光旁路保护系统（共6篇）
光旁路保护系统 篇1
摘要：介绍了一种实现光设备旁路保护的方法。着重阐述了如何在MPC8308处理器上开发嵌入式光纤旁路保护系统,主要包括交叉编译环境的搭建、U-BOOT的移植与裁剪、内核的移植、交换芯片的SDK移植与裁剪。MPC8308借助以太网交换芯片BCM56334实现数据传输,通过检测防火墙返回来的心跳信号来判断节点设备工作状态,在防火墙出现异常时,通过看门狗驱动光开关,进行光路切换,保证网络完整性。
关键词：旁路,切换,MPC8308,心跳信号
根据《宽带网络基础设施“十二五”规划》,我国宽带建设将以网络能力全面提升为主线,以加快城域网、部署大容量的DWDM系统为着力点,逐步进行城域网上联骨干网的扁平化改造,增加骨干网络核心节点的数量,提升宽带网络保障能力。而节点一般接入到两个或多个网络中,一旦出现设备故障,将造成极大的冲击和损失。因此,针对节点的旁路保护显得至关重要。
基于10G传输的光纤旁路保护器[1]是专门针对当前DWDM系统接入节点的旁路保护设备。当节点出现硬件故障、电源故障、软件死锁时快速、自动跳过该节点切换到直通状态进行通信,形成网络自愈,保证网络可用性,不影响网络稳定性,让网络维护更加得心应手。
1 总体设计
本设计的主要目的是利用MPC8308 丰富的内部资源,配合基于10G传输的以太网交换芯片BCM56334、物理芯片BCM8705 以及精密的光学元件,设计出一种性价比较高的旁路保护器。该旁路保护器通过镜像端口与被保护设备的防火墙相连,实现了光纤网络安全的完美保护。旁路保护器硬件原理示意图如图1 所示。
旁路保护器硬件上采用飞思卡尔的MPC8308[2 - 3]作为主处理器,通过数据采集模块与被保护设备相连,通过RJ - 45 进行管理操作,通过RS - 232 串口进行配置和软件升级操作,通过判断接收返回的心跳信号是否异常来控制WDT驱动光开关,切换光路。数据采集模块主要由BCM8705 和光模块( XFP) 组成,通过配对使用,构成独立的接收或转发电路,提高了系统效率。数据采集模块示意图如图2 所示。
2 硬件电路设计
2. 1 控制模块电路设计
旁路保护器主要用于10G传输的设备保护,信息吞吐量大,而且是主动外置保护设备,要发送和接收心跳包,对响应实时性要求较高,因此本设计采用飞思卡尔的MPC8308 作为主处理器。MPC8308 中的Power PC e300c带有16 kbyte的指令cache和16 kbyte的数据cache,实现了Power PC的用户指令集系统结构,并提供了硬件和软件调试支持,主频最高可达333/226 MHz。另外,MPC8308 提供了2 个三速( 10110011000) Mbit/s的Ethernet控制器、1 个DDR / DDR2 SDRAM存储器控制器、1 个灵活的本地总线控制器、1 个PCI连接器、5 个千兆以太网端口、1 个通信I/O端口、2 路UART等资源。此控制芯片开发成本低、开发周期短。控制模块和交换芯片连接示意图如图3 所示。
在具体连接上,MPC8308 通过PCIe接口对以太网交换模块的交换芯片BCM56334 进行业务配置,通过连接一块1G PHY( BCM5461) 芯片实现RGMII到COFFER接口的转换。
2. 2 以太网交换模块内部电路设计
系统中以太网数据处理部分主要由以太网交换芯片、数据采集模块两部分构成。以太网交换芯片和物理层芯片分别采用了博通的BCM56334 和BCM8705,二者均支持10G的数据传输。BCM56334 通过4 个1. 0G/2. 5G/10G /12G /13G栈端口与4 块BCM8705 相连,实现了物理层数据向MAC层的传输。XFP是一种可热插拔的且独立于通信协议的光学收发器,在系统中主要用于光电转换。连接电路如图4 所示。
2. 3 旁路保护器切换电路设计
旁路切换电路主要由MPC8308、WDT和光开关组成。设计中使用微机械光开关从物理上切换光路。光开关选用2 ×2 的单模/多模微机械光开关。光开关支持两路光路同时切换。同时,此光开关具有损耗小、切换寿命长,切换时延小于4 ms等特点。
2. 4 RS - 232 串口和RJ - 45 网口设计
出于安全性考虑,旁路保护器使用串口在XP系统的超级终端下设置参数。用MPC8308 自身的DUART端口配置,来完成RS -232 串口设计; 出于设备可扩展和管理要求考虑,MPC8308 通过对RGMII接口的配置,连接一块物理芯片BCM5461 来完成RJ -45 网口设计。
3 软件实现
3. 1 指令执行流程
光开关将光信号引入旁路保护器内部。控制模块监听防火墙返回的心跳信号,一旦在预先设置的门限值( ms) 内未收到返回信号,则发送喂狗信号控制看门狗,看门狗接收到指令后驱动光开关,切换到旁路电路; 反之,则说明以太网交换电路和防火墙均工作正常,便将防火墙接入网络并返回心跳包,控制模块同时进行心跳计时并通过判定心跳信号是否超时来进行下一步工作电路判断。旁路保护器在网络中工作指令流程如图5 所示。
3. 2 软件平台的构建
旁路保护器软件功能的实现依赖于嵌入式Linux平台的构建。平台构建流程如图6 所示。
3. 3 交叉编译环境的搭建
