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1、(10)申请公布号 CN 103947065 A (43)申请公布日 2014.07.23 CN 103947065 A (21)申请号 201280056691.6 (22)申请日 2012.11.15 PA201170626 2011.11.16 DK 61/560,991 2011.11.17 US H02H 7/06(2006.01) (71)申请人 维斯塔斯风力系统集团公司 地址 丹麦奥胡斯 (72)发明人 TW莫勒 (74)专利代理机构 永新专利商标代理有限公司 72002 代理人 陈松涛 夏青 (54) 发明名称 永磁体发电机的保护 (57) 摘要 本发明涉及一种具有保护继电器和。
2、至少一个 测量传感器的保护系统， 以保护具有多个定子绕 组的永磁体发电机， 所述定子绕组的每个都具有 第一末端和第二末端。如果所述定子绕组以 Y 形 耦合进行连接， 它们在一组三定子绕组中在绕组 的第一末端处共同耦合在星点， 如果所述定子绕 组以三角形耦合进行连接， 它们在一组三定子绕 组中彼此共同连接成环。 此外， 布置所述至少一个 测量传感器以测量所述定子绕组中的至少一个的 第一末端处的参数并与所述保护继电器通信。本 发明还涉及一种保护永磁体发电机的方法。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.05.16 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/DK2012。
3、/050420 2012.11.15 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/071937 EN 2013.05.23 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 7 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书9页 附图7页 (10)申请公布号 CN 103947065 A CN 103947065 A 1/2 页 2 1. 一种用于保护具有多个定子绕组的永磁体发电机的保护系统， 所述保护系统包括 ： 保护继电器 ； 以及 至少一个测量传感器， 其中每一个所述定子绕组具有第一末端和第二末端， 并且其中 ： - 如果所述定。
4、子绕组以星形耦合进行连接， 则所述定子绕组在一组三定子绕组中在每 一个所述定子绕组的所述第一末端处共同耦合在星点， - 如果所述定子绕组以三角形耦合进行连接， 则所述定子绕组在一组三定子绕组中彼 此共同连接成环， 并且 - 布置所述至少一个测量传感器以测量所述定子绕组中的至少一个定子绕组的所述第 一末端处的参数并且向所述保护继电器发送测量参数。 2. 根据权利要求 1 所述的保护系统， 其中所述至少一个测量传感器是用于测量所述至 少一个定子绕组中的电流的电流传感器。 3.根据权利要求1或2所述的保护系统， 所述保护系统被布置成保护发电机， 并且还包 括被布置成断开所述发电机与电网的连接的断路器。
5、， 并且其中所述保护继电器与所述断路 器进行通信。 4. 根据权利要求 3 所述的保护系统， 所述保护系统被布置成保护发电机， 其中所述发 电机包括多于一个的段， 每个段包括一组或多组三定子绕组， 其中每组三定子绕组都是共 同连接的。 5. 根据权利要求 4 所述的保护系统， 其中每个段具有至少一个保护继电器， 所述保护 继电器被布置成保护对应段的所述一组或多组三定子绕组。 6. 根据权利要求 3 所述的保护系统， 所述保护系统被布置成保护具有超过一组三定子 绕组的发电机， 其中每组三定子绕组彼此具有电相移。 7. 根据权利要求 4 所述的保护系统， 其中所述保护继电器被布置成补偿三定子绕组的。
6、 组之间的相移。 8. 根据权利要求 1 到 7 中的任一项所述的保护系统， 其中与所述定子绕组中的每一个 定子绕组共同耦合在星点的第一末端相反， 所述多个定子绕组中的每一个定子绕组的第二 末端为端子末端， 并且其中所述保护系统还包括至少一个额外测量传感器， 以测量所述定 子绕组中的至少一个定子绕组的所述端子末端处的参数， 并且其中所述保护继电器被布置 成与两个传感器都进行通信并且比较两个测量参数。 9. 一种永磁体发电机， 其具有根据权利要求 1 到 8 所述的保护系统。 10. 一种利用保护系统保护永磁体发电机的方法， 所述保护系统包括保护继电器和至 少一个测量传感器， 所述永磁发电机具有。
