組端部和槽口等部位使絕緣電阻值下降。匝間短路故障發生時也常會伴隨接地故障發生。發電機在長期運行過程中，由於轉子內部受潮、冷卻介質洩漏、絕緣老化以及機械振動等諸多方面的原因，容易造成轉子對地絕緣水平的降低進而引發轉子接地故障。當轉子發生一點接地故障時，雖然不會對發電機本身造成直接的危害，但若再相繼發生兩點接地，則將嚴重威脅發電機的安全。發電機轉子一點接地故障是常見的故障形式之一，為了保證電廠的安全生產正常運行，作為繼保人員必須掌握轉子接地保護的基本原理，熟悉發生轉子接地故障的現象和處理方法，全力避免發生轉子兩點接地故障。1、轉子一點接地的危害:發電機轉子一點接地故障是常見的故障形式之一，發生一點接地故障時勵磁繞組與地之間尚未形成電氣迴路，轉子的勵磁電壓和流過轉子的轉子電流受到的影響很小，所以並不對發電機造成危害，此時可通過轉移負荷，平穩停機後再檢查故障。2、轉子兩點接地的危害:I)破壞發電機氣隙磁場的對稱性，使氣隙磁場發生畸變，氣隙磁通失去平衡，引起發電機劇烈振動，使電機損壞、無功出力降低。汽輪發電機勵磁迴路兩點接地還可引起軸系和汽機磁化，後果嚴重。若裝有橫差保護，還會引起其誤動，因此，轉子一點接地保護動作後要將橫差保護加上一個短的延時，防止誤動；2)兩點接地造成非短路的繞組電流增大，如果流過轉子本體的短路電流大(通常以I 500 A為界限)，熱效應燒損轉子的同時還會使轉子發生緩慢變形，造成偏心，加劇振動。另外，還可能損壞其他勵磁裝置，導致失磁故障，危及發電機和系統的安全。為確保發電機的安全運行，當發電機轉子繞組發生一點接地時，應發出信號，運行人員立刻進行處理；若發生兩點接地應立即停止發電機的運行。因此，發電機裝設轉子一點和兩點接地保護是非常必要的。現有技術中，通常採用發變組保護裝置對發電機進行故障檢測和保護的工作。如圖2所示，轉子2』與定子3』分別電路連接勵磁迴路I』，勵磁迴路I』則電路連接發變組保護裝置4』，由發變組保護裝置4』對發電機進行實時檢測和保護。目前，由於發電機價格昂貴，導致在進行對發變組保護裝置4』保護調試和培訓工作中，缺乏進行發變組保護裝置4』工作模擬的外部連接裝置(即發電機)。所以本項目針對現有技術中繼電保護裝置因為缺乏外部連接裝置(價格也比較昂貴)，無法開展發電機轉子一點接地和兩地接地保護調試和培訓工作，設計一種高精密度的電阻發生器，並加上適宜的外接電路設計來取代外部連接裝置，達到相同的培訓效果。

實用新型內容本實用新型提供一種繼電保護自動化仿真系統的高精密電阻發生器，採用高精密電阻發生器替代發變組保護裝置的外部連接裝置，降低發變組保護裝置操作的實訓成本，同時實現精確輸出電阻，並實現數字控制和顯示，便於發變組保護裝置的保護調試和培訓工作。為實現上述目的，本實用新型提供一種繼電保護自動化仿真系統的高精密電阻發生器，其特點是，該電阻發生器用於替代電機轉子電路連接發變組保護裝置，進行發變組保護裝置的功能檢測；該電阻發生器包含:電阻盒，其通過電阻發生器的輸出電路連接外接的發變組保護裝置；微控制器，其電路連接電阻盒，輸出電阻控制信號至電阻盒，控制電阻盒輸出的電阻；輸入模塊，其電路連接微控制器，向微控制器輸入電阻控制指令，微控制器根據該電阻控制指令輸出電阻控制信號；顯示模塊，其電路連接微控制器，對微控制器控制電阻盒輸出的電阻的數值進行顯不O上述的電阻盒包含:電阻網絡，其電路連接電阻盒的輸出；繼電器，其與電阻網絡並聯連接，該繼電器切換電阻網絡，實現電阻精確輸出；微處理器控制線，其電路連接微控制器的輸出端並電路連接繼電器的輸入端，微控制器通過微處理器控制線傳輸電阻控制信號，控制繼電器切換電阻網絡。上述的電阻網絡包含若干串聯連接的電阻；上述的電阻盒包含若干繼電器，若干個繼電器分別與電阻網絡的電阻一一對應並聯連接。上述的電阻網絡中各電阻的取值採用二進位編碼網絡方式，該電阻的取值為2η，η大於等於O。