專利名稱：勵磁繞組接地自動檢測器和定位器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)視旋轉電機勵磁繞組的裝置，特別適合于接地故障檢測和定位的目的。
旋轉電機例如同步電機的勵磁繞組在設計和安裝時要保證在運行期間實際上與地完全絕緣。然而，在繞組中隨時都可能由于某種原因，例如絕緣破壞，而發(fā)生接地故障。重要的是電機運行人員應立即發(fā)覺這種接地故障工況，以使電機停止運行，進行適當?shù)臋z修。盡管一個單一的接地故障不至引起損壞，但若有第二個接地故障則會產(chǎn)生特別大的電流，引起電機嚴重損壞。
用于檢測這種接地故障的各種裝置業(yè)已周知。包括交流檢測裝置。其中，在地和勵磁繞組的一個端子之間通過一個電阻提供一個交流電壓。如果沒有檢測出明顯的電流通過該電阻，則可以得出結論不存在勵磁繞組接地故障。然而，如果在沿勵磁繞組全長的任何一點確實存在接地故障，則流過該電阻的電流將提供這種工況的指示信號。
按照一種已知的直流檢測方法，兩個固定阻值的電阻串聯(lián)在勵磁繞組的兩端，因此繞組兩端的電壓降也出現(xiàn)在該串聯(lián)電阻的兩端。這兩個電阻之間的連接點通過另一個電阻和一個電流檢測器接地，在正常工況下，當勵磁繞組帶電且不存在接地故障時，實際上沒有電流流過另一個電阻和該電流檢測器。然而，如果存在一個接地故障，所產(chǎn)生的流過該檢測器的電流將提供這種工況的指示信號。但是，如果接地故障發(fā)生在勵磁繞組的下述一個區(qū)域，該區(qū)域在正常運行時的電位對應于這兩個串聯(lián)電阻連接點的電位，則這種電路不會產(chǎn)生指示信號。為了解決這個問題，該電路要包括一個附加電阻，運行人員可通過一個按鈕將該電阻連接在其中一個串聯(lián)電阻的兩端，以便暫時改變在串聯(lián)電阻間的連接點的電位。
按照另一種可與上述直流法相比較的已知的技術，其中的一個串聯(lián)電阻具有一種非線性電阻特性，其阻值隨電壓而改變，因此，當勵磁繞組電壓改變時，在串聯(lián)電阻之間連接點的電位也會改變，從而有助于檢測出在沿勵磁繞組長度的任何一點所發(fā)生的接地故障。但是，在某種運行工況下，例如當電機帶基本負荷時，勵磁繞組電壓在較長的時間內(nèi)不會有很顯著的變化。
該交流檢測法的缺點是它在勵磁繞組上施加了一個交流電壓由于勵磁繞組對地存在著正常的電容耦合，這個電壓可能導致非接地電流的水平發(fā)生變化。雖然已知的直流檢測法克服了這個缺點，但若沒有運行人員的干預，直流法不能檢測出沿勵磁繞組長度的每一點所發(fā)生的接地故障。
此外，已知的技術都不能提供關于接地故障位置的任何信息。如果采用這些已知技術觀察到出現(xiàn)一個接地故障，就需要將電機停下來以確定故障的位置。但這并非總是可能的，因為存在著這樣的情況當電機在運行中可能顯現(xiàn)出一個接地故障，而當電機停下來以后卻不能確定故障位置。
本發(fā)明的一個目的是提供一種新穎的監(jiān)測裝置，它可避免已知裝置的這些缺點。
本發(fā)明的另一個目的是提供一個裝置，當有關的電機在線運行時該裝置能連續(xù)工作，并能提供存在接地故障以及沿勵磁繞組長度之內(nèi)該故障近似位置的直接指示。
本發(fā)明的另一個目的是在一個由勵磁繞組兩端的直流電壓供電的裝置中提供這些有利條件。
本發(fā)明的上述和其它目的是通過一個在電機勵磁繞組中接地故障的檢測和定位裝置來實現(xiàn)的;其中，在電機運行期間一個直流電壓出現(xiàn)在勵磁繞組兩端，該繞組通常與地絕緣;該裝置包括一個可與勵磁繞組并聯(lián)的分壓器，沿此分壓器有許多相間隔的抽頭;
確定許多電流通路的裝置，每一通路連接在各自的抽頭和接地點之間;
連接在電流通路中的電流檢測器裝置，用以提供流過每個通路電流值的指示;以及與電流檢測器相連的信號處理裝置，用以提供伴隨勵磁繞組中的接地故障而出現(xiàn)的電流值指示以及沿繞組長度為該接地故障近似位置的指示。


圖1是本發(fā)明檢測器和定位器電路的優(yōu)選實施例的電路圖。
圖2是說明圖1電路所采用的監(jiān)測順序的程序流程圖。
圖1表明了本發(fā)明檢測器和定位器電路的一個優(yōu)選實施例，用于監(jiān)測勵磁繞組2，其兩端通常有直流電壓。繞組本身和繞組電壓源在正常運行時是與地絕緣的，盡管通常在繞組2和地之間通過繞組絕緣有一個有限的、但數(shù)值很大的電阻，這是可以理解的。
本發(fā)明的電路包括一個分壓器，最好由一連串相同的電阻4組成，連接在繞組2兩端。電阻4的數(shù)目N取決于繞組2的長度以及指示一個接地故障位置所要求的精度。在任何情況下，N要比2大得多，典型的數(shù)目大約為10。