7、多个定子绕组， 其中如果所述定子绕组以 Y 形耦 合进行连接， 则所述定子绕组在一组三定子绕组中共同耦合在每一个所述定子绕组的第一 末端处的星点， 并且如果所述定子绕组以三角形耦合进行连接， 则所述定子绕组在一组三 定子绕组中彼此共同连接成环， 所述方法包括如下步骤 ： - 利用所述至少一个测量传感器测量所述定子绕组中的至少一个定子绕组的第一末端 处的参数， - 向所述保护继电器发送所述测量参数， - 将所述测量参数与第一阈值进行比较， 以及 权 利 要 求 书 CN 103947065 A 2 2/2 页 3 - 如果所述测量参数超过所述第一阈值， 则使得所述保护继电器跳闸。 11. 根据权。
8、利要求 10 所述的保护永磁体发电机的方法， 其中所述参数是所述至少一个 定子绕组中的电流。 12. 根据权利要求 11 所述的保护永磁体发电机的方法， 其中所述永磁体发电机具有至 少一组三定子绕组， 并且其中利用不同的电流传感器测量每个定子绕组中的电流。 13.根据权利要求11或12所述的保护永磁体发电机的方法， 其中所述发电机包括多于 一个的段， 每个段包括一组或多组三定子绕组， 每个段都具有至少一个保护继电器， 所述保 护继电器被布置成保护对应段的所述一组或多组三定子绕组， 其中每组三定子绕组以 Y 形 耦合或三角形耦合进行连接， 所述方法还包括如下步骤 ： - 如果所述测量参数高于所述。
9、第一阈值， 则选择对应于与所述测量参数相关的一组或 多组三定子绕组的保护继电器， 以及 - 经由所选的保护继电器断开所述一组或多组三定子绕组。 14. 根据权利要求 12 所述的保护永磁体发电机的方法， 其中所述发电机具有超过一组 三定子绕组， 并且其中每组三定子绕组彼此具有电相移。 15. 根据权利要求 14 所述的保护永磁体发电机的方法， 其中所述保护继电器单独保护 每组三定子绕组。 16. 根据权利要求 14 所述的保护永磁体发电机的方法， 其中 考虑三定子绕组的组之间的相移来布置所述保护继电器。 17. 根据权利要求 10 所述的保护永磁体发电机的方法， 所述方法还包括如下步骤 ： -。
10、 测量所述至少一个定子绕组的第二末端处的参数， - 向所述保护继电器发送在所述第二末端处测量的参数， - 找到在所述第一末端和所述第二末端处测量的参数之间的差异， 以及 - 如果所述差异超过第二阈值， 则使得所述保护继电器跳闸。 权 利 要 求 书 CN 103947065 A 3 1/9 页 4 永磁体发电机的保护 技术领域 0001 本发明总体上涉及一种用于保护永磁体发电机的保护系统 ； 本发明总体上还涉及 一种永磁体发电机和用于保护永磁体发电机的方法。 背景技术 0002 电机在旋转转子的机械能和电能之间转换能量。 电动机将电能转换成旋转机械转 矩， 而发电机将旋转机械转矩转换成电能。 。
11、0003 有各种不同类型的交流 (AC) 电气机器。它们可分为两种不同的类型， 同步型机器 和异步型机器。 0004 同步机器是一种交流 (AC) 旋转机器， 在稳态状况下， 其速度与其电枢内的电流频 率成比例。由电枢电流生成的磁场与由转子上的场电流生成的磁场以相同的速度旋转， 转 子以同步速度旋转， 从而获得稳定的转矩。同步机器通常用作尤其是用于大型电力系统的 发电机， 例如电网供电的涡轮发电机和水轮发电机。 由于转子速度与励磁频率成比例， 同步 电动机可以用于需恒速驱动的情况。 0005 感应或异步电动机是一种通过电磁感应向转子供电的 AC 电动机。这些电动机广 泛用于工业驱动， 特别是多。
12、相感应电动机， 因为它们是鲁棒的且不具有电刷。 它们的速度可 用也被称为功率变换器或变频器的变频驱动来控制。 0006 在通过永磁体(相对于转子中的线圈或绕组)提供激发电机定子绕组中的电流的 磁场时， 该机器被称作永磁体同步机器。因此， 本文中使用的 “永磁体发电机” 这一术语是 一种具有多个定子绕组及一个或多个工作期间其磁场激发定子绕组中的电流的永磁体的 发电机。 0007 电机可以在具有不同故障场景的故障模式中结束。故障场景的典型范例包括 ： 0008 定子相开路 ( 例如， 连接电缆被破坏或开放式断路器或开放式接触器 ) 0009 短路相接地 ( 例如， 因机械损伤或由于例如局部放电导致。