輸入模塊輸入需要高精密電阻發生器輸出的電阻控制指令至微控制器；微控制器接收電阻控制指令，並輸出電阻控制信號至電阻盒；電阻盒中繼電器根據電阻控制信號控制電阻網絡輸出電阻；微控制器將其控制電阻盒輸出電阻的數值發送至顯示模塊，顯示模塊對高精密電阻發生器輸出的電阻進行直觀顯示。本實用新型繼電保護自動化仿真系統的高精密電阻發生器及測試方法和現有技術中發變組保護裝置的保護調試和培訓方法相比，其優點在於，本實用新型採用高精密電阻發生器替代發變組保護裝置的外部連接裝置，即替代了價格昂貴的發電機，降低發變組保護裝置操作的實訓成本；[0028]本實用新型提供一種高精密電阻發生器，其採用繼電器和電阻網絡相結合的設計，通過微控制器控制繼電器切換電阻網絡，實現電阻的精確輸出；本實用新型的高精密電阻發生器，設有顯示模塊和輸入模塊，實現數字控制和顯示，便於發變組保護裝置的保護調試和培訓工作。

圖1為現有技術中發電機的電路模塊圖；圖2為現有技術中發變組保護裝置與發電機的電路圖；圖3為本實用新型繼電保護自動化仿真系統的高精密電阻發生器的電路模塊圖；圖4為本實用新型繼電保護自動化仿真系統的高精密電阻發生器中電阻盒的電路模塊圖；圖5為本實用新型繼電保護自動化仿真系統的高精密電阻發生器中電阻盒的電路原理圖；圖6為本實用新型繼電保護自動化仿真系統的高精密電阻發生器在轉子接地保護測試中的電路連接圖；圖7為本實用新型繼電保護自動化仿真系統的高精密電阻發生器在轉子接地保護測試中的電路連接簡化圖；圖8為圖7中高精密電阻發生器在轉子接地保護測試中的電路連接細化圖。
具體實施方式

以下結合附圖，進一步說明本實用新型的具體實施例。本實用新型公開一種繼電保護自動化仿真系統的高精密電阻發生器，用於在進行發變組保護裝置的保護調試和培訓工作中替代價格昂貴的發電機，作為繼電保護自動化仿真系統的外部連接裝置，實現對發變組保護裝置對發電機的實時監測和保護功能進行檢測和培訓。如圖3所示，一種繼電保護自動化仿真系統的高精密電阻發生器包含電阻盒1、微控制器2、輸入模塊3和顯不模塊4。電阻盒I通過電阻發生器的輸出電路連接外接的發變組保護裝置。微控制器2電路連接電阻盒1，輸出電阻控制信號至電阻盒1，控制電阻盒I輸出的電阻。輸入模塊3電路連接微控制器2，該輸入模塊3向微控制器2輸入電阻控制指令，微控制器2根據該電阻控制指令輸出電阻控制信號至電阻盒I。顯示模塊4電路連接微控制器2，微控制器2將控制電阻盒I輸出電阻值的數據傳輸至顯示模塊4，顯示模塊4對所述微控制器2控制電阻盒I輸出的電阻的數值進行顯示。輸入模塊3採用數字鍵盤，輸入模塊3和顯示模塊4也可以整合採用觸控螢幕。如圖4所示，電阻盒I包含電阻網絡13、繼電器12、微處理器控制線11。電阻網絡13電路連接電阻盒I的輸出，並向發變組保護裝置輸出替代發電機的電阻。繼電器12與電阻網絡13並聯連接，該繼電器12切換電阻網絡13，實現電阻精確輸出。微處理器控制線11電路連接微控制器2的輸出端，並電路連接繼電器12的輸入端，微控制器2通過微處理器控制線11傳輸電阻控制信號，控制繼電器12切換電阻網絡13。現在對於電腦市場的可編程電阻晶片在精度和電阻範圍上難以達到本實用新型設計要求，且受到環境的影響因素很大。對此本實用新型中採用電阻網絡形式，來實現電阻的控制輸出。本實用新型中電阻盒I具體設計採用的是繼電器12和電阻網絡13設計相結合的方式來進行，通過微控制器2來控制繼電器12來切換電阻網絡13，實現電阻的精確輸出。在優選的本實施例中，電阻網絡13包含若干串聯連接的電阻，同時電阻盒I中設有若干繼電器12，該若干個繼電器12分別與電阻網絡13的電阻一一對應並聯連接。電阻網絡13中各電阻的取值採用二進位編碼網絡方式實現，該電阻的取值為2n，其中η大於等於O。優選的，本實施例中電阻網絡13內個股電阻的阻值隨著其連接順序依次增大，具體為第一個電阻阻值為1、第二個電阻阻值為2、第三個電阻阻值為4，之後依次連接的電阻阻值依次為 8、16、32、64、128、256、512、1024，2048、4096、......