状态监测装置

状态监测装置（精选12篇）

状态监测装置 篇1

0 引言

电力系统推广变电站无人值班管理模式和综合自动化, 使得开关柜的安全运行变得非常重要。如果开关柜在运行时发生故障, 将带来极其严重的后果。首先, 开关柜故障将直接危害被保护的线路, 可能使各种电气设备损坏;其次, 可能引起大面积停电, 严重干扰正常的生产与生活秩序[1]。

现代电力系统对开关柜安全运行的可靠性提出了很高的要求, 而在线监测使运行维护人员能够了解到开关柜的历史运行状态和当前运行状态, 及时地发现故障甚至提前做出故障预测并进行检修, 尽量避免事故发生和减少停电时间[2]。因此, 在线监测对于保证开关柜正常运行, 提高电力系统的稳定性具有非常重要的意义。

1 硬件设计

1.1 硬件方案设计

本设计以ds PIC33F系列单片机为核心。分别由电压互感器和电流互感器采集开关柜的电压和电流信号, 由频率检测模块检测电流频率, 红外温度传感器采集开关柜的温度信号。

此外, 本设计还有电源模块, 给温度传感器、ds PIC、LCD和放大器供电, 有LCD显示和声光报警模块, 有键盘用于设置报警温度值, 系统硬件框图如图1 所示。

1.2 电压互感器和电流互感器

本设计选用SPT204A电流型电压互感器, 额定输入电流2 m A, 额定输出电流2 m A, 最大输入电流10 m A, 在0 ~ 10 m A内工作的线性度较好。电压互感器应用电路如图2 所示。

电流检测用HCT204A电流互感器, 额定输入电流5 m A, 额定输出电流2.5 m A, 测量精度为0.1%, 线性度为0.07%, 角差小于或等于9′。

1.3 绝对值放大电路

绝对值放大电路有两个功能:一是把互感器输出的交流信号转换成只有正极性的信号;二是把该信号的幅值增加一倍以方便后续单片机的处理。绝对值放大电路如图3 所示。

绝对值放大电路的输出电压VOUT与输入电压VIN的关系如公式 (1) 所示:

1.4 频率检测电路

频率检测电路是用比较器把正弦信号转换成脉冲信号的电路, 如图4 所示。该电路的输出脉冲信号接到单片机的ICx引脚, 使用单片机的输入捕捉功能, 可得到每16 个脉冲的时间T。

要检测的正弦信号频率计算如公式 (2) 所示:

1.5 温度传感器

对电力设备的测温可分为接触式测温和非接触式测温两种方式。接触式测温是指通过设置在设备上的温度传感器直接测量温度。非接触式测温依据热辐射原理, 不需要和被测物体进行接触, 这样就解决了与高压设备的安全隔离和与测温目标的热交换的问题。

非接触式测温还有热惯性小、测温速度快的优点[3]。非接触式测温有光纤温度传感器测温法和红外传感器测温法等[4]。

本设计使用的红外热电堆传感器测温范围是-50 ~ 350 ℃, 精度100 V/W。该传感器利用红外线的波长在热电堆探测器上产生相应的输出电压, 输出电压与目标温度的关系如公式 (3) 所示:

式中, ε为发射率;Tob为目标温度;Tsen为热电堆本体温度;C为与传感器结构有关的常数。

1.6 温度传感器的信号调理电路

温度传感器的信号调理电路框图如图5 所示。温度传感器在0 ~ 120℃时输出电压为-0.8 ~5 m V。该小电压信号经过放大11 倍和放大13 倍的两级差动放大电路, 输出电压为0.184 8 ~ 1.155 V。放大电路后端接一个电压跟随器, 电压跟随器的输入阻抗大, 输出阻抗小, 能提高电路的带载能力。再经过电压上移电路上移1 V电压, 最后从绝对值电路输出的电压为0.815 2 ~ 2.155 V。

