專利名稱：檢測和計算接地故障電阻的設(shè)備和方法
專利說明檢測和計算接地故障電阻的設(shè)備和方法 本專利文件的公開的一部分包含受版權(quán)保護的資料。所有者不反對任何人傳真復制本專利文件或?qū)＠_，因為它出現(xiàn)在專利商標局專利文件或記錄中，但在其它方面無論如何仍保留所有版權(quán)。相關(guān)申請的交叉引用本申請要求2000年11月8日提交的美國臨時申請No.60/246806的權(quán)益，現(xiàn)通過引用將其完整地結(jié)合于此。
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般涉及檢測和計算接地故障電阻的設(shè)備和方法。在更具體的實施例中，本發(fā)明涉及用于計算接地故障電阻、包括估算接地故障位置的設(shè)備和方法。將發(fā)電機的勵磁回路與地隔離是工業(yè)中普遍采用的。為這些應(yīng)用提供的勵磁系統(tǒng)也與地隔離并且通常包括勵磁接地檢測器，用以檢測是否存在接地以及產(chǎn)生告警或使發(fā)電機跳閘。實際上，在大多數(shù)勵磁機應(yīng)用中，勵磁接地檢測器已經(jīng)成為標準。在勵磁回路或相關(guān)勵磁設(shè)備中存在一處接地不會造成問題，但存在第二處接地就會導致大電流通過，這可能對設(shè)備造成損害。與本發(fā)明有關(guān)的應(yīng)用的實例是發(fā)電機應(yīng)用中的勵磁系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器系統(tǒng)。在歷史上，接地檢測器測量泄漏電流，并且包含一些規(guī)定來確保能夠檢測到勵磁電路中任何地方出現(xiàn)的接地，例如確保不存在任何“盲點”。此外，還要求這些裝置即使在沒有為勵磁回路通電時仍工作。這些特征使裝置從一個磁極引線到地施加連續(xù)電壓。這產(chǎn)生將場結(jié)構(gòu)提高到高于地以及使靈敏度隨所加的勵磁電壓而變化的負面結(jié)果。在其它應(yīng)用中，低頻振蕩器已經(jīng)用來代替施加到一個磁極引線的到地的連續(xù)電壓。振蕩器通過高于或低于地的小電壓對勵磁繞組中心進行調(diào)制。這個方案消除了一個磁極引線的電壓提升到高于地的情況。但這個方案有些缺點。例如，這個方案沒有消除設(shè)備隨所加勵磁電壓而變的可變靈敏度。此外，這種實現(xiàn)可能在出現(xiàn)某些接地故障的情況下以不正確的方式工作。此外，還希望勵磁接地檢測器在出現(xiàn)高共模電壓以及與晶閘管橋相關(guān)的開關(guān)電壓時正確地工作。目前的實現(xiàn)在出現(xiàn)某些接地故障時會遇到可變靈敏度和不正確操作的情況。因此，需要一種更有效的設(shè)備和方法，用于計算接地故障電阻，其中包括估算接地故障位置。還需要監(jiān)測接地電阻以檢測接地絕緣的退化。
發(fā)明概述本文所述方案滿足上述需要及其它需要。本文所述方案的一個典型目的是檢測出現(xiàn)在勵磁電路中任何位置以及出現(xiàn)在任何以電方式連接勵磁回路的勵磁機電路中的接地故障。本方案的另一個典型目的是能夠識別接地電阻，從而能夠?qū)ζ溥M行監(jiān)測以檢測接地電阻的逐漸退化。另一個典型目的是提供在勵磁系統(tǒng)工作時估算接地故障位置的功能。本發(fā)明的勵磁回路接地檢測方案能夠估算接地故障的實際電阻，并且進一步估算接地故障的位置。本發(fā)明能夠在出現(xiàn)高共模電壓、快速轉(zhuǎn)換事件以及從各磁極引線到地的大電容器時工作。一方面，本發(fā)明利用低頻方波振蕩器以允許在未加勵磁電壓時測量接地故障電阻，確保在勵磁回路通電時不存在任何盲點，提供用于估算接地故障電阻的方法。勵磁接地檢測器基本上能夠檢測勵磁電路以及與勵磁系統(tǒng)相關(guān)的有功部件中任何位置的故障。對于低于1500歐姆的故障電阻，出現(xiàn)在晶閘管橋的AC側(cè)的接地故障將被識別為AC接地故障。大于此值的故障電阻將被正確識別，但不會將該故障識別為該橋的AC側(cè)的故障。勵磁接地檢測器結(jié)合冗余技術(shù)以提高可靠性，并提供對低頻振蕩器電壓的測量，作為提高接地故障電阻計算的精確度的方法。在電壓電平的每次轉(zhuǎn)變時以一種方式測量低頻振蕩器電壓，從而每半個周期測試大部分接地檢測器，產(chǎn)生增強的診斷。還可提供“測試”功能來迫使低頻振蕩器在測試過程中達到高得多的頻率并測量所產(chǎn)生信號的特征。從而提供接地檢測器的更完整功能測試，并且即使出現(xiàn)預(yù)先存在的接地故障也能正確執(zhí)行。如上所述，提供低頻振蕩器的方案實質(zhì)上對勵磁繞組中心調(diào)制一個高于和低于地的小電壓，沒有消除隨所加勵磁電壓變化的靈敏度。本發(fā)明的一個方面利用低頻振蕩器來避免使磁極引線之一偏置成高于或低于地，并且消除勵磁接地檢測器對勵磁電壓的可變靈敏度。靜態(tài)勵磁系統(tǒng)一般要求增加濾波電路、通常稱作軸電壓抑制器，以免將快速變化的AC電壓耦合到軸中。這些濾波器以傳統(tǒng)方式實現(xiàn)為從各磁極引線到地的RC電路，以及勵磁接地檢測器必須與在場的這些裝置正確地配合工作。本發(fā)明的勵磁接地檢測器利用軸電壓抑制器對橋結(jié)構(gòu)的AC側(cè)上的故障電阻的響應(yīng)來識別出現(xiàn)在該橋的AC側(cè)的故障。本發(fā)明這個方面還提供一種方法，采用冗余技術(shù)來提高勵磁接地檢測器在與冗余勵磁系統(tǒng)配合使用時的可靠性?？傊景l(fā)明的一個目的是檢測出現(xiàn)在勵磁電路中任何位置以及出現(xiàn)在任何以電方式連接到勵磁回路的勵磁機電路中的接地故障。另一個目的是識別接地電阻以有效地監(jiān)測，從而檢測接地電阻的逐步下降。另一個目的是在勵磁系統(tǒng)工作時估算接地故障的位置。為了支持可靠性目的，接地檢測器可利用冗余概念。另一個目的是提供診斷，以便管理、監(jiān)測及維護本發(fā)明的勵磁接地故障檢測器的操作和功效。在一個實施例中，本發(fā)明提供一種用于檢測勵磁回路接地的系統(tǒng)，包括感測電阻器、衰減器網(wǎng)絡(luò)、參考信號源、壓控振蕩器以及控制邏輯。參考信號源向發(fā)電機的磁極引線提供參考信號。參考信號在操作上與感測電阻器和衰減器網(wǎng)絡(luò)相連，其中衰減器網(wǎng)絡(luò)連接到兩個磁極引線，產(chǎn)生一個使勵磁繞組中心偏置成相對于地加上和減去參考信號的信號。壓控振蕩器(VCO)測量感測電阻器上的差分電壓?？刂七壿媴f(xié)調(diào)測量數(shù)據(jù)的收集，并從測量數(shù)據(jù)中提取接地故障電阻和接地故障位置的估算值。在另一個實施例中，本發(fā)明提供一種供操作電機的控制系統(tǒng)中使用的方法。該方法涉及檢測和測量勵磁回路接地故障，并且包括以下步驟檢測感測電阻器的電阻；通過感測電阻器和衰減器網(wǎng)絡(luò)將參考信號加到發(fā)電機的磁極引線，其中衰減器網(wǎng)絡(luò)連接到兩個磁極引線，產(chǎn)生使勵磁繞組中心在相對于地加上和減去參考信號的范圍內(nèi)偏置的信號；測量感測電阻上的差分電壓；分析所收集的測量數(shù)據(jù)；以及檢測接地故障并從測量數(shù)據(jù)中估計接地故障電阻以及接地故障的位置。通過參照以下附圖進行的說明來認識本發(fā)明的其它特征、目的以及優(yōu)點。
附圖概述

圖1說明本發(fā)明的一個典型非冗余勵磁接地檢測器實現(xiàn)。圖2說明穩(wěn)態(tài)DC操作的典型電路圖，其中包括位于軸電壓抑制器電容器兩端的泄放電阻器。圖3說明用于例如750vrms和1125vrms之間的勵磁機輸入變壓器電壓的典型衰減器邏輯。圖4說明用于測量感測電壓和振蕩器電壓的典型邏輯。圖5說明用于檢測非正規(guī)指定振蕩器頻率并迫使VCO在測試過程中測量感測電阻器上的差分電壓的典型邏輯。圖6說明與本發(fā)明的常規(guī)操作對應(yīng)的時序圖。圖7表示出一些波形，說明勵磁接地檢測器的常規(guī)操作。圖8說明與本發(fā)明的測試模式操作對應(yīng)的時序圖。圖9表示出一些波形，說明測試模式中勵磁接地檢測器的操作。圖10說明本發(fā)明的冗余勵磁接地檢測器實現(xiàn)。圖11說明一種冗余勵磁接地檢測器。圖12是示意圖，說明結(jié)合了本發(fā)明的勵磁接地檢測器的靜態(tài)勵磁控制系統(tǒng)。
最佳實施例的詳細說明本文所述的本發(fā)明的勵磁接地檢測器的方法和設(shè)備用于勵磁控制系統(tǒng)中，以便操作諸如用于蒸汽、氣體及水利發(fā)電之類的發(fā)電機。整個控制系統(tǒng)的實例將在下面討論并表示在圖12的示意圖中。該系統(tǒng)可以是全部或部分數(shù)字的，并且可在多種配置之一中提供。該系統(tǒng)可以硬布線或無線方式、經(jīng)由諸如以太網(wǎng)、因特網(wǎng)、LAN、WAN之類的多種已知網(wǎng)絡(luò)之一在通信上連接以便訪問和控制。本文所述的特定配置和方式僅作為示例，應(yīng)當知道，本發(fā)明的勵磁接地檢測器可以多種不同方式來實現(xiàn)，用于各種各樣的配置和應(yīng)用中。另外，還應(yīng)知道，隨著技術(shù)不斷發(fā)展，可以結(jié)合這種不斷發(fā)展的技術(shù)來享用本發(fā)明的有利之處。通過概述和介紹，本文所述的本發(fā)明所提供的方案能夠估算接地故障的實際電阻，以及進一步估算接地故障的位置。更具體地說，勵磁接地檢測器能夠檢測勵磁電路以及與勵磁系統(tǒng)相關(guān)的有功部件中任何位置的故障。例如，出現(xiàn)在晶閘管橋的AC側(cè)的接地故障將被識別為AC接地故障，其故障電阻低于1500歐姆。大于該值的故障電阻將被正確識別，但在一個典型實施例中，該設(shè)備不會將該故障識別為發(fā)生在橋的AC側(cè)的故障。該方案還能夠在出現(xiàn)高共模電壓、快速轉(zhuǎn)換事件以及從各磁極引線到地的大電容器時工作。一方面，低頻方波振蕩器用來提供上述特征。這種振蕩器的使用允許在沒有施加勵磁電壓時測量接地故障電阻。它確保在勵磁回路通電時不存在任何盲點。接地檢測器還提供對低頻振蕩器電壓的測量，作為提高接地故障電阻計算的精確度的方法。此外，低頻振蕩器電壓在電壓電平的每次瞬變時進行測量。因而，每半個周期對大部分接地檢測器進行測試，產(chǎn)生增強的診斷。此外，低頻振蕩器的使用避免了使磁極引線之一偏置為高于或低于地，并消除勵磁接地檢測器對勵磁電壓的可變靈敏度。根據(jù)另一個特征，靜態(tài)勵磁系統(tǒng)要求增加濾波電路、通常稱作軸電壓抑制器，以免將快速變化的AC電壓耦合到軸中。這些濾波器以傳統(tǒng)方式實現(xiàn)為將各磁極引線耦合到地的RC電路；勵磁接地檢測器需要與在場的這些裝置正確地配合工作。本文所述的方案利用軸電壓抑制器對橋結(jié)構(gòu)的AC側(cè)的故障電阻的響應(yīng)來識別出現(xiàn)在橋的AC側(cè)的故障。此外，接地檢測器結(jié)合冗余實現(xiàn)策略來提高設(shè)備的可靠性。還可提供“測試”功能，它迫使低頻振蕩器在測試過程中以高得多的頻率工作并測量所產(chǎn)生信號的特征。這提供了接地檢測器的更完整功能測試，并且即使出現(xiàn)預(yù)先存在的接地故障也能正確執(zhí)行。首先，圖1說明本發(fā)明的非冗余勵磁接地檢測器實現(xiàn)，一般表示為100。低頻方波振蕩器104通過感測電阻器106和衰減器網(wǎng)絡(luò)[108、110]加到發(fā)電機的磁極引線116。衰減器網(wǎng)絡(luò)108、110連接到兩個磁極引線，產(chǎn)生使勵磁繞組中心偏置成相對于地加上和減去振蕩器電壓的信號。也就是說，沒有一個磁極引線是單獨相對于地偏置的，消除了以前實現(xiàn)的缺陷之一(例如由一個引線提升到高于地的偏壓加勵磁電壓所產(chǎn)生的問題)。勵磁機控制器(一般由接口114表示)通過光纖電纜118發(fā)送振蕩器電壓命令以及通過第二光纖電纜120讀取感測電壓，從而與接地檢測器進行接口。來自勵磁機控制器的電力用以對勵磁接地檢測器中的隔離電源(未標出)供電，使得勵磁接地檢測器保持與勵磁機控制電路完全隔離。勵磁機控制器的計算功能性用來提供在勵磁接地檢測器中測量的信號的信號調(diào)節(jié)和算法控制。這種功能性用來從測量數(shù)據(jù)中提取接地電阻和接地故障位置的估算值。極低頻率的方波振蕩器104用來避免對軸電壓抑制器電容器充電電流的響應(yīng)，這是大部分靜態(tài)勵磁系統(tǒng)中存在的。采用處理器來估算接地故障電阻的一個優(yōu)點在于能夠?qū)μ幚砥鬟M行編程，以便在充電瞬變過程消失之后檢查接地電流，從而消除充電電流所引起的誤差。該功能性通過對低頻振蕩器電壓的兩個連續(xù)半周期進行測量來估算接地故障電阻。圖2說明用于穩(wěn)態(tài)DC信號的勵磁回路接地檢測電路200的電路圖，其中包括軸電壓抑制器電容器(202、204)兩端的泄放電阻器(Rb)(206、208)。在振蕩器電壓的正半周期，感測電阻器(Rs)214兩端的電壓由下列公式1.0給出Vs1＝(Rd*Voscp+ReVfgp+Rf*xVfgp)/(R^2Rb^2+2R^2RbRx+2RRb^2Rx+2RRb^2Rs+4RRbRsRx)。在此公式中，Voscp是正半周期的振蕩器電壓，Rx是接地故障電阻，以及x*Vfgp是正半周期中負磁極引線到接地故障點的電壓。根據(jù)類似推理，負半周期的感測電壓由公式2.0給出Vs2＝(Rd*Voscn+ReVfgn+Rf*x*Vfgn)/(R^2Rb^2+2R^2RbRx+2RRb^2Rx+2RRb^2Rs+4RRbRsRx)。在此公式中，Voscn是負半周期的振蕩器電壓，Rx(218)是接地故障電阻，以及x*Vfgn是負半周期中負磁極引線到接地故障點的電壓。應(yīng)當指出，未假定勵磁電壓保持恒定，因為電壓調(diào)節(jié)器響應(yīng)端電壓和負荷來控制勵磁電壓。通過將Vfgn/Vfgp與公式1.0相乘，公式1.0可以表示為Vfgn(振蕩器為負時的勵磁電壓)的函數(shù)。這就得出下列公式3.0。