13、损坏的绝缘故障 ) 0010 一相或多相绕组短路 ( 例如， 因定子或转子内的热应力或由于例如局部放电导 致损坏的绝缘故障 ) 0011 有几种导致电机短路故障的原因 ； 为它们都常见的是每当检测到故障时， 断开电 机供电连接的重要性。 无磁场的发电机不能产生任何电力， 即使在其轴上有一个机械转矩。 然而永磁体发电机由于永磁体而始终具有全磁场， 因此每当在轴上有机械转矩时， 就能够 产生电力。在永磁机器上， 不存在通过流向转子电路的励磁电流的控制电路而对机器去磁 的可能性。 0012 在可再生能源发电厂中， 使用永磁体发电机越来越常见， 这体现在风力涡轮发电 机， 波浪发电厂或需从机械能到电能。
14、的能量转换的其他地方中。 0013 如果未检测到永磁体发电机中的短路故障， 其可能引起发电机及其周围的火灾， 因此能够检测永磁体发电机中的短路故障至关重要。 本发明提出了一种保护永磁体发电机 的解决方案。 说 明 书 CN 103947065 A 4 2/9 页 5 发明内容 0014 提供本发明内容以通过简化形式介绍概念的选择， 下文在具体实施方式中将进一 步描述该简化形式。本发明内容并非要确定所主张主题的关键特征或必要特征， 也并非要 用于辅助确定所主张主题的范围。 0015 在一方面中， 本发明涉及一种具有保护继电器和至少一个测量传感器的保护系 统， 以保护具有多个定子绕组的永磁体发电机。
15、， 每一个所述定子绕组都具有第一末端和第 二末端。如果所述定子绕组以 Y 形耦合进行连接， 它们在一组三定子绕组中在每一个定子 绕组的第一末端处共同耦合在星点， 或者如果所述定子绕组以三角形耦合进行连接， 它们 在一组三定子绕组中彼此共同连接成环。此外， 布置所述至少一个测量传感器以测量所述 定子绕组中的至少一个定子绕组的第一末端处的参数并向所述保护继电器发送测量参数。 0016 第一方面的优点是可以早期检测到故障， 无论它们发生在工作期间还是发电机在 怠速工作而无变换器连接的时候。 0017 早期检测到发电机中的故障使得发电机中及其周围发生火灾的风险最小化。 0018 对于风力涡轮发电机应用。
16、而言， 火灾风险可能导致更大损伤， 因为涡轮机常常位 于远方， 因此风力涡轮发电机中的火灾可能导致严重损伤， 甚至破坏机舱和叶片。 0019 根据本发明的一个实施例， 所述至少一个测量传感器是用于测量所述至少一个定 子绕组中的电流的电流传感器。 0020 本发明本实施例的优点是， 过热以及最终导致火灾的主要来源是过电流， 因此监 测发电机中电流水平是很重要的。 0021 根据本发明的一个实施例， 所述保护系统被布置成保护具有至少一组三定子绕组 的发电机， 其中利用电流传感器感测每个绕组。 0022 根据本发明的一个实施例， 所述保护系统还包括断路器， 所述断路器被布置成断 开电网与发电机的连接。
17、， 并且其中所述保护继电器与所述断路器进行通信。 0023 本发明本实施例的优点是， 在发生故障时， 重要的是能够断开电网与发电机的连 接。 0024 根据本发明的一个实施例， 所述保护系统被布置成保护发电机， 其中所述发电机 包括多于一个的段 (segment)， 每个段包括一组或多组三定子绕组， 其中每组三定子绕组都 是共同连接的。 0025 本发明的该实施例的优点是， 在操作大型分段发电机时， 断开故障环节同时利用 无故障段继续工作是一个优点。 0026 根据本发明的一个实施例， 每个段具有至少一个保护继电器， 所述保护继电器被 布置成保护对应段的一组或多组三定子绕组。 0027 本发明。
18、的该实施例的优点是， 可以保护分段发电机， 使得在电气故障时可以禁用 每个段。 0028 根据本发明的一个实施例， 所述保护系统被布置成保护具有超过一组三定子绕组 的发电机， 其中每组三定子绕组彼此具有电相移。 0029 本发明的该实施例的优点是， 在制造较大电机时， 在某些情况下优选制造具有 N3 个定子的机器， 其中 N 是整数 2 或更大， 为受益于这种方案， 必须要有 6、 9 或更高数量 说 明 书 CN 103947065 A 5 3/9 页 6 的相以在定子槽中插入相绕组， 使得一组三相绕组中的相与另一组三相绕组电气上异相， 可以使用30度的(电)位移角， 但不限于这个值， 10。