2 软件设计

2.1 软件流程图

本设计的软件方案可以分成几个模块:电压和电流A/D采样模块、输入捕捉模块、温度A/D采样模块、LCD显示模块、键盘模块和数据处理模块, 软件流程图如图6 所示。

2.2 电压和电流A/D采样流程图

电压和电流A/D采样流程图如图7 所示。

电压有效值如公式 (4) 所示:

电流有效值如公式 (5) 所示:

式中, N为每周期的采样次数, 由香农采样定理确定;uk、ik分别为第k次的电压和电流采样值。

有功功率如公式 (6) 所示:

式中, uAk、uBk、uCk、iAk、iBk、iCk分别为A、B、C三相第k次的采样值。

视在功率如公式 (7) 所示:

式中, UA、UB、UC、IA、IB、IC分别为A、B、C三相的电压有效值和电流有效值。

功率因数为:cosφ=P /S。

2.3 温度A/D采样流程图

温度A/D采样程序由数据采集、软件滤波和温度换算三部分组成, 如图8 所示。

数据采集:定时器1 每10 ms中断一次, 启动A/D转换。

软件滤波:每10 次A/D转换后, 去掉10 个A/D值中的最大和最小值, 其余8 个值的平均值就是滤波结果。

温度换算:根据温度传感器的输出电压与目标温度的公式, 分段线性插值求出某A/D值对应的温度。

3 实例运行

利用该检测装置进行了一些测试, 其中, 电压电流检测使用了实验室的市电, 测得其线电压为393 V, 三相接入不对称电阻RA=87.7Ω, RB=88.5Ω, RC=95.9Ω。测量结果如表1 所示。

通过对同一目标物的相同位置的测温, 对比红外测温枪测得的温度数据与本设计所做温度监测器测得的数据, 结果如表2 所示。

由表1 和表2 可以知道, 本设计测得的三相电流误差约为1%, 三相电压误差约为0.2%, 有功功率误差为 (1 721-1 704) /1 704=0.997%, 频率为50.00 Hz。测得的温度数据与测温枪相比, 平均误差为0.6 ℃。

4 结语

本设计实现了对中压开关柜的重要状态量电压、电流、频率、功率和温度的在线监测, 其中温度检测是用红外测温方式, 解决了与高压电器的安全隔离以及与被测目标的热交换问题, 具有测温范围大、速度快的优点, 而且相对于接触式测温装置供电方案简单, 只需要电池, 且可随时更换。若把本设计与通信模块结合, 则能把每个测量点的数据汇总到主机或者上位机, 在开关柜在线检测应用中会有广阔的前景。

参考文献

[1]张平.高压开关柜的发展与现状分析[J].中国科技信息, 2007 (24) :89.

[2]梁汉泉, 曾永浩, 周永耀.浅谈智能化开关柜的应用与发展[J].中国科技投资, 2012 (27) :99.

[3]曾强, 舒芳誉, 李清华.红外测温仪的工作原理及应用[J].电子质量, 2007 (1) :25-26.

[4]陈金燕, 曾伟珍.红外测温仪的选择方法探讨[J].现代制造, 2006 (6) :49-50.

状态监测装置 篇2

监视和测量装置控制程序

编号：HLQC/Q 307-27-2015 目的

为了使本公司的监视和测量装置的购置、验收、领用、检定、分类管理、标识、维护的各项内容得到有效控制，特制定本程序。

范围

本程序适用于公司所有对产品特性和过程参数进行监视和测量装置的控制及其相关单位。规范性引用文件

无 规定表格

计量表606号 计量器具检定周期表（见附表1）

计量表607号 计量器具收发登记表（见附表2）计量表608号 计量环境记录表（见附表3）计量表609号 在用计量器具抽检记录（见附表4）计量表610号 计量器具封存申请表（见附表5）术语和定义

5.1监视和测量装置

指能用于直接或间接测出被测对象量值的装置、仪器、仪表、量具和用于统一量值的标准物资，包括计量基准、计量标准和工作计量器具。5.2计量设备

所有的测量仪器、测量标准、参数物资以及测量所必须的辅助装置和规范。5.3检定 华龙汽车质量管理体系文件

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由法定计量机构确定并证实测量器具是否完全满足规定要求而做的全部工作。5.4检定规程