(Vfgn/Vfgp)*Vs1＝(Vfgn/Vfgp)(Rd*Voscp)+ReVfgn+Rf*xVfgn)/(式1.0或式2.0中的分母))。從公式3.0中減去公式2.0得出下列公式4.0(Vfgn/Vfgp)*Vs1-Vs2＝Rd*(Voscp*(Vfgn/Vfgp)-Voscn)/(式1.0、2.0或3.0中的分母)。公式4.0不再指定接地故障的位置(x)，僅取決于測量的量以及固定的電阻器。電阻器Rd、Re以及Rf是由下列公式給出的等效電阻器Rd＝2RRb^2Rs+4RRbRsRx，Re＝-RRb^2Rs；以及Rf＝2RRb^2Rs。接地故障電阻的計算則采用下列公式5.0來得出Rx{(2RbR^2+4RRbRs+2RRb^2)((Vfgn/Vfgp)Vs1-Vs2)+(-4RRbRs)((Vfgn/Vfgp)Voscp-Voscn)}＝(-R^2Rb^2-2RRb^2Rs)((Vfgn/Vfgp)Vs1-Vs2)+2RRsRb^2((Vfgn/Vfgp)Voscp-Voscn)。這消除了對二次方程求解的需要，并且產(chǎn)生用于計算接地電阻的公式6.0Rx＝{(2RRsRb^2+R^2Rb^2)((Vfgn/Vfgp)Vs1-Vs2)-2RRsRb^2((Vfgn/Vfgp)*Voscp-Voscn)}/{(2RbR^2+4RRbRs+2RRb^2)(Vs2-(Vfgn/Vfgp)Vs1)+4RRbRs((Vfgn/Vfgp)*Voscp-Voscn)}。對于零勵磁電壓的情況，Vfgn/Vfgp為1，計算接地故障電阻的公式則由公式7.0給出Rx＝{(2RRsRb^2+R^2Rb^2)(Vs1-Vs2)-2RRsRb^2(Voscp-Voscn)}/{(2RbR^2+4RRbRs+2RRb^2)(Vs2-Vs1)+4RRbRs(Voscp-Voscn)}。通過公式6.0中識別的接地故障電阻，就能夠回到公式1.0或2.0來求出接地故障的位置x。最后由公式8.0提供接地故障位置的公式。
x＝(Vs1*(RRb^2+2R^2RbRx+2RRb^2Rx+4RRbRsRx)-(2RRb^2Rs+4RRbRsRx)*Voscp+(RRsRb^2)*Vfgp)/(2RRsRb^2*Vfgp)。在此公式中，x是從負磁極引線到接地故障位置的距離除以從負磁極引線到正磁極引線的總距離。為“零”的x值對應(yīng)于負磁極引線上的接地故障，而為“一”的x值對應(yīng)于正磁極引線上的接地。通過將Vfgn代替Vfgp以及將Voscn代替Voscp，以類似于式7.0的方式得出計算接地故障位置的第二個公式。這個推導得出下列公式9.0x＝(Vs2*(RRb^2+2R^2RbRx+2RRb^2Rx+4RRbRsRx)-(2RRb^2Rs+4RRbRsRx)*Voscn+(RRsRb^2)*Vfgn)/(2RRsRb^2*Vfgn)。對于零勵磁電壓，公式8.0和9.0不是最佳的(因為存在被零除而引起的問題)。因此，這些公式最好是應(yīng)當在勵磁回路通電時使用?？赏ㄟ^激勵或去激勵該單元來進行接地故障電阻Rx的估算。最好是應(yīng)當通過激勵該單元并在有勵磁電壓時運行來進行接地故障位置的估算。出現(xiàn)在晶閘管橋的AC側(cè)的接地產(chǎn)生類似的到發(fā)電機勵磁繞組中心出現(xiàn)的地的平均電流。這種接地的顯著特征在于，當存在AC接地時流過明顯的基頻電流。這個事實用來識別出現(xiàn)在晶閘管橋AC側(cè)的接地故障。更具體地說，衰減器、電容濾波器以及感測電阻器被設(shè)計成對于小于1500歐姆的接地故障電阻，產(chǎn)生至少0.75伏RMS的感測電阻器上的基頻電壓。如果接地故障電阻為1500歐姆或更小，本文所述方案則會正確識別該故障屬于AC故障。在任何情況下，無論在晶閘管橋的AC側(cè)還是DC側(cè)，對于40000歐姆及以下的接地故障電阻，均會正確識別接地故障的電阻。通過將電阻器與晶閘管并聯(lián)，在橋被去激勵時才可識別出現(xiàn)在晶閘管橋AC側(cè)的接地故障。還需要電阻器以便迫使平等分配橋中晶閘管上的低頻磁極滑動電壓。對于晶閘管橋的AC側(cè)的接地故障，當橋被去激勵時，這些磁極滑動電阻器降低了接地故障計算的精確度。當勵磁繞組通電時，對于AC接地故障與DC接地故障，接地故障計算的精確度是不同的。根據(jù)式6.0，為了提高接地故障計算的精確度，測量振蕩器電壓的每半周期上的勵磁電壓和振蕩器電壓是有用的。本文所述的方案利用以下事實勵磁機已經(jīng)因其它原因而具有對勵磁電壓的精確測量結(jié)果，然后實現(xiàn)對振蕩器電壓的精確測量。圖4說明用于本方案以測量感測電壓和振蕩器電壓的技術(shù)。未標出的電源從主控制器(M1/M2)或保護控制器(C或C3)提取輸入電壓，提供與控制器的隔離，然后再為接地檢測器卡提供適當?shù)碾妷?。來自各控制?M1、M2、C3)的P24和N24電源連接到適當?shù)慕拥貦z測器卡(在一種實現(xiàn)中為EGDM)，并用來對產(chǎn)生所需P50和N50電源的變換器、與P24和N24隔離的變壓器供電。圖5說明用來迫使正確測量感測電阻器或振蕩器輸出的典型邏輯。邏輯500包括FORX 502；濾波器504；±邊緣檢測器塊506、518；250毫秒重跳閘單穩(wěn)塊508、520；選擇塊510、514；1MHz振蕩器512；計數(shù)器516；以及例如圖5所示的其它元件。在工作中，接地電流感測電阻的電壓被臨時改變，作為對發(fā)出改變振蕩器電平的命令之后的前200毫秒中振蕩器輸出的接地的測量。圖5所示的邏輯采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)500來實現(xiàn)這個功能。更具體地說，+/-邊緣檢測器506用來根據(jù)正或負命令觸發(fā)上述可再觸發(fā)250毫秒單穩(wěn)單元508。功能選擇輸入510允許在冗余配置中相同的卡用于主控制器(M1/M2)或保護控制器(C3)。如果該卡安裝在M1或M2插槽中，則自動選擇250毫秒可再觸發(fā)單穩(wěn)塊的輸出。相反，如果該卡安裝在C3插槽中，選擇器510則選擇來自光纖接收器502和濾波器504的濾波后信號。對于M1或者M2，選擇器510的輸出用來驅(qū)動測試命令，它與+邊緣檢測器518和250毫秒單穩(wěn)單元520配合使用以產(chǎn)生用于測試開關(guān)的信號。作為最終結(jié)果，250毫秒單穩(wěn)單元508在振蕩器電壓的每個指令瞬變處產(chǎn)生單個正向變化的250毫秒脈沖以驅(qū)動開關(guān)，它在正常操作過程中將感測電阻器轉(zhuǎn)換為以地為參考的測量。圖6和圖7說明這個功能性的信號特征，其中圖7表示勵磁接地檢測器的正常工作條件。此外，單穩(wěn)單元520在測試模式期間產(chǎn)生單一的250毫秒脈沖，然后保持該命令給開關(guān)，從而迫使相對于地的測量，直到10秒測試期結(jié)束。圖8和9說明這個功能性的信號特征。更具體地說，圖6說明正常操作的時序圖，圖8則說明測試模式中操作的時序圖，以及圖9表示測試模式期間勵磁接地檢測器的操作中的條件?？刂破鲗⒃谡袷幤麟娖街械闹噶钏沧冎蟮却?00毫秒，以便從圖5所示的FGD 500中的光纖發(fā)射器中讀取信號。選擇濾波，使得對分級輸入的響應(yīng)在200毫秒之后處于最終值的0.2％之內(nèi)。這允許振蕩器電壓的極精確的低噪聲測量，以用于振蕩器和VCO診斷。這個方案還提高接地檢測器算法的精確度。圖10說明一種實現(xiàn)的功能框圖，它利用冗余技術(shù)來提高使用冗余控制器時該實現(xiàn)的可靠性。勵磁接地檢測器1002包含冗余振蕩器，它們分別由主控制器1和主控制器2來控制。從主控制器1和主控制器2接收其電力的隔離電源為這些振蕩器供電。主控制器1和主控制器2指示這些振蕩器進入正或負狀態(tài)。保護控制器決定哪個主控制器將進行控制，并通過繼電器觸點來選擇適當?shù)恼袷幤?。所有三個控制器都在瞬變之后的前200毫秒中測量振蕩器電壓，然后在剩余的半個周期中測量感測電阻器上的電壓。這允許測量信號的輪詢/表決，使得單點故障會被檢測并從輸出中消除。保護控制器使用輪詢/表決的信號來決定向另一個主控制器的振蕩器傳送控制的時間。勵磁接地檢測器的各主通道中的邏輯確定使用單端測量與差分測量的時間。然后該信息被傳遞到另一個主控制器和保護控制器，使得這些單元能夠在與負責的主控制器接近的時間執(zhí)行測量。因此，所有這三個控制器都不太精確地與負責的主控制器同步。選擇哪個主控制器來負責是由保護控制器C3執(zhí)行的。這可以采用操作員接口來手動執(zhí)行?；蛘?，這可以在檢測到故障振蕩器時自動執(zhí)行。圖11說明各冗余勵磁接地檢測器模塊所使用的信號、從勵磁接地檢測器模塊到衰減器模塊的互連以及各勵磁接地檢測器模塊之間的互連。傳統(tǒng)上，勵磁接地檢測器包括測試功能來確定該單元是否可工作。這在以前是通過禁用跳閘功能并安裝從振蕩器輸出到地的測試電阻器來執(zhí)行的。本文所述的方案提供在振蕩器的各半周期上自動測量振蕩器電壓。這提供振蕩器、電源以及光纖鏈路的正常狀態(tài)的診斷指示。為了驗證接地檢測器能夠正確測量感測電阻器上的差分電壓，提供了診斷測試。當選擇測試模式時，所有這三個勵磁接地檢測器模塊(在冗余時)都被指示處于測試模式。振蕩器頻率被選擇為非工作頻率、如2.5Hz。圖5所示的邏輯用來檢測非正常指令振蕩器頻率，并迫使VCO在測試期間測量感測電阻器上的差分電壓。衰減器以及相關(guān)的濾波電容器、軸電壓抑制器所構(gòu)成的交流電路允許在2.5Hz測試頻率下流過較大電流，引起勵磁接地檢測器的特征測試，如圖9所示。使用冗余勵磁回路接地檢測時，與M1相關(guān)的通道首先被測試，然后再是與M2相關(guān)的通道。如果兩個通道都被測試并確定是可接受的，則假設(shè)勵磁接地檢測器已經(jīng)通過該測試。對于非冗余應(yīng)用，只提供一個勵磁接地檢測器通道，該通道采用非正規(guī)測試頻率和特征分析進行測試。附錄中提供了一種可用于實現(xiàn)勵磁接地檢測器功能性的軟件/編碼的實例。對于無電源啟動的燃氣輪機應(yīng)用，磁場以50％的速度閃動(flash)并保持在一定水平，以便在發(fā)電機上保持恒定的伏特/赫茲。為此，檢測AC接地故障的算法最好從50％的速度一直到額定速度能夠工作。該算法通過測量感測電阻器上的基頻電壓來檢測AC接地故障。在DFT的實現(xiàn)中，正弦和余弦發(fā)生器鎖定到發(fā)電機頻率上，使DFT將在從50％的速度啟動期間跟蹤發(fā)電機頻率。只有在DFT所檢測的感測電壓的基頻分量超過0.75vrms時，才表明有AC接地故障。各通道(M1、M2和C3)要求以下輸入信號感測電阻器上的電壓；振蕩器到下一電平的轉(zhuǎn)變時間；平均發(fā)電機勵磁電壓；振蕩器電壓；測試模式命令；以及復位命令。除上述信號之外，控制器C3還要求傳送到另一個主控制器的振蕩器的命令。使來自各勵磁接地檢測器模塊的VCO信號經(jīng)過三級低通數(shù)字濾波器。在一個特定方案中，要求以31.4弧度/秒進行的三級低通濾波，以便從感測電阻器上的平均電壓中消除AC接地故障的基頻分量，同時保持足夠的響應(yīng)速度。在發(fā)出向下一個振蕩器電平轉(zhuǎn)變的命令200毫秒之后，第一級濾波的輸出用來測量振蕩器電壓。單一的31.4弧度/秒濾波器的輸出處于振蕩器電壓的步進之后200毫秒其最終值的0.2％之內(nèi)。轉(zhuǎn)到下一個振蕩器電平的命令從控制器中的主控制器(或者從非冗余配置中的單個控制器)通過光纖鏈路向勵磁接地檢測器模塊發(fā)送。在發(fā)出轉(zhuǎn)變的命令之后250毫秒中，勵磁接地檢測器模塊中的邏輯將迫使感測電阻器測量相對于地。勵磁接地檢測器算法將在下一個振蕩器電平的命令之后等待200毫秒，然后再從勵磁接地檢測器模塊中對VCO反饋進行抽樣。這是一個與所測量的振蕩器電壓成比例的衰減信號，由勵磁接地檢測器算法用作振蕩器和VCO測量電路的診斷，以及改善接地檢測器算法的精確度。如果提供了冗余接地檢測器，則對衰減的振蕩器信號進行表決，經(jīng)表決的值用于算法中。在發(fā)出命令以改變振蕩器狀態(tài)之后的250毫秒，勵磁接地檢測器模塊自動轉(zhuǎn)換到感測電阻器上的差令測量，并在剩余的2.5秒半周期中保持差分模式。在發(fā)出轉(zhuǎn)換電平的命令之后，勵磁接地檢測器算法等待2.4秒，并對感應(yīng)電阻上的濾波后電壓的輸出進行抽樣。濾波后的發(fā)電機勵磁電壓以及未濾波的感測電壓的DFT也被抽樣。如果使用冗余控制器，經(jīng)表決的信號則用于所有勵磁接地檢測器信號。接地故障電阻根據(jù)式7.0進行計算，重新寫為下式Rx＝{A*(Vsp*Vfgn/Vfgp--Vsn)-B*(Voscp*Vfgn/Vfgp-Voscn)}/{C*(Vsn-Vsp*Vfgn/Vfgp)+D*(Voscp*Vfgn/Vfgp-Voscn)}。