嵌入式系统的开发一般需要交叉编译开发环境[4 - 6]。主机系统工作在Centos环境下,将飞思卡尔针对开发板提供的嵌入式开发套件BSP源代码包挂载到/opt /freescale目录下。执行. / install完成安装,最后生成项目开发所需的交叉编译工具: powerpc - e300c3 - linux - gnu -gcc、powerpc - e300c3 - linux - gnu - g + + 、powerpc -e300c3 - linux - gnu - ar。
3. 4 U - BOOT移植
移植工作主要针对不同的目标板进行一些配置修改。以MPC8308RDB作为目标板,首先确定目标板上的系统资源映射,在此基础上通过修改配置文件和代码完成U-BOOT的移植,如果移植后无法满足外部设备的一些功能需求,还需要添加一些驱动程序。本平台的地址空间映射如表1 所示。
在移植过程中,需要对MPC8308ERDB. h文件做一些修改,比如:
设置正确的输入时钟:
注销CONFIG_VSC7385_ENET,因目标板不包含此交换芯片,否则U-BOOT会一直重启:
/ / #define CONFIG_VSC7385_ENET / * VSC7385 ethernet support * /
由于系统中要挂载JFFS2 文件系统,还需对archpowerpcbootdtsmpc8308erdb. dts文件中JFFS2 定义部分进行内存大小设置。最后,将编译好的u-boot. bin通过JTAG烧录到Flash中,再通过tftp将内核( u Image) 、文件系统( rootf. gz. ext2. u-boot) 加载到Flash中,完成U-BOOT和内核移植工作。
3. 5 SDK移植
SDK源代码包从博通官网上下载。
1) 首先在/ opt / share / broadcom目录下解压出SDK源代码。
2) 进入sdk - all - 5. 10. 1systemslinuxkernel,建立目录mpc8308,选择合适的目标平台( bmw - 2_6) ,将该平台下的makefile复制到mpc8308 目录下,打开/mpc8308 下的makefile,找到platform,将bmw - 2_6 替换为mpc8308。
3) 进入sdk - all - 5. 10. 1make目录,复制当前文件Makefile. linux - bmw - 2_6,并重新更名为Makefile. linux -mpc8308。要顺利向后执行代码,必须先设置环境变量,这里建立一个setenv. sh脚本文件,录入如下代码:
上述变量中,PATH为交叉编译环境的路径,CROSS_COMPILE为编译工具,即U - BOOT移植过程中所生成的交叉编译工具,SDK为sdk安装目录,KERNDIR为U-BOOT源代码所在目录。针对目标芯片,对当前环境做适当修改。注销掉WRS_LINUX_VERSION =2. 0,将CFGFLAGS + = -DBCM _ PLATFORM _ STRING = ”BBMW _ MPC8245 /PPC603e”编译环境变量替换为CFGFLAGS + = - DBCM_PLATFORAM_STRING = ”BMW__MPC8308”,ARCH = ppc替换为ARCH = powerpc,最后再将KFLAGS重新设置为目标参考值。
4) 执行source setenv. sh,导入脚本文件,进入sdk -all - 5. 10. 1systemslinuxkernelmpc8308 执行make命令。编译成功后,在/sdk - all -5.10. 1 生成build目录,在/build目录下生成7 个文件,如表2 所示。
最后将用到的模块加载。执行过程如下:
4 测试分析
经过测试,系统响应时间如表3 所示。
初始上电后,看门狗的LED呈浅黄色,CPU每隔5 ms发送一次心跳数据包。当被保护设备掉电时,看门狗的LED呈红色,系统自动切换到旁路模式,切换时延小于20 ms。光路切换时延是指心跳包通过内部电路绕过防火墙情况下,从防火墙返回心跳信号到光路切换完成所需要的时间。
5 小结
经以上分析测试,旁路保护器具有响应快、自动检测、功耗低、可扩展性强等特点,能支持10G单模和多模数据传输,具备很好的实用价值,该旁路保护器已实现产品化,逐步推向市场。
本文创新点: 硬件上充分利用了MPC8308 高度集成、低功耗的优势,提供了RJ -45 和RS -232 两个接口,扩展了系统功能,硬件上也采用了双重电路安全设计,对设备自身提供了安全保护功能; 在软件上,采用了飞思卡尔提供的LITB开发包以及博通交换芯片SDK源码包,构建了优秀的开发平台,缩短了产品开发的周期。
光电式电弧光保护系统的应用 篇2
中、低压母线在发生短路故障时产生的电弧光对设备及人员造成极大的危害。但是目前国内中、低压母线系统中一般不配置专用的快速母线保护, 而是依赖上一级变压器的后备过流保护来切除母线短路故障, 这样导致了故障切除时间的延长, 加大了设备的损伤程度, 该问题已经引起了业内专业人士的高度重视。本母线电弧光保护系统采用弧光检测和过电流检测双判据原理, 使保护动作快、可靠性高, 填补了中、低压专用快速母线保护的空白。
母线电弧光保护系统满足中国电力行业标准DL/T404-1997 (IEC298-1990) 的附录A, 按户内交流高压开关柜内部故障减灾措施的要求, 在跳闸回路里采用了快速继电器Triac技术, 确保系统出口跳闸动作时间小于1 m s, 远远快于传统的母线保护, 对开关柜的内部弧光故障总切除时间可以控制在100ms以内。本保护系统可以确保操作人员安全, 将故障损失降到最低, 为快速处理故障、恢复供电创造条件。
