檢測大軸接地碳刷接觸不良的方法及設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種檢測大軸接地碳刷接觸不良的方法及設(shè)備，其可有效判別大軸碳刷接觸不良的情況。該用于檢測大軸接地碳刷接觸不良的設(shè)備包括：注入電源，用于向惠斯通電橋輸入電壓，該惠斯通橋以注入電阻R1、注入電阻R2、電容Cr以及電容Cx作為四個臂，其中電容Cr包含轉(zhuǎn)子繞組與大軸接地碳刷之間的分布電容及注入回路附加電容，電容Cx具有與所述電容Cr相同的電容值，注入電阻R1及注入電阻R2的阻值相同；電壓測量裝置，用于測量電壓UCB及電壓UDB；以及處理器，用于在所述電壓UCB大于所述電壓UDB且兩者之差大于一預(yù)設(shè)值時，確定所述大軸接地碳刷接觸不良。
【專利說明】
檢測大軸接地碳刷接觸不良的方法及設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種檢測大軸接地碳刷接觸不良的方法及設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今轉(zhuǎn)子一點接地保護(hù)根據(jù)原理的不同可分為非注入式保護(hù)和注入式保護(hù)二大類。非注入式保護(hù)依靠勵磁繞組本身的電壓或電流量作為保護(hù)判據(jù)的基本參量;注入式保護(hù)則需要外加輔助電源，由該輔助電源把計算保護(hù)判據(jù)用的電壓量或電流量注入轉(zhuǎn)子，以此作為保護(hù)計算的基本參量。
[0003 ]注入式保護(hù)主要以國內(nèi)方波注入式和國外的交流注入式為代表，各個制造廠家都有相應(yīng)的產(chǎn)品。方波注入式原理主要是利用一個可產(chǎn)生正負(fù)方波的電源在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組與大軸回路之間注入。根據(jù)正負(fù)方波兩個狀態(tài)，分別聯(lián)立基爾霍夫電壓方程，從而計算得到轉(zhuǎn)子接地電阻和位置。交流注入式分為惠斯通電橋注入式和普通交流注入式。其區(qū)別是前者通過一個與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組與大軸之間分布電容值相同的一個電容與轉(zhuǎn)子繞組與大軸回路構(gòu)成惠斯通電橋的兩個橋臂，根據(jù)橋的不平衡程度來判斷轉(zhuǎn)子繞組絕緣下降的程度。后者原理是交流電源直接通過電阻、電容注入轉(zhuǎn)子繞組回路，根據(jù)電流、電壓的幅值和相位來確定絕緣水平。這三種轉(zhuǎn)子接地保護(hù)理論上都能較好的檢測轉(zhuǎn)子繞組絕緣，但實際上因為大軸接地碳刷接觸電阻的存在，以及其引起的軸電壓變化影響，保護(hù)測量值往往會過大或過小，保護(hù)會拒動或誤動。
[0004]目前國內(nèi)外各大廠商的產(chǎn)品均無法判別大軸碳刷接觸不良的情況，一旦發(fā)生大軸接地碳刷接觸不良，保護(hù)的誤動可能性較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種檢測大軸接地碳刷接觸不良的方法及設(shè)備，其可有效判別大軸碳刷接觸不良的情況。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于檢測大軸接地碳刷接觸不良的設(shè)備，該設(shè)備包括:注入電源，用于向惠斯通電橋輸入電壓，該惠斯通橋以注入電阻R1、注入電阻R2、電容Cr以及電容Cx作為四個臂，其中電容Cr包含轉(zhuǎn)子繞組與大軸接地碳刷之間的分布電容及注入回路附加電容，該電容Cr的電容值為轉(zhuǎn)子繞組與大軸接地碳刷之間的分布電容及注入回路附加電容之和的等效值，電容Cx具有與所述電容Cr相同的電容值，注入電阻Rl及注入電阻R2的阻值相同；電壓測量裝置，用于測量電壓Ucb及電壓UDB，其中Ucb表示電容Cr兩端的電壓，Udb表示電容Cx兩端的電壓；以及處理器，用于在所述電壓Ucb大于所述電壓Udb且兩者之差大于一預(yù)設(shè)值時，確定所述大軸接地碳刷接觸不良。