式中A＝2*R*Rb^2*Rs+R^2*Rb^2，B＝2*R*RsRb^2，C＝2*RbR^2+4RRbRs+2RRb^2，以及D＝4RRbRs。Vsp是振蕩器為正時衰減后的感測電壓。Vsn是振蕩器為負時衰減后的感測電壓。Vfgp是振蕩器為正時衰減后的勵磁電壓。Vfgn是振蕩器為負時衰減后的勵磁電壓。Voscp是衰減后的振蕩器正電壓，Voscn是衰減后的振蕩器負電壓。應(yīng)當指出，Vsp、Vsn、Vfgp、Vfgn、Voscp以及Voscn均為測量的量，而A、B、C以及D則根據(jù)構(gòu)成衰減器的電阻器、軸電壓抑制器中的感測電阻器和泄放電阻器進行計算，它們對給定實現(xiàn)是固定的。該單元未被激勵、即勵磁電壓為零時，Vfgn/Vfgp的比為一，接地電阻的公式則為Rx′＝{A*(Vsp-Vsn)-B*(Voscp-Voscn)}/{C*(Vsn-Vsp)+D*(Voscp-Voscn)}?？赏ㄟ^激勵或去激勵的單元來計算接地電阻的實際大小。一旦計算出接地電阻，(如果該單元被激勵)則接地故障的位置就采用公式8或公式9來估算。該算法的另一個功能是執(zhí)行特征測試，以便驗證檢測器能夠正確地測量感應(yīng)電阻上的差分電壓。將振蕩器頻率改變?yōu)榉枪ぷ黝l率2.5Hz以執(zhí)行此測試。較大的接地電流流過與勵磁接地檢測器衰減器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的濾波電容器以及流過與軸電壓抑制器相關(guān)的電容器。該算法利用這個事實來執(zhí)行勵磁接地檢測器的特征測試。使來自感測電阻器的信號通過用于檢測器正常操作的3級低通濾波。級聯(lián)的低通31.4弧度/秒濾波器的輸出則通過為12.563弧度/秒設(shè)置的高通濾波器以消除DC分量。高通濾波器的輸出通過提供信號的全波整流的絕對值電路，然后再由具有1弧度/秒的間斷的2極低通濾波器進行濾波。這個平均信號與感測電阻器測量中可用的2.5Hz信號的量成正比。這個信號與標稱值的差別應(yīng)當不超過25％，即使在預(yù)先存在接地故障的情況下執(zhí)行測試時也是如此。與預(yù)期值的差別超過+/-25％的所測量的感測電阻器信號被認為是故障，并且會引起勵磁接地檢測器指示其本身不能正常工作。注意，這個測試包括衰減器和軸電壓抑制器功能，因此檢驗未與勵磁接地檢測器相聯(lián)系的裝置。對于冗余應(yīng)用，該算法首先檢驗與主控制器1相關(guān)的通道，然后再檢驗與主控制器2相關(guān)的通道。對于冗余應(yīng)用，在認為測試通過之前這兩種通道都必須合格。下面參照圖12所示的示意圖，說明結(jié)合了本發(fā)明的勵磁接地檢測器的靜態(tài)勵磁控制系統(tǒng)。應(yīng)當知道，本說明只是可應(yīng)用本發(fā)明的勵磁接地檢測器的應(yīng)用的一個實例。例如，有效應(yīng)用的另一個實例是在有關(guān)的調(diào)節(jié)器應(yīng)用中。本發(fā)明的勵磁接地檢測器在圖12中進行了說明，并按以下說明用于勵磁控制系統(tǒng)，以便操作用于蒸汽、氣體以及水利發(fā)電的發(fā)電機。整個控制系統(tǒng)1200的一個實例以圖12的示意圖來表示。該系統(tǒng)可以是全部或部分數(shù)字的，并且可按多種配置之一來提供。該系統(tǒng)可以經(jīng)諸如以太網(wǎng)、因特網(wǎng)、LAN、WAN之類的多種已知網(wǎng)絡(luò)之一在通信上以硬布線或無線方式進行連接，用于訪問和控制。控制系統(tǒng)1200在本文中描述為數(shù)字勵磁系統(tǒng)，并可配置成為全靜態(tài)勵磁系統(tǒng)提供靈活性?；谌o態(tài)勵磁的系統(tǒng)能夠支持電勢(僅為電壓)或復合(電壓和電流)源。對于全靜態(tài)勵磁系統(tǒng)，可在單工(單通道)控制及電橋中或者在包含保護模塊的冗余(熱備份)控制和電橋體系結(jié)構(gòu)中提供控制系統(tǒng)1200。例如，單工系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)包括一個控制臺(由一個主控制器(M1)組成)；客戶接口子系統(tǒng)；操作員接口裝置；控制功率輸入模塊；以及一個功率模塊，由橋接口子系統(tǒng)、電橋、交流及直流濾波器網(wǎng)絡(luò)以及交流和/或直流隔離裝置等組成?？刂葡到y(tǒng)1200能夠支持與例如以下各項之間的以太網(wǎng)LAN通信接口1)用于配置的系統(tǒng)工具箱功能性；2)渦輪控制系統(tǒng)、如紐約的The General Electric Company ofSchenectady(GE)所提供的Mark VI以及采用EGD協(xié)議的GE HM1；3)GE靜態(tài)啟動器；以及4)支持遠程系統(tǒng)診斷的GE OnSite中心?？刂葡到y(tǒng)1200還能夠支持與客戶DCS控制系統(tǒng)的RS-232 ModBus接口?？刂葡到y(tǒng)1200可包括功能強大的診斷系統(tǒng)和控制模擬器，以便支持快速安裝、控制常量的調(diào)整以及培訓。下面參照控制系統(tǒng)1200的數(shù)字控制器(基于晶閘管的控制器)，控制模塊M1包含具有相關(guān)I/O板的處理器卡以處理應(yīng)用軟件?？刂葡到y(tǒng)1200包括一個卡架，其中具有例如用于安裝一個(M1)或三個(M1、M2及C)控制模塊的空間。M1和M2可以是具有一個或多個處理器卡及相關(guān)I/O板的相同控制器。C控制器也具有處理器卡及相關(guān)I/O板。在一個配置中，控制器模塊組件包含多達六塊板主處理器板-應(yīng)用控制層卡(ACLA)、數(shù)字信號處理器板(DSPX)、ISBus通信板(EISB)以及三個I/O板(EEIO、EMIO及ESEL)。這些板通過VME形式底板相互連接，并通過電纜連接其相關(guān)的I/O端接板。應(yīng)用控制層模塊(ACLA)是基于可擴展微處理器的控制器，用于控制系統(tǒng)1200勵磁機中的通信及控制。ACLA安裝在VME形式機架中并且占用2個半槽。ACLA是基于PC的可擴展數(shù)字控制器，是組裝在控制系統(tǒng)1200卡架上的兩個可編程卡之一。另一個是DSPX卡。作為實例但不是限制，ACLA可以基于在100MHz工作的、支持8兆字節(jié)動態(tài)隨機存取存儲器和4兆字節(jié)閃存BIOS的486型處理器。ACLA可以用作對外部機器的通信網(wǎng)關(guān)以及用作外部環(huán)路控制器/調(diào)節(jié)器。通信網(wǎng)關(guān)功能可包括以太網(wǎng)端口，支持一個或多個接口；到渦輪控制器、人機界面、靜態(tài)啟動器等的以太網(wǎng)環(huán)球數(shù)據(jù)鏈路；經(jīng)由采用TC/IP協(xié)議的以太網(wǎng)的Modbus；控制系統(tǒng)工具箱軟件；要支持的串行(RS-232)端口；控制系統(tǒng)工具箱Flash編程；RS-232數(shù)據(jù)鏈路上的ModBus；以及與DSPX可編程卡的雙端口存儲器(DPM)接口。外部環(huán)路控制/調(diào)節(jié)器功能可包括調(diào)整點控制器，用于自動和手動調(diào)節(jié)器；Var或PF控制；限制器功能；電源系統(tǒng)穩(wěn)定器；勵磁繞組溫度計算；以及平衡計。數(shù)字信號處理器板(DSPX)是用于內(nèi)部環(huán)路控制/調(diào)節(jié)器以及支持測試和設(shè)置的本機操作員接口控制的基本控制器。例如，該板可基于支持248千字節(jié)高速靜態(tài)隨機存取存儲器以及512千字節(jié)閃存BIOS的高速60MHz數(shù)字信號處理器芯片。內(nèi)部環(huán)路控制/調(diào)節(jié)器功能可包括勵磁電壓調(diào)節(jié)器；勵磁電流限制器；啟動-停止、磁場閃動、告警及跳閘的排序；發(fā)電機測試儀器處理；以及發(fā)電機模擬器。本機操作員接口控制功能使用與安裝在控制系統(tǒng)1200控制箱門上的小鍵盤和顯示單元之間的串行接口，可以支持以下典型功能來自DSPX或與其配對的ACLA控制器的內(nèi)部控制數(shù)據(jù)、告警以及狀態(tài)信息的顯示和變化；以及支持調(diào)試、調(diào)整及故障排除的有效數(shù)據(jù)的顯示和改變。勵磁機ISBus板(EISB)是用于M1、M2及C控制模塊的通信接口板。該板經(jīng)過基于變壓器耦合RS-422標準的控制系統(tǒng)1200底板提供例如控制器M1、M2及C之間每秒5兆比特環(huán)形總線通信。它接收及傳送(通過光纖電纜)來自發(fā)電機勵磁電壓和電流信號、勵磁機電壓和電流信號以及接地檢測器電壓模塊的反饋信號。然后再通過底板將它們連接到DSPX控制器。還支持DSPX和采用RS-232的配置工具和小鍵盤端口之間的通信。EMIO主I/O板處理來自EPCT、ECTB以及EXTB端接板的1/0。這個I/O包含PT和CT信號、觸點輸入、輸出繼電器驅(qū)動器以及用于閃動的控制解扣繼電器驅(qū)動器、41關(guān)閉功能以及去激勵。它還經(jīng)底板向ESEL板發(fā)送邏輯電平選通脈沖信號。在一種配置中，勵磁機選擇器板(ESEL)由六個來自EMIO的邏輯電平選通脈沖信號來控制，每個信號用于各個橋SCR。ESEL產(chǎn)生六個選通脈沖信號，它們通過電纜連接到直接控制該橋上的六個SCR的EGPA板。ESEL能夠控制多橋勵磁機中的多達六個橋。如果有冗余控制，則使用兩個ESEL，一個由M1驅(qū)動，另一個則由M2驅(qū)動。有效ESEL由模塊C選擇，并將所選的控制信號發(fā)送到EGPA板。勵磁機PT(測量用變壓器)/CT(測量用變流器)端接板(EPCT)包含用于臨界發(fā)電機電壓和電流測量的變壓器。三相發(fā)電機電壓輸入支持來自發(fā)電機的兩個通道的發(fā)電機電壓反饋數(shù)據(jù)，或者一個來自發(fā)電機而另一個來自同步斷路器的線路側(cè)。具有1A或5A電流電平的兩個發(fā)電機電流輸入引入兩個變流器，用以支持一個通道的發(fā)電機電流反饋數(shù)據(jù)。所有變壓器輸出信號均通過電纜傳送到控制機架中的EMIO板。另外，可以是±10伏直流或4-20毫安電流的一個模擬輸入被引入EPCT。EMIO板對所有PT、CT以及每秒2000個樣值的模擬輸入信號進行模-數(shù)轉(zhuǎn)換。所產(chǎn)生的發(fā)電機電流和電壓測量結(jié)果在實際讀數(shù)的0.25％之內(nèi)。對所有到EPCT的輸入信號提供信號輸入點附近的高頻噪聲抑制。來自測量用變壓器的發(fā)電機電壓經(jīng)線路傳送到TBI。電纜長度是一個考慮事項，在一個實例中可以是最大1000英尺的#12 AWG導線。發(fā)電機PT次級輸出標稱為50/60Hz的115Vrms，并且裝有熔絲。發(fā)電機電壓輸入采用1500Vrms屏蔽進行磁性隔離。來自測量用變流器的兩個發(fā)電機電流輸入經(jīng)導線傳送到支持環(huán)形接線柱的非可插拔接線板。例如，從變壓器到EPCT板的電纜長度可以是最大1000英尺、線規(guī)高達#10AWG。電流輸入采用1500Vrms屏蔽在磁性上進行隔離。EPCT支持電壓范圍為直流±10伏或者電流范圍為4-20毫安的非隔離模擬輸入。例如，電纜長度可以高達300米、具有最大雙向電纜電阻15歐姆。勵磁機接觸式接線板(ECTB)支持繼電器輸出以及觸點輸入。存在兩種形式冗余模式形式和單工模式形式。各板包括例如兩個解扣額定繼電器輸出，它們能夠操作客戶連鎖繼電器，由EMIO板控制。還有四個可用的通用C型繼電器輸出，也是由EMIO板控制。例如，四個通用繼電器干式接點為額定125伏直流標稱值(最大250伏直流，最小24伏直流)，用于28伏直流、2A或120伏直流、0.5A的電阻性負載，或者用于28伏直流、1A或120伏直流，0.1A的電感性負載，或者用于具有0.007s(L/R)時間常數(shù)的負載。