分壓器的每一端和兩個相鄰電阻4之間的每個連接點都連接到各自的串聯(lián)電阻6的一端。每個電阻6與各自的電子控制的雙極開關8串聯(lián)連接，每個開關8的另一側通過一公共線14連接到直流電流檢測器12的一側，檢測器12連接在線14和電路的地16之間。
由檢測器12產(chǎn)生的電流讀數(shù)信號提供給一個模擬/數(shù)字變換器20，其數(shù)字輸出被引到一個存儲寄存器22，寄存器22有許多存儲單元，它等于開關8的數(shù)目。
寄存器22有一個輸出端，連接到一個信息處理機24，它設有一個報警輸出線26和一個讀出線28，以及一個寄存器控制母線30和一個開關控制母線32。
本發(fā)明的電路用來在裝設有勵磁繞組2的電機運行期間連續(xù)監(jiān)測該勵磁繞組。如上所述，只要沒有與勵磁繞組2相關的接地故障，該繞組包括其連接線實質(zhì)上是與地絕緣的。
監(jiān)測是在處理機24的控制下實現(xiàn)的，處理機通過母線32提供信號，依次閉合每個開關8，開關8每次只有一個閉合，其閉合時間足以使檢測器12對流過該閉合開關8及其相關電阻6的電流產(chǎn)生一精確的指示信號。檢測器12所產(chǎn)生的讀數(shù)被變換器20連續(xù)地轉換為數(shù)字形式，并且在每個開關8閉合期間，由檢測器12所產(chǎn)生的讀數(shù)的數(shù)字表示在母線30所提供的地址信號控制下被寫入寄存器22的一個相應單元。
在每個開關都已閉合后，對寄存器22的輸入暫時中斷，于是在由母線30提供的讀出信號和單元地址信號的控制下，每個寄存器單元被依次讀出，進入處理機24。該電流讀數(shù)在處理機24中進行處理后通過線28輸出。如果有一個電流讀數(shù)表明存在一個接地故障34，在線26上就會產(chǎn)生一個報警信號。
當不存在接地故障，所以繞組2及其電流引線都對地絕緣時，一個開關8的閉合不會接通一個電流回路，因此任何流過閉合開關的電流都處在很低的電平。這樣一個低電平的電流將被處理機24解釋為不存在任何接地故障，所以不會產(chǎn)生報警信號。
另一方面，如果確實存在一個接地故障34，那么在閉合每個開關8時，通過檢測器12就接通了一個電流回路，結果是至少在某些開關8中會流過高得多的電流。當這個較大的電流提供給處理機24時，就會產(chǎn)生報警信號。此外，正如下面將要較詳細說明的那樣，提供給輸出線28的電流讀數(shù)將能夠確定沿繞組2的長度接地故障34的近似位置。
由電阻4組成的分壓器將繞組2兩端的電壓分成基本相等的若干增量，對應于沿繞組2的長度上的電壓增量。因此，在兩個電阻4之間的多個連接點的電位就對應于沿繞組2的長度各個點的電位。如果存在一個接地故障34，它將使沿繞組2長度的某一點成為地電位。因此，沿著由電阻組成的分壓器長度的一個相應點也近似為地電位。在分壓器其它各連接點的電位與地電位不同，其差值對應于把這一點與分壓器至少近似為地電位的那一點分隔開的電阻4的數(shù)目。因此，分壓器上的點離地電位點越遠，當相關的開關8閉合時，從分壓器這一點流出的電流越大。相應地，當連接到分壓器上至少近似為地電位點的開關8閉合時，流過該閉合開關8的電流將有一最小值。
因此，如果存在一個接地故障34，在寄存器22中最小電流讀數(shù)的單元至少近似地對應著沿繞組2的長度該接地故障的位置。這樣，檢查提供給線28的電流讀數(shù)就使得有可能識別接地故障的位置。
為了識別接地故障的存在并確定該接地故障的位置，可以檢查寄存器22中存儲的一系列電流讀數(shù)，這種方法示于圖2的程序流程圖中，流程圖由框F1到F20組成，并涉及到一個包含N+1個開關8的裝置。
在圖2中，i＝寄存器單元號，對應于有關的電阻6對分壓器的連接點;I(i)＝在單元i的電流;I(o)＝在單元0(零)的電流;Imin＝在順序檢索寄存器單元過程中檢測到的最小電流。
如圖2所示，每個開關8i(i＝0，1，2……N)依次閉合，流過該閉合開關的電流被測量并存儲在寄存器22的相應單元中。在對所有的開關8都執(zhí)行完這個過程后，要對每個寄存器單元進行檢索，以確定存儲在其中的電流表示值是否對應于等于或大于一個預定閾值的電流值。如果存儲在寄存器22中的值都不滿足這個條件，則該讀出循環(huán)結束，并開始一個新的測量循環(huán)。
如果發(fā)現(xiàn)存在一個接地故障，則在一個子程序中，再次檢索每個寄存器單元，以識別含有最小的電流幅值表示的那個單元。識別出該單元就提供了接地故障位置的指示。