[0007]其中，所述處理器還用于在所述Ucb小于所述電壓Udb且兩者之差大于一預(yù)設(shè)值時，確定轉(zhuǎn)子繞組絕緣性降低，并執(zhí)行保護(hù)操作。
[0008]其中，所述處理器用于:在I Udb 1-1 Ucb I >Usetting^，執(zhí)行報警操作；以及在| Udb | -Ucb >Usetting2 時，執(zhí)行保護(hù)操作，其中，Usettingl <Usetting2。
[0009]其中，所述電壓測量裝置還用于測量電壓UCD，其中該Ucd表示所述惠斯通電橋的靈敏電壓;所述處理器用于在uCD>uSTART的情況下，執(zhí)行保護(hù)啟動操作，并控制所述電壓測量裝置執(zhí)行上述電壓Ucb及電壓Udb的測量操作以及所述大軸接地碳刷接觸不良或轉(zhuǎn)子繞組絕緣性降低的判定操作。
[0010]其中，所述處理器在確定所述大軸接地碳刷接觸不良之后，執(zhí)行報警操作，并鎖閉所述保護(hù)操作。
[0011 ]其中，所述注入電源的頻率不是6的整數(shù)倍。
[0012]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種用于檢測大軸接地碳刷接觸不良的方法，該方法包括:向惠斯通電橋輸入電壓，該惠斯通橋以注入電阻Rl、注入電阻R2、電容Cr以及電容Cx作為四個臂，其中電容Cr包含轉(zhuǎn)子繞組與大軸接地碳刷之間的分布電容及注入回路附加電容，該電容Cr的電容值為轉(zhuǎn)子繞組與大軸接地碳刷之間的分布電容及注入回路附加電容之和的等效值，電容Cx具有與所述電容Cr相同的電容值，注入電阻Rl及注入電阻R2的阻值相同；測量電壓Ucb及電壓Udb ,其中Ucb表不電容Cr兩端的電壓，Udb表不電容Cx兩端的電壓；以及在所述電壓Ucb大于所述電壓Udb且兩者之差大于一預(yù)設(shè)值時，確定所述大軸接地碳刷接觸不良。
[0013]其中，該方法還包括:在所述Ucb小于所述電壓Udb且兩者之差大于一預(yù)設(shè)值時，確定轉(zhuǎn)子繞組絕緣性降低，并執(zhí)行保護(hù)操作。
[0014]其中，在I Udb | - | Ucb I >Usettingdf，執(zhí)行報警操作；以及在 I Udb | -1 Ucb I >Usetting2時，執(zhí)行保護(hù)操作，其中，Usettingl <Usetting2。
[0015]其中，該方法還包括:測量電壓UCD，其中該Ucd表示所述惠斯通電橋的靈敏電壓；以及在UCD>USTART的情況下，執(zhí)行保護(hù)啟動操作，并控制所述電壓測量裝置執(zhí)行上述電壓Ucb及電壓Udb的測量操作以及所述大軸接地碳刷接觸不良或轉(zhuǎn)子繞組絕緣性降低的判定操作。
[0016]其中，在確定所述大軸接地碳刷接觸不良之后，執(zhí)行報警操作，并鎖閉保護(hù)操作。
[0017]其中，向所述惠斯通電橋輸入的電壓的頻率不是6的整數(shù)倍。
[0018]通過上述技術(shù)方案，可區(qū)分大軸接地碳刷接觸不良的情況，以此來閉鎖跳閘并發(fā)報警，可以大大降低保護(hù)的誤動可能性。
[0019]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0020]附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0021]圖1為本發(fā)明一實施例提供的用于檢測大軸接地碳刷接觸不良的設(shè)備的電路圖；
[0022]圖2為圖1所示電路在發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接地情況下的等效電路圖；以及
[0023]圖3為圖1所示電路在發(fā)生大軸接地碳刷接觸不良情況下的等效電路圖；以及