检定监视和测量装置时，必须遵循的决定性技术文件。5.5周期检定

根据检定规程规定的程序及确定的周期，对监视和测量装置所进行的随后检定。5.6校准

在规定条件下，为确认测量仪器或测量系统的示值或实物量具或参考物所代表的值与相应的由参考（测量）标准所获得的量值之间关系的一组操作。5.7固定资产的监视和测量装置

价值在2000元以上或计量准确度对质量有较大影响的计量器具、设备。5.8非固定资产的监视和计量器具、设备 除固定资产以外的计量器具、设备。

职责

6.1 工装设备室为公司计量工作的主管单位。负责：

a)公司内所有监视和测量装置的周期检定工作，实施有效控制监督与考核；

b)对使用单位监视和测量装置的周期检定工作实施监督考核； c)对检定不合格的监视和测量装置联系有关单位进行处理； d)属于固定资产的监视和测量装置购买申请的选择合理性进行考核； e)属于固定资产的监视和测量装置，根据批准的计划、报告实施选型、比价，属于非固定资产的监视和测量装置，根据生产需要实施选型、比价； f)属于非固定资产的监视和测量装置到货后，进行入库验收检定；属于固 定资产的监视和测量装置到货后进行验收。华龙汽车质量管理体系文件

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6.2 品质保证室为公司计量工作的分管单位。负责：

a)所使用的监测和测量装置的管理工作。建立分管台帐。对领用的监视和测量装置编入检定周期表进行检定管理，并按规定的周期将其送工具库待检；

b)监视和测量装置送检率必须达到100%，当有不可遇见的原因需延期使用时，必须经工装设备室批准，延长使用周期的时间不得超过一周或规定周期的10％。工作程序

7.1 购置计划和审批

7.1.1属于固定资产的监视和测量装置的购买计划应提前经工装设备室审核并列入计划，临时因生产急需购买的监视和测量装置应有使用单位的申请报告，并经工装设备室审核。

7.1.2 各单位根据生产、科研、检测、试验的需要提出监视和测量装置的购买申请，报送工装设备室审核是否需要购买。

7.1.3 属于非固定资产的监视和测量装置由各单位提出申请，由工装设备室根据生产需要审核是否需要购买。7.2 验收和领用

7.2.1 属于固定资产的监视和测量装置到货后，由工装设备室进行开封检查，检查外观质量、配套性和合格证明文件等，开封检查合格后送检定单位检定，检定合格后由使用单位使用。

7.2.2 属于非固定资产的监视和测量装置到货后，由工装设备室送检定单位检定，检定合格后入库保管，由使用单位领用。7.3 检定

7.3.1 监视和测量装置一律由法定计量部门检定。

7.3.2 外送检定的计量单位及检定费用必须提前经工装设备室审核。华龙汽车质量管理体系文件

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7.3.3 公司在用监视和测量装置必须进行周期检定，且在检定有效期内。7.3.4 监视和测量装置检定周期有检定单位根据“强制检定和依法管理监视和测量装置目录”、国家计量检定规程和监视和测量装置使用频次的变化及检定合格率的高低制定或送检单位根据公司产品开发、制造、检验和实验中使用的监视和测量装置的计量准确度对质量影响程度来规定。7.4 不合格监视和测量装置的认定及处理

7.4.1 下列监视和测量装置视为不合格监视和测量装置：

a)已经损坏的； b)过载或误操作的； c)显示不正常的； d)功能出现不正确的； e)超过有效期的；

f)封缄的完整性已被破坏或损坏的； g)没有计量标识的。

7.4.2 当在使用过程中发现异常偏差或损坏时，应及时通知工装设备室，联系维修，维修后需要重新检定，并用合格的监视和测量装置对该设备结果进行复验评审和记录结果有效性。

