專利名稱：發電機的保護與監控設備及其使用的制作方法
技術領域：
本發明涉及用來產生電力的發電機技術領域。特別涉及一種用于發電機的保護與監控設備，如權利要求1中的特征描述之前的語句所述，并且涉及這樣的保護與監控設備的使用。
所述類型的保護與監控設備可以從例如文獻EP-A1-0 271 678中得知。
背景技術：
如開始提到的文獻EP-A1-0 271 678及后面將要提到的文獻DE-A1-197 42 622所述，軸電壓和軸電流可以因為多種原因而發生在發電機的發電機軸上，該發電機通常是渦輪機組的一部分，其頻譜從直流擴展到與發電機的轉動頻率、構造方法(極對的數目)以及發電機激勵系統的頻率相關的頻率。
軸電壓和軸電流對發電機的各部件來說是一種威脅，如果它們不能減小到一個可以忍受的程度或未采取保護措施的話，可能導致對發電機的損害。為此，以前在發電機軸上采取了特殊的預防措施，例如，在發電機的非驅動端安裝隔離間隙和在驅動端通過電刷或銅片將發電機軸連到地電位。為了以一種可控的方式將高頻電壓接地，還建議通過采取滑動接觸的方式，將發電機軸的非驅動端通過電容交流耦合到地電位。
然而軸電壓和軸電流也可以用來監控軸運轉和軸接地的功能的可靠性和適用性。本文開始提到的文獻EP-A1-0 271 678描述了一種監控和估計電路，該電路通過將一電阻和發電機的非驅動端的放電電容并聯，產生了一個電流通道，該監控和估計電路估計在流經該通路的電流中該機器典型的頻率成份。該RC組合提供了一種軸與地電位之間的可靠的連接，不僅減少了靜電荷，而且將低頻電流及相對的高頻電壓減小到例如對于軸承而言并不危險的電位。并聯電阻的引入甚至意味著在驅動端沒有必要有阻接地。
另外的建議(DE-A1-197 42 622)包括測量軸電流，該電流在驅動端流經發電機軸的接地通路，確定該軸電流的波形或頻率，從而得到該軸電流的起因。
在接地通路中，高電流與高電壓都可能發生，必須加以處理。EP-A1-0 271 678建議使用串聯的保險絲以轉換過高的電流。然而，對于如當發電機軸開始接觸到低阻高壓源時產生的過高的電壓沒采取預防措施。
DE-A1-197 42 622沒有采取任何防止過高電流或過高電壓的預防措施。

發明內容
因此本發明的一個目的是提供一個用于發電機軸的保護和監控設備，該設備克服了以往的方案的不足，同時具有設計簡單、通用適用性的優點，用來防止發電機軸的過壓，以及詳細說明該保護與監控設備的有利用途。
該目的由權利要求1和9的特征總和完成的。本發明的實質是提供至少一種裝置來橋接所述RC并聯電路，該電路當在發電機軸上出現過壓時有準備地短路該RC并聯電路，這樣將穿過該設備的壓降減小到一個可以忍受的程度。
根據本發明的第一優選實施例，一個測量電阻與所述并聯電路串聯，連接在所述并聯電路與地之間，這樣由測量電阻和并聯電路形成的串行電路可以被橋接裝置橋接。這樣就可能以一種簡單的方式測量流出的到達地的軸電流，并且允許所出現的不僅是時間波形，還有頻率特性都可被用來評估和用來監控該軸接地。
為了達到防止過電流，根據本發明的第二實施例，本發明在下述情形中具有優勢如果一個保險絲與所述并聯電路串行連接，并位于并聯電路與接觸電路之間，且如果由測量電阻、并聯電路和保險絲構成的串聯電路可以被橋接裝置橋接。在這種情況中，已經證明保險絲具有約2A的額定值時比較有利。
為了即使在保險絲熔斷之后，靜電荷仍然可以從發電機軸排到大地，根據本發明的進一步的實施例，將一個高阻的電阻與保險絲并聯連接比較有利。
如果橋接裝置包括一個可控開關元件，特別是一個三端雙向可控硅開關元件，則過壓保護尤為安全，幾乎無須維護。該三端雙向可控硅開關元件較佳地在保護監控裝置內的壓降約為32V時接通。
一種首選的應用，其特征在于，在保護與監控設備上的壓降在所述電壓超過預定值時通過接通橋接裝置而得到限制。
特別是，測量在保護監控裝置上的壓降和/或流經該保護與監控設備的電流，以及對出現的其時間波形和頻率分布進行了估計。