19、、 15或20度的角度也实现了谐波消除。 0030 根据本发明的一个实施例， 布置所述保护继电器以补偿三定子绕组的组之间的相 移。 0031 根据本发明的一个实施例， 与每个定子绕组共同耦合在星点所在的第一末端相对 的多个定子绕组中的每一个的第二末端为端子末端， 并且其中保护系统还包括至少一个额 外测量传感器， 以测量至少一个定子绕组的端子末端处的参数， 并且其中布置所述保护继 电器以与传感器通信并比较两个测量参数。 0032 本发明的该实施例的优点是， 能够检测每个相绕组中的泄露电流， 因为电流是在 绕组两端测量的。 0033 根据本发明的一个实施例， 实现的永磁体发电机具有上述保护系统。 。
20、0034 在第二方面中， 本发明涉及利用保护系统保护永磁发电机的方法， 所述保护系统 包括保护继电器和至少一个测量传感器， 所述永磁发电机具有多个定子绕组， 其中如果所 述定子绕组以 Y 形耦合进行连接， 它们在一组三定子绕组中共同耦合在绕组第一末端处的 星点中， 如果所述定子绕组以三角形耦合进行连接， 它们在一组三定子绕组中彼此共同连 接成环， 所述方法包括如下步骤 ： 0035 利用所述至少一个测量传感器测量所述定子绕组中的至少一个定子绕组的第一 末端处的参数， 0036 向所述保护继电器发送所述测量参数， 0037 将所述测量参数与第一阈值进行比较， 以及 0038 如果所述测量参数超过。
21、所述第一阈值， 则使得所述保护继电器跳闸。 0039 第二方面及其实施例的优点等价于本发明第一方面的优点。 0040 根据本发明第二方面的一个实施例， 所述参数是所述至少一个定子绕组中的电 流。 0041 根据本发明第二方面的一个实施例， 所述永磁体发电机具有至少一组三定子绕 组， 并且其中利用不同的电流传感器测量每个定子绕组中的电流。 0042 根据本发明第二方面的一个实施例， 所述发电机包括多于一个的段， 每个段包括 一组或多组三定子绕组， 每个段都具有至少一个保护继电器， 所述保护继电器被布置成保 护对应段的一组或多组三定子绕组， 其中每组三定子绕组连接成 Y 形或三角形耦合， 所述 方。
22、法还包括如下步骤 ： 0043 - 如果所述测量参数高于所述第一阈值， 则选择对应于与所述测量参数相关的所 述一组或多组三定子绕组的保护继电器， 以及 0044 - 经由所选的保护继电器断开所述一组或多组三定子绕组。 0045 根据本发明第二方面的一个实施例， 所述发电机具有超过一组三定子绕组， 其中 每组三定子绕组彼此具有电相移。 0046 根据本发明第二方面的一个实施例， 所述保护继电器单独保护每组三定子绕组。 0047 根据本发明第二方面的一个实施例， 布置所述保护继电器以考虑三定子绕组的组 之间的相移。 0048 根据本发明第二方面的一个实施例， 所述方法还包括以下步骤 ： 说 明 书。
23、 CN 103947065 A 6 4/9 页 7 0049 - 测量所述至少一个定子绕组的第二末端处的参数， 0050 - 向所述保护继电器发送所述第二末端测量的参数， 0051 - 找到第一末端测量参数和第二末端测量参数之间的差异， 0052 - 如果所述差异超过第二阈值， 则使得所述保护继电器跳闸。 0053 将更容易认识到很多附带特征， 因为参考结合附图考虑的以下详细描述这些特征 将得到更好理解。 可以酌情组合优选特征， 这对于技术人员将是显而易见的， 并可以与本发 明的任何方面组合。 附图说明 0054 图 1 示出了风力涡轮发电机的总体结构。 0055 图 2 示出了一种从现有技术。
24、已知的保护系统。 0056 图 3a 示出了根据本发明实施例的保护系统， 其中发电机处于星形耦合。 0057 图 3b 示出了根据本发明实施例的保护系统， 其中发电机处于三角形耦合。 0058 图 4 示出了保护继电器的示意图。 0059 图 5 示出了在具有两组三相绕组的发电机的星点末端处的测量传感器。 0060 图 6 示出了在具有两组三相绕组的发电机中绕组的星点末端和端子末端处的测 量传感器。 0061 图 7 示出了根据现有技术的发电机和线缆连接的保护。 0062 图 8 示出了根据本发明实施例发电机和线缆连接的保护。 0063 图 9 示出了根据本发明实施例的方法的流程图。 具体实施。