7.4.3 监视和测量装置的检定和修理可请外委检定单位进行。

7.4.4为公司提供检测服务的部门必须是经国家主管部门考核合格并授权的计量检测机构。

7.4.5 禁止使用不合格的监视和测量装置。使用单位发现监视和测量装置不合格时，应立即停止使用。

7.5 监视和测量装置的分类、管理 7.5.1 监视和测量装置分类 7.5.1.1 A类（强化）

a)公司级最高计量标准装置和核查标准； 华龙汽车质量管理体系文件

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b)经政府计量部门认证、授权的社会公用测量标准装置；

c)用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测方面的列入强检目录的工作监视和测量装置；

d)用于产品质量检测的监视和测量装置； e)用于统一量传的一、二级标准器具。7.5.1.2 B类（重要）

a)用于公司内部能源、物料核算的监视和测量装置； b)用于工艺过程控制参数检测的监视和测量装置； c)专用监视和测量装置、硬质量具（量规、卡规、环规）。7.5.1.3 C类（一般）

a)国家计量行政部门规定一次性使用或实行有效期管理的计量器具； b)计量性能稳定、量值不易改变，且使用不频繁的监视和测量装置； c)固定安装在生产线或设备上，计量数据有要求的，但平时不允许拆装，实际检定周期必须和设备同步的监视和测量装置；

d)对准确度无严格要求的指示用的或简易的监视和测量装置。7.5.2 管理办法

a)公司购入的监视和测量装置必须有制造和测量装置许可证标志MC，其检定周期不得超出国家检定规程规定的周期；

b)凡列入A、B类管理范围的监视和测量装置应确定检定周期； c)列入C类管理范围的监视和测量装置实行长周期检定，一次性检定或有效期管理；

d)监视和测量装置编号有其出厂号和监视和测量装置自编号两种形式，自编号必须是首次检定合格的监视和测量装置，由检定员按规定进行编号；

e)凡列入C类管理范围的监视和测量装置如：钢板尺、卷尺、直角尺等，由工装设备室进行分类，检定后贴C类标识。华龙汽车质量管理体系文件

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7.6 彩色标识管理

不同彩色标识表明对不同监视和测量装置有不同的管理要求。

7.6.1《合格证》标识：绿色，表示经检定系统按检定规程依法检定合格的监视和测量装置。

7.6.2 《准用证》标识：桔黄色，表示无检定系统、检定规程又无量值传递计量标准的监视和测量装置，可依照本企业制定的检定校准方法进行周期检定，校准后使用（含引进设备和随设备大中修）的监视和测量装置。

7.6.3 《限用证》标识：蓝色，表示在使用中的通用监视和测量装置，仅用于某一范围或一定点的测量，定期检定和校检某一特定测量范围或测量点时，必须标明限用范围、限用点。

7.6.4 《封存》标识：深蓝色，在生产或流转中暂时不用的监视和测量装置，使用《封存》标识，防止流入生产和管理中使用。这类监视和测量装置在封存期内可不按周期检定。

7.6.5《禁用》标识：桃红的，对国家规定淘汰和超过检定周期或抽检不合格的监视和测量装置贴《禁用》标识，禁止在生产和管理中使用。7.6.6 《封缄》标识：蜡封、铅封、漆封、防窜签，在计量检测设备能影响其性能的调试点上进行封缄，以防无关人员改动。7.7 监视和测量装置台帐周检标志

合 格： 红三角 不 合 格： 蓝三角

丢 失： 红三角框内含蓝十字 封 存： 红三角框

报 废： 蓝三角框内含红十字 下个周期： 红斜线 返 修： 蓝三角框 原 修： 蓝三角框内斜蓝线 华龙汽车质量管理体系文件

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延 期： 红三角框内含红十字 准 用： 红勾

限 用： 红三角框蓝横线

7.8 设备上的监视和测量装置的检定

设备上的监视和测量、仪表所计量的参数对工艺过程的质量以及对设备安全和人身安全无直接影响时，可随设备大中修检定，检定周期按设备大中修日期确定，检定合格后贴C类计量标识。7.9 监视和测量装置的封存