下面將結合附圖并參照實施例詳細闡述本發明，其中圖1示出了根據本發明的兩個優選的示例性實施例，在驅動端和非驅動端裝有保護與監控設備的渦輪機組的高度簡化的結構；以及圖2使用兩個子圖顯示保護與監控設備的簡要電路圖，即安裝在圖1中驅動端的電路(圖2A)和相關的連接插頭的連線(圖2B)。
參考符號目錄10 渦輪機組11 渦輪機12，13 軸承(渦輪機軸)
14 渦輪機軸15 離合器16 發電機17，18 軸承(發電機軸)19 發電機軸20，23 保護與監控設備(模塊)21，24 接觸裝置(如銅網)22，25 接地連接26，28 電阻27 電容29 保險絲30 測量電阻31 三端雙向可控硅開關元件32 連接電纜33 連接插頭34 背靠背并聯二極管(對)DE 驅動端NDE 非驅動端具體實施方式
圖1示出了根據本發明的兩個優選的示例性實施例，在驅動端和非驅動端裝有保護與監控設備的渦輪機組的高度簡化的結構。該渦輪機組10具有安裝在渦輪機軸14上的渦輪11。該渦輪機軸14具有兩個軸承12和13，因此可以旋轉。渦輪機組10還有一個發電機16，一個發電機軸19穿過該發電機。該發電機軸19在驅動端DE(圖1的左手側)經過離合器15連到渦輪機軸14，形成連續的軸運轉。該發電機軸19在驅動端DE和非驅動端NDE分別具有軸承17或18，因此可以旋轉。在非驅動端NDE的軸承通常與地隔離，如EP-A1-0 271 678中的圖1和DE-A1-197 42 622中的圖1所示。
在如圖1所示的渦輪機組10中，示出了關于發電機軸19如何配置保護與監控設備的兩種選擇在第一種情況中，保護與監控設備23安裝在軸承18與發電機16之間的非驅動端NDE，在一側通過一個接觸裝置例如銅網與發電機軸19發生滑動電接觸，在另一側連到接地連接25。基本地，此保護與監控設備23含有一個由一個電阻并上一個電容構成的RC并聯電路，如在EP-A1-0 271 678中所述。此外，也提供了一個與所述RC并聯電路串聯的測量電阻，盡管在圖1中未示出。本質特征在于一個三端雙向可控硅開關元件，當該開關元件接通時橋接所述RC并聯電路，這樣致使發生在該發電機軸19上的任何高電壓變得安全。
另一個選擇是在發電機軸19的驅動端DE，在軸承17和發電機16之間安裝一個保護與監控設備20。在這種情況中，在所述軸側的接觸是通過一個(滑動的)接觸裝置21例如銅網產生的，而裝置的另一側連接到接地連接22。驅動端保護與監控設備20，其電路在圖2B中詳細地示出，同樣地具有一個由電阻26和電容27形成的RC并聯電路，該并聯電路位于接觸裝置21與接地連接22之間。二極管對(34)，例如具有約1V的耐壓值，與RC并聯電路26、27并聯，用來限壓，在接地側串聯一測量電阻30，一保險 29串聯在軸側(本例中為2A/250V慢動作)。保險絲29與(相對高阻值的)電阻28并聯。三端雙向可控硅開關元件31，在其接通時橋接該串聯電路，與由測量電阻30、RC并聯電路26、27、二極管對34和并聯電路28、29形成的串聯電路并聯。這是發電機軸19與低阻高壓源(例如電力供應系統電壓)接觸時的情況。例如，當電路上的電壓超過32V時，該三端雙向可控硅開關元件31接通并短路整個電路。接通之后，即使有高電流流過時，發電機軸與地之間的電壓也被限制在2V左右。
保護與監控設備20的單個電路元件均位于一個模塊中(圖2B的虛線所示)。保險絲29位于該模塊之外，以便更換。該模塊可以通過一個多芯連接電纜32用一個相關的連接插頭33連接到相應設計的監控或診斷裝置。這里的連接1和2是同軸電纜的一部分，通過該同軸電纜，作為要測量的電流的結果在測量電阻30上的壓降可以由保護與監控設備20測得。連接3用于直接連接到接地連接22上。連接6允許在發電機軸19上進行直接的電壓測量，連接5允許在該電路內進行正常的電壓測量。
在發電機軸19的驅動端地該保護與監控設備20一般是用來確保發電機16的安全操作，尤其如果金屬網孔用來作為發電機軸19的地。尤其用于下述目的—作為保護元件，為了使由大的軸電流引起的損壞的危險最小化。在正常操作期間，該裝置(模塊20)不應有電流流過，因為接地可以使發電機軸容易保持在低電位上。然而，如果該軸有一個與接觸裝置21和金屬網孔并聯的第二地連接，電流將流經該模塊。一旦該電流過大，保險絲29熔斷，電流受并聯電阻28限制。