八個輔助觸點輸入由光耦合器電路進行監(jiān)測并由ECTB來供電。八個觸點輸入中的兩個是監(jiān)測發(fā)電機斷路器(52G)狀態(tài)和客戶發(fā)電機跳閘(86G)的專用觸點輸入。86G觸點的光耦合器位于EMIO板上而不是ECTB板上。觸點的70伏直流電源由M1電源來提供，或者在冗余系統(tǒng)中，還從M2電源提供。勵磁機接線板(EXTB)支持控制繼電器輸出、觸點輸入以及由勵磁系統(tǒng)內(nèi)部使用的信號調(diào)節(jié)電路。這種板有兩種形式，一種支持冗余系統(tǒng)，另一種則支持單工系統(tǒng)。兩種形式均經(jīng)過電纜連接到繼電器驅(qū)動器所在的EMIO板。用于支持直流輸出和磁場閃動接觸器的控制繼電器位于板上，再加上用于外部磁場斷路器應(yīng)用的解扣繼電器以及去激勵控制繼電器。來自EXDE板的消弧狀態(tài)信號和去激勵狀態(tài)信號在EXTB上進行調(diào)節(jié)，并被發(fā)送到EMIO。對于勵磁接觸器/斷路器和磁場閃動監(jiān)測，三個狀態(tài)觸點輸入由EXTB上的70伏直流來供電。光耦合器電路監(jiān)測這些觸點。在冗余系統(tǒng)中，用于這些觸點的70伏直流電源由M1和M2電源來提供。所產(chǎn)生的信號被發(fā)送到EMIO。勵磁機電源模塊(EPSM)將來自配電模塊(EPDM)的125伏直流轉(zhuǎn)換為勵磁機控制系統(tǒng)的卡架所需的電壓。例如，EPSM模塊具有兩個主要部分降壓調(diào)節(jié)器，它獲得125伏直流輸入，并提供給多抽頭開關(guān)隔離變壓器的輸入側(cè)；以及變換器部分，產(chǎn)生+5、+15、-15、24及70伏直流電源輸出。勵磁機電源底板(EPBP)電源底板用來安放輸入及輸出并將它們分配給EPSM板，以及容納勵磁接地檢測器模塊。各控制部分M1、M2及C可配備獨立的電源模塊。在一種配置中，控制底板(EBKP)架固定控制板，并由EPSM提供+5伏直流、±15伏直流以及+24伏直流。電源可提供給如下所述的EBKP外部的模塊±24伏直流為去激勵模塊、消弧模塊、接地檢測器以及勵磁電壓/電流模塊(EDCF)等供電；以及隔離+70伏直流，用于對EXTB和ECTB板的“接點濕潤”。EPSM是6U VME波形因數(shù)板。底板連接器將電力從電源板傳送到它的卡架，卡架則支持對勵磁控制系統(tǒng)卡架底板(EBKP)供電所需的電纜。下面參照勵磁機配電模塊(EPDM)，控制功率可從125伏直流電源以及一個或兩個115伏交流源中獲取。交流電源通過外部交流/直流變換器模塊進行傳遞。所產(chǎn)生的125伏直流與其它直流源一起經(jīng)二極管耦合到EPDM板的直流總線上。EPDM為控制模塊和選通脈沖放大器板饋電。來自EPDM的輸出被裝有熔絲，通過開關(guān)，以及具有LED狀態(tài)指示燈。橋冷卻系統(tǒng)的AC電源來自勵磁機中包含的斷路器。選通脈沖放大器板(EGPA)將控制器連接到電橋。EGPA從ESEL提取選通命令，并控制電橋中多達六個SCR(可控硅整流器)的選通開啟。它也是用于電流導通反饋以及橋氣流和溫度監(jiān)測的接口。標稱130伏直流電源為板載DC/DC變換器供電，后者在輸入電源電壓的整個范圍上為SCR選通提供隔離電力。LED提供對輸出開啟狀態(tài)、流入橋的電流、電源、線路濾波器、冷卻風扇轉(zhuǎn)動、橋溫度以及告警或故障狀況的可視指示。勵磁機DC反饋板(EDCF)測量SCR橋上的勵磁電流和勵磁電壓，并通過高速光纖鏈路連接控制面板中的EISB板。EDCF將勵磁電流和電壓轉(zhuǎn)換為以10MBd在光纖鏈路上傳送的兩種頻率。光纖提供兩個板之間的隔離以及高抗擾度。變壓器耦合在24伏直流電源上為該板提供高達1500Vrms隔離的電源。勵磁電壓反饋電路提供七個選擇器設(shè)置，以便縮減橋電壓，視橋工作電壓而定。例如，勵磁機AC反饋端接板(EACF)包含用于單一三相電壓測量的變壓器以及用于兩個磁通/空心線圈的端子。電壓和電流電路的輸出被分開到三個連接器，用于經(jīng)電纜傳送到模塊M1、M2及C。為磁通/空心輸入信號提供信號輸入點附近的高頻噪聲抑制。連接機箱接地的電纜屏蔽端接螺絲位于可適用的各組輸入螺絲的三英寸之內(nèi)。在一種配置中，勵磁機去激勵模塊(EDEX)基于續(xù)流二極管并支持非反相系統(tǒng)。在另一種配置中，EDEX屬于基于SCR的高性能類型，并支持反相系統(tǒng)。用于高性能勵磁系統(tǒng)的EDEX通常包括以下特征及功能。在發(fā)電機停機期間，發(fā)電機磁場能量被消耗。在控制系統(tǒng)1200勵磁機中，這是去激勵模塊和勵磁放電電阻器或電感器(當提供時)的功能。去激勵模塊包含安裝在具有附加緩沖網(wǎng)絡(luò)的大散熱裝置上的晶閘管(53mm或77mm元件尺寸)。該板包括導電傳感器功能和開啟控制功能，并且安裝在散熱器上。導電傳感器功能包含霍爾效應(yīng)傳感器。傳感器安裝在連接板的圓形鋼芯的氣隙中。它們檢測流過晶閘管的勵磁放電電流所產(chǎn)生的磁場。采用兩個獨立的傳感器電路。EDEX板還包含開啟控制功能。該板的作用是在兩個控制器輸入(M1或M2)之一為真時或者在SCR的陽極對陰極電壓超過可選值時，開啟SCR。板上的兩個開啟控制電路由獨立電源供電，并且采用分開的導電傳感器，使其彼此獨立。來自任一個導電傳感器的反饋證明放電電路已經(jīng)成功運行。如果兩個獨立的開啟控制電路無法開啟，則在陽極對陰極電壓已經(jīng)超過所選電平時，由陽極開啟電路開啟SCR。標準性能勵磁上所用的去激勵模塊類似于高性能形式。SCR由連接在繞組兩端的二極管來取代。當繞組上存在負電壓時，二極管導通。在電橋的正常操作過程中，當橋嘗試使勵磁電壓反相時，勵磁電流將通過二極管續(xù)流。在跳閘或正常停止期間，當勵磁電壓反相時，勵磁電流將通過二極管續(xù)流。導電傳感器功能向控制器報告二極管的導通狀態(tài)。下面參照功率控制模塊(晶閘管-SCR)，在一種配置中，它包括三相全波反相晶閘管(SCR)橋，用作控制系統(tǒng)1200數(shù)字勵磁機的標準功率轉(zhuǎn)換模塊。反相橋可為最佳性能提供正和負強制電壓。負強制為拋負載和去激勵提供快速響應(yīng)。如果系統(tǒng)應(yīng)用不需要，則可對開啟電路進行軟件更改來抑制負強制。當提供模塊發(fā)電機勵磁的去激勵的續(xù)流二極管形式時，不能支持負強制。各整流橋包括晶閘管保護電路，如緩沖器、濾波器以及熔斷器。晶閘管橋組件一般采用可用于較低電流應(yīng)用的對流冷卻進行強迫通風冷卻。對于大多數(shù)應(yīng)用，采用冗余冷卻組件，它們一般都在運行中被激勵。恒溫器監(jiān)測功率轉(zhuǎn)換模塊溫度。一組告警和跳閘觸點可在高溫等級上觸發(fā)告警，并在更高溫度等級上跳閘。反應(yīng)器位于對SCR供電的交流支路上。緩沖器是從各SCR的陽極到陰極的RC電路。元件緩沖器、線間濾波器以及線路反應(yīng)器共同執(zhí)行以下功能，以便維護SCR的正確操作限制通過SCR的電流的變化速率，提供電流“轉(zhuǎn)儲”以有助于開始導通；以及限制各元件上電壓的變化速率，并在元件換向過程中，限制出現(xiàn)在元件上的反相電壓?；谲浖膶z測電路監(jiān)測各SCR橋的熔斷絲、丟失選通脈沖或者開路/短路的SCR。對于大多數(shù)應(yīng)用，整流器勵磁電流橋直流正輸出中的磁場中斷直流接觸器將勵磁機連接到發(fā)電機磁極引線。直流接觸器和EDEX模塊(基于SCR或二極管)共同構(gòu)成內(nèi)部磁場斷路器功能，這種功能可在以前的勵磁系統(tǒng)中看到，用來消除停機或跳閘事件時發(fā)電機磁場中存儲的能量。通常提供兩個直流接觸器來中斷正和負磁極引線。對于某些應(yīng)用，包含外部勵磁機磁場斷路器。DC磁場斷路器中斷勵磁機的輸出，采用短路觸點通過放電電阻器使發(fā)電機去激勵，以便消除停機時發(fā)電機磁場中存儲的能量。某些DC磁場斷路器可采用靜態(tài)去激勵裝置來代替短路接觸器，它在功能上與交流接觸器和靜態(tài)去激勵模塊的組合是相同的。下面參照AC絕緣，對于中小規(guī)模系統(tǒng)，可提供內(nèi)部或外部手動AC斷開開關(guān)。這個開關(guān)用作電源變壓器的次級和靜態(tài)勵磁機中電橋之間的斷開裝置。在大部分情況下，它是一個手動操作的模制容器3相非自動的面板安裝的開關(guān)。這個開關(guān)允許客戶關(guān)閉和打開交流輸入電源。對于較大的系統(tǒng)，最好是可以采用外部AC斷開斷路器。這個開關(guān)用作電源變壓器的次級和靜態(tài)勵磁機之間的斷開裝置。它可以是支持遠程控制的模制容器開關(guān)或真空斷路器。這個開關(guān)允許客戶關(guān)閉和打開交流輸入電源。軸電壓抑制器可用來將對地的軸電壓(例如由晶閘管換向所引起的軸電壓)限制到低于5-7伏零對峰值。如果未被有效控制，軸電壓能夠損壞軸頸和軸承。通過固態(tài)整流過程從交流產(chǎn)生直流電壓的勵磁系統(tǒng)在勵磁機輸出上引起脈動和尖峰電壓。由于它們的快速升高和衰減時間，這些電壓從勵磁繞組電容耦合到轉(zhuǎn)子主體。這在軸上產(chǎn)生一個對地電壓。軸電壓抑制器是一個濾波器，它將電壓的高頻分量引入地。在大多數(shù)大型應(yīng)用中，它是不固定的(用于安裝在發(fā)電機的集流環(huán)上)。對于較小的應(yīng)用，軸電壓抑制器是主勵磁機組的組成部分。在水利應(yīng)用(凸極發(fā)電機)以及某些蒸汽或氣體應(yīng)用(繞線轉(zhuǎn)子發(fā)電機)中，消弧模塊極為有用。在磁極滑動事件中(當發(fā)電機失去與電力網(wǎng)的同步時)，高壓會從發(fā)電機定子引回到發(fā)電機勵磁繞組上。如果感應(yīng)電壓升高到破壞性水平，這個高壓會損壞勵磁系統(tǒng)和/或發(fā)電機勵磁繞組。對于勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機勵磁繞組，消弧電路安全地將感應(yīng)電壓限制到低于破壞性水平。在一個方案中，用來實現(xiàn)消弧電路功能的硬件是改變晶閘管方向的EDEX模塊。消弧電路的負載必須是電阻器，但可與去激勵功能共用該電阻器。消弧電路、具有緩沖器的晶閘管以及導電感應(yīng)器的功能對于去激勵模塊是相同的。當SCR的陽極對陰極電壓超過一定值時，接通消弧電路的晶閘管。一旦消弧電路導電，磁極滑動事件所產(chǎn)生的反向電流具有一個導電通路，從而限制發(fā)電機勵磁繞組和勵磁機輸出上的反向電壓?！按艌鲩W動模塊”在啟動程序中向發(fā)電機勵磁繞組提供空載勵磁電流“AFNL”的大約15％至20％。來自直流電源的磁場閃動是閃動的標準方法，但是交流磁場閃動模塊也是可用的。直流磁場閃動模塊能夠由125伏直流或250伏直流站電池供電，并且具有15秒的最大額定350安培直流。交流磁場閃動控制幾乎與直流磁場閃動控制相同。但是，在交流磁場閃動控制中，交流電壓通過二極管橋進行整流并進行濾波。二極管橋還用作續(xù)流二極管電路。這個板接受460伏交流單相輸入，該輸入通過變壓器逐步降到27伏交流。該板規(guī)定為15秒的最大350安直流。以上詳細說明了勵磁接地檢測器(EGDM)。在圖12的典型實施例中，在勵磁機系統(tǒng)中提供EGDM，它從勵磁電路的任何點上檢測磁場漏電阻，從輸入變壓器的交流次級繞組開始，經(jīng)過勵磁系統(tǒng)，最后到直流發(fā)電機勵磁繞組為止。這個有源檢測系統(tǒng)施加對地的低壓，并監(jiān)測流過高阻抗接地電阻器的電流。存在PRV電阻器時，即使在沒有運行(選通SCR)勵磁機時，也能夠檢測系統(tǒng)中任何位置上的接地。沒有PRV電阻器，就只能在系統(tǒng)運行時才能發(fā)現(xiàn)電橋的交流側(cè)的任何接地。如上所述，本發(fā)明的勵磁接地檢測器主要提供以下優(yōu)點與發(fā)電機勵磁繞組上的工作電壓無關(guān)的對地的恒定靈敏度；與發(fā)電機勵磁繞組中接地位置無關(guān)的對地的恒定靈敏度；以及檢測勵磁繞組接地的位置。接地檢測器電壓可通過光纖鏈路發(fā)送到EISB卡以便進行監(jiān)測。下面說明冗余度(電橋-熱備份)。對于中小規(guī)模的靜態(tài)勵磁機，通常需要電橋冗余度，在一個功率轉(zhuǎn)換模塊中可支持發(fā)電機磁場的總功率需求，GE控制系統(tǒng)1200“熱備份”選項是可用的。這種“熱備份”的提供采用冗余控制器(M1和M2控制器以及C控制器)，其中具有共用公共交流輸入和直流輸出電路的兩個全波SCR橋。有效電橋從有效控制器(M1或M2)接收選通命令，并支持發(fā)電機磁場的完全勵磁電壓和電流需求，同時禁止備份電橋的選通電路。對于選擇哪個冗余電橋為有效的或者無效的，操作員具有絕對控制權(quán)。支持有效和無效橋之間的雙向無沖擊轉(zhuǎn)換。高級的監(jiān)測和保護電路檢測有效電橋的故障或不正確操作；延遲轉(zhuǎn)換(如果需要清除和SCR支路合并)；以及在沒有操作員干預(yù)的情況下激活無效電橋?！