监视和测量装置封存时，由使用单位提出申请，经使用单位领导和检定单位批准后，贴封存标识；单独封存监视和测量装置时，单独贴封存标识；随设备的不单独贴封存标识，以设备的封存标识为准。7.10 使用、维护和保养

7.10.1 领用者必须保管好所领监视和测量装置，以确保其精度和良好状态。7.10.2 在用监视和测量装置必须有合格标识，且在有效期内。

7.10.3 在用监视和测量装置必须按照使用说明书及操作规程规定进行使用，严禁超负荷使用。

7.10.4 需要用前校准的监视和测量装置在使用前必须按照有关规定进行校准并填写校准纪录，履行签字手续后方可使用。

7.10.5 在用和封存的监视和测量装置应分别放置，并有明显标记；报废的必须立即撤离工作、试验或实验现场，隔离存放；暂时不能撤离的必须在醒目处张贴“禁用”标识。

7.10.6 存放监视和测量装置的环境应符合技术说明书的要求。

7.10.7 使用人员负责监视和测量的日常维护和定期的维护保养工作，生产线用监视和测量装置的定期保养由工装设备室负责。

7.10.8 监视和测量装置使用前，要检查各个部位的运动是否正常，使用中要轻拿轻放，严禁野蛮操作，用后要擦拭干净，防止灰尘或杂物渗入运动部位，华龙汽车质量管理体系文件

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降低监视和测量装置、设备的精度。

7.10.9 使用者不得私自改动封缄，不得私自拆卸或调修监视和测量装置、设备，应将有故障的监视和测量装置、设备送主管单位处理。7.10.10 在运输监视和测量装置、设备时，应采取有效的保护措施。7.11 监视和测量的修理、降级、报废、注销及监督考核

7.11.1 在用监视和测量装置在检定周期内发现损坏或故障时，应立即停止使用，进行修理。修理后应进行检定，合格后方可使用。

7.11.2 在用监视和测量装置、设备经检定达不到原精度要求，但仍有使用价值时由检定单位签发降级报告，经工装设备室审核后方可降级使用。7.11.3 当监视和测量装置的修复费用与原值相比过大或无法修复时，由主管单位办理报废手续。

7.11.4 监视和测量装置报废申请经批准后，主管单位应注销监视和测量装置台帐。

7.11.5 工装设备室对监视和测量装置检定和使用情况进行监督考核，使用单位必须及时整改检查中发现的问题。记录控制

状态监测装置 篇3

关键词：断路器 在线监测 分合闸机械特性

中图分类号：TH561 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（b）-0093-01

高压断路器是变电运行中起控制作用的重要电气设备，其运行状态直接影响到电力系统的正常运行。根据国际大电网会议高压断路器调查显示，因操作机构问题而导致断路器故障的比例占故障总数的43.5%，而其中主要故障是由于机械特性不良造成的[1]，例如拒分、拒合或误动作等。因此，对高压断路器实施状态监测，掌握其运行特性及变化趋势，对预防断路器故障，增强断路器工作的可靠性，成为电力行业发展中的一项重要研究课题。

某变电站3322间隔例行试验时发现断路器无法正常分合闸，事后分析为主传动杆销挡圈脱落导致该断路器一侧传动杆脱落。为了解决实际运行过程中断路器内部发生故障而无法预知的问题，在该变电站安装断路器在线监测装置，研究其对断路器分合闸特性曲线的监测，分析不同情况下特性曲线的变化，验证在线监测装置在断路器分合闸状态监测方面的有效性。

1 断路器在线监测装置分合闸监测试验研究

被试断路器分别在两种情况下进行模拟试验，一种情况是正常分合闸，另外一种情况要求断路器一侧拐臂和连扳脱落（只分合一侧断口情况）。试验时正常情况下的测试，采集分合闸动作数据各6次；模拟一侧拐臂和连扳脱落情况下采集分合闸动作数据各2次。测试曲线如图1、图2。