1. 装设电弧光保护的必要性
1.1 电弧光产生的原因
a.误入带电间隔
b.隔离开关误操作
c.带接地线合闸
d.忘记测量工作区内的电压
e.设备故障和带电设备的误操作
f.设备正常检修后, 遗漏工具在开关设备内
g.错误的开关柜内外接线
h.错误的母线连接
i.绝缘老化和机械磨损、过电压
j.小动物 (尤其是老鼠) 、灰尘、湿度、温度、腐蚀等环境因素
1.2 电弧光的危害
a.电弧光中心温度相当于太阳表面温度的2倍, 约为2 0 0 0 0摄氏度, 由于过热将导致铜排、铝排烧毁气化
b.电缆烧毁, 电缆护套着火
c.过热导致压力上升, 使开关设备爆炸
d.开关设备强烈振动, 使固定元件松脱
e.高温烧灼皮肤, 强光刺伤眼镜
f.产生大量的有害气体, 伤害呼吸系统
g.爆破音震损耳膜、肺脏
h.碎片飞射, 造成人员伤害, 甚至死亡
电弧光故障的危害程度取决于电弧电流大小及切除时间长短, 电弧光产生的能量I2t与电弧故障切除时间t成指数规律快速上升。只有总切除时间小于1 0 0 m s, 才能使设备不遭受结构性损害。
1.3 目前用于中、低压母线的保护方式及其局限性
目前用于中、低压母线系统中常用的保护方式有以下三种:
1) 变压器后备过流保护 (典型的动作时间为1.2s~2.0s) 。
2) 采用馈线速断保护闭锁的变压器后备过流保护 (典型的保护动作时间为3 00 m s~500 m s) 。
3高阻抗母线差动保护 (典型的保护动作时间为30ms~55ms)
由图1可知:1和2两种保护对总切除时间小于100ms的要求来讲, 时间太长;而3保护范围受CT安装位置的限制, 接线复杂, C T要求高, 且价格昂贵。
2. 工作原理及其优点
2.1 原理介绍
电弧光保护动作判据为故障时产生的两个条件:弧光和过电流。当同时检测到弧光和电流增量时发出跳闸指令信号;当只检测到弧光或者电流增量时发出报警信号, 并不会发出跳闸指令, 如图2所示。
2.2 弧光保护优点
动作迅速可靠:跳闸回路里采用了快速继电器Triac技术, 确保保护系统在1ms内发出跳闸信号, 使开关柜内部电弧光故障总切除时间控制在100ms以内, 而且在外观上无明显损坏。
故障点定位功能:根据弧光传感器的实际安装位置可以实现分区保护的功能, 弧光传感器可以安装在开关设备的任何位置 (一般装在母线室内, 以检测母线故障) , 并在主控单元上显示故障发生的位置, 此功能可以减少故障处理时间, 快速恢复供电。
抗干扰能力强:电弧光保护系统采用无源弧光传感器探测弧光, 系统主控单元、弧光单元、电流单元及弧光传感器采用了光纤星形及传输技术, 且装置完全满足电磁兼容E M C的标准, 确保了整个弧光保护系统的可靠性及高强的抗干扰能力。
配置灵活、适应性强:系统使用先进的处理器技术, 通过对弧光和过电流动作信号的灵活编程, 可对各段母线提供选择性保护, 适用于不同类型的接线和运行方式。
3. 杨家岭变电站的应用
变电站母线电弧光保护系统主要由主控单元、电源模块、电流单元、弧光单元、弧光传感器及连接各部件之间的光纤和数据线组成, 如图3所示。
主控单元:主控单元用于管理、控制整套电弧光保护系统。它检测故障电流和弧光信号, 并对收到的两种信号进行处理、判断, 在满足跳闸条件时, 发出跳闸指令以切除故障。主控单元通常安装在母线系统电源进线柜或电源进线柜旁边开关柜的二次控制门板上。主控单元有4个数据输入接口, 共可接24个弧光单元或电流单元;输出接口包括4路快速跳闸输出和6路常规继电器跳闸输出;共有4+1 6个弧光检测接口。当弧光信号输入超过1 6个小时, 推荐采用弧光单元。此外, 主控单元根据弧光单元或者弧光传感器输送的信号, 能准确地判断故障点位置。主控单元的逻辑编程操作方便, 可根据用户不同接线和运行方式选择跳闸逻辑。
电流单元:电流单元用于检测过电流信号, A、B、C三相电流均可检测。同时可匹配5A、2A和1A的电流互感器, 其中电流的整定可以通过面板上的电位计来调节, 整定范围从50%至500%。电流单元检测到的信号通过光纤和数据线传输到主控单元, 主控单元依据已设定的逻辑判断是否发出跳闸指令。
弧光单元:主控单元自带的弧光检测接口 (由弧光传感器输入) 有1 6个, 若母线系统要求的检测点超过此数值, 推荐采用弧光单元, 其地址可以通过拨码开关来设定。每个弧光单元包含10个弧光检测接口, 这些接口均为光纤接口, 用于连接弧光传感器。弧光传感器的感光强度则可以通过弧光单元面板上的电位计来调节设定, 可以从10Klux调节至50Klux。弧光单元检测到的信号通过光纤和数据线传输到主控单元, 主控单元依据设定的逻辑, 判断是否发出跳闸指令。弧光单元通过安装在选定的某个开关柜中, 选择的原则是保证该单元相关光纤使用量较少。
弧光传感器:专用于母线保护的无源弧光传感器安装在开关柜的母线室内, 是检测弧光的光感应元件。当发生电弧光故障时, 光强度大幅度增加, 弧光传感器直接将光信号传送给主控单元或者弧光单元。
光纤三工器:电弧光保护系统光纤三工器可以在标准数量的保护通道不足的情况下, 非常方便地扩展保护点, 并且节省相应费用。在不影响电弧光保护系统功能的情况下, 满足了用户扩展保护点的要求, 给用户带来了极大方便。
4. 结语