25、方式 0064 现在将进一步详细说明本发明的范例实施例。 尽管本发明实施例容易做出各种修 改和替代形式， 但具体实施例已通过举例公开。 不过， 要理解本发明并非要限于所公开的特 定形式。相反， 本发明旨在覆盖所有落在如由所附权利要求定义的本发明实施例的精神和 范围内的修改， 等同物和替代物。 0065 在可再生能源发电厂中使用永磁体发电机越来越常见。发电厂可以是风力发电 厂、 波浪发电厂或需要从机械能到电能的能量转换的任何其他类型的发电厂。 0066 电机， 无论是电动机或发电机中的内部短路事件， 在某些条件下是不可检测的， 例 如， 在风力涡轮发电机的怠速模式， 或一直存在用于旋转轴的流体的。
26、其他能量工厂。 这可能 推动高的恒定故障电流成为对涡轮机造成潜在火灾风险的内部故障。 总而言之， 检测， 风力 涡轮发电机传动系统的停止及快速服务响应的触发至关重要。在这些情况下， 允许的服务 响应时间低， 向传动系统应用例如驻车制动的时间受限， 以避免损坏齿轮箱轴承和链轮。 0067 本发明实施例将测量电路变压器移动到发电机星点处或三角形耦合内并由此提 供独立于工作阶段的当前负载信息。在发生例如永久性怠速短路的情况下， 检测该故障并 可由服务人员采取预防措施。 0068 在一个实施例中， 将电流保护线圈或电流传感器 / 变压器安装在发电机定子绕组 星点末端处， 使得在工作期间及无功率变换器连。
27、接或电网连接的怠速条件下检测故障成为 可能。 说 明 书 CN 103947065 A 7 5/9 页 8 0069 如果未检测到永磁体发电机中的短路故障， 将能够引起发电机及其周围的火灾， 因此能够检测永磁体发电机中的短路故障至关重要。这种潜在火灾的原因是， 机械转矩的 来源 ( 例如， 在风力涡轮发电机中， 具有多个叶片的空气动力转子 ) 连接到 ( 在一些情况下 通过齿轮箱将 ) 发电机的轴， 而没有使发电机从机械功率源脱开的断开装置。因此， 即使转 子缓慢空转， 功率也被施加到轴， 发电机内的故障点被馈入能量。 0070 大多数可再生能源发电厂， 例如风力涡轮发电机、 波浪能工厂及潮汐。
28、水力发电厂 都在流体中具有自己的机械能捕获装置。 因此， 若可能， 建议避免停顿或制动， 这样一来， 除 非检测到故障， 否则大部分时间发电机的轴都在旋转。在任何工作阶段检测故障电流的可 能性将提高故障处理并作出可能潜在地防止风力涡轮发电机火灾的预防优先行动。 0071 在某些永磁体发电机和电缆的安装配置中， 故障检测基于接线盒处电缆安装 “接 收” 端处的电流测量。这意味着不会监测电缆和发电机自身的短路故障情况。无法检测位 于断路器前的故障。在短路的情况下， 转换器可能无法检测所得电流的不对称性和 / 或短 路电流。检测只发生在转换器处于操作模式中。利用现有技术已知的设置， 电气安装 ( 发。
29、 电机和主缆及电路中可能地其他部件 ) 的基础检测是不可能的， 传动系统空转时， 可能导 致问题。在发生短路故障的情况下， 发电机的反 EMF 将使功率流入未检测的故障。 0072 本发明实施例用于短路检测。在发生相间短路的情况下， 如果其高于额定电流水 平， 将检测到故障电流， 因为基尔霍夫定律在星点处仍然成立。如果将电流检测电路 ( 例 如， 变压器 ) 定位在断路器上游， 即在绕组另一端， 原则和保护的可能性相同， 不同之处在 于增加了检测机器内部短路的可能性。 0073 在本发明的实施例中， 绝缘监测用电压变压器(图中未示出)进行接地故障检测， 可能仅位于转换器连接之前， 因为来自功率。
30、变换器开关的高 dV/dt 可能引起接地故障保护 继电器的误触发。 0074 在一些实施例中， 可以将三相中性导体置于变压器所在的 “空白空间” 。在 “正常 的” 中等大小的同步机器上， 该空白空间作为机器自身上内部空气冷却系统的一部分已被 包括 - 还允许访问， 维护和服务等。因此所述机器的绕组头部可以简单地使总的相电流流 向具有所述变压器的空白空间。 0075 在本发明的实施例中， 在大型永磁体发电机中实现保护系统， 其是分段式的， 这意 味着每一段独立于发电机的其他段工作。 如果一段或多段发生故障， 可将其断开连接， 其余 段可以继续工作， 无论是在重新配置停止后还是在未停止的运行中。。
31、 0076 在备选实施例中， 可加入 ( 靠近绕组头部 ) 多个测量变压器并在保护系统模拟侧 或数字侧的每相加入电流信号。 0077 图 1 示出了风力涡轮发电机 1 的总体设置。风力涡轮发电机 1 包括具有若干塔节 的塔架 2， 位于塔架 2 顶部的机舱 3 及从机舱 3 延伸的转子 4。塔架 2 竖立在建于地面的地 基 7 上。转子 4 相对于机舱 3 可旋转并包括轮毂 5 及一个或多个叶片 6。到达叶片 6 上的 风引起转子 4 相对于机舱 3 旋转。来自转子 4 的旋转的机械能被机舱 3 内的发电机 ( 未示 出 ) 转换成电能。随后由功率变换器将电能转换成固定频率的电功率以提供给电网。