1.1 正常情况下分合闸试验

对LW25-363型断路器在正常情况下分别进行分合闸试验，测试断路器多次动作情况下分合闸曲线的重复性。从图1曲线2分闸曲线，图2曲线2合闸曲线的对比来看，多次动作的分合闸行程曲线一致性较好，说明在线监测装置对断路器多次分合闸操作情况下监测稳定性较高。

1.2 一侧断口脱落情况下分合闸试验

由于断路器一侧断口脱落情况下进行分合闸，断路器两边受力不平衡，为保证试验时设备安全可靠，在一侧断口脱落情况下分合闸试验分析仅进行两次，试验结果：从图1曲线1，图2曲线1两次分、合闸动作的对比行程曲线来看波形一致性较好，与正常情况下表现一致。

1.3 两种情况下试验对比

两种情况下分闸动作对比如图1，曲线2为正常情况下的行程，曲线1为一侧断口脱落情况下的行程，分析对比曲线，在断路器分闸启动阶段两种情况下分闸速度并没有太大的差异，后面的分闸速度开始增加，分析认为一侧断口脱落情况下由于内部阻力变小，操作机构在同样的作用力下，分闸速度明显增加。

图2为两种情况下的断路器合闸动作对比，曲线2为正常的行程，曲线1为一侧断口脱落情况下的行程，可以看出一侧断口脱落情况下断路器的合闸速度有明显增加，分析来看是由于内部阻力变小，而其它作用力不变，导致开始阶段加速度增加，速度变快。

2 试验结果

该文结合LW25-363型断路器操动结构特点，分析不同状态下断路器分合闸操作时动作特性曲线，测试结果表明，安装的在线监测装置具备断路器分合闸特性曲线监测功能，记录的断路器分合闸过程有良好的重复性和稳定性，且不同情况下特性曲线有明显差异，实际使用中可以有效辅助运行人员解决断路器运行中内部状态不明，无法预知故障的问题。

3 结论

（1）该文所采用的断路器在线检测装置通过位移传感器可以较直观的判断正常工作和一侧脱落缺陷时断路器分合闸的重复性、一致性、穩定性等方面的指标。

（2）将在线检测得到的结果与正常工况时的结果进行对比，应用断路器在线监测装置发现断路器连扳连接孔变形、轴销变形问题具有可行性。

（3）该试验可为断路器在线监测装置研究提供数据参考，对进一步提高断路器在线监测装置的判断能力有实际意义。

参考文献

辊道运行监测装置 篇4

目前工件镀铬装置使用槽镀式居多, 镀铬时工件不移动。河南济源中原特殊钢股份有限公司机加厂所使用的是无污染及环保型连续行进式镀铬设备, 通过辊道使工件边移动边进行镀铬。辊道运行由MICROMASTER440型变频器驱动。运行速度通过接于变频器模拟给定端的外接电位器调节。当变频器受到电磁干扰或调速电位器接触不良时, 辊道运行会停止。在实际工作中, 由于辊道运行速度仅1~1.5m/h。一旦辊道停止运行, 短时内很难被发现。若轨道停止运行超过一定时间, 被镀工件将会出现镀层超差、镀层起皮等现象。造成严重质量问题, 为此研发了辊道运行监测装置。