[0024]圖4為本發(fā)明提供的用于檢測大軸接地碳刷接觸不良的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0026]圖1為本發(fā)明一實施例提供的用于檢測大軸接地碳刷接觸不良的設(shè)備的電路圖。如圖1所示，本發(fā)明提供了一種用于檢測大軸接地碳刷接觸不良的設(shè)備，該設(shè)備包括:注入電源Us(其可為高頻注入電源)，用于向惠斯通電橋輸入電壓，該惠斯通橋以注入電阻R1、注入電阻R2、電容Cr以及電容Cx(該電容Cx的電容值是可調(diào)的，以與電容Cr的電容值相等)作為四個臂，其中電容Cr包含轉(zhuǎn)子繞組與大軸接地碳刷之間的分布電容(正常時轉(zhuǎn)子繞組與大軸的絕緣良好，理論分析時可認(rèn)為無窮，因為轉(zhuǎn)子繞組與大軸間有分布電容存在，因此兩者之間的回路呈現(xiàn)容性)及注入回路附加電容，該電容Cr的電容值為轉(zhuǎn)子繞組與大軸接地碳刷之間的分布電容及注入回路附加電容之和的等效值，電容Cx具有與所述電容Cr相同的電容值，注入電阻Rl及注入電阻R2的阻值相同(兩者阻值之差不應(yīng)超過0.5%)；電壓測量裝置(圖中未不出)，用于測量電壓Ucb及電壓Udb,其中Ucb表不電容Cr兩端的電壓，Udb表不電容Cx兩端的電壓；以及處理器(圖中未示出)，用于在所述電壓Ucb大于所述電壓Udb且兩者之差大于一預(yù)設(shè)值時，確定所述大軸接地碳刷接觸不良。
[0027]優(yōu)選地，本發(fā)明的交流注入電源不使用50Hz工頻電源(因為50Hz工頻電源易受軸電壓干擾，會加劇電橋不平衡)，而使用10Hz高頻電源，因為整流勵磁回路有很大的6次諧波分量，所以需避免使用6Nfn頻率的電源。
[0028]本發(fā)明的上述電路是基于惠斯通電橋的改進(jìn)型，利用轉(zhuǎn)子繞組與大軸碳刷電阻變化引起的電壓相位不同來區(qū)分兩種情況，從而實現(xiàn)大軸接地碳刷接觸不良檢測功能。正常情況下，因為橋臂間阻抗大致相等，整個電橋處于平衡狀態(tài)，測量端電壓UCD(S卩，所述惠斯通電橋的靈敏電壓)很小。當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)子一點接地，轉(zhuǎn)子繞組與大軸間的等效阻抗會變小，相當(dāng)于并聯(lián)了一個接地電阻Rg，最直接的反應(yīng)就是惠斯通電橋失去平衡，測量端電壓Ucd會隨著接地電阻的變小而顯著增大(如圖2所示)。因為轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生接地，該橋臂的等效阻抗減小，反映到電橋中，就是Ucd不等于0，且Ucb的幅值小于Udb的幅值。當(dāng)轉(zhuǎn)子絕緣良好，而大軸接地碳刷接觸不良時，轉(zhuǎn)子回路相當(dāng)于串聯(lián)了一個變化的接觸電阻Rz，該橋臂的阻抗會增大，反映到電橋中，也是Ucd不為O，Ucb的幅值大于Udb(如圖3所示)。
[0029]本發(fā)明可根據(jù)上述電壓測量結(jié)果，建立了一套全新的保護(hù)動作邏輯。具體而言，如圖4所示:
[0030]在UCD>USTART的情況下，執(zhí)行保護(hù)啟動操作；
[0031]在|uDB1-|uCBI>usetting的情況下，執(zhí)行保護(hù)操作(例如，執(zhí)行跳閘操作)；其中，該Use3tting可設(shè)置為兩段式，I段作用于報警，II段作用于保護(hù)操作。例如，在I Udb 1-1ucb I >Usettingl時，執(zhí)行報警操作；以及在|Udb|-|Ucb| >Usetting2時，執(zhí)行保護(hù)操作。
[0032]在IUcb I _ I Udb I >化_的情況下，執(zhí)行報警操作，并鎖閉保護(hù)操作。
[0033]以下介紹本發(fā)明的具體操作過程:
[0034]首先由注入電源產(chǎn)生一個頻率10Hz幅值40V的交流電壓源，注入電橋的A、B端(其中，使用10Hz頻率交流電可以避免轉(zhuǎn)子軸電壓和整流諧波電壓的干擾，使測量值更為準(zhǔn)確)。當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，升壓至空載額定時，調(diào)節(jié)可調(diào)電容Cx，使Ucb約等于UDB，UCD約為