盁醾浞荨迸渲檬窃贜＝1時獲得N+1橋冗余度的節(jié)省成本的方式。下面說明僅控制冗余。當需要僅控制冗余時，控制系統(tǒng)1200可提供兩個控制器(M1和M2)以及C控制器，其中具有單工整流橋?？刂迫哂鄬⑹褂肕1控制器作為主控制器，M2控制器作為主控制器的備份，其中C控制器實現(xiàn)保護以及主/備份轉(zhuǎn)換功能。三個控制器采用高速Isbus來連接獨立的主控制器和C控制器之間的硬件容錯性(SIFT)及軟件功能。控制器冗余配置是獲得真正控制冗余的節(jié)省成本的方式，因為存在以下各項控制器的冗余集合，其中包括自動和手動電壓調(diào)節(jié)器；冗余控制電源；以及冗余系統(tǒng)軟件。下面說明遠程輸入/輸出選項?？刂葡到y(tǒng)1200能夠在通信上耦合或連接到另一個數(shù)據(jù)獲取、監(jiān)測設(shè)備(SCADA、PLC等)，例如GE的VersaMaxTMI/O子系統(tǒng)，它能夠采用例如高速以太網(wǎng)接口經(jīng)主控制器(M1和M2)與控制系統(tǒng)1200進行接口。下面說明操作員控制臺(遠程/本地)選項。例如，諸如鍵盤、控制臺、語音識別系統(tǒng)之類的操作員接口可以是基于PC的嵌入式系統(tǒng)，它使用采用觸摸屏接口、支持圖形和字符顯示的LCD顯示器。配置將采用控制系統(tǒng)來支持。“工具箱”軟件可用來與勵磁機控制硬件和軟件進行接口?？芍С诌\行及顯示數(shù)據(jù)、告警、狀態(tài)、診斷等的多路顯示?？芍С诌h程(例如在操作員控制臺上)或本地(例如在勵磁機門上)選項。下面參照診斷接口(如鍵盤)。小鍵盤可用作本地操作員接口，并且可安裝在與勵磁機控制系統(tǒng)相關(guān)的柜門上。開始/停止命令、調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)換命令以及調(diào)節(jié)器選擇可以從小鍵盤發(fā)出。小鍵盤還包括儀表顯示，表明系統(tǒng)狀況，例如發(fā)電機的MW和MVARS、勵磁電流和電壓、調(diào)節(jié)器平衡等。諸如告警歷史、設(shè)置、應(yīng)用數(shù)據(jù)以及I/O接口顯示等診斷顯示為維護人員提供系統(tǒng)信息?？刂葡到y(tǒng)1200及外圍設(shè)備所實現(xiàn)的功能可通過硬件和軟件的結(jié)合來完成。諸如傳感器、繼電器、驅(qū)動裝置、控制器之類的勵磁設(shè)備可結(jié)合到整個系統(tǒng)中，并且可將數(shù)據(jù)以模擬或數(shù)字形式提供給系統(tǒng)，或者可以由例如來自控制系統(tǒng)或相關(guān)設(shè)備的模擬或數(shù)字輸出來控制。勵磁系統(tǒng)的一個重要功能是變換系統(tǒng)，通常主要以軟件實現(xiàn)。發(fā)電機的PT和CT是自動(發(fā)電機端電壓)調(diào)節(jié)器、大部分限制器以及保護功能所需的控制信號源。一方面，可提供一種變換器，與較為傳統(tǒng)的發(fā)電機變換器不同，它以高速同時對交流波形進行抽樣，在軟件上采用數(shù)學算法以數(shù)字方式產(chǎn)生所需變量。例如，軟件變換器系統(tǒng)的輸出可包含以下各項發(fā)電機電壓-平均發(fā)電機輸出電壓；發(fā)電機有效電流-平均發(fā)電機輸出電流，與功率同相；發(fā)電機無功電流-平均發(fā)電機輸出電流，與無效(無功)功率(VAR)同相；發(fā)電機頻率-發(fā)電機的電流工作頻率；滑動-表示轉(zhuǎn)子速度變化的信號。基于軟件的變換器系統(tǒng)可采用以上數(shù)據(jù)來計算以下各項發(fā)電機功率及VAR；發(fā)電機磁通量(V/Hz)；以及相角和功率因數(shù)。自動調(diào)節(jié)器參考(AUTO REF)塊為自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)產(chǎn)生自動控制(AC)設(shè)定點變量。操作員命令(升高和降低輸入)來自直接輸入或者經(jīng)數(shù)據(jù)鏈路來自HM1操作員站或者來自工廠DCS或遠程調(diào)度系統(tǒng)。該塊可配置具有上限和下限、預(yù)置以及上/下斜坡時間。手動調(diào)節(jié)器參考(MANUAL REF)塊為手動電壓調(diào)節(jié)器(MVR)產(chǎn)生手動設(shè)定點變量。操作員命令(升高和降低輸入)來自直接輸入或者經(jīng)數(shù)據(jù)鏈路來自HM1操作員站或者來自工廠DCS或遠程調(diào)度系統(tǒng)。該塊可配置上限和下限、預(yù)置以及上/下斜升時間。另外，可提供自動和手動參考跟隨器(跟蹤)。軟件實現(xiàn)的功能調(diào)整非有效調(diào)節(jié)器輸出，以便自動跟蹤有效調(diào)節(jié)器。也就是說，當自動調(diào)節(jié)器正在控制發(fā)電機時，手動調(diào)節(jié)器將跟蹤，而當手動調(diào)節(jié)器正在控制發(fā)電機時，自動調(diào)節(jié)器將跟蹤。當出現(xiàn)從一個調(diào)節(jié)器向另一個調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)換時，這會提供平穩(wěn)過渡。勵磁機AVR設(shè)定點(EXASP)塊組合多個功能來產(chǎn)生對自動電壓調(diào)節(jié)器的參考輸入和變量以支持調(diào)節(jié)器跟蹤。例如，來自該塊的參考輸出是以下各項的總和來自PSS塊的穩(wěn)定信號；A VR REF塊的輸出；來自UEL塊的限制器信號；來自RCC/ARCC塊的輸出；產(chǎn)生V/Hz限制器信號的頻率和發(fā)電機電壓的組合；外部測試信號，支持白噪聲和步進測試信號的引入。欠勵磁限制器(UEL)是輔助控制器，限制自動電壓調(diào)節(jié)器對欠勵磁無功電流或功率的需求。UEL防止發(fā)電機磁場激勵減少到超過小信號(穩(wěn)態(tài))穩(wěn)定性限制或者定子鐵心端區(qū)加熱限制的水平。通過在發(fā)電機功能曲線上識別限制器動作的區(qū)域來指定性能。無功電流補償(RCC/ARCC)功能在無功電流補償(RCC-固定偏差)模式時，允許共用并聯(lián)機器之間的無功電流。在有效無功電流補償(ARCC-線路壓降)模式時，它啟用“線路壓降”，用于在遠離發(fā)電機端子的某個點上進行調(diào)節(jié)。伏特/赫茲限制器(V/Hz Lim)功能用來將不可接受的伏特/赫茲的比率降低到發(fā)電機的最大持續(xù)容量。這個功能采用來自軟件變換器的兩個輸入，平均發(fā)電機電壓以及發(fā)電機頻率，其V/Hz比率是可配置的。認為發(fā)電機在額定頻率上在額定端電壓的±5％以內(nèi)可接受地工作。AVR的自動電壓調(diào)節(jié)器(AVR)功能將在負載和工作條件改變時保持發(fā)電機端電壓恒定。誤差值(平均發(fā)電機電壓減去來自EXASP塊的合成參考輸出)是對具有積分器終結(jié)保護的比例加積分(PI)調(diào)節(jié)器的輸入。在大多數(shù)應(yīng)用中，AVR控制輸出直接控制開啟命令發(fā)生器，它在啟用AVR時控制電橋SCR的選通。在要求內(nèi)部環(huán)路調(diào)節(jié)器的某些應(yīng)用、如復合(發(fā)出電壓和電流的)勵磁機以及一些高限度勵磁機中，手動調(diào)節(jié)器將采用來自AVR的控制輸出作為設(shè)定點輸入。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)向自動調(diào)節(jié)器提供附加輸入，以便改善電力系統(tǒng)動態(tài)性能。許多不同的量可由PSS使用，諸如軸速、頻率、同步機電功率、加速功率或這些信號的某種組合。控制系統(tǒng)1200中提供的PSS是使用同步機電功率和內(nèi)部頻率(接近轉(zhuǎn)子)的結(jié)合的多輸入系統(tǒng)，以便達到與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成比例的信號。這來自加速功率的積分，但是軸扭力信號極大地衰減。當發(fā)電機定子電流超過額定值時，使用定子電流限制(SCL)功能。在出現(xiàn)這種狀況時，勵磁機將從AVR控制改變?yōu)轭A(yù)置到最小定子電流值的VAR控制。一旦定子電流小于額定值，勵磁機將返回到AVR控制。手動調(diào)節(jié)器的手動調(diào)節(jié)器(FVR或FCR)功能控制發(fā)電機勵磁電壓或電流，從而使發(fā)電機輸出電壓隨磁場中磁通量水平、發(fā)電機的速度及負載而變化。類似于AVR，手動調(diào)節(jié)器采用具有積分器終結(jié)保護的比例加積分(PI)調(diào)節(jié)器，其控制輸出直接控制開啟命令發(fā)生器，它在啟用時控制電橋SCR的選通。存在兩種輸入，即對手動調(diào)節(jié)器的設(shè)定點或參考輸入以及發(fā)電機磁場反饋。對于大多數(shù)應(yīng)用，手動調(diào)節(jié)器設(shè)定點或參考輸入僅來自MANUAL REF塊，僅在操作員選擇時或者在控制轉(zhuǎn)換之后來控制電橋。對于要求內(nèi)部環(huán)路調(diào)節(jié)器與AVR配合使用的應(yīng)用，當AVR控制發(fā)電機時，設(shè)定點輸入將來自AVR控制輸出。發(fā)電機磁場反饋指明手動調(diào)節(jié)器的類型。勵磁電壓調(diào)節(jié)器(FVR)是大部分應(yīng)用上提供的典型手動調(diào)節(jié)器，采用發(fā)電機勵磁電壓作為反饋輸入。FVR允許電流隨勵磁線圈電阻而變化。勵磁電流調(diào)節(jié)器(FCR)。這是手動調(diào)節(jié)器的一種特殊應(yīng)用，采用發(fā)電機勵磁電流作為反饋輸入。當它隨變化的勵磁線圈溫度調(diào)節(jié)恒定的勵磁電流時，GE未選擇FCR作為其標準手動調(diào)節(jié)器，因為它禁止與過勵磁限制器信號獨立。過勵磁限制器(OEL)功能將保護發(fā)電機勵磁繞組免受要求異常高的勵磁電流的事件所損壞。這些擴展時間上的高電流能夠使勵磁繞組過熱，從而導致?lián)p壞。發(fā)電機勵磁繞組可設(shè)計為ANSI標準C50.13，它規(guī)定隨時間變化的過電壓，這是設(shè)計勵磁所遵循的。這個標準采用曲線將勵磁繞組過熱描述成隨時間和電流而變化。OEL可設(shè)計為近似于勵磁電壓對時間的曲線。OEL直接與電橋開啟命令發(fā)生器進行接口，因此，它能夠保護發(fā)電機勵磁繞組在自動或手動調(diào)節(jié)器模式下不受損壞。該功能在正常工作條件下未激活。這允許勵磁機響應(yīng)任何發(fā)電機故障狀況，而在大約一秒的時段里沒有電流限制。此后再激活兩級電流限制器。第一級通常將電流限制在較高值。采用已知的勵磁繞組加熱時間常數(shù)對進入勵磁繞組的熱負荷進行積分，直至達到勵磁繞組限制。這時，電流限制器將轉(zhuǎn)換到下限。該事件結(jié)束時，積分器將根據(jù)比加熱時間常數(shù)慢的勵磁繞組的冷卻時間常數(shù)進行放電。電流限制值可根據(jù)發(fā)電機的工作模式選擇。在發(fā)電機脫機時使用脫機限制，在發(fā)電機聯(lián)機時使用聯(lián)機限制。氫壓力/溫度限制器補償特征根據(jù)發(fā)電機冷卻來對關(guān)鍵發(fā)電機限制器以及保護功能的配置參數(shù)進行補償。這個功能的目的是將限制器動作與有效的發(fā)電機功能曲線相關(guān)。對于氫冷卻發(fā)電機，正確的參數(shù)是內(nèi)部氫壓力，而對于空氣冷卻發(fā)電機，則是空氣溫度。在任何一種情況下，勵磁機采用4-20毫安輸入來捕捉參數(shù)。受壓力/溫度補償影響的三個限制器是欠勵磁限制器(UEL)；過勵磁限制器(OEL)；以及定子電流限制器。輸入三個發(fā)電機性能曲線的參數(shù)配置補償。勵磁機控制系統(tǒng)中的軟件將這個數(shù)據(jù)外插到將發(fā)電機的當前工作狀況轉(zhuǎn)換為正確限制器配置參數(shù)所需要的無數(shù)曲線中。在選擇手動調(diào)節(jié)器(FVR或FCR)時，手動限制性限制器特征限制勵磁機的欠勵磁操作。當該裝置在低于手動限制性限制器所要求的勵磁電壓以下工作、但仍然在AVR模式下工作時，它也不允許手動調(diào)節(jié)器跟蹤自動調(diào)節(jié)器。VAR/PF控制功能由AVR參考設(shè)定點的緩慢漸變來實現(xiàn)。VAR/PF由操作員命令進行選擇，var/pf值則采用例如升高/降低按鈕來控制?？砂糜诋a(chǎn)生具體模型的發(fā)電機模擬器(GEN SIM)，作為勵磁系統(tǒng)軟件的組成部分。