電阻6具有明顯高于電阻4的阻值，并且電阻6的阻值基本上這樣來選擇，在發(fā)生接地故障的情況下，所產(chǎn)生的電流應在檢測器12所要求的工作范圍之內(nèi)。
雖然上面的敘述表明了本發(fā)明的具體實施例，不言而喻，還可以作出許多改型而不偏離其精神實質(zhì)。所附的權利要求意圖是要包括這些改型，它們屬于本發(fā)明的確切范圍與精神之內(nèi)。
因此，目前所揭示的實施例在各方面都應看作是解釋性的而不是限定性的，由所附的權利要求書，而不是上面的敘述，指出了本發(fā)明的范圍，因而力圖把在權利要求書等效的意義和范圍之內(nèi)的所有變化都包含在其中。
權利要求
1.一種用于電機勵磁繞組(2)中接地故障(34)的檢測和定位裝置，其中，在電機運行期間一個直流電壓施加于繞組(2)兩端，該繞組(2)通常是與地絕緣的，上述裝置的特征在于一個分壓器(4)與該繞組(2)并聯(lián)連接，并且沿該分壓器(4)有許多相間隔的抽頭位置確定許多電流通路(6，8，14)的裝置，每個通路連接在一個有關的抽頭和接地點(16)之間連接在上述通路(6，8，14)中的電流檢測器裝置(12)用來提供流過每個上述通路(6，8，14)電流幅值的指示信號以及連接到上述電流檢測器裝置(12)上的信號處理裝置(20，22，24)，用來提供伴隨著在勵磁繞組(2)中的接地故障(34)而出現(xiàn)的電流幅值指示以及沿著該繞組(2)至少為該接地故障(34)近似位置的指示。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中上述信號處理裝置(20，22，24)的特征在于與上述電流通路(6，8，14)操作相關的控制裝置(24，32)用來使上述電流檢測器裝置(12)按次序提供流過每個上述通路(6，8，14)的電流幅值的指示以及信號存儲裝置(22)，用來存儲由上述電流檢測器裝置(12)為每個上述通路(6，8，14)產(chǎn)生的讀數(shù)表示信號。
3.根據(jù)權利要求2所述的裝置，其中上述信號處理裝置的特征還在于所連接的信號鑒定裝置(24)，用來接收存儲在上述信號存儲裝置(22)中的表示信號，并且在收到一個伴隨勵磁繞組(2)中的接地故障(34)的電流幅值讀數(shù)表示時，產(chǎn)生一個故障信號。
4.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其中上述信號存儲裝置(22)的特征在于有多個存儲單元，每個單元與一個相應的電流通路相關，并且上述信號鑒定裝置(24)響應于產(chǎn)生一個故障信號而動作，以識別存儲最低電流幅值讀數(shù)表示的存儲單元。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種裝置，其特征是每個上述電流通路(6，8，14)包括一個串聯(lián)接在該有關通路中的一個可控開關(8)，上述控制裝置(24，32)可操作地連接到上述開關(8)和上述信號存儲裝置(22)，用來個別地和按次序地接通上述開關(8)，并且當一個相應的開關(8)閉合時，使在上述每個存儲單元中存儲的代表信號對應于上述電流檢測裝置(12)所提供的讀數(shù)指示。
6.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其中上述電流檢測器裝置(12)的特征在于，一個模擬電流檢測器，上述信號存儲裝置(22)和信號鑒定裝置(24)組成數(shù)字設備，并且上述信號處理裝置進一步包括一個模擬/數(shù)字變換器(20)，連接在上述電流檢測裝置(12)和上述信號存儲裝置(22)之間。
7.根據(jù)權利要求6所述的裝置，其中上述分壓器(4)的特征是有多個實際上具有相同阻值的電阻，它們串聯(lián)連接在一起，因此每個電阻之間的連接點組成了一個單獨的中間抽頭，并且每個上述電流通路(6，8，14)還包括另一個有關的電阻(6)，其阻值明顯地高于上述分壓器(4)中每個上述電阻的阻值。
全文摘要
一種用于電機勵磁繞組中接地故障檢測和定位的裝置，其中，一個直流電壓加于該繞組的兩端，該繞組通常是對地絕緣的，該裝置包括一個與該繞組并聯(lián)的分壓器，具有許多相隔開的抽頭；許多電流通路，每個通路連接在一個有關的抽頭和接地點之間；一個電流檢測器用來提供流過每個通路電流幅值的指示；一個連接到該電流檢測器上的信號處理電路，用來提供伴隨著勵磁繞組中的接地故障而出現(xiàn)的電流幅值指示以及該接地故障近似位置的指示。
文檔編號G01R31/06GK1041042SQ8910678
公開日1990年4月4日 申請日期1989年9月5日 優(yōu)先權日1988年9月6日
發(fā)明者約瑟夫·戴維·休萊 申請人:西屋電氣公司