32、。风力 涡轮发电机还可以形成部分风电场或包括多个风力涡轮机的风力发电场。 整合由风电场中 各个风力涡轮发电机产生的所有电功率并通过共同连接点 (PCC) 提供给电网。 0078 虽然图 1 所示的风力涡轮机 1 有 3 个叶片 6， 但应当指出， 风力涡轮机可以具有不 说 明 书 CN 103947065 A 8 6/9 页 9 同数目的叶片。发现风力涡轮机具有 2 至 4 个叶片是常见的。图 1 所示的风力涡轮发电机 1 是一种水平轴风力涡轮机 (HAWT)， 因为转子 4 绕水平轴旋转。应当指出的是， 转子 4 可绕 垂直轴旋转。这种具有绕垂直轴旋转的转子的风力涡轮发电机被称为垂直轴风力涡。
33、轮机 (VAWT)。此后描述的实施例不限于具有 3 个叶片的 HAWT。它们可在 HAWT 和 VAWT 二者中实 现， 并且转子 4 中有任何数目的叶片 6。 0079 通常将风力涡轮发电机连接到电网。在向电网供电时， 可以将发电机 20 视为主要 部件， 虽然可通过电力电子变换器将发电机连接到电网， 但只要有电连接， 其仍被认为是连 接到电网。可以通过断路器 24 或诸如固态继电器的其他种类电子开关中断这种连接。 0080 图 2 示出了一种从现有技术已知的保护系统。通过一组电力电缆 23 将发电机 20 连接到断路器 24。该发电机具有三相绕组 21( 本文中也称为定子绕组或简称绕组 )。
34、， 均在 发电机中的星点 22 处连接。通过绕组端子末端， 即在发电机接线盒处的末端 ( 图中未示出 接线盒 ) 处的测量传感器 25 测量发电机 20 和电力电缆 23 中流动的电流。虽然图 2 示出 了作为一个单元的传感器 25， 可用其自身的测量传感器监测三相中的每一相。来自测量传 感器的信号被发送到保护继电器 26。如果需要， 保护继电器 26 可以使得断路器 24 跳闸。 0081 图 3A 示出了本发明的实施例。如图 3A 所示， 测量传感器 25 被移动到向独立于发 电机工作阶段的保护继电器 26 提供当前负载信息的发电机星点 22。在发生例如永久性怠 速短路的情况下， 检测该故。
35、障并可由服务人员采取预防措施。通过一组电力电缆 23 将发电 机 20 连接到断路器 24。发电机具有三相绕组 21， 均在发电机中的星点 22 处连接。测量传 感器 25 测量发电机 20 和电力电缆 23 中流动的电流。测量传感器 25 测量在所述绕组星点 末端处绕组 21 中的电流。测量传感器 25 可以包括诸如电流变压器或电动势 (EMF) 传感器 的电流传感器， 其测量指示当前负载信息的电磁力。 图2示出了作为一个单元的传感器25， 但实际上可用其自身的测量传感器监测三相的每一相。 来自测量传感器的信号被发送到保 护继电器 26。如果需要， 保护继电器 26 可以使得断路器 24 跳。
36、闸。 0082 图 3B 示出了本发明的另一实施例。这是一组三个定子绕组 21 的示意图， 它们通 常被耦合成三角形耦合。将测量电路传感器 25 移动到独立于工作阶段通过通信线路 27 向 保护继电器 26 提供当前负载信息的发电机三角形耦合。在发生例如永久性怠速短路的情 况下， 检测该故障并可由服务人员采取预防措施。在每一绕组 212 的第二端将发电机绕组 21 直接连接到一组电力电缆 23， 而将第一端 211 连接到断路器 24， 其在该图中被分为三个 分支， 因为在大多数实施例中断路器 24 是一种三相断路器。测量传感器 25 测量发电机绕 组 21 和电力电缆 23 中流动的电流， 。
37、其可包括诸如电流变压器或 EMF 传感器的电流传感器。 来自测量传感器的信号被发送到保护继电器26。 如果需要， 保护继电器26可以通过通信线 路 28 使得断路器 24 跳闸。 0083 在图3B中所给出的具体实施例中， 断路器24与三角形连接集成， 但在其他未示出 的实施例中， 或者可沿电力电缆 23 插入断路器 24。 0084 电力电缆 23 将发电机 20 连接到电网或连接到电力电子变换器 ( 图中未示出 )。 0085 在本发明的另一实施例中， 差动保护电路可以通过在转换器入口侧放置附加的测 量传感器保护发电机以测量端子末端处定子绕组内的电流。利用这样的配置， 可以测量机 器的总的。