這個模塊可配置為近似匹配實際發(fā)電機的操作并用于操作員培訓，并能夠支持調(diào)節(jié)器、限制器以及保護功能的檢驗，而不連接到發(fā)電機。單元數(shù)據(jù)總線接口(UDH)將勵磁機與諸如渦輪控制系統(tǒng)之類的發(fā)電機控制系統(tǒng)連接，例如GE的SpeedtronicTM、人機接口(HMI)或HM1 Viewer！數(shù)據(jù)服務(wù)器以及GE Fanuc PLC控制器。UDH基于以太網(wǎng)全局數(shù)據(jù)(EGD)協(xié)議。UDH將數(shù)字窗口提供到勵磁機中，通過它能夠監(jiān)測和控制所有相關(guān)變量。在該鏈路上還支持與GE的控制系統(tǒng)工具箱配置和勵磁機的維護工具之間的接口。另外，勵磁機能夠支持ModBus RTU從屬數(shù)據(jù)鏈路，以便與客戶DCS系統(tǒng)接口。這個鏈路能夠基于RS-232或者通過以太網(wǎng)10baseT硬件使用TCP/IP支持。命令和數(shù)據(jù)都可受支持。伏特/赫茲保護(24G)功能用作對伏特/赫茲限制器的備份，并且能夠采用或不采用C(保護)控制器來支持。保護方案包含兩級伏特/赫茲保護一級對于反相時段在伏特/赫茲上設(shè)置在每單元1.10，另一級對于2第二時段設(shè)置在每單元1.18。跳閘和時間設(shè)定點都可調(diào)整。過勵磁保護(OET)功能用作對過勵磁限制器的備份，并且能夠與保護模塊分開購買。如果出現(xiàn)限制器無法糾正的過勵磁情況，則產(chǎn)生跳閘信號。這個功能近似于ANSI Std.C50.13所定義的勵磁電壓對時間的曲線。發(fā)電機過壓跳閘(59G)功能監(jiān)測發(fā)電機電樞電壓，并且在檢測到不可接受的高壓時發(fā)出跳閘信號。測量用變壓器熔斷器故障檢測(PTFD)功能檢測對電壓調(diào)節(jié)器的PT反饋電壓的丟失。如果感測電壓丟失或者為單相，則有一個向手動調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)換，并且提供告警輸出。如果電源變壓器(PPT)由輔助總線而不是發(fā)電機端子來供電，則必須提供第二組PT信號以便單獨監(jiān)測發(fā)電機端電壓?！霸趤G失PT時向手動調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)換”功能檢測對AC電壓調(diào)節(jié)器的PT反饋電壓的丟失。如果感測電壓丟失，調(diào)節(jié)器則在0.5秒中迫使其輸出達到最高限度，然后再轉(zhuǎn)換到手動。這明顯不同于PTFD功能，后者不會迫使調(diào)節(jié)器在轉(zhuǎn)換前達到最高限度。勵磁丟失保護(40)功能檢測同步機上的勵磁丟失。這是一個以軟件實現(xiàn)的阻抗繼電器功能。這個功能能夠用來滿足所建議的設(shè)定，并且能夠適應(yīng)獨立的繼電器特性。該功能在軟件代碼中執(zhí)行，并且能夠適應(yīng)偏置設(shè)定以及兩個直徑設(shè)定。例如，偏置設(shè)定可以等于機器瞬變電抗的一半(X’d/2)；小直徑設(shè)定等于機器底座上每單位1.0；以及大直徑設(shè)定等于機器同步電抗(Xd)。小直徑設(shè)定沒有時間延遲，大直徑設(shè)定則具有可調(diào)整的時間延遲。兩個繼電器特性的每一個均可獨立調(diào)整(偏置-直徑-時間延遲)，并且能夠用來發(fā)出“跳閘”信號。在“欠勵磁限制”下工作時，兩個繼電器特性的使用可用來針對與電壓調(diào)節(jié)器的性能有關(guān)的事項。調(diào)節(jié)器可能下沖，同時嘗試保持該限度，并使視在阻抗瞬間進入繼電器特性。如果僅使用一個繼電器特性(小直徑)，則因任何調(diào)節(jié)器下沖而可能存在不想要的操作。采用具有時間延遲的大直徑設(shè)定有助于通過下沖來避免這個問題。勵磁機相位不平衡(EUT)功能監(jiān)測來自三相輸入電源變壓器的次級電壓。如果存在電壓相位不平衡狀況，則產(chǎn)生告警，并且在時間延遲之后發(fā)出跳閘信號。當發(fā)電機脫機時，脫機過勵磁保護(OLOT)功能用作對過勵磁限制器的備份。如果發(fā)電機勵磁電流無論在自動調(diào)節(jié)器或手動調(diào)節(jié)器模式下脫機工作時超過空載勵磁電流的120％，以及限制器無法糾正過勵磁狀況，則這個功能將在時間延遲之后發(fā)出跳閘信號。發(fā)電機勵磁繞組溫度計算特征通過將勵磁電壓除以勵磁電流來測量電阻。根據(jù)在25℃已知的勵磁線圈電阻以及銅線中的線性電阻溫度變化，該算法計算工作溫度。還包括可調(diào)整高溫告警輸出觸點。雖然圖12的實施例集中在勵磁接地檢測器對于靜態(tài)勵磁機的應(yīng)用上，但是本發(fā)明的概念能夠用來檢測眾多應(yīng)用中的任一個應(yīng)用中的接地，包括調(diào)節(jié)器應(yīng)用中的發(fā)電機勵磁繞組上的接地。例如，提供了激勵旋轉(zhuǎn)勵磁機的磁場的調(diào)節(jié)器或者飽和變壓器的控制繞組，作為復合靜態(tài)勵磁機的組成部分。一個重要方面是提供對發(fā)電機勵磁繞組的接入，以便確保有效的系統(tǒng)操作。對于靜態(tài)勵磁機，EXAM卡用來作為接地檢測器模塊和磁場繞組之間的接口。EGDM卡用來作為控制機架中勵磁機卡和EXAM卡之間的接口。在調(diào)節(jié)器應(yīng)用中，相同的EXAM卡可用來與磁場繞組進行接口，但EROC卡(與接地檢測器模塊中的EGDM卡相對)用來執(zhí)行大部分接地檢測器功能。使用調(diào)節(jié)器時，一般不使用冗余接地檢測器?？蓪ι鲜鰧嵤├M行其它修改，只要不背離要由以下權(quán)利要求及其法律等效物所包含的本發(fā)明的精神和范圍。
附錄軟件各通道(M1、M2和C3)要求以下輸入信號感測電阻器上的電壓振蕩器從控制的主控制器向下一級的轉(zhuǎn)換時間平均發(fā)電機勵磁電壓振蕩器電壓測試模式下工作的命令復位命令C3用于在哪個振蕩器用來控制檢測器電路之間進行仲裁。
C3響應(yīng)命令以插入M1或M2作為控制振蕩器，并且用來在檢測到VCO故障時自動切換到另一個振蕩器。如果檢測到振蕩器故障并且冗余通道可用，則C3應(yīng)通過將接地檢測器切換到另一個主控制器的振蕩器并通知振蕩器故障來對該故障進行響應(yīng)。除以上各項之外，C3還要求以下輸入信號轉(zhuǎn)換到另一個主控制器的振蕩器的命令以下說明概括了勵磁接地檢測器算法的操作將Vsp、Vsn、Vfgp、Vfgn、Vop以及Von初始化為零，其中，下標p表示正振蕩器電壓的讀數(shù)，下標n表示負振蕩器電壓的讀數(shù)獲取和調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)(這會連續(xù)運行)獲取Vsense在31.4弧度用1個低通濾波器進行濾波將濾波器輸出存儲為Vsensef-1在31.4弧度用2個低通濾波器進行濾波將濾波器輸出存儲為Vsensef-2用沖洗濾波器對Vsense-2進行濾波(s/12.563/((s/12.563)+1)將濾波器輸出存儲為Vsensef-3求Vsense-3的絕對值用具有以1弧度/秒中斷的2極點低通濾波器對Vsense-3的絕對值進行濾波存儲為Vsense-4[注意可使用DFT或FFT來進行這種濾波，但是因為低頻，所以需要大的時間窗口。]獲取Vfg在31.4弧度用3個低通濾波器進行濾波(與讀出相同)存儲為Vfg-filt開始FGD算法If″FGD＝OFF″then禁用跳閘和告警返回并檢查FGD＝ONEnd ifIf“測試模式”＝“真”then需要時將測試模式命令發(fā)送到另一個主控制器和C3打開軟件FGD跳閘觸點指示振蕩器轉(zhuǎn)到非工作頻率(2.5Hz)開始測試模式設(shè)置第1次通過＝真設(shè)置Test_timerTest_timer＝10秒啟動Test_timer計時器檢查1 If Test_timer＜9.8 thenIf本身是主控then命令+轉(zhuǎn)換啟動0.2-秒計時器If 0.2-秒計時器＜0.2秒then返回并檢查0.2-秒計時器End if
End ifGo to計時器檢查2ElseIf Test_timer＞＝10秒thenIf冗余then對Vsense-4抽樣將Vsense-4發(fā)送到其它控制器等待0.05秒從其它兩個控制器獲取Vsense-4Vsense-4＝三個讀數(shù)的中值If Vsense-4＞Test_Volts thenIf第一次通過＝真thenFGD1＝合格設(shè)置第一次通過＝假Test_timer歸零Go to設(shè)置Test_timerElseFGD2＝合格End ifElseIf第一次通過＝真thenFGD1＝失敗設(shè)置第一次通過＝假Test_timer歸零Go to設(shè)置Test_timerElseFGD2＝失敗End ifIf FGD1和FGD2＝合格聲明FGD測試合格Else聲明FGD測試失敗停止測試并將測試計時器歸零等待復位End ifEnd ifElse對Vsense-4抽樣If Vsense-4＞Test_Volts thenFGD＝合格聲明FGD測試合格ElseFGD＝失敗聲明FGD測試失敗停止測試并將Test_timer歸零等待復位End ifEnd ifElse返回并檢查Test_timer＞＝10秒End ifEnd if計時器檢查2 If Test_timer＜9.8 thenIf本身屬于主控振蕩器then命令(-)轉(zhuǎn)換啟動0.2-秒計時器If 0.2-秒計時器＜0.2秒then返回并檢查0.2-秒計時器
End ifGo to計時器檢查1End ifElseIf本身屬于主控振蕩器then命令振蕩器轉(zhuǎn)到一狀態(tài)End ifIf Test_timer＞＝10秒then對Vsense-4抽樣If冗余then將Vsense-4發(fā)送到其它控制器等待0.05秒從其它兩個控制器獲取Vsense-4Vsense-4＝三個讀數(shù)的中值If Vsense-4＞Test_Volts thenIf第一次通過＝真thenFGD1＝合格設(shè)置第一次通過＝假Test_timer歸零Go to設(shè)置Test timerElseFGD2＝合格End ifElseIf第一次通過＝真thenFGD1＝失敗設(shè)置第一次通過＝假Test_timer歸零Go to設(shè)置Test_timer
ElseFGD2＝失敗End ifIf FGD1和FGD2＝合格then聲明FGD測試合格Else聲明FGD測試失敗停止測試并將Test_timer歸零等待復位End ifEnd ifElse對Vsense-4抽樣If Vsense-4＞Test_Volts then聲明FGD測試＝合格Else聲明FGD測試＝失敗停止測試并將Test_timer歸零等待復位End ifEnd ifElse返回并檢查Test_timer＞＝10秒End ifEnd if設(shè)置“測試模式”＝假正常工作(+)振蕩器狀態(tài)If本振蕩器＝“主控”then
命令+振蕩器狀態(tài)如果冗余則向其它控制器發(fā)送命令啟動2.5秒計時器啟動0.2秒計時器Else(另一個主控制器或C3)等待來自另一個主控制器的“命令+振蕩器狀態(tài)”啟動0.2秒計時器End ifIf 0.2秒計時器＞＝0.2秒thenIf冗余then讀取振蕩器電壓將振蕩器電壓發(fā)送到其它兩個控制器等待0.05秒從其它兩個控制器讀取振蕩器電壓設(shè)置Vosp＝三個讀數(shù)的中值If Vosp＜40伏then聲明振蕩器不正常工作返回到(+)振蕩器狀態(tài)End ifElse(非冗余)讀取振蕩器電壓設(shè)置Vosp＝振蕩器電壓If Vosp＜40伏then聲明振蕩器不正常工作打開告警和跳閘觸點聲明FGD不正常工作等待復位End if
End ifElse等待0.2秒計時器＞＝0.2秒End ifIf2.5秒計時器＞＝2.4秒then執(zhí)行未濾波Vsense的DFT以確定基頻分量。查看WRP在無刷二極管故障監(jiān)測器的類似功能上的工作。設(shè)正弦和余弦發(fā)電機的頻率鎖定在PPT頻率，使DFT在從50％速度啟動時跟蹤頻率。無刷二極管故障監(jiān)測器上所使用的相同200毫秒抽樣值記錄對這種應(yīng)用是足夠的，本人認為通常需要漢寧加權(quán)。
對Vsensef-2和Vfg-filt抽樣將Vsensef-2存儲為Vsp，Vfg-filt存儲為Vfgp，以及Vsense的基頻分量的幅度存儲為VsfundIf冗余then將Vsp、Vfgp以及Vsfund發(fā)送到其它控制器等待0.05秒設(shè)置Vsp＝來自各控制器的Vsp的中值設(shè)置Vfgp＝來自各控制器的Vfgp的中值設(shè)置Vsfund＝來自各控制器的Vsfund的中值End ifGo to故障計算End ifIf2.5秒計時器＞＝2.5秒thenGo to(-)振蕩器狀態(tài)Else等待時間到期End if(-)振蕩器狀態(tài)If本振蕩器＝“主控”then