、至 1024*1024。如圖5所示，具體顯示了電阻盒I的電路原理。電阻盒I的整個電路由編碼電阻串聯組成，通過Dol……至Do20所獲取的控制信號來確定哪一個電阻為有效狀態，最終整個電路的輸出電阻由Jl埠可以看出。如以繼電器kl為例，在獲得高電平狀態時，繼電器不工作，則所串聯的電阻有效，若為低電平狀態則繼電器工作，將所控制的電阻短路，在系統看此電阻處於短接狀態。例如，想獲取1028歐的電阻，則編碼Do20……至Dol為000000000100000001 00，其中I為獲取的高電平電壓為+5V，0為0v，此時kll，k3所轄電阻為有效狀態，其他電阻處於短接端接狀態，所以電路的輸出電阻為1024+4為1028歐姆。以下以發變組保護裝置對發電機進行轉子接地保護測試為例，說明本實用新型的用於繼電保護自動化仿真系統的高精密電阻發生器的測試方法。如圖6所示，高精密電阻發生器6代替發電機設置在轉子接地保護測試電路中，將高精密電阻發生器6與勵磁迴路7電路連接，勵磁迴路7電路連接發變組保護裝置，接發變組保護裝置可以如圖6所示進行簡化說明，分為耦合單元8和測量單元9，耦合單元8與勵磁迴路7和高精密電阻發生器6電路連接，測量單元9電路連接耦合單元8，測量單元9還電路連接電壓源10，該電壓源10向整個系統提供電源。測量單元9通過耦合單元8與高精密電阻發生器6建立連接，並對高精密電阻發生器6進行檢測。當要進行轉子接地保護測試時，可在高精密電阻發生器6上任取一點或兩點進行接地，模擬發電機工作過程中的轉子接地故障。本實施例公開了一種用於繼電保護自動化仿真系統的高精密電阻發生器的轉子接地保護測試方法，在進行轉子接地保護測試之前的測試準備流程具體包含以下步驟:a、實驗前確認發電機的轉子繞組的勵磁迴路7已全部斷開，並對其驗電。b、測試現場進行封閉，用圍欄或繩子將試驗現場圍起，並懸掛標示牌。C、由於轉子接地保護投入運行後，會影響轉子迴路對地的迴路構成或對地絕緣阻值，因此，有兩套轉子接地保護裝置(雙重化配置)時，只能投入一套運行，另一套作為冷備用。所以，雙重化配置轉子接地保護裝置，一套轉子接地保護裝置用於運行，另一套轉子接地保護裝置作為冷備用。d、如圖7所示，轉子接地保護的測試電路進行接線，高精密電阻發生器6、電阻R』 e、電阻R』 』 e、第一刀閘S1、第二刀閘S2電路連接成迴路，電阻R』 e與R』 』 e之間連接有大軸Rot，高精密電阻發生器6的一端電路連接至進行整體測試的發變組保護裝置。連接完成後，對轉子接地保護的測試電路進行帶電空試，檢查轉子接地保護的測試電路中各實驗設備和儀器儀表的的工作狀態是否正常工作。如圖8所示，為圖7中轉子接地保護的測試電路的細化電路原理圖。電阻R』 e、電阻R』』 e、第一刀閘SI和高精密電阻發生器6電路連接成迴路。由於高精密電阻發生器6功能為精確輸出電阻，在圖8中則以一個滑動變阻器等效表示，其滑動觸點分別電路連接啟動開關SB和第二刀閘S2。啟動開關SB還電路連接有試驗儀表。第二刀閘S2電路連接電流繼電器KA。在進行轉子接地保護測試時，在電阻R』e、電阻R』 』e上取勵磁迴路第一點Kl和勵磁迴路第二點K2，來模擬電機轉子的一點接地和兩點接地。用於繼電保護自動化仿真系統的高精密電阻發生器的轉子接地保護測試方法包含以下步驟:步驟1、如圖8所示，當勵磁迴路的第一點Kl點發生接地後，投入第一刀閘SI並按下啟動開關的按鈕SB，調節高精密電阻發生器6的電阻輸出，使電橋平衡。根據上述的高精密電阻發生器6，本轉子接地保護測試方法中調節電阻輸出具體包含以下步驟:步驟1.1、輸入模塊3輸入需要高精密電阻發生器6輸出的電阻控制指令至微控制器2。步驟1.2、微控制器2接收電阻控制指令，並輸出電阻控制信號至電阻盒I。步驟1.3、電阻盒I中繼電器12根據電阻控制信號控制電阻網絡13輸出電阻。