电弧光保护能快速切除中低压母线故障, 保证输配电网的安全运行。目前, 株洲电业局杨家岭变电站1 0k V母线已安装了RIZNER-Eagle Eye光电式电弧光保护, 运行效果良好, 并可作为参考, 广泛地应用在其他中低压母线上, 发挥其应有的作用。
摘要：分析现有的中低压母线保护方案及存在的不足, 介绍了电弧光保护系统采用弧光检测和过电流检测双判据原理以及其保护动作快、可靠性高等特点。该装置的应用, 填补了电网中低压母线没有快速保护的空白, 提高了系统安全运行水平。
关键词：中低压母线保护,电弧光保护,快速,可靠
参考文献
[1]陈新.预防主变压器因外部短路引起损坏事故的对策田.电力安全技术.2002 (, 12)
一种电梯光幕保护系统的设计 篇3
随着电梯技术的不断发展, 光幕作为电梯出入口保护装置正越来越广泛被应用在电梯上。与传统的安全触板相比, 光幕利用红外技术, 具有无需接触即可检测人和 (或) 物体的优点;但是同时存在容易受到强光、灰尘干扰, 使用寿命短, 存在检测盲区等缺点。本文从软硬件上设计电梯光幕保护系统, 在充分发挥光幕优点的基础上, 规避其缺点对电梯正常运行的影响。
2. 光幕保护装置
2.1 光幕的组成及工作原理
光幕一般由发射装置、接收装置、控制装置组成, 如图1所示。
光幕发射装置内有若干个红外发射管, 接收装置内有若干个红外接收管, 分别安装在电梯轿门两端。在微处理器的控制下, 发射管依次发射红外线, 接收管依次接收红外线, 形成一个密集的红外线保护区域。当其中任何一束光线被阻挡而使接收管没有接收到红外线时, 光幕控制装置输出遮挡信号给电梯控制系统, 电梯控制系统控制轿门停止关闭并且重新反向开门, 直至乘客或阻挡物离开保护区域, 从而达到安全保护目的。
2.2 光幕的选用
在电梯上选用光幕, 需要重点关注以下基本参数:发射管和接收管对数、光束数目、光点间距、最高光束、最低光束、最小探测距离、最大探测距离、响应时间。
红外光定向性差, 容易产生发散的特点, 光幕装置普遍利用该特点来实现交叉扫描。如图2所示。红外光由发射管发射, 发散后形成多个光束被多个接收管接收到。如果光幕装置采用1对5的扫描方式, 则光束数目= (发射管和接收管对数×5) -6。
虽然GB7588-2003没有对动力驱动门保护装置覆盖的范围做出明确要求, 但是DIN EN81-20-DRAFT送审稿5.3.6.2.1.1条对此却做出明确的要求:
The protective device (e.g.light curtain) shall cover the opening over the distance between at least 25 mm and 1600mm above the car door sill[1]。
意思为:该保护装置应能覆盖至少从轿门地坎上方25mm到1600mm的开放区域 (如:光幕) 。故在选用光幕时, 必须关注最低光束高度不能高于20mm (当预留5mm作为轿厢地坎和光幕发射接收装置外沿的间隙时) , 最高光束高度不能低于1600mm。
国标GB7588-2003的8.7.2.1.1.3条规定:保护装置的作用可在每个主动门扇最后50mm的行程中被消除[2]。DIN EN81-20-DRAFT送审稿5.3.6.2.1.1条的规定更严格, 把50mm缩减到20mm。这就要求我们在选用光幕时, 最小探测距离不能小于50mm, 推荐选用最小探测距离不小于20mm的光幕。光幕最大探测距离则根据开门宽度来选择, 最大探测距离必须大于开门宽度。
3. 光幕优缺点
3.1 光幕的优点
光幕通过红外线检测的方式, 无须接触即可检测到人和 (或) 物体, 与传统需要接触才能检测的机械触板相比, 能有效减少电梯门对人和 (或) 物体的撞击。
3.2 光幕的缺点
光幕有容易受到强光、灰尘干扰, 使用寿命短, 存在检测盲区, 安装要求高等缺点。
安装在室外的电梯或者观光电梯, 容易受到太阳光直射而产生误动作, 导致光幕不能有效地检测出遮挡物。
光幕在实际应用中, 经常出现光幕的光束被灰尘遮挡而误动作, 导致电梯无法关门运行。特别是在新建大楼装修期间, 这种情况发生的频率非常高。
光幕的红外发射管和接收管都是电子器件, 而且需要不断循环扫描以检测遮挡物。与采用机械结构的触板相比, 使用寿命短, 故障发生频率高。
光幕都存在垂直允差、水平允差和纵向角度允差, 对安装的要求高。电梯在使用的过程中, 特别是新楼装修期间, 轿门容易受到撞击而发生变形, 使光幕允差过大而误动作, 影响电梯正常使用。
4. 光幕保护系统设计
在设计光幕保护系统时, 首先需要符合国标GB7588-2003的规定。在此基础上, 既要考虑光幕能准确、迅速地检出人和 (或) 物体, 避免电梯关门撞击人和 (或) 物体, 又要最大限度地降低光幕本身的缺点对电梯正常使用的影响, 及时检测出光幕的故障, 同时延长光幕的使用寿命。
4.1 标准规定
国标GB7588-2003的8.7.2.1.1.3条对电梯出入口保护系统的规定:
“当乘客在轿门关闭过程中, 通过入口时被门扇撞击或将被撞击, 一个保护装置应自动地使门重新开启。此保护装置的作用可在每个主动门扇最后50mm的行程中被消除。
对于这样的一个系统, 即在一个预定的时间后, 它使保护装置失去作用以抵制关门时的持续阻碍, 则门扇在保护装置失效下运动时, 8.7.2.1.1.2规定的动能不应大于4J (焦耳) 。”[2]
4.2 硬件设计