38、相电流。该信息可用于控制和保护目的 - 不仅对于内部机器故障， 并且还对于机 器外部故障。 说 明 书 CN 103947065 A 9 7/9 页 10 0086 在一个实施例中， 端子末端处的测量传感器是还可以用于控制发电机的电流变压 器。 0087 根据本发明， 用于保护的电流变压器可以具有高的额定电流， 例如， 其旨在保护的 发电机的3倍额定电流(或更高)， 以便不饱和。 另一方面， 限制对高频带宽的需求， 因此一 个简单的层叠变压器可能足够。 0088 相反的是用于控制目的的变压器的情况， 其中， 额定电流， 或 1 到 2 倍的额定电流 将足够。控制电流变压器需具有与控制发电机 /。
39、 电动机的功率变换器开关频率相似的带 宽。 0089 具有两组电流变压器 ( 在每一绕组的每一端有一组 ) 的目的， 旨在对比所述两组 信号并由此检测是否有电流泄露。如果使用具有不同精度的不同类型的变压器， 可能需要 补偿一些误差。 0090 图 4 示出了保护继电器 26 的示意图。保护继电器是一种复杂的机电设备， 常常具 有多于一个的线圈， 被设计成在于检测到故障时， 计算电路和跳闸断路器的操作条件。 不同 于具有固定且通常不明确的工作电压阀值和操作次数的开关型继电器， 保护继电器具有完 善的， 可选择的， 时间 / 电流 ( 或其他操作参数 ) 曲线。一组输入信号 30 可用作保护继电 。
40、器 26 的输入 27。保护继电器还具有若干设置值 31。其可以是电流阀值 31， 或其他， 诸如电 压阀值， 可能存在给定情况的最大时间。 保护继电器26的输出28可以包括若干信号32， 诸 如视觉指示、 警告报警、 其他通信、 和 / 或切断电源命令， 例如， 引起向故障的电气部件馈电 的断路器 24 跳闸的命令。 0091 这种保护继电器 26 可以是精细的， 采用感应盘、 罩极磁体、 操作和约束线圈、 螺线 管型操作器、 电话继电器触点和移相网络的阵列。保护继电器对如过电流、 过电压、 反向电 力流动、 过频和欠频的状况做出反应。 0092 现今的保护继电器 26 几乎完全为效仿其机电。
41、祖先， 应用中具有高精度及便利的 基于微处理器的数字式保护继电器 26( 数字继电器 ) 所取代。通过将几种功能结合到一个 封装内， 相比机电式继电器， 数字继电器还节约了资金成本和维护成本。 0093 在一个实施例中， 保护继电器 26 同断路器 24 集成在一起， 在另一实施例中， 二者 被构建于独立模块中， 彼此通信。 0094 大型电机 20 通常具有两组或更多组的三定子绕组 21。在一些实施例中， 将绕组 21a， 21b 的组插入定子槽 ( 未示出 ) 中， 以使来自绕组 21a， 21b 每组的输出彼此具有电相 移， 但在一组内的相之间具有角位移。 0095 在另一实施例中， 以。
42、促进组之间的电角位移的配置插入绕组 21a， 21b 的组。30 度 的位移是常见的， 但并不限于该值 ； 还可以使用 10、 15 或 20 度的角度。 0096 图 5 示出了具有双 Y 形连接的发电机， 即具有星点 22a， 22b 的两组绕组 21a， 21b。 一组三个电流传感器 25a， 25b 监测绕组 21a， 21b 内的电流。来自所述传感器 25a， 25b 的输 出信号 50 被发送到保护继电器 26( 该图中未示出 )。 0097 如果两个系统之间的角偏移为 0 度， 就能够使用图 5 示出的配置。如果不是， 替代 选择是以数字的方式对保护继电器 26 内部的测量电流相。
43、加， 因此需向保护继电器 26 发送 两组信号 27。 0098 虽然该图仅示出了具有多于一个的星形耦合的配置， 但本发明的实施例并不限于 说 明 书 CN 103947065 A 10 8/9 页 11 此种配置。例如， 具有多于一个的三角形耦合的配置也是可能的。 0099 图 6 示出了保护系统的可能扩展， 这将允许对电流进行差分监测。可将在同相位 的匝间故障视为三相之间的不对称。 这种类型的监测可能难以调整到低感测水平， 因此， 可 能相当昂贵。差分系统的主要问题是如果应用不对称电流负载， 不对称性也将积累 - 因此 通常保护继电器 26 的偏置功能很 “高” 并取决于时间和电流水平的区。