步驟1.4、微控制器2將其控制電阻盒I輸出電阻的數值發送至顯示模塊4，顯示模塊4對高精密電阻發生器6輸出的電阻進行直觀顯示。步驟2、通過高精密電阻發生器6調整電橋平衡後，合上第二刀閘S2，將發變組保護裝置的轉子接地保護投入工作。步驟3、當勵磁迴路的第二點K2發生接地時，電橋平衡遭到破壞，電流繼電器KA中有電流通過，若電流大於繼電器KA的動作電流，則發變組保護裝置的轉子接地保護動作，斷開發電機出口斷路器。本實施例中，轉子接地保護整定方案如下:轉子一點接地保護延時動作於信號或停機。兩點接地保護瞬時動作於停機。實際定值一般根據現場經驗值和不同原理整定有所不同。一般機組接地電阻高定值可整定為10kW，延時5s ；接地電阻低定值可整定為lkW 5kW，延時5s ；對於直接水冷的機組，可整定為lkW 5kW，延時5s。儘管本實用新型的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本實用新型的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求1.一種繼電保護自動化仿真系統的高精密電阻發生器，其特徵在於，該電阻發生器用於替代電機轉子電路連接發變組保護裝置，進行發變組保護裝置的功能檢測； 該電阻發生器包含: 電阻盒(I )，其通過電阻發生器的輸出電路連接外接的發變組保護裝置； 微控制器(2)，其電路連接所述的電阻盒(1)，輸出電阻控制信號至電阻盒(1)，控制所述電阻盒(I)輸出的電阻； 輸入模塊(3 )，其電路連接所述微控制器(2 )，向微控制器(2 )輸入電阻控制指令，微控制器(2)根據該電阻控制指令輸出所述電阻控制信號； 顯示模塊(4 )，其電路連接所述微控制器(2 )，對所述微控制器(2 )控制電阻盒(I)輸出的電阻的數值進行顯示。
2.如權利要求1所述的繼電保護自動化仿真系統的高精密電阻發生器，其特徵在於，所述的電阻盒(I)包含: 電阻網絡(13)，其電路連接電阻盒(I)的輸出； 繼電器(12)，其與所述電阻網絡(13)並聯連接，該繼電器(12)切換電阻網絡(13)，實現電阻精確輸出； 微處理器控制線(11)，其電路連接微控制器(2)的輸出端並電路連接所述的繼電器(12)的輸入端，微控制器(2)通過微處理器控制線(11)傳輸電阻控制信號，控制繼電器(12)切換電阻網絡(13)。
3.如權利要求2所述的繼電保護自動化仿真系統的高精密電阻發生器，其特徵在於，所述的電阻網絡(13)包含若干串聯連接的電阻； 所述的電阻盒(I)包含若干繼電器(12)，若干個繼電器(12)分別與電阻網絡(13)的電阻一一對應並聯連接。
4.如權利要求3所述的繼電保護自動化仿真系統的高精密電阻發生器，其特徵在於，所述的電阻網絡(13)中各電阻的取值採用二進位編碼網絡方式，該電阻的取值為2η，η大於等於O。
專利摘要本實用新型公開一種繼電保護自動化仿真系統的高精密電阻發生器，用於替代電機轉子進行發變組保護裝置的功能檢測；其包含電阻盒，其通過電阻發生器的輸出電路連接發變組保護裝置；微控制器，其電路連接電阻盒，輸出電阻控制信號至電阻盒，控制電阻盒輸出的電阻；輸入模塊，其電路連接微控制器，向微控制器輸入電阻控制指令，微控制器根據電阻控制指令輸出電阻控制信號；顯示模塊，其電路連接微控制器，顯示微控制器控制電阻盒輸出的電阻的數值。本實用新型採用高精密電阻發生器替代價格昂貴的發電機，降低發變組保護裝置操作的實訓成本；電阻發生器採用繼電器和電阻網絡相結合的設計，通過微控制器控制繼電器切換電阻網絡，實現電阻的精確輸出。
文檔編號G01R1/28GK202939876SQ20122055756
公開日2013年5月15日 申請日期2012年10月29日 優先權日2012年10月29日
發明者呂政權, 彭勇, 俞國勤, 高蕾, 許燕, 朱耀明, 郝琳娜, 王麗芳, 汪福強 申請人:上海市電力公司, 國家電網公司