專利名稱：單開關(guān)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及單片機(jī)及數(shù)字測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種單開關(guān)三采樣的發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)檢測裝置。
背景技術(shù)：
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地故障是較常見的發(fā)電機(jī)故障形式之一。目前，在國內(nèi)投運(yùn)的發(fā)電機(jī) 中，轉(zhuǎn)子接地故障的發(fā)現(xiàn)和處理均由轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置來實(shí)現(xiàn)。 一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作于信 號，兩點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作于跳閘。在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地檢測中，有電橋平衡式檢測方法，疊 加直流電流的檢測方法，疊加交流電流的檢測方法和乒乓式切換檢測方法，其中采用較 多的為兩開關(guān)切換式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地檢測裝置。微機(jī)型兩開關(guān)切換式轉(zhuǎn)子接地檢測裝置 能在線監(jiān)測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對地絕緣的變化，能檢測故障點(diǎn)的位置和絕緣的損傷程度，有利 于加強(qiáng)對發(fā)電機(jī)的安全維護(hù)。但該方法需要另設(shè)轉(zhuǎn)子電壓檢測回路；此外，兩開關(guān)的控 制雖可提高接地檢測的靈敏度，但電子開關(guān)的切換過程中的暫態(tài)影響也會使轉(zhuǎn)子繞組的 接地電阻的測量產(chǎn)生誤差。為簡化檢測電路，減小開關(guān)切換過程的暫態(tài)時(shí)間，有必要針 對現(xiàn)有技術(shù)的不足做進(jìn)一歩的改進(jìn)，以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型為解決上述問題而提供單開關(guān)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)檢測裝置，它發(fā)明目 的是簡化檢測電路，減小開關(guān)切換過程的暫態(tài)時(shí)間。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的單開關(guān)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)檢測裝置，它包括有電阻網(wǎng) 絡(luò)、單切換開關(guān)、釆樣裝置、控制裝置、報(bào)警裝置、顯示裝置，其中，電阻網(wǎng)絡(luò)包括切 換電阻、平衡電阻、回路電壓測量電阻，它們依次串聯(lián)后接入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路；電阻網(wǎng) 絡(luò)還包括接地檢測電阻，接地檢測電阻一端接地并接入采樣裝置輸入端；回路電壓測量 電阻與接地檢測電阻的連接點(diǎn)與采樣裝置的公共端相連，另一端接入采樣裝置進(jìn)行采 樣；采樣裝置的輸出端連接控制裝置的輸入端；切換電阻并聯(lián)接有切換開關(guān)，切換開關(guān) 的控制端與控制裝置的輸入端連接；控制裝置的輸出端分別連接報(bào)警裝置和顯示裝置的 輸入端。
上述控制裝置由單片機(jī)構(gòu)成，所述采樣裝置由信號調(diào)理與A/D采樣電路構(gòu)成，采樣 裝置將接地檢測電阻、回路電壓測量電阻的信號采集并經(jīng)過調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換后傳送給單 片機(jī)；單片機(jī)接有使其正常工作的外圍電路包括復(fù)位電路和晶體振蕩電路及電源。上述控制裝置可以連接有上位機(jī)或通信管理機(jī)。
上述控制裝置可通過報(bào)警裝置分別對一點(diǎn)接地故障和兩點(diǎn)接地故障報(bào)警。 上述單片機(jī)為MSP430F149型號的單片機(jī)。
上述采樣裝置包括線性光電隔離放大器IL300與調(diào)理電路，采樣裝置與 MSP430F149片內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換通道連接。
上述單切換開關(guān)采用PC853H光電耦合器。
本實(shí)用新型的有益效果是采用單切換開關(guān)，簡化了控制回路，縮短了切換的暫態(tài) 過程時(shí)間，有利于提高檢測速度；增加了回路電壓檢測電阻，無需另設(shè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓 測量回路，只需要一路測量隔離電源，簡化了系統(tǒng)，提高了裝置的安全性與可靠性。


圖1為本實(shí)用新型原理框圖。
圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的原理框圖。
圖中l(wèi)一切換電阻；2—平衡電阻；3—回路電壓測量電阻；4—接地檢測電阻；5— 單切換開關(guān)；6—采樣裝置；7—控制裝置；8—報(bào)警裝置；9—顯示裝置。
具體實(shí)施方式

為了更好地理解本實(shí)用新型，
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例做進(jìn)一步描述，參見圖1至2: 按照本實(shí)用新型實(shí)施的單開關(guān)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)檢測裝置，如圖l，它包括有電
