一种基于电子跨接器冗余触发电路的发电机灭磁回路的制作方法

本实用新型涉及一种基于电子跨接器冗余触发电路的发电机灭磁回路，属于电力系统励磁控制技术领域。

背景技术：

灭磁技术应用在当发电机内部或发电机主变压器内部以及发电机端至发电机或负荷开关之间发生短路事故时，在继电保护将动作跳闸的同时，启动灭磁系统切断发电机的励磁电源并尽快地消耗励磁绕组储存的能量，使转子电流尽快衰减、快速降低发电机电动势和短路电流，以减少短路电流导致绝缘烧坏、导体熔化或铁芯烧损等发电机、变压器损坏或事故扩大的可能性。

近年来随着发电机组单机容量的不断扩大，对灭磁可靠性的要求越来越高，而目前市场上的直流断路器降压及熄弧能力有其局限。在机组的实际运行中，也曾出现灭磁失败而引起转子过压，造成转子磁极击穿，烧毁灭磁开关及励磁设备等重大事故。

现有灭磁电路中多采用机械式跨接器，而大型发电机组灭磁装置普遍采用国外进口断路器作为机械跨接器使用，存在发电机事故灭磁时动作时间长、成本高、且机械触头容易磨损等不足。国外的灭磁电路有采用电子跨接器代替机械跨接器，虽然降低了成本但也降低了可靠性。也有灭磁电路采用电子跨接器和机械跨接器冗余设计，这种方式增加了灭磁可靠性的同时也增加了成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种基于电子跨接器冗余触发电路的发电机灭磁回路，采用两种基于不同原理的触发模式，一种是利用定时器件实现多谐震荡产生脉冲的有源触发电路，一种是通过高压隔离继电器利用主回路电压自取能产生触发信号的无源触发电路，提供稳定可靠的电子跨接器控制电路，可满足大容量机组对于灭磁系统的可靠性和安全性要求。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于电子跨接器冗余触发电路的发电机灭磁回路，灭磁电阻串联两组同向并联的可控硅后并联于发电机转子两端，其特征是，还包括有源触发电路和无源触发电路，所述有源触发电路的输入端连接灭磁开关的分闸控制信号，其输出端分别连接两组可控硅的控制极，所述无源触发电路的输入端连接灭磁开关的分闸控制信号，其输出端连接两组可控硅的控制极。

进一步的，有源触发电路包括电源模块、依次串联的脉冲发生模块、功率放大模块和脉冲隔离模块，电源模块提供工作电源至脉冲发生模块、功率放大模块和脉冲隔离模块，脉冲发生模块的输入端连接灭磁开关的分闸控制信号，脉冲隔离模块的输出端连接两组可控硅的控制极。

进一步的，还包括故障检测模块，故障检测模块并联在脉冲发生模块两端，用于检测脉冲发生模块输出的脉冲信号。

进一步的，脉冲发生模块采用555定时器构成多谐振荡器，故障检测模块采用555定时器构成单稳态触发器。

进一步的，无源触发电路包括串联的隔离继电器模块和触发信号发生模块，隔离继电器模块的输入端连接灭磁开关的分闸控制信号，触发信号发生模块的输出端连接两组可控硅的控制极。

进一步的，触发信号发生模块包括串联的电阻R2和电阻R1，电阻R2一端连接可控硅T1的阳极A1，另一端串联电阻R1后连接可控硅T1的阴极K1，电阻R2与电阻R1连接的电节点与可控硅T1和可控硅T2的控制极连接，电阻R2的两端并联二极管D2，二极管D2的阳极连接可控硅T1的阳极A1，电阻R1的两端并联二极管D1，二极管D1的阴极连接可控硅T1的控制极G1，隔离继电器模块包括继电器K1，继电器K1的线圈串接在控制节点S回路中，继电器K1的触点串接在电阻R2与电阻R1之间。

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是：本实用新型采用两种触发方式相结合的控制电路设计，一种是利用定时器件实现多谐震荡产生脉冲的有源触发电路，这种方式隔离强度高，触发迅速；一种是通过高压隔离继电器利用主回路电压自取能产生触发信号的无源触发电路，触发信号不依赖于外部供电，抗干扰能力强，可靠性更高，发挥了两者的优点，采用两组可控硅组件，实现电子式开关的冗余，进一步提高了灭磁回路的可靠性，满足大容量机组对于灭磁系统的可靠性和安全性要求。

附图说明

图1是本实用新型灭磁回路的示意图；

图2是本实用新型冗余触发电路的原理框图；

图3是本实用新型有源触发电路一实施例的电路图；

图4是本实用新型无源触发电路一实施例的电路图。

附图标记：M、脉冲控制电路；M1、有源触发电路；M2、无源触发电路。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

在大型发电机灭磁回路中跨接器的基本工作原理为：在励磁装置中，灭磁回路的主要功能是在发电机故障时能及时接入灭磁电阻形成灭磁回路，与灭磁开关配合快速完成转子能量的转移，达到保护励磁装置和发电机的目的。在发电机正常工作时，不需要投入灭磁电阻，因此需要跨接器来实现回路的接通与断开。正常运行时灭磁开关闭合，跨接器断开状态，灭磁电阻与发电机转子不形成回路。当灭磁开关跳闸信号发出，控制信号通过控制电路使得跨接器闭合，发电机转子与灭磁电阻形成回路，灭磁开始。