—作為限壓器，當所述模塊內的電阻通路的壓降過大的時候。在這種情況中，三端雙向可控硅開關元件31接通(參見上文)。
—用于排泄來自發電機軸的靜電荷。由于電阻28，即使當保險絲29已經熔斷也是可能的。
—用來短路電壓脈沖，該電壓脈沖由激勵系統引起，并由發電機軸與發電機繞組之間的電容電容性注入(在該上下文中，也參見EP-A1-0 271 678)。
—作為監控發電機或周期性的在線測量的電流與電壓傳感器。
—用于軸承18中的絕緣故障檢測，該軸承在非驅動端與地隔離。
—用于包括發電機軸19在驅動端滑動或沿著包括渦輪機10軸地運轉的過程檢測。
權利要求
1.一種保護與監控設備(20，23)，用于監控與減小在產生電力的發電機的發電機軸(19)上的軸電流和軸電壓，該保護與監控設備(20，23)連接在與發電機軸(19)相接觸的接觸裝置(21，24)與接地連接(22，25)之間，且包括一個由電阻(26)與電容(27)構成的并聯電路，并聯電路(26，27)的一端連接到接觸裝置(21，24)，另一端連接到接地連接(22，25)，其特征在于在出現過壓時提供裝置(31)來橋接所述并聯電路(26，27)。
2.如權利要求1所述的保護與監控設備，其特征在于一個測量電阻(30)在并聯電路(26，27)與接地連接(22，25)之間，且與并聯電路(26，27)串聯，還在于由測量電阻(30)和并聯電路(26，27)構成的串聯電路可以被橋接裝置(31)橋接。
3.如權利要求2所述的保護與監控設備，其特征在于一個保險絲(29)在并聯電路(26，27)與接觸裝置(21，24)之間，且與并聯電路(26，27)串聯，還在于由測量電阻(30)、并聯電路(26，27)和保險絲(29)構成的串聯電路可以被橋接裝置(31)橋接。
4.如權利要求3所述的保護與監控設備，其特征在于一對二極管(34)與并聯電路(26，27)并聯，還在于由測量電阻(30)、并聯電路(26，27)和保險絲(29)構成的串聯電路可以被橋接裝置(31)橋接。
5.如權利要求3所述的保護與監控設備，其特征在于保險絲(29)具有大約2A的額定值。
6.如權利要求3所述的保護與監控設備，其特征在于保險絲(29)與高阻電阻(28)并聯。
7.如權利要求1-6中的任一項所述的保護與監控設備，其特征在于橋接裝置具有一個可控開關元件，較佳地是三端雙向可控硅開關元件(31)。
8.如權利要求7所述的保護與監控設備，其特征在于可控開關元件或三端雙向可控硅開關元件(31)在所述保護與監控設備(20，23)上的壓降超過約32V時接通。
9.對如權利要求1-8中的任一項所述的用來保護與監控一個具有驅動端(DE)與非驅動端(NDE)的發電機(16)的保護與監控設備(20)的使用，其特征在于該保護與監控設備(20)被置于驅動端(DE)。
10.如權利要求9中所述的使用，其特征在于，在所述電壓超過預定值時，通過接通橋接裝置(31)來對所述保護與監控設備(20)上的壓降進行限制。
11.如權利要求9或10中的一項所述的使用，其特征在于測量所述保護與監控設備(20)上的壓降和/或流經該保護與監控設備(20)的電流，并對出現的其波形和頻率分布進行估計。
全文摘要
一種保護與監控設備(20，23)，用于監控與減小在產生電力的發電機的發電機軸(19)上的軸電流和軸電壓，該保護與監控設備(20，23)連接在與發電機軸(19)相接觸的接觸裝置(21，24)和接地連接(22，25)之間，且包括一個由電阻與電容構成的并聯電路，并聯電路(26，27)的一端連接到接觸裝置(21，24)，另一端連接到接地連接(22，25)，所述并聯電路用來防止發電機軸(19)上的過壓，以及當出現過壓時，被提供用來橋接所述并聯電路(26，27)的裝置(31)。
文檔編號H02K11/00GK1400715SQ0212704
公開日2003年3月5日 申請日期2002年7月26日 優先權日2001年7月27日
發明者馬克斯·赫貝爾斯伯格, 因戈·基希霍夫, 勒內·科勒, 茲拉蒂米爾·波塞德爾 申請人:阿爾斯通(瑞士)有限公司