光幕保护系统硬件由光幕装置、门控系统、主控系统组成, 如图3所示。其中光幕装置检测电梯出入口是否有人和 (或) 物体, 门控系统控制电梯门电机动作, 主控系统根据各种逻辑判断门控系统开关门动作。
光幕装置的电源由门控系统来控制, 其输出的光幕遮挡信号通过输出继电器同时输出给主控系统和门控系统。光幕装置通过串行通信把状态和故障信号传给门控系统。当光幕装置发生故障时, 门控系统通过控制继电器对光幕装置重新上电复位。
光幕装置遮挡信号输出采用常闭触点输出, 即当光幕被遮挡时, 输出继电器触点断开, 输出低电平, 以防止遮挡信号线断开而使主控系统和门控系统收不到遮挡信号。
4.3 软件设计
4.3.1 总体设计
光幕保护系统软件是电梯嵌入式控制软件的组成部分, 基于瑞萨HEW (High-performance Embedded Workshop) 4.0开发环境, 采用C语言开发设计。光幕保护系统软件由电梯正常运行保护模块、检修运行保护模块、消防员运行保护模块、光幕故障检出与处理模块组成, 如图4所示。
4.3.2 正常运行光幕保护模块设计
电梯正常运行时, 当光幕检测到人和 (或) 物体时, 向主控系统和门控系统同时输出遮挡信号。门控系统收到光幕遮挡信号后, 立即停止关门动作并重新反向开门, 防止对人和 (或) 物体造成伤害。主控系统收到光幕遮挡信号后, 向门控系统输出开门信号, 电梯保持开门状态。当光幕长期被遮挡, 遮挡持续时间超过预设值后, 主控系统向门控系统输出光幕遮挡无效和关门信号, 门控系统控制门机徐徐关闭电梯门, 关门的动能不大于4J (焦耳) , 同时关门按钮灯闪亮并且轿顶蜂鸣器鸣响以提示乘客注意。
光幕长时间通电工作, 会缩短光幕的寿命。所以在电梯闲驶待机关门状态下, 主控系统向门机系统发出指令, 通过门机系统切断光幕的电源。这样, 一方面可以延长光幕的寿命, 一方面可以降低电梯的待机能耗。
4.3.3 检修运行光幕保护模块设计
电梯的检修运行是供电梯专业人员调试、维保使用, 包括光幕故障时使用。按照国标GB7588-2003的14.2.1.3条规定, 一旦进入检修运行, 应取消任何自动门的操作[3]。也就是说, 在检修运行时, 只有持续压揪开门或者关门操作按钮, 才能实现开关门操作。由此可见, 检修运行时, 应该屏蔽光幕作用, 使光幕无效。
4.3.4 消防员运行光幕保护模块设计
电梯的消防员运行是在发生火灾时, 供消防员使用电梯的特殊运行模式。在发生火灾时, 由于会产生大量的浓烟, 浓烟可能会使光幕误检测, 从而导致消防员操作时无法迅速关门。故消防员运行时, 同样应该屏蔽光幕作用, 使光幕无效。
正常运行、检修运行和消防员运行模式下, 光幕保护系统的控制程序流程图如图5所示。
4.3.5 光幕故障检出与处理模块设计
由光幕的缺点可知, 光幕比起机械触板容易发生故障。光幕由发射装置、接收装置和控制装置组成, 光幕故障也主要集中在它们身上。发射装置、接收装置故障主要是发射管故障、接收管故障、安装不良或灰尘导致长期被遮挡故障;控制装置故障主要是电源故障、通信故障、输出继电器故障。
为了降低光幕故障对电梯正常运行的影响, 在光幕保护系统设计时, 有必要对光幕故障进行记录及处理。当光幕发生故障时, 主控系统记录光幕故障信息, 然后通过门控系统对光幕装置重新上电复位。对于控制装置的光幕故障, 一般可以通过重新上电复位来解除。但是如果是发射管或者接收管发生故障, 则很难通过重新上电复位来修复。在此情况下, 如果大楼有多台群组电梯提供服务, 发生光幕故障电梯则停止提供正常运行服务, 大楼由群组其它电梯维持服务。如果大楼只有一台电梯提供服务, 该光幕故障电梯退出自动关门模式, 进入手动慢速关门模式。乘客通过持续按揪关门按钮的方式来实现手动慢速关门, 直到门完全关闭, 同时响蜂鸣器提示乘客注意安全。
光幕故障检出与处理程序流程图如图6所示。
5. 结束语
本文所述光幕保护系统已取代传统触板作为门保护系统, 在小机房住宅电梯得到广泛的使用, 减少门撞人事件的发生, 深受客户欢迎, 获得良好的市场反应。但是对于直径小于50mm的细小物, 依然存在检测盲区, 需要配合其它手段才能检测。
电梯门保护系统有向声音识别系统、图像识别系统方向发展的趋势, 特别是图像识别系统, 能够有效地解决绳子之类细小物检测问题。我们正密切关注着声音识别、图像识别技术在门保护方面的研究与应用, 以进一步完善电梯门保护系统设计。
摘要：介绍了光幕的组成和工作原理, 剖析其优缺点。结合国标GB7588-2003对电梯门保护装置的要求, 我们的光幕保护硬件系统是在电梯控制系统层面上设计的, 而软件系统则最大限度地发挥光幕的优点, 减少其缺点对电梯运行的影响。
关键词：电梯,光幕,门保护装置
参考文献
[1]GB7588-2003, 电梯制造与安装安全规范[S].
[2]FprEN 81-20:2013, Safety rules for the construction and installation of lifts-Lifts for the transport of persons and goods-Part 20:Passenger and goods passenger lifts[S].
[3]回晓明.例说电梯门入口处防撞人保护装置检测的局限性[J].中国电梯, 2013, (15) :60-61, 63.
[4]毛宗源, 彭汝华, 尤裕祥等.微机控制电梯[M].北京:国防工业出版社, 1996.