本实用新型提供了一种基于电子跨接器冗余触发电路的发电机灭磁回路，冗余触发电路的电子跨接器设计如图1所示，图中L为发电机转子，FMK为灭磁开关，在发电机灭磁回路中，两组同向并联的可控硅T1和T2作为电子跨接器，灭磁电阻R串联两组同向并联的可控硅T1和T2后并联于发电机转子两端，脉冲控制电路M的输出端连接可控硅T1、T2的控制极G1和G2，为代替灭磁开关常闭触头或者专门的机械跨接器实现开通关断功能，脉冲控制电路M的输入端（控制节点S）与灭磁开关的分闸控制信号连接（图1中未画出）。励磁系统正常运行中，脉冲控制电路M不发送脉冲信号，可控硅不会导通，灭磁电阻不接入回路。当系统出现故障时，发出灭磁开关跳闸信号，该信号同时作为控制节点S信号，通过脉冲控制电路M发出脉冲信号给可控硅T1、T2，可控硅导通配合灭磁开关FMK跳闸将线性灭磁电阻R接入灭磁回路，快速将发电机转子能量转移到灭磁电阻中。

脉冲控制电路M包括有源触发电路M1和无源触发电路M2两种触发方式，这两种电路相互配合既可达到快速灭磁且降低成本的目的，又增加了系统的稳定性和可靠性。

其中有源触发电路M1为有源多谐震荡器触发方式，如图2所示，有源触发电路M1包括电源模块、依次串联的脉冲发生模块、功率放大模块和脉冲隔离模块，电源模块提供工作电源至脉冲发生模块、功率放大模块和脉冲隔离模块，脉冲发生模块的输入端连接灭磁开关的分闸控制信号，脉冲隔离模块的输出端连接两组可控硅的控制极。

为了更好的检测有源触发电路产生的触发脉冲，进一步的，还包括故障检测模块，故障检测模块并联在脉冲发生模块两端，用于检测脉冲发生模块输出的脉冲信号。

有源触发电路M1的具体实施例电路图如图3所示，脉冲发生模块采用555定时器构成多谐振荡器，故障检测模块采用555定时器构成单稳态触发器。功率放大模块采用MOS管，脉冲隔离模块采用变压器TR，故障检测模块并联在MOS管的漏极D和源极S之间，对脉冲发生模块产生的脉冲进行实时监控。电源模块和控制节点S从外部输入，正常运行时S断开，则整个回路不工作。当发出灭磁开关FMK跳闸信号，控制节点S闭合，触发有源触发电路M1回路开始工作。其工作原理是：555定时器通过外围的电路设计组成多谐振荡器，产生一定占空比和频率的脉冲信号，脉冲信号控制MOS管开通和关断，从而产生流过变压器TR原边的脉动电流，变压器TR副边输出具有足够触发强度和上升速率的触发信号，控制外部可控硅T1和T2开通，灭磁电阻R与转子侧形成回路进行灭磁。同时设计掉脉冲检测功能，当脉冲正常时，MOS管的D极输出脉冲信号，故障检测模块输出高电平，当脉冲丢失时，D极输出为高电平信号，故障检测模块则输出低电平，通过检测脉冲信号是否正常，可以及时知道故障以便维修，降低维护成本。有源多谐震荡器触发方式通过定时器件设计电路作为脉冲发生模块，产生脉冲触发信号，经过放大、隔离等电路形成最终的触发信号。这种方式隔离强度高，触发迅速。

无源触发电路包括串联的隔离继电器模块和触发信号发生模块，隔离继电器模块的输入端连接灭磁开关的分闸控制信号，触发信号发生模块的输出端连接两组可控硅的控制极。

无源触发电路M2的具体实施例电路图如图4所示，触发信号发生模块包括串联的电阻R2和电阻R1，电阻R2一端连接可控硅T1的阳极A1，另一端串联电阻R1后连接可控硅T1的阴极K1，电阻R2与电阻R1连接的电节点与可控硅T1的控制极G1和可控硅T2的控制极G2连接（图4中仅以可控硅T1为例），电阻R2的两端并联二极管D2，二极管D2的阳极连接可控硅T1的阳极A1，电阻R1的两端并联二极管D1，二极管D1的阴极连接可控硅T1的控制极G1，隔离继电器模块包括继电器K1，继电器K1的线圈串接在控制节点S回路中，继电器K1的触点串接在电阻R2与电阻R1之间。无源触发电路M2为无源主回路自取能触发模式，当正常运行时FMK闭合，外部控制节点S断开，继电器K1不得电，可控硅T1不导通，灭磁电阻R不接入回路。当发出灭磁开关FMK跳闸信号时，控制节点S闭合，继电器K1得电，触点闭合，由于转子电流方向不能突变，则转子两端电压由a正b负转变为b正a负，发电机转子侧与灭磁电阻R、电阻R2和电阻R1形成回路，可控硅T1的AK两极变为正向电压，同时通过电阻R1分压使得GK两极存在正向压降，形成触发信号，当GK两极电压大于可控硅T1导通电压，则使可控硅T1导通，灭磁电阻R接入回路进行灭磁。因此只需转子侧有一点反向电压，晶闸管就可导通将灭磁电阻R接入与转子形成灭磁回路，消耗转子线圈储存的能量达到灭磁目的。控制节点S闭合则高压隔离继电器K1动作，通过其常开触点将主回路接入触发回路作为产生脉冲的电源。触发信号不依赖于外部供电，抗干扰能力强，可靠性更高。

无源触发电路M2的实施例中以可控硅T1为例，对于可控硅T2，原理是相同的。采用两个可控硅同向并联可实现的电子开关的冗余，即当其中一个可控硅损坏时，另一个可控硅可保证电子跨接器的正常开关，当然也可以考虑两个以上的可控硅同向并联，通常两个可控硅同时出现损坏的可能性很小，因此本实用新型以两个为例，但不限于两个。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。