本实用新型属于发电机转子接地保护领域，具体涉及一种基于隔离运放外置功率电阻的转子接地保护装置。
背景技术：
转子接地故障在发电机故障中较为常见，随着发电机组容量的日益增大势必带来转子绕组上电压的不断提高，许多大型机组正常情况下励磁电压可达到数百伏的电压，且长时间运行对设备的绝缘和电压采集通道耐压要求更高。同时由于大功率电阻长时间运行易发热老化影响装置的可靠性和稳定性。现有技术中将功率电阻内置于装置内部，损坏后不易于工程维护且维护成本较高，同时内置装置的功率电阻参数固定限制了装置的测量范围和应用场合。
传统的转子接地保护装置对转子电压的测量多数采用霍尔传感器测量，受温度影响较大，无法对接地电阻阻值和接地位置进行精确测量，从而影响装置的测量精度和保护动作的灵敏度。
技术实现要素：
针对上述问题，本实用新型提出一种基于隔离运放外置功率电阻的转子接地保护装置。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：
一种基于隔离运放外置功率电阻的转子接地保护装置，包括依次连接到转子电压的外置功率电阻盒单元、电压电流回路单元、隔离运放单元、信号采集单元和控制动作单元，还包括切换所述的电流采样回路与所述的外置功率电阻盒单元连接状态的电子开关切换单元。
作为本实用新型的进一步改进，所述接地保护装置适用于注入式转子接地保护装置或乒乓式转子接地保护装置。
作为本实用新型的进一步改进，所述的转子电压是通过外置的功率电阻分压后进入保护装置。
作为本实用新型的进一步改进，所述的电子开关切换单元是由背靠背的igbt组成的双向切换开关。
作为本实用新型的进一步改进，所述回路的电压电流经过隔离运放进行电气隔离。
作为本实用新型的进一步改进，所述的信号采集单元包括滤波电路和ad采样电路。
作为本实用新型的进一步改进，所述的控制动作回路包括cpu核心计算板和动作继电器回路。
本实用新型的有益效果：
(1)本实用新型将功率电阻置于装置外部的电阻盒中，大幅降低接入保护装置的电压等级，降低了转子电压采集通道绝缘性的要求，减小了装置维护人员的安全隐患，避免了功率电阻在装置内部发热，提高了装置的可靠性和稳定性。
(2根据电压等级和应用场合，灵活地配置外置电阻盒中不同阻值的功率电阻拓宽了装置的应用等级和应用场景，同时易于工程维护。
(3)采用隔离运放对采集电压电流进行电气隔离，提高了装置的测量精度和抗干扰性，提高了保护装置的动作精度和动作灵敏度。
附图说明
图1为本实用新型中的保护装置的系统框图；
图2为实施例一中采用外置电阻盒乒乓式转子接地保护电路图；
图3为实施例二中采用外置电阻盒注入式转子接地保护电路图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施实例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
下面结合附图对本实用新型的应用原理作详细的描述。
如图所示的发电机转子接地保护装置的系统框图，包括外置电阻盒单元、电压电流回路单元、电子开关切换单元、隔离运放单元、信号采集单元和控制动作单元。
所述的外置电阻盒单元为外置于电阻盒中的若干个功率电阻，避免了功率电阻在装置内部的发热，提高装置的可靠性和稳定性。所述的电压采集回路可以选择不同的外置功率电阻连接以适应不同的电压等级应用场合。电流回路中接入的功率电阻是通过电子开关切换以产生不同的状态方程参与接地电阻和接地位置的精准计算。电子切换开关是由背靠背的igbt组成的双向电子开关，有效规避了常用的光继电器开关上的寄生二极管作用，改善电压电流的测量精度。
所述的隔离运放单元包括3路隔离运放器，实现对转子电压和回路电流的电气隔离，本实用新型实施例中所述的隔离运放器采用ti公司的amc1200b芯片，前端有rc组成的滤波电路，rc参数根据实际电路进行设计，后端有运放实现差分转单端输出和rc滤波电路，输出的模拟量可以直接进ad进行模拟采样，经ad采样的电压电流信号进入核心cpu参与接地电阻和接地位置的计算，最终判断是否保护动作，保护动作回路是由继电器组成。
将以上的装置应用于乒乓式转子接地保护电路或注入式转子接地保护电路这两种具体实施例中：
如图1所述的乒乓式转子接地保护电路，rg为接地电阻，ɑ为接地位置，r1，r2为串接在回路中的电阻，r3，r4和r5为转子绕组电压分压电阻，s1和s2为并联在电阻上的背靠背双向igbt切换开关，s1打开，s2闭合，此时转子电压为ur，回路电流为i1和i2；s1闭合，s2打开，此时转子电压为ur’，回路电流为i1’和i2’。
状态1：s1开，s2合
(1-α)ur＝i1·(r1 r2) (i1 i2)·rg
αur＝-i2·r1-(i1 i2)·rg
状态2：s1合，s2开
(1-α)ur′＝i1′·r1 (i1′ i2′)·rg
aur′＝-i2′·(r1 r2)-(i1′ i2′)·rg
取r1＝r2＝r，根据回路方程可得：
转子接地电阻
转子接地位置
上式(1)和(2)中，ur和ur’，i1和i1’,i2和i2’为实测值。
如图2所示的注入式转子接地保护电路，rg为接地电阻，ɑ为接地位置，r1，r2为串接在回路中的电阻，r3，r4和r5为转子绕组电压分压电阻，s1为并联在电阻上切换开关，s1开，此时转子电压为ur，回路电流为i1和i2；s1合，此时转子电压为ur’，回路电流为i1’和i2’，e为注入电源电压。
状态1：s1开
(1-α)ur＝i1·r1 (i1 i2)·r2 e (i1 i2)·rg
αur＝-i2·r1-(i1 i2)·r2-e-(i1 i2)·rg
状态2：s1合
(1-α)ur′＝i1′·r1 e-(i1′ i2′)·rg
αur′＝-i2′·r1-e-(i1′ i2′)·rg
取r1＝r2＝r，根据回路方程可得：
转子接地电阻为
转子接地位置
上式(3)和(4)中，ur和ur’，i1和i1’,i2和i2’为实测值
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
1.一种基于隔离运放外置功率电阻的转子接地保护装置，其特征在于：包括依次连接到转子电压的外置功率电阻盒单元、电压电流回路单元、隔离运放单元、信号采集单元和控制动作单元，还包括切换所述的电压电流回路单元与所述的外置功率电阻盒单元连接状态的电子开关切换单元。
2.根据权利要求1所述的一种基于隔离运放外置功率电阻的转子接地保护装置，其特征在于：所述接地保护装置适用于注入式转子接地保护装置或乒乓式转子接地保护装置。
3.根据权利要求1所述的一种基于隔离运放外置功率电阻的转子接地保护装置，其特征在于：所述的转子电压是通过外置的功率电阻分压后进入保护装置。
4.根据权利要求1所述的一种基于隔离运放外置功率电阻的转子接地保护装置，其特征在于：所述的电子开关切换单元是由背靠背的igbt组成的双向切换开关。
5.根据权利要求1所述的一种基于隔离运放外置功率电阻的转子接地保护装置，其特征在于：所述回路的电压电流经过隔离运放进行电气隔离。
6.根据权利要求1所述的一种基于隔离运放外置功率电阻的转子接地保护装置，其特征在于：所述的信号采集单元包括滤波电路和ad采样电路。
7.根据权利要求1所述的一种基于隔离运放外置功率电阻的转子接地保护装置，其特征在于：所述的控制动作回路包括cpu核心计算板和动作继电器回路。
技术总结