命令(-)振蕩器狀態(tài)如果冗余則向其它控制器發(fā)送命令開始2.5秒計時器開始0.2秒計時器Else(另一個主控制器或C3)等待來自另一個主控制器的“命令(-)振蕩器狀態(tài)”開始0.2秒計時器End ifIf0.2秒計時器＞＝0.2秒thenIf冗余then讀取振蕩器電壓將振蕩器電壓發(fā)送到其它兩個控制器等待0.05秒從其它兩個控制器讀取振蕩器電壓設(shè)置Vosn＝三個讀數(shù)的中值If Vosn＞-40伏then聲明振蕩器不正常工作返回到(-)振蕩器狀態(tài)End ifElse(非冗余)讀取振蕩器電壓設(shè)置Vosn＝振蕩器電壓If Vosn＞-40伏then聲明振蕩器不正常工作打開告警和跳閘觸點聲明FGD不正常工作等待復位End if
End ifElse等待0.2秒計時器＞＝0.2秒End ifIf2.5秒計時器＞＝2.4秒then執(zhí)行未濾波Vsense的DFT以確定基頻分量。查看WRP在無刷二極管故障監(jiān)測器的類似功能上的工作。設(shè)正弦和余弦發(fā)電機的頻率鎖定在PPT頻率，使DFT在從50％速度啟動時跟蹤頻率。無刷二極管故障監(jiān)測器上所使用的相同200毫秒抽樣值記錄對這種應(yīng)用是足夠的，本人認為通常需要漢寧加權(quán)。
對Vsensef-2和Vfg-filt抽樣將Vsensef-2存儲為Vsn，Vfg-filt存儲為Vfgn，以及Vsense的基頻分量幅度存儲為VsfundIf冗余then將Vsn、Vfgn以及Vsfund發(fā)送到其它控制器等待0.05秒設(shè)置Vsn＝來自各控制器的Vsn的中值設(shè)置Vfgn＝來自各控制器的Vfgn的中值設(shè)置Vsfund＝來自各控制器的Vsfund的中值End ifGo to故障計算End ifIf2.5秒計時器＞＝2.5秒thenGo to(+)振蕩器狀態(tài)Else等待時間到期End if故障計算讀取基頻分量(Vsfund)If冗余then將Vsfund發(fā)送到其它控制器等待0.05秒Vsfund＝3個控制器的中值End ifIf Vsfund＞lvrms then設(shè)置AC故障標志End ifIf運行thenRx＝{A*(Vsp*Vfgn/Vfgp-Vsn)-B*(Voscp*Vfgn/Vfgp-Voscn)}/{C*(Vsn-Vsp*Vfgn/Vfgp)+D*(Voscp*Vfgn/Vfgp-Voscn)}[A＝2*R*Rb^2*Rs+R^2*Rb^2B＝2*R*Rb^2*RsC＝2*R^2*Rb+4*R*Rb*Rs+2*R*Rb^2D＝4*R*Rb*Rs]IfRx＜Rx_Alarm告警計數(shù)器加1If告警計數(shù)器＞＝2thenIfAC故障標志then聲明AC接地告警Else聲明DC接地告警End ifEnd ifElse告警計數(shù)器歸零End ifIf Rx＜Rx_Trip
跳閘計數(shù)器加1If跳閘計數(shù)器＞＝3thenIf AC故障標志then聲明AC接地跳閘顯示RxGo to在恢復操作之前等待復位Else聲明DC接地跳閘顯示RxGo to在恢復操作之前等待復位End ifEnd ifElse跳閘計數(shù)器歸零End ifIf選項故障位置thenIf告警“或”跳閘then位置＝(E*Vsp-F*Voscp+G*Vfgp)/(H*Vfgp)If位置＞0.95 then聲明正母線故障ElseIf位置＜0.05then聲明負母線故障Else聲明故障位置為距負母線位置*100％End ifEnd ifEnd ifEnd if
{位置＝1是+母線上的故障；位置＝0是負勵磁母線上的故障}[E＝R^2Rb^2+2R^2RbRx+2RRb^2Rx+2RrB^2Rs+4RRbRsRxF＝4*R*Rb*Rs*Rx+2*R*Rb^2*RsG＝Rs*R*Rb^2H＝2*Rs*R*Rb^2]If跳閘＝“真”then設(shè)置等待復位＝“真”End ifElseRx＝{A*(Vsp-Vsn)-B*(Voscp-Voscn)}/{C*(Vsn-Vsp)+D*(Voscp-Voscn)}[A＝2*R*Rb^2*Rs+R^2*Rb^2B＝2*R*Rb^2*RsC＝2*R^2*Rb+4*R*Rb*Rs+2*R*Rb^2D＝4*R*Rb*Rs]IfRx＜Rx_Alarm告警計數(shù)器加1If告警計數(shù)器＞＝2 thenIf AC故障標志then聲明AC接地告警Else聲明DC接地告警End ifEnd ifElse告警計數(shù)器歸零End ifIf Rx＜Rx_Trip跳閘計數(shù)器加1If跳閘計數(shù)器＞＝3 then
IfAC故障標志then聲明AC接地跳閘顯示RxGo to在恢復操作之前等待復位Else聲明DC接地跳閘顯示RxGo to在恢復操作之前等待復位End ifEnd ifElse跳閘計數(shù)器歸零End ifEnd if等待復位If等待復位＝真thenIf復位＝真then復位FGD計數(shù)器、跳閘、告警以及存儲位置并且轉(zhuǎn)到啟動FGD算法Else返回并檢查復位＝真End ifEnd ifIf已命令(+)振蕩器狀態(tài)thenReturn to(-)振蕩器狀態(tài)ElseReturn to(+)振蕩器狀態(tài)End ifC3算法[注意僅在冗余情況下使用]
將Vsp、Vsn、Vfgp、Vfgn、Vop以及Von初始化為零，其中下標p表示正振蕩器電壓的讀數(shù)，下標n表示負振蕩器電壓的讀數(shù)獲取和調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)(這將連續(xù)運行)獲取Vsense在31.4弧度用1個低通濾波器濾波將濾波器輸出存儲為Vsensef-1在31.4弧度用2個低通濾波器濾波將濾波器輸出存儲為Vsensef-2用沖洗濾波器對Vsense-2濾波(s/12.563/((s/12.563)+1)將濾波器輸出存儲為Vsensef-3求Vsense-3的絕對值用具有以1弧度/秒中斷的2極點低通濾波器對Vsense-3的絕對值濾波存儲為Vsense-4[注意可使用DFT或FFT來進行這種濾波，但因低頻而需要大的時間窗口。給定0.5Hz頻率分辨率，認為需要最小值2秒。]獲取Vfg在10弧度用1個低通濾波器濾波存儲為Vfg-filt開始FGD算法If″FGD＝OFF″then禁用跳閘和告警返回并檢查FGD＝ONEnd ifIf“測試模式”＝真then打開軟件FGD告警和跳閘觸點開始測試模式設(shè)置第1次通過＝真存儲主選擇開關(guān)的狀態(tài)設(shè)置Test_timer Test_timer＝10秒啟動Test_imer計時器檢查1 If第1次通過then切換到M1振蕩器Else切換到M2振蕩器End ifIf Test_timer＞＝10秒then對Vsense-4抽樣將Vsense-4發(fā)送到其它控制器等待0.05秒從其它兩個控制器獲取Vsense-4Vsense-4＝三個讀數(shù)的中值If Vsense-4＞Test_Volts thenIf第一次通過＝真thenFGD1＝合格設(shè)置第一次通過＝假將振蕩器切換到M2Test_timer歸零Go to設(shè)置Test_timerElseFGD2＝合格End ifElseIf第一次通過＝真thenFGD1＝失敗設(shè)置第一次通過＝假將振蕩器切換到M2
Test_timer歸零Go to設(shè)置Test_timerElseFGD2＝失敗End ifEnd ifIfFGD1和FGD2＝合格then聲明FGD測試合格設(shè)置“測試模式”＝假恢復主選擇開關(guān)狀態(tài)Go to正常操作Else聲明FGD測試失敗停止測試并將Test_timer歸零設(shè)置“測試模式”＝假恢復主選擇開關(guān)狀態(tài)等待復位End ifElse返回并檢查Test_timer＞＝10秒End ifEnd if正常工作(+)振蕩器狀態(tài)啟動0.5秒計時器If0.5秒計時器＞＝0.5秒thenIf主控制器1振蕩器進行控制聲明主控制器1振蕩器不正常工作切換到主控制器2振蕩器啟動0.5秒計時器If 0.5秒計時器＞＝0.5秒then聲明主控制器2振蕩器不正常工作打開告警和跳閘觸點聲明FGD不正常工作等待復位End ifEnd ifElse聲明主控制器2振蕩器不正常工作切換到主控制器1振蕩器啟動0.5秒計時器If0.5秒計時器＞＝0.5秒then聲明主控制器1振蕩器不正常工作打開告警和跳閘觸點聲明FGD不正常工作等待復位End ifEnd ifEnd if等待來自主控制器的“命令+振蕩器狀態(tài)”啟動0.2秒計時器啟動2.5秒計時器If 0.2秒計時器＞＝0.2秒then復位0.5秒計時器讀取振蕩器電壓將振蕩器電壓發(fā)送到其它兩個控制器等待0.05秒從其它兩個控制器讀取振蕩器電壓設(shè)置Vosp＝三個讀數(shù)的中值If Vosp＜40伏thenIf另一個振蕩器正常then聲明出故障的振蕩器(M1或M2)不正常工作切換到另一個振蕩器返回到(+)振蕩器狀態(tài)Else聲明M1和M2振蕩器不正常工作打開告警和跳閘觸點聲明FGD不正常工作等待復位End ifEnd ifEnd ifIf2.5秒計時器＞＝2.4秒then執(zhí)行未濾波Vsense的DFT以確定基頻分量。查看WRP在無刷二極管故障監(jiān)測器的類似功能上的工作。設(shè)正弦和余弦發(fā)電機的頻率鎖定在PPT頻率，使DFT在從50％速度啟動時跟蹤頻率。無刷二極管故障監(jiān)測器上所用的相同200毫秒抽樣值記錄對這種應(yīng)用看來是足夠的，本人認為通常需要漢寧加權(quán)。
對Vsensef-2和Vfg-filt抽樣將Vsensef-2存儲為Vsp，Vfg-filt存儲為Vfgp，以及Vsense的基頻分量幅度存儲為Vsfund將Vsp、Vfgp以及Vsfiund發(fā)送到其它控制器等待0.05秒設(shè)置Vsp＝來自各控制器的Vsp的中值設(shè)置Vfgp＝來自各控制器的Vfgp的中值設(shè)置Vsfund＝來自各控制器的Vsfund的中值Else等待2.5秒計時器＞＝2.4秒End ifGo to故障計算End ifIf2.5秒計時器＞＝2.5秒thenGo to(-)振蕩器狀態(tài)Else等待時間到期End ifEnd if(-)振蕩器狀態(tài)啟動0.5秒計時器If主控制器1振蕩器進行控制聲明主控制器1振蕩器不正常工作切換到主控制器2振蕩器啟動0.5秒計時器If 0.5秒計時器＞＝0.5秒then聲明主控制器2振蕩器不正常工作打開告警和跳閘觸點聲明FGD不正常工作等待復位End ifEnd ifElse聲明主控制器2振蕩器不正常工作切換到主控制器1振蕩器啟動0.5秒計時器
If 0.5秒計時器＞＝0.5秒then聲明主控制器1振蕩器不正常工作打開告警和跳閘觸點聲明FGD不正常工作等待復位End ifEnd ifEnd if等待命令(-)振蕩器狀態(tài)啟動2.5秒計時器啟動0.2秒計時器If 0.2秒計時器＞＝0.2秒then復位0.5秒計時器讀取振蕩器電壓將振蕩器電壓發(fā)送到其它兩個控制器等待0.05秒從其它兩個控制器讀取振蕩器電壓設(shè)置Vosn＝三個讀數(shù)的中值If Vosn＞-40伏thenIf另一個振蕩器正常then聲明出故障的振蕩器(M1或M2)不正常工作切換到另一個振蕩器返回到(-)振蕩器狀態(tài)Else打開告警和跳閘觸點聲明M1和M2振蕩器不正常工作聲明FGD不正常工作等待復位End if
End ifIf2.5秒計時器＞＝2.4秒then執(zhí)行未濾波Vsense的DFT以確定基頻分量。查看WRP在無刷二極管故障監(jiān)測器的類似功能上的工作。設(shè)正弦和余弦發(fā)電機的頻率鎖定在PPT頻率，使DFT在從50％速度啟動時跟蹤頻率。無刷二極管故障監(jiān)測器上所用的相同200毫秒抽樣值記錄對這種應(yīng)用看來是足夠的，本人認為通常需要漢寧加權(quán)。
對Vsensef-2和Vfg-filt抽樣將Vsensef-2存儲為Vsn，Vfg-filt存儲為Vfgn，以及Vsense的基頻分量幅度存儲為Vsfund將Vsn、Vfgn以及Vsfund發(fā)送到其它控制器等待0.05秒設(shè)置Vsn＝來自各控制器的Vsn的中值設(shè)置Vfgn＝來自各控制器的Vfgn的中值設(shè)置Vsfund＝來自各控制器的Vsfund的中值Else等待2.5秒計時器＞＝2.4秒End ifGo to故障計算If2.5秒計時器＞＝2.5秒thenGo to(+)振蕩器狀態(tài)Else等待時間到期End if故障計算讀取基頻分量(Vsfund)If冗余then將Vsfund發(fā)送到其它控制器等待0.05秒