光旁路保护系统 篇4
1 电弧光的产生及危害
煤矿企业是电能的重要用户, 又是特殊用户, 对供电有着特殊的要求, 矿井电网运行的安全性和可靠性是煤炭安全生产的重要保障。在矿井电网系统中, 6k V~35k V中低压开关设备应用量大面广, 出现事故的频率较高, 各地已发生多起因电弧引发的矿井电网灾难性事故, 造成了严重的人身和财产损失, 已引起煤炭行业内专业人士的高度重视。引发电弧事故的因素包括很多, 如误入带电间隔、隔离开关误操作、带接地线合闸、设备故障和带电设备的误操作、忘记测量工作区内的电压、错误的开关柜内外接线、遗漏检修工具在开关设备内、小动物、灰尘、湿度、温度、腐蚀等环境因素等。
中、低压母线发生电弧短路故障时, 所产生的电弧光会造成供电设备内的压力和温度迅速升高, 如不及时切除、将对供电设备 (包括主变压器、开关设备等) 造成重大危害, 并可能严重危及整个电力系统及人身安全;但由于目前国内中低压电网一般不配置专用的快速母线保护, 而是依赖上一级变压器的后备保护切除母线短路故障, 因故障切除的时间过长, 加重了设备的损伤程度, 破坏严重时可能造成事故进一步扩大, 威胁电力系统的稳定运行, 但如果装有专用快速保护装置, 故障发生时保护瞬间动作, 在电弧产生之前将故障及时切除、快速消除电弧短路故障, 就可以迅速恢复正常供电, 损失也会大大降低。根据继电保护快速性的要求, 为了保障变压器及母线开关设备的安全稳定运行, 迫切需要配置相对完善的中低压母线保护, 应用电弧光保护新技术可以更好地保护电力设备安全。
2 电弧光保护系统组成
DPR360ARC电弧光保护系统是一个模块化系统, 包括主控单元 (DPR361ARC) 、电流单元 (DPR391ARC) 、弧光扩展器 (DPR392ARC) 和弧光单元 (DPR393ARC) 。该保护系统采用模块化结构配置, 适合于各种不同场合的电弧光保护应用, 可以组成从只有一个主控单元的简单系统, 到包含多个单元能用于选择性电弧光保护的复杂系统。该保护系统构成示意图如图1所示:
3 电弧光保护系统工作原理及特点
3.1 原理介绍
DPR360ARC电弧光保护系统采用弧光探头采集光信号, 在中低压电网母线及开关设备内部产生弧光时, 电弧光保护系统能快速动作, 使供电设备免受电弧事故危害, 保护了设备和人身安全, 提高了矿井电网的抗灾难事故的能力。
DPR360ARC电弧光保护系统以电流采集单元为基础分组, 总计272弧光探头可以整定关联到任意一组电流信号上。
当弧光单元把光信号从弧光传感器传输到主控单元时, 并且同时电流启动元件动作, 电弧光保护动作, 电流启动元件分为突变量启动元件和电流常量启动元件, 两个元件取或逻辑;装置可选择弧光信号动作单判据作为动作逻辑判断。其原理如图2所示。
3.2 电弧光保护的主要特点
DPR360ARC电弧光保护系统采用弧光检测和过电流检测双判据原理, 保护动作速度快, 可靠性高, 能够有效保证人身安全, 将事故造成的损失降至最低, 是目前国内较为理想的母线保护解决方案, 其主要特点如下:
动作迅速可靠:跳闸回路中采用了多路快速继电器技术, 使跳闸保护动作的时间可控制在4 ms以内, 而且在外观上无明显损坏。采用过流及弧光双重判据, 可以实现保护的可靠动作及整套系统连续自检, 有力保证整套保护系统工作的安全可靠性。
故障点定位功能:通过在开关设备内安装弧光传感器, 弧光保护系统可以自动检测故障点的具体位置, 并在主控单元上显示出故障发生的位置, 为故障检查处理提供可靠的依据, 有利于缩短故障处理时间, 快速恢复供电。
抗干扰能力强:电弧光保护系统采用无源弧光传感器探测弧光, 并采用光纤星型连接方式。主控单元和电流单元、主控单元和弧光单元、主控单元和弧光扩展单元、弧光单元和弧光扩展单元之间采用单模通信光缆连接, 主控单元和弧光探头、弧光单元和弧光探头之间采用专用光缆连接。通过新型光纤连接传输, 光电转换过程可以在装置内完成, 且装置完全满足所有电磁兼容 (EMC) 标准, 这就确保了整个弧光保护系统具有很高的可靠性及抗电磁干扰能力。
配置灵活、适应性强:系统使用先进的逻辑可编程处理器技术, 采用模块化结构设计, 对于不同类型的接线可灵活设置, 并可容纳最多272个检测点。通过对跳闸出口的灵活编程, 根据实际情况可调整感光强度, 可以对各段母线提供选择性保护。本系统通过主控单元和站内监控系统通信, 主控单元可选配2路以太网或2路CAN网, 通信规约符合部颁IEC60870-5-103标准, 可方便地接入站内综合自动化系统。
3.3 电弧光保护与传统中、低压母线保护比较
目前国内用于中、低压母线的保护主要包括变压器后备过流保护、采用馈线速断保护闭锁的变压器后备过流保护和母线差动保护三类。变压器后备过流保护动作时间过长, 不能起到有效的保护作用, 馈线速断保护闭锁的变压器后备过流保护虽然时间缩短, 但是仍然不能在设备受到严重损害前将故障切除, 母线差动保护范围受CT安装位置的限制, 接线复杂, CT要求高, 且总体造价昂贵。而电弧光保护能够快速检测弧光的出现, 动作速度远快于传统母线保护方案, 整套保护的动作时间在几毫秒以内, 从而将开关柜各单元室的总故障清除时间可以控制在弧光对开关柜造成巨大伤害之前, 从而避免或减轻电弧光对电气设备及人身健康的危害。
4 电弧光保护系统应用