阻網(wǎng)絡(luò)、單切換開關(guān)5、采樣裝置6、控制裝置7、報(bào)警裝置8，顯示裝置9。電阻網(wǎng)絡(luò) 包括切換電阻l、平衡電阻2、回路電壓測量電阻3，它們依次串聯(lián)后接入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回 路，電阻網(wǎng)絡(luò)還包括接地檢測電阻4，接地檢測電阻4一端接地并接入采樣裝置6，回 路電壓測量電阻3與接地檢測電阻4的連接點(diǎn)與采樣裝置6的公共端相連，另一端接入 采樣裝置6的輸入端；采樣裝置6的輸出端連接到控制裝置7的輸入端；切換電阻l并 聯(lián)接有單切換開關(guān)5,單切換開關(guān)5的控制端與控制裝置7的輸入端連接，控制裝置7 輸出端分別與報(bào)警裝置8和顯示裝置9的輸入端相連。電阻網(wǎng)絡(luò)中采用兩個(gè)電阻作為平 衡電阻2， 一個(gè)電阻作為切換電阻1。在控制裝置7控制下通過將單切換開關(guān)5投入與 退出，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路構(gòu)成兩個(gè)不同的接地電路，并在接地檢測電阻4上產(chǎn)生不同的 采樣電壓。通過對兩個(gè)不同接地回路產(chǎn)生的接地檢測電壓的測量，及對回路電壓檢測電 阻上電壓的測量，可間接測量發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子電壓，并計(jì)算出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的接地電阻值和 接地故障位置。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地電阻小于整定值時(shí)啟動(dòng)報(bào)警回路動(dòng)作報(bào)警。
單切換開關(guān)5由控制電路7進(jìn)行控制，當(dāng)單切換開關(guān)5斷開時(shí)，若此時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓為E，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組在距負(fù)極為a的故障點(diǎn)K接地(轉(zhuǎn)子繞組分為a和1-a兩 部分，若忽略勵(lì)磁回路的直流電阻，可以aE和(l-a)E表示接地點(diǎn)兩側(cè)的電勢大小，a 為轉(zhuǎn)子繞組的百分?jǐn)?shù))，故障點(diǎn)過渡電阻為Rf。則接地檢測電阻4上的電壓為
式中，i s = 2A義+ 2i 2 + i y ， & 二(i ^+i 2
冋路電壓測量電阻上的電壓分別為U2和U3，則有
當(dāng)單切換開關(guān)5合上時(shí)，Ry被短接，設(shè)此時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓為E'，則接地檢測電阻 4上的電壓為
12(A+i ,) + (卜^
回路電壓測量電阻上的電壓分別為U2'和U3'，則有
￡'=&(1-k,) ^十^(1-A:,)i^
A =五/. 取2，有
1 尺,
式中/^ = ^-^"
為了實(shí)時(shí)監(jiān)測發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓、轉(zhuǎn)子對地絕緣電阻及接地故障的發(fā)生位置，控制裝
置7連接有顯示裝置9，通過顯示器進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。當(dāng)接地電阻值小于規(guī)定的報(bào)警值時(shí)， 通過報(bào)警回路發(fā)出報(bào)警信號。同時(shí)，控制裝置7還可連接有上位機(jī)或通信管理機(jī)。
如圖2,控制裝置7由MSP430F149單片機(jī)構(gòu)成。該芯片功能強(qiáng)大，內(nèi)置有64Kbyte Flash存儲器，用于存放程序、保護(hù)定值，可以通過JTAG端口實(shí)現(xiàn)在線編程；2K byte RAM,可用于事故記錄和故障錄波數(shù)據(jù)，無需外擴(kuò)RAM;芯片還有豐富的I/0端口 8 路12位A/D轉(zhuǎn)換器，4個(gè)8位并行I/0端口， 2個(gè)異步串行通信接口， l個(gè)同步串行通 信接口。單切換開關(guān)5采用PC853H光電耦合器，并由MSP430的P2.0直接控制。來自檢測電路Rl、 R2上的電壓信號Ul、 U2和U3經(jīng)采樣裝置6采集調(diào)理后傳送給單片機(jī)， 采樣裝置6包括線性光電隔離放大器IL300與調(diào)理電路，采樣裝置6與MSP430F149片 內(nèi)的A/D轉(zhuǎn)換通道連接。設(shè)置調(diào)理電路的目的有兩個(gè) 一是將檢測信號進(jìn)行適度的幅度 變換。二是考慮到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的偏心，轉(zhuǎn)子繞組上不可避免地有交流分量；另外，目前 的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)大量采用晶閘管勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)子并非平滑的直流電壓，而是脈動(dòng)電 壓。因?yàn)榻涣鞣至康拇嬖冢瑢Φ厝菘箤D(zhuǎn)子繞組接地電阻的測量會產(chǎn)生誤差。為濾除轉(zhuǎn) 子回路交流分量的影響，在調(diào)理電路中，設(shè)計(jì)了二階低通濾波電路。