Vsfund＝3個控制器的中值End ifIf Vsfund＞lvrms then設(shè)置AC故障標志End ifIf運行thenRx＝{A*(Vsp*Vfgn/Vfgp-Vsn)-B*(Voscp*Vfgn/Vfgp-Voscn)}/{C*(Vsn-Vsp*Vfgn/Vfgp)+D*(Voscp*Vfgn/Vfgp-Voscn)}[A＝2*R*Rb^2*Rs+R^2*Rb^2B＝2*R*Rb^2*RsC＝2*R^2*Rb+4*R*Rb*Rs+2*R*Rb^2D＝4*R*Rb*Rs]IfRx＜Rx_Alarm告警計數(shù)器加1If告警計數(shù)器＞＝2 thenIfAC故障標志then聲明AC接地告警Else聲明DC接地告警End ifEnd ifElse告警計數(shù)器歸零End ifIfRx＜Rx_Trip_then跳閘計數(shù)器加1If跳閘計數(shù)器＞＝3thenIf AC故障標志then聲明AC接地跳閘顯示Rx
Go to在恢復操作之前等待復位Else聲明DC接地跳閘顯示RxGo to在恢復操作之前等待復位End ifEnd ifElse跳閘計數(shù)器歸零End ifIf選項故障位置thenIf告警“或”跳閘then位置＝(E*Vsp-F*Voscp+G*Vfgp)/(H*Vfgp)If位置＞0.95 then聲明正母線故障ElseIf位置＜0.05 then聲明負母線故障Else聲明故障位置為距負母線位置*100％End ifEnd ifEnd ifEnd if{位置＝1是+母線上的故障；位置＝0是負勵磁母線上的故障}[E＝RRb^2+2R^2RbRx+2RRb^2Rx+4RRbRsRxF＝4*R*Rb*Rs*Rx+2*R*Rb^2*RsG＝Rs*R*Rb^2H＝2*Rs*R*Rb^2]If跳閘＝“真”then設(shè)置等待復位＝“真”End ifElseRx＝{A*(Vsp-Vsn)-B*(Voscp-Voscn)}/{C*(Vsn-Vsp)+D*(Voscp-Voscn)}[A＝2*R*Rb^2*Rs+R^2*Rb^2B＝2*R*Rb^2*RsC＝2*R^2*Rb+4*R*Rb*Rs+2*R*Rb^2D＝4*R*Rb*Rs]IfRx＜Rx_Alarm告警計數(shù)器加1If告警計數(shù)器＞＝2thenIfAC故障標志then聲明AC接地告警Else聲明DC接地告警End ifEnd ifElse告警計數(shù)器歸零End ifIfRx＜Rx_Trip跳閘計數(shù)器加1If跳閘計數(shù)器＞＝3 thenIfAC故障標志then聲明AC接地跳閘顯示RxGo to在恢復操作之前等待復位Else
聲明DC接地跳閘顯示RxGo to在恢復操作之前等待復位End ifEnd ifElse跳閘計數(shù)器歸零End ifEnd ifIf已命令(+)振蕩器狀態(tài)thenReturn to(-)振蕩器狀態(tài)ElseReturn to(+)振蕩器狀態(tài)End ifIf轉(zhuǎn)換主控制器＝真thenIf其它主控制器振蕩器正常then切換到另一個主控制器的振蕩器Else聲明“轉(zhuǎn)換被拒絕，另一個振蕩器不正常工作”End ifEnd if
權(quán)利要求
1.一種用于檢測勵磁回路接地的系統(tǒng)，包括感測電阻器(106)；衰減器網(wǎng)絡(luò)(108、110)；參考信號源(104)，向電機的磁極引線(116)提供參考信號，所述參考信號在操作上與所述感測電阻器和衰減器網(wǎng)絡(luò)耦合，其中所述衰減器網(wǎng)絡(luò)連接所述磁極引線，產(chǎn)生使所述勵磁繞組中心偏置成相對于地加上和減去所述參考信號的信號；壓控振蕩器(VCO)(102)，適合測量所述感測電阻器上的差分電壓；以及控制邏輯(500)，適合協(xié)調(diào)測量數(shù)據(jù)的收集，并從所述測量數(shù)據(jù)中提取接地故障電阻和接地故障位置的估算值。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制邏輯包括第一通信通道，用于發(fā)送指示所述系統(tǒng)進行測量的測量命令；以及第二通信通道，用于讀取所述系統(tǒng)作出的測量結(jié)果。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制邏輯被配置成通過對所述參考信號的兩個連續(xù)半周期進行測量來估算所述接地故障電阻。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制邏輯被配置成采用下列公式來估算所述接地故障電阻(Rx)Rx＝{(2RRsRb^2+R^2Rb^2)((Vfgn/Vfgp)Vs1-Vs2)-2RRsRb^2((Vfgn/Vfgp)*Voscp-Voscn)}/{(2RbR^2+4RRbRs+2RRb^2)(Vs2-(Vfgn/Vfgp)Vs1)+4RRbRs((Vfgn/Vfgp)*Voscp-Voscn)}，其中，R表示耦合在所述參考信號和所述發(fā)電機的所述磁極引線之間的衰減器網(wǎng)絡(luò)，Rb表示泄放電阻器的電阻，Vs1和Vs2分別表示所述參考信號在正、負半周期的時段中所述感測電阻器Rs上的電壓，Voscp和Voscn分別表示正、負半周期上的參考信號電壓，以及Vfgn和Vfgp分別表示所述參考信號在負、正半周期的時段中的勵磁電壓。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制邏輯被配置成采用下列公式中至少一個來估算接地故障的位置x＝(Vs1*(RRb^2+2R^2RbRx+2RRb^2Rx+4RRbRsRx)-(2RRb^2Rs+4RRbRsRx)*Voscp+(RRsRb^2)*Vfgp)/(2RRsRb^2*Vfgp)；x＝(Vs2*(RRb^2+2R^RbRx+2RRb^2Rx+4RRbRsRx)-(2RRb^2Rs+4RRbRsRx)*Voscn+(RRsRb^2)*Vfgn)/(2RRsRb^2*Vfgn)，其中，R表示耦合在所述參考信號和所述發(fā)電機的所述磁極引線之間的衰減器網(wǎng)絡(luò)，Rb表示泄放電阻器的電阻，Vs1和Vs2分別表示所述參考信號在正、負半周期上的時段中所述感測電阻器Rs上的電壓，Voscp和Voscn分別表示正、負半周期上的參考信號電壓，以及Vfgn和Vfgp分別表示所述參考信號在負、正半周期上的時段中的勵磁電壓。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制邏輯被配置成通過測量所述感測電阻器中的基頻電壓來檢測AC接地故障。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制邏輯被配置成在所述接地故障電阻大約為1500歐姆或小于1500歐姆時將所述故障識別為AC故障。
8.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制邏輯被配置成在發(fā)出向下一個振蕩器電平轉(zhuǎn)變的命令之后的預(yù)定時間間隔進行測量。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括冗余低頻振蕩器(104)和壓控振蕩器(102)中的至少一種。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制邏輯還包括診斷邏輯(500)，用于自動測量所述感測電阻器上的差分電壓，其中所述振蕩器設(shè)置在高于正常工作頻率的頻率上。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述參考信號發(fā)生器是低頻振蕩器，以及所述參考信號是方波。
12.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電機是發(fā)電機。
13.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機包括勵磁系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器中的至少一種。
14.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述控制邏輯適合區(qū)分AC和DC勵磁接地故障。
15.在用于操作電機的控制系統(tǒng)中，一種用于檢測和測量勵磁接地故障的方法，所述方法包括檢測感測電阻器的電阻；通過所述感測電阻器和衰減器網(wǎng)絡(luò)將參考信號加至所述發(fā)電機的磁極引線，其中所述衰減器網(wǎng)絡(luò)連接到兩個磁極引線，產(chǎn)生一個使所述勵磁繞組中心偏置在相對于地加上和減去所述參考信號的范圍內(nèi)的信號；測量所述感測電阻器上的差分電壓；分析所收集的測量數(shù)據(jù)；以及檢測接地故障，并且從所述測量數(shù)據(jù)中估算接地故障電阻以及接地故障的位置。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于還包括產(chǎn)生和發(fā)送用于指示所述系統(tǒng)為接地故障檢測進行測量并讀取測量結(jié)果的測量命令的步驟。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于還包括對所述參考信號的兩個連續(xù)半周期進行測量、并從這類半周期測量中估算所述接地故障電阻的步驟。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于還包括采用下列公式估算所述接地故障電阻(Rx)的步驟x＝(Vs1*(RRb^2+2R^2RbRx+2RRb^2Rx+4RRbRsRx)-(2RRb^2Rs+4RRbRsRx)*Voscp+(RRsRb^2)*Vfgp)/(2RRsRb^2*Vfgp)；x＝(Vs2*(RRb^2+2R^2RbRx+2RRb^2Rx+4RRbRsRx)-(2RRb^2Rs+4RRbRsRx)*Voscn+(RRsRb^2)*Vfgn)/(2RRsRb^2*Vfgn)，其中，R表示耦合在所述參考信號和所述發(fā)電機的所述磁極引線之間的衰減器網(wǎng)絡(luò)，Rb表示泄放電阻器的電阻，Vs1和Vs2分別表示所述參考信號在正、負半周期上的時段中所述感測電阻器Rs上的電壓，Voscp和Voscn分別表示正、負半周期上的參考信號電壓，以及Vfgn和Vfgp分別表示所述參考信號在負、正半周期上的時段中的勵磁電壓。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，估算接地故障位置的所述步驟涉及使用下列公式中的至少一個x＝Vs1*(R^2Rb^2+2R^2RbRx+2RRb^2Rx+2RRB^2Rs+4RRbRsRx)-(2RRb^2Rs+4RRbRsRx)*Voscp+(RRsRb^2)*Vfgp/(2RRsRb^2*Vfgp)；x＝Vs2*(R^2Rb^2+2R^2RbRx+2RRb^2Rx+2RRB^2Rs+4RRbRsRx3-(2RRb^2Rs+4RRbRsRx)*Voscn+(RRsRb^2)*Vfgn/(2RRsRb^2*Vfgn)，其中，R表示耦合在所述參考信號和所述發(fā)電機的所述磁極引線之間的衰減器網(wǎng)絡(luò)，Rb表示泄放電阻器的電阻，Vs1和Vs2分別表示所述參考信號在正、負半周期上的時段中所述感測電阻器Rs上的電壓，Voscp和Voscn分別表示正、負半周期上的參考信號電壓，以及Vfgn和Vfgp分別表示所述參考信號在負、正半周期上的時段中的勵磁電壓。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于還包括通過測量所述感測電阻器中的基頻電壓來檢測AC接地故障的步驟。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，若所述接地故障電阻大約為1500歐姆或小于1500歐姆，則檢測AC故障。
全文摘要
本發(fā)明的勵磁接地故障檢測器(100、200、500)檢測出現(xiàn)在勵磁電路中以及任何電連接到勵磁回路的相關(guān)電路中的接地故障。勵磁接地故障檢測器識別接地電阻，以便能對其進行監(jiān)測，從而檢測接地電阻的逐漸退化。檢測器估算接地故障的電阻以及接地故障的位置。檢測器能夠在系統(tǒng)工作期間以及在非工作期間估算接地故障的位置。本發(fā)明利用低頻方波振蕩器(104)，以便在未施加勵磁電壓時允許測量接地故障，確保在激勵磁場時不存在任何盲點，提供估算接地故障電阻的方法。勵磁接地檢測器能夠區(qū)分出現(xiàn)在AC側(cè)的接地故障與晶閘管橋的DC側(cè)上的接地故障。
文檔編號H02H3/16GK1494658SQ01821820
公開日2004年5月5日 申請日期2001年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月8日
發(fā)明者R·A·勞森, W·R·佩爾森, H·C·桑德爾森, M·K·薩勒, G·辛哈, I·E·小弗雷曼, B·A·格里特森, R A 勞森, 佩爾森, 小弗雷曼, 格里特森, 桑德爾森, 薩勒 申請人:通用電氣公司