44、别 ( 更高的负载电流 等于更高的可接受不对称性水平 - 在时间尺度上， 在短时间间隔上， 而非长时间段内接受 更高水平的不对称性 )。这种情况的原因是， 允许例如感应机器励磁涌流， 已知其是严重不 对称的。 0100 图 6 还示出了具有双 Y 形连接的发电机， 即具有星点 22a， 22b 的两组绕组 21a， 21b。一组三个电流传感器 25a， 25b 监测绕组 21a， 21b 内的电流。此外， 发电机可以配备另 一组电流传感器 55a， 55b， 以感测绕组相对末端处的电流， 该末端可被称为端子末端， 因为 其接近发电机 20 的接线盒。来自传感器 25a， 25b 的输出信号 2。
45、7a， 27b 被发送到保护继电 器 26( 该图中未示出 )。虽然图 6 示出了具有两组绕组 21a， 21b 的配置， 也可在具有一组绕 组 21 的发电机 20 上实现具有差分测量的配置。 0101 图 7 示出了现有技术保护系统， 其中， 断路器 24 位于线缆 23 及发电机绕组 21 前 方， 线缆 23 和绕组 21 都结束于星点 22 处。仅在闭合断路器 24 时， 保护继电器 26 才能监 测发电机， 这意味着除非闭合断路器 24， 否则将不会观察到发电机 20 或电缆 23 内的故障。 如前所述， 在处理永磁体发电机 20 时， 这可能引起麻烦。 0102 图 8 示出了本。
46、发明的实施例， 其中， 将断路器 24 移动到定子绕组 21 的星点侧 22， 这意味着如果发电机 20 在怠速模式下运行， 电缆 23 也受到保护。 0103 图9示出了根据本发明实施例的方法的流程图。 在步骤910， 利用至少一个测量传 感器在第一末端的至少一个相绕组处测量电参数。接着， 在步骤 920， 所测量的参数被发送 给保护继电器。然后， 在步骤 930， 将所测量的电参数与阈值进行比较。最后在步骤 940， 如 果所测量的电参数超出阈值， 则使得至少一个保护继电器跳闸。 0104 本发明实施例涉及一种具有保护继电器及至少一个测量传感器的保护系统， 以保 护具有多个定子绕组的永磁体。
47、发电机， 每一所述定子绕组均具有第一末端和第二末端， 其 中， 如果定子绕组以星形耦合进行连接， 它们在一组三个定子绕组中， 通常在每一定子绕组 的第一末端处的星点中耦合， 如果定子绕组以三角形耦合进行连接， 它们在一组三个定子 绕组中， 通常在一个环中彼此连接。 布置测量传感器， 用于测量至少一个定子绕组的第一末 端处的参数并用于与保护继电器通信。本发明还涉及一种保护永磁体发电机的方法。 0105 可以扩展或改变本文给出的任何范围或装置值而不失去所寻求的效果， 这对于本 领域技术人员而言将是显而易见的。 0106 应该理解的是， 上文所述的益处和优点可能涉及一个实施例或可能涉及几个实施 例。。
48、将要进一步理解， 提及 “一” 项是指那些项中的一个或多个。 0107 应该理解的是， 对发电机做出的任何引用， 还适用于许多其他类型的发电机， 例 如， 电动机、 同步调相机等。 0108 将要理解， 仅通过举例的方式给出了优选实施例的以上描述， 可由本领域的技术 人员做出各种修改。以上说明书、 范例和数据提供了本发明示范性实施例结构和用途的完 整描述。 虽然上文已利用一定程度的特殊性或参照一个或多个个体实施例描述了本发明的 说 明 书 CN 103947065 A 11 9/9 页 12 各种实施例， 但本领域的技术人员可对公开的实施例做出许多改动， 而不脱离本发明的精 神或范围。 说 明。
49、 书 CN 103947065 A 12 1/7 页 13 图 1 说 明 书 附 图 CN 103947065 A 13 2/7 页 14 图 2 说 明 书 附 图 CN 103947065 A 14 3/7 页 15 图 3a 说 明 书 附 图 CN 103947065 A 15 4/7 页 16 图 3b 图 4 说 明 书 附 图 CN 103947065 A 16 5/7 页 17 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 103947065 A 17 6/7 页 18 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 103947065 A 18 7/7 页 19 图 9 说 明 书 附 图 CN 103947065 A 19 。