塔山煤矿是世界上最大的单井口井工矿井, 拥有世界上最先进的技术和装备, 现有两个千万吨级综采低位放顶煤工作面和一个普采工作面, 其工作面采掘设备, 运输设备, 安全设备均具有装机功率大、采用10k V高压供电的特点, 且井下工作面走向长度较长, 因此采取分区供电方式, 以确保矿井的正常供电。塔山煤矿现共配备4座35k V变电站、两个地面变电所、7个箱式变电站和7个井下变电所。由于矿井电网分布范围广, 变配电设备数量多, 维护量增大, 因而需要极其可靠的弧光保护系统以保障矿井输配电网的安全稳定运行。
目前, 同煤集团在塔山矿各变电站及井下变电所开关装置母线侧均安装了DPR360ARC电弧光保护系统, 并且已经投入使用。系统运行情况表明DPR360ARC电弧光保护系统可以在弧光蔓延开来之前快速准确地切除母线和开关柜故障, 从而有效地缩短电弧光故障切除时间, 降低电弧事故的危害, 大大缩减了停电时间和维修成本, 有效地保护母线和开关柜的安全, 为煤矿供电系统的安全可靠运行提供了有力的保障。
5 结论
光旁路保护系统 篇5
关键词：光线路保护系统,建设
光缆网是大容量、高速度信息传递的基础, 对可靠性的要求非常高, 而光缆线路的安全容易受到自然灾害、施工等因素的影响, 其故障有较大的偶然性和不可预知性。为提高光缆线路的安全性, 建设光线路保护系统是比较好的方式。光线路保护系统由自动倒换设备、2条光缆 (光纤) 路由和辅助系统组成, 2条光缆 (光纤) 路由互为备用, 极大提高了系统的可靠性。光线路保护系统的建设, 必须综合考虑系统效能、成本等因素, 对系统性能进行仔细分析, 从而确保系统建设的效益。在光线路保护系统建设设计中, 应该注意三个方面的问题。
1 合理选择备用光通路, 确保系统的可靠性
光线路保护系统通常是在现有通信系统的基础上构建的, 即已经具备了1条光缆 (光纤) 通路, 在此基础上安装倒换设备并提供第二通路即可。在选择第二通路时, 主要应注意2个方面的问题:
首先, 第二通路与第一通路应该处于不同的物理路由。由于2条光通路互为备用, 当它们同时中断时, 光线路保护系统将失去作用。同物理路由的光通路, 如同根光缆内的不同光纤或同沟敷设的光缆等, 在受外部因素影响时容易同时发生故障, 因此在建设光线路保护系统时应避免选择同物理路由的光通路。
其次, 第二通路与第一通路的传输特性应尽量一致。光线路保护系统的工作方式是利用不同的光通路切换保证光信号的传输, 当2条光通路的传输特性差别较大时, 有可能造成某条通路的传输特性不满足终端设备的工作条件, 为使其满足设备的工作条件, 通常意味着更大的成本投入。
在备用光通路的选择上, 应综合考虑以上2个因素, 优先保证两条通路的独立性, 而后综合考虑传输特性和成本因素, 确保系统效益。
2 充分估算设备插损, 防止损耗造成系统性能下降
光线路保护倒换设备是利用光开关实现光通路切换的, 通常安装保护倒换设备, 会使2条光通路均增加3d B的插入损耗, 而且这一损耗改变是不可避免的, 因此在设计时应考虑这一插损带来的影响。通常传输系统设计中光通道损耗的富余度都大于3d B, 可以满足光保护设备开通要求, 需要特别注意的是多个全光中继段相连接时, 这一插损会随中继段数量的增加不断积累, 导致光再生器的接收端接收光功率过低。在工程中应补偿保护倒换设备引入的插损, 方法通常有三种, 一是减少原有的固定或可调光衰耗器, 光传输系统建成时, 通常损耗富余度较大, 为保证系统接收信号强度不超过限值, 会利用各种衰耗器进行调整, 只要对这些衰耗器进行调整即可;二是调大光放大器的增益, 当光路上没有衰耗器可供调整时, 可以对光放大器的增益进行适当调整, 利用增益的提高, 补偿插入损耗;三是增加额外的光放大器, 当前2条方法都无法实施时, 为了确保系统的正常运行, 只能采取增加额外的光放大器甚至增加光放站的方式进行解决。
3 精心调整第二通路的光传输特性, 确保系统运行的稳定
实际工程中第二光通路的选择受到很大限制, 难以保证第二通路与第一通路性能相近, 因此在设计中应充分做好前期的勘察和设计准备, 确保第二通路能够满足系统传输要求。
首先应考虑第二通路与第一通路的损耗特性差别。当第二通路损耗低于第一通路时, 只需要在第二通路中加入合适的光衰耗器即可;当第二通路损耗高于第一通路时, 如果其损耗特性仍能满足系统运行要求, 可以不做处理或利用光衰耗器适当增加第一通路损耗, 如果其损耗特性不能满足系统运行要求, 则需要在第二通路上增加光放大器甚至新增光放站。在第二通路损耗特性设计中, 也应当特别注意多个全光中继段相连的情况, 适当考虑多个段落同时切换路由时产生的损耗积累可能带来的影响。
其次是考虑第二通路的色散特性是否满足要求。光通路的总色散由光纤长度与该光纤色散系数决定, 不同光纤类型色散系数差别比较大 (G652光纤的色散系数大约为17 ps/ (nm·km) , G655光纤约为4.7ps/ (nm·km) ) 。不同速率的光传输设备, 其色散容限也不同, 一般2.5G传输设备的色散容限约为10000ps/ (nm) , 10G传输设备的色散容限约为1000ps/ (nm) 。通常情况下, 2.5G系统只要无再生中继距离不大于600km都可以不考虑色散的影响, 而10G及以上系统必须对色散特性进行精心设计。色散特性的设计分三步, 一是详细勘察线路情况, 了解光通路中使用的光纤类型和长度信息;二是根据光纤类型和长度, 计算光通路的总色散;三是根据传输设备的色散容限, 选取合适的色散补偿模块, 使光通路总色散在设备色散容限范围内。