O。接下來，電橋靈敏電壓Ucd作為保護(hù)起動量，一旦發(fā)生大軸接觸不良或者轉(zhuǎn)子絕緣變化，均會破壞電橋平衡，Ucd將大大高于Ustart，保護(hù)能可靠起動。如果發(fā)生的是轉(zhuǎn)子絕緣降低，其結(jié)果必然是Udb幅值大于Ucb的幅值，通過整定合適的Usetting可以使保護(hù)可靠動作，在I Udb I _ I Ucb >Usettingl時，執(zhí)行報警操作；以及在|Udb|_|Ucb| >Usetting2時，執(zhí)行保護(hù)操作。若發(fā)生的是大軸接地碳刷接地不良，則必然是Ucb幅值大于Udb幅值，通過整定合適的Ualarm使保護(hù)發(fā)出告警，提醒運(yùn)行人員大軸碳刷接觸不良，并閉鎖保護(hù)出口。本發(fā)明通過比較電壓幅值的大小來實現(xiàn)保護(hù)邏輯通常是簡單可靠的，避免了比較電壓相位變化在準(zhǔn)確性、抗干擾性和可實現(xiàn)性方面帶來的新問題。
[0035]相應(yīng)的，如圖4所示，本發(fā)明還提供了一種用于檢測大軸接地碳刷接觸不良的方法，該方法包括:向惠斯通電橋輸入電壓，該惠斯通橋以注入電阻R1、注入電阻R2、電容Cr以及電容Cx作為四個臂，其中電容Cr包含轉(zhuǎn)子繞組與大軸接地碳刷之間的分布電容及注入回路附加電容，該電容Cr的電容值為轉(zhuǎn)子繞組與大軸接地碳刷之間的分布電容及注入回路附加電容之和的等效值，電容Cx具有與所述電容Cr相同的電容值，注入電阻Rl及注入電阻R2的阻值相同；測量電壓Ucb及電壓Udb，其中Ucb表不電容Cr兩端的電壓，Udb表不電容Cx兩端的電壓；以及在所述電壓Ucb大于所述電壓Udb且兩者之差大于一預(yù)設(shè)值時，確定所述大軸接地碳刷接觸不良。有關(guān)該方法的具體細(xì)節(jié)及益處，可參閱上述有關(guān)檢測大軸接地碳刷接觸不良的設(shè)備的描述，于此不再贅述。
[0036]相比于現(xiàn)有技術(shù)中無法區(qū)分大軸碳刷接觸不良的異常工況，本發(fā)明可及時發(fā)現(xiàn)大軸接地碳刷接觸不良的故障，為現(xiàn)場工作人員及時消除隱患提供必要的信息，從很大程度上降低了碳刷接觸不良影響保護(hù)動作準(zhǔn)確性這一重大難題，使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)正真杜絕誤動。由于保護(hù)構(gòu)成簡單、判據(jù)清晰、明確，本發(fā)明具有可靠性高，誤動率低，因此有很好的應(yīng)用價值。
[0037]以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0038]另外需要說明的是，在上述【具體實施方式】中所描述的各個具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。
[0039]此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。
【主權(quán)項】
1.一種用于檢測大軸接地碳刷接觸不良的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括: 注入電源，用于向惠斯通電橋輸入電壓，該惠斯通橋以注入電阻Rl、注入電阻R2、電容Cr以及電容Cx作為四個臂，其中電容Cr包含轉(zhuǎn)子繞組與大軸接地碳刷之間的分布電容及注入回路附加電容，該電容Cr的電容值為轉(zhuǎn)子繞組與大軸接地碳刷之間的分布電容及注入回路附加電容之和的等效值，電容Cx具有與所述電容Cr相同的電容值，注入電阻Rl及注入電阻R2的阻值相同； 電壓測量裝置，用于測量電壓Ucb及電壓Udb，其中Ucb表示電容Cr兩端的電壓，Udb表示電容Cx兩端的電壓；以及 處理器，用于在所述電壓Ucb大于所述電壓Udb且兩者之差大于一預(yù)設(shè)值時，確定所述大軸接地碳刷接觸不良。