通過對電子開關(guān)的切換控制，使轉(zhuǎn)子回路構(gòu)成兩個(gè)不同的接地電路，并在取樣電阻 上產(chǎn)生不同的采樣電壓。通過此電壓的采集，可計(jì)算出接地過渡電阻Rf之值和接地故 障位置a。當(dāng)Rf小于整定值時(shí)保護(hù)動(dòng)作，發(fā)一點(diǎn)接地信號，由P2.6 口驅(qū)動(dòng)一點(diǎn)接地故 障報(bào)警裝置8的繼電器報(bào)警。若已發(fā)生一點(diǎn)接地故障，則可通過接地電阻值與接地位置 的變化來判斷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是否發(fā)生兩點(diǎn)接地故障。若在一點(diǎn)接地情況下，轉(zhuǎn)子接點(diǎn)電阻 進(jìn)一步減小，且接地位置變化值大于5%，則可判為兩點(diǎn)接地故障，通過P2.7使兩點(diǎn)接 地故障報(bào)警裝置8的繼電器動(dòng)作進(jìn)行報(bào)警。
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓的測量值及接地電阻與接地位置由MSP430的異步串行通信接口 UART0控制MAX7219進(jìn)行顯示。同時(shí)可通過另一個(gè)異步串行通信接口 UART1與上位 機(jī)或通信管理機(jī)連接。
權(quán)利要求1、單開關(guān)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)檢測裝置，其特征在于它包括有電阻網(wǎng)絡(luò)、單切換開關(guān)、采樣裝置、控制裝置、報(bào)警裝置、顯示裝置，其中，電阻網(wǎng)絡(luò)包括切換電阻、平衡電阻、回路電壓測量電阻，它們依次串聯(lián)后接入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路；電阻網(wǎng)絡(luò)還包括接地檢測電阻，接地檢測電阻一端接地并接入采樣裝置輸入端；回路電壓測量電阻與接地檢測電阻的連接點(diǎn)與采樣裝置的公共端相連，另一端接入采樣裝置進(jìn)行采樣；采樣裝置的輸出端連接控制裝置的輸入端；切換電阻并聯(lián)接有切換開關(guān)，切換開關(guān)的控制端與控制裝置的輸入端連接；控制裝置的輸出端分別連接報(bào)警裝置和顯示裝置的輸入端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單開關(guān)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)檢測裝置，其特征在于所 述控制裝置由單片機(jī)構(gòu)成，所述采樣裝置由信號調(diào)理與A/D采樣電路構(gòu)成，采樣裝置將 接地檢測電阻、回路電壓測量電阻的信號采集并經(jīng)過調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換后傳送給單片機(jī)； 單片機(jī)接有使其正常工作的外圍電路包括復(fù)位電路和晶體振蕩電路及電源。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單開關(guān)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)檢測裝置，其特征在于所 述控制裝置連接有上位機(jī)或通信管理機(jī)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單開關(guān)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)檢測裝置，其特征在于所 述控制裝置可通過報(bào)警裝置分別對一點(diǎn)接地故障和兩點(diǎn)接地故障報(bào)警。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的單開關(guān)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)檢測裝置，其特征在于所述單片機(jī)為MSP430F149型號的單片機(jī)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的單開關(guān)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)檢測裝置，其特征在于所 述采樣裝置包括線性光電隔離放大器IL300與調(diào)理電路，采樣裝置與MSP430F149片內(nèi) 的A/D轉(zhuǎn)換通道連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單開關(guān)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)檢測裝置，其特征在于所 述單切換開關(guān)采用PC853H光電耦合器。
專利摘要本實(shí)用新型涉公開了一種單開關(guān)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)檢測裝置，它包括有電阻網(wǎng)絡(luò)、單切換開關(guān)、采樣裝置、控制裝置、報(bào)警裝置、顯示裝置，電阻網(wǎng)絡(luò)包括切換電阻、平衡電阻、回路電壓測量電阻，它們依次串聯(lián)后接入發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路；電阻網(wǎng)絡(luò)還包括接地檢測電阻，接地檢測電阻一端接地并接入采樣裝置；回路電壓測量電阻與接地檢測電阻的連接點(diǎn)與采樣裝置的公共端相連，另一端接入采樣裝置，采樣裝置連接控制裝置；切換電阻并聯(lián)接有切換開關(guān)與控制裝置連接；控制裝置分別連接報(bào)警裝置和顯示裝置。本實(shí)用新型簡化了控制回路，縮短了切換的暫態(tài)過程時(shí)間；增加回路電壓檢測電阻，無需另設(shè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓測量回路，提高裝置的安全性與可靠性。
文檔編號H02H3/16GK201374550SQ20092008364
公開日2009年12月30日 申請日期2009年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月9日
發(fā)明者程詩明 申請人:武漢大學(xué)