光旁路保护系统 篇6
近年来我国铝电解工业得到迅猛的发展,电解铝产能不断增加,设备容量不断扩大,高电压、大电流整流机组投运数量越来越多。配置一些完善、可靠的保护装置来保证供电整流系统的安全运行,对电解铝系统平稳生产、经济效益的提高有着重要意义。
为了防止直流正、负母线之间或者交、直流母线之间短路等恶性事故的发生,近几年许多供电整流系统采用逆流保护、弧光保护等辅助保护措施,以减少整流设备事故所造成的损失。实践证明,弧光保护在电解铝整流系统中发生弧光故障时可提供最快的保护,切断故障点,是常规继电保护不能比拟的,它具有功能强大、保护判断选择灵活、安装实施简单等特点。
1 弧光保护原理
弧光保护是整流柜内安装的弧光传感器(光纤或探头)将接收到的光信号转换成电流信号传递给弧光保护辅助单元,辅助单元将收集来的动作信息传递给弧光保护主单元,当主单元接收到的光信号超过设定值后,主单元即输出跳闸信号。
弧光保护原理如图1所示。
2 弧光保护系统的配置
弧光保护系统是由主单元、辅助单元和弧光传感器3部分组成。
主单元是弧光保护系统的中心管理单元,主要完成电流的测量、开关失灵保护、电流定值的管理、跳闸出口的启动、弧光探测信号的自动采集、逻辑设置管理、对有关弧光传感器的持续监视、保护跳闸启动方案的选择、故障方位的精确定位、故障信息的管理等,每个主单元可连接多个辅助单元。
辅助单元连接弧光保护主单元和弧光传感器,用于弧光保护系统的逻辑设置、监视所连接的弧光传感器的状态、装置故障定位等。
弧光传感器是一种光感应元件,采集开关柜、整流柜内的弧光,并传递给弧光保护的辅助单元。
3 弧光保护在整流系统的设计、应用
青铝110kV供电所共有5套整流机组,每组2台大功率整流柜(单柜电流30kA、电压1000V),使用二极管整流,整流柜是同相逆并联结构。2007年,10台整流柜经过改造后,每台整流柜在同相逆并相间的整流桥臂增加了隔弧板(如图2所示),并安装了弧光保护装置。
3.1 弧光传感器及光带的布置
在绝缘隔弧板每一侧的上下中心位置各放置一个弧光传感器。以弧光传感器为中心,在绝缘板的表面铺设环绕形光带。每个绝缘板一侧的光带长度约为4 m。光带可以探测到整流柜内整流臂任何元件(被击穿)发出的弧光。弧光传感器配置在绝缘板上,对整个整流臂进行最佳的双通道在线检测。弧光传感器通过特制光缆连接到主单元和弧光辅助单元上。弧光传感器安装示意图如图3所示
3.2 监测原理
主单元是弧光保护系统的主要设备,可以单独完成对弧光的监测并实现跳闸功能,具有多个弧光输入端口。每个主单元可以配有4对电子跳闸输出,4对快速继电器跳闸输出,并互为备用。弧光保护系统的跳闸信号线缆与整流机组主开关的跳闸回路并联,电流信号取自调变侧电流互感器,主单元与弧光辅助单元对整流柜内整流桥臂进行弧光监测。
3.3 弧光保护的电流判据原理
某一整流机组整流元件被击穿,经过电流互感器的电流未发生较大变化,同时产生弧光,弧光保护系统高速反应,依据弧光+电流双判据原理只对该故障元件所在的整流机组主开关进行跳闸,而不对同一电解系列的其他整流机组进行跳闸。
某一整流机组整流元件被击穿,经过电流互感器的电流发生较大变化,同时产生弧光,弧光保护系统高速反应,依据弧光+电流双判据原理对整个系列的整流机组进行跳闸。
3.4 弧光保护系统与综自的通信
弧光保护系统通过P L C信号对信息进行处理后,连接到综合自动化系统的后台临控系统,完成弧光保护系统的数据采集、信息处理、监控传感检测技术。
弧光保护系统与综自系统的通信网络如图4所示。
4 弧光保护系统的优点
(1)具有故障定位功能,能够判别发生电弧光的具体位置,快速处理故障,恢复供电。
(2)具有完善的自检功能,能对本系统进行在线自检,系统发生故障及时报传综合自动化系统。
(3)主单元和弧光辅助单元具有弧光照度调整功能,在10~50klux范围可调,根据实际情况可以设置在30~40klux。
(4)弧光辅助单元属于扩充设备,具有多个弧光输入端口及相应的弧光传感器和光带。
(5)电流辅助单元属于可选设备,有5 A和1 A测量线圈,电流值预置范围可调,电流检测方式采用包洛线原理。
(6)弧光信号用特制光缆传输到主单元和弧光辅助单元,具有抗电磁干扰性能,即使是在整流系统中的整流柜强电磁干扰条件下也不会误动作。
(7)具有系统运行状态监控功能,预留的RS-485通信接口,可以通过数据线与综合自动化系统相连接。
(8)故障信息管理功能,能记录故障信息发生的详细过程,分类保存信息。
(9)光缆传输弧光信号,即使弧光出现的瞬间把光缆烧断,或者把弧光传感器、光带烧毁,光信号也能够从烧断点传输到了主单元,不会出现类似电缆烧断而造成的信号传输阻断,保证了弧光保护的可靠性和安全性。
5 结语
作为特殊的继电器保护,弧光保护系统能充分体现其速动性、安全可靠性、灵敏性、可选择性,能够确保整流柜故障时,及时断开所有机组断路器,保证人员设备安全,同时对降低事故扩大、避免造成重大经济损失起到重要作用。
参考文献
[1]刘忏斌,冯公伟,等.硅整流所电力设计[M].北京:冶金工业出版社
[2]杨奇逊.变电站综合自动化技术发展趋势[J].电力系统自动化,1995,(10):7-9