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述處理器還用于在所述Ucb小于所述電壓Udb且兩者之差大于一預(yù)設(shè)值時，確定轉(zhuǎn)子繞組絕緣性降低，并執(zhí)行保護(hù)操作。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述處理器用于: 在|Udb|-|Ucb| >Usettingl時，執(zhí)行報警操作；以及 在I Udb卜I Ucb I >Usetting2時，執(zhí)行保護(hù)操作， 中，Usettingl <Usetting2 ο4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于， 所述電壓測量裝置還用于測量電壓UCD，其中該Ucd表示所述惠斯通電橋的靈敏電壓； 所述處理器用于在UCD>USTART的情況下，執(zhí)行保護(hù)啟動操作，并控制所述電壓測量裝置執(zhí)行上述電壓Ucb及電壓Udb的測量操作以及所述大軸接地碳刷接觸不良或轉(zhuǎn)子繞組絕緣性降低的判定操作。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述處理器在確定所述大軸接地碳刷接觸不良之后，執(zhí)行報警操作，并鎖閉所述保護(hù)操作。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述注入電源的頻率不是6的整數(shù)倍。7.一種用于檢測大軸接地碳刷接觸不良的方法，其特征在于，該方法包括: 向惠斯通電橋輸入電壓，該惠斯通橋以注入電阻R1、注入電阻R2、電容Cr以及電容Cx作為四個臂，其中電容Cr包含轉(zhuǎn)子繞組與大軸接地碳刷之間的分布電容及注入回路附加電容，該電容Cr的電容值為轉(zhuǎn)子繞組與大軸接地碳刷之間的分布電容及注入回路附加電容之和的等效值，電容Cx具有與所述電容Cr相同的電容值，注入電阻Rl及注入電阻R2的阻值相同； 測量電壓Ucb及電壓Udb，其中Ucb表不電容Cr兩端的電壓，Udb表不電容Cx兩端的電壓；以及 在所述電壓Ucb大于所述電壓Udb且兩者之差大于一預(yù)設(shè)值時，確定所述大軸接地碳刷接觸不良。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，該方法還包括: 在所述Ucb小于所述電壓Udb且兩者之差大于一預(yù)設(shè)值時，確定轉(zhuǎn)子繞組絕緣性降低，并執(zhí)行保護(hù)操作。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于， 在|Udb|-|Ucb| >Usettingl時，執(zhí)行報警操作；以及 在I Udb卜I Ucb I >Usetting2時，執(zhí)行保護(hù)操作， 中，Usettingl <Usetting2 ο10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，該方法還包括: 測量電壓UcD，其中該Ucd表示所述惠斯通電橋的靈敏電壓；以及 在Ucd>Ustart的情況下，執(zhí)行保護(hù)啟動操作，并控制所述電壓測量裝置執(zhí)行上述電壓Ucb及電壓Udb的測量操作以及所述大軸接地碳刷接觸不良或轉(zhuǎn)子繞組絕緣性降低的判定操作。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在確定所述大軸接地碳刷接觸不良之后，執(zhí)行報警操作，并鎖閉保護(hù)操作。12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，向所述惠斯通電橋輸入的電壓的頻率不是6的整數(shù)倍。
【文檔編號】G01R27/20GK105974241SQ201610471195
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】鮮霄, 魏良, 劉玉剛, 王新江
【申請人】中國神華能源股份有限公司, 北京國華電力有限責(zé)任公司, 浙江國華浙能發(fā)電有限公司