图1是该装置控制电路图。装置采用集成运算放大器作比较器, 比较器的反向输入端接一比较电压, 电压由电位器RP调节。比较器正向输入端与信号隔离变送器输出端相接。信号隔离变送器输入端与变频器模拟输出端相接。变频器工作时输出0~20mA模拟电流信号, 经变送器转为0~10V电压信号加于比较器正向输入端, 通过电阻R2、R3和稳压管V1稳压后加于放大管V2基极 (图1a) 。设备开始工作时, 先启动变频器, 其内部继电器吸合, 继电器的常开触点K闭合 (图1b) , 延时继电器JS吸合, 经延时其延时闭合触点闭合, 为辊道运行出现自动停止现象时做好发出警示信号准备。正常工作时变频器的工作频率>5Hz。此时信号隔离变送器的输出电压>1V, 当将辊道电机工作频率调至5Hz时, 信号隔离变送器输出电压为1V。将比较器反向输入端设定的标准比较电压调至1V以内 (如0.8V) 。使设备正常工作时不产生警示信号。即比较器正向输入端电压大于反向输入端设定的比较电压, 比较器输出为一高电平, 使放大管V2饱和导通, 其集电极继电器J吸合, J的常闭触点断开, 报警器无警示。当变频器受到电磁干扰或调速电位器接触不良时, 变频器频率下降为0Hz, 此时信号隔离变送器输出电压也降为0V, 比较器正向输入端电压低于反向输入端设定的比较电压, 比较器输出就由高电平转为低电平。放大管V2也由饱和导通变为截止, 其集电极继电器J失电。J常闭触点闭合, 由此控制的中间继电器KA吸合, 其常开触点闭合, 使报警器发出报警信号, 警示操作人员辊道以停止运行。操作人员看到警示信号, 即刻对辊道运行进行调整, 这样就可避免被镀工件因辊道自行停止造成质量问题。

该装置使用一年多来效果显著, 彻底消除了因辊道工作不正常产生的产品质量问题。

状态监测装置 篇5

摘 要：在石化厂内，伴随着生产过程而产生的各种各样的有毒有害气体对人类的危害问题越来越严重。石油化工生产过程中产生的有毒气体，对生产安全和环境保护都造成了巨大的威胁。因此有毒气体监测报警系统在石油化工领域有着广泛的需求。因此，为了保障人们的生命安全，设置安全报警系统是十分必要的。文章通过分析某石化公司的监控技术及应用，以为石化厂以及石化装置提供更安全的保障。

关键词：石化装置;有毒气体;跟踪监控技术

在石化工厂内，存在着很多有毒气体以及可燃性气体。这些有毒有害气体充斥在整个工厂内，严重威胁着人们的生命安全。近几年来，石化行业频频发生安全事故，例如，爆炸、火灾等。这些事故给人们带来了极大的伤害，也给石化工厂造成了一定的经济损失。为了给企业和工作人员的生命安全提供更可靠的保障，石化工厂要随时监测气体的浓度，将有害气体的浓度控制在安全范围内。

1 系统介绍

该控制系统的核心是采用了PLC三冗余系统，与现场气体探测器共同组成完整的监控模式。该控制系统由多种配置组成，其包括(2×3)冗余通信控制器、双冗余CPU和DO、AI模块(三冗余)、以及附件配置。其配置数量都达到了SIL3等级配置的标准，其等级达到SIL3/TUV6。PLC可实现数据交换以及通信(上位DCS和双冗余RS-485接口间的通信)功能。通过以太网技术，操作员和工作站彼此间可进行数据交换。在现场，用气体浓度探测器采集气体浓度，所采集的数据信息经PLC控制系统整合之后，通过以太网输出到监控计算机。通过监控计算机，可以看到现场的情况以及报警提示。

2 硬件系统构成

2.1 内设故障检测模块

其内部配置采取安全的PLC冗余系统。其系统可实现智能识别故障功能以及自动还原功能。在系统不中断运行的状况下，所有智能模块均可实现维修和更换零件等工作。

2.2 现场采集气体浓度

采集气体浓度的探测器的电流信号为4-20毫安。其电流信号采用“三取二”表决机制，其经隔离栅传入到三冗余AI卡件。这里的隔离栅是特别定制的，其作用是防止电流短路、防止雷击、以及保护滤波器件等。为了避免因硬件问题导致系统出现故障，其硬件采取的是分离式结构保护以及无耦合设计。通道之间各自独立，其中一个通道若出现问题，其他通道都不会受到影响，能正常行。

2.3 双CPU处理逻辑任务

系统采用安全的CPU双冗余，两个CPU可以同时运行，其逻辑运算的速度有所提高。系统采用了CPU同步表决机制，若其中一个CPU不能正常运行时，另一个CPU不受影响，可以正常处理逻辑任务。

2.4 输出

系统的.输出模块采用的是双冗余DO模块(保生产型)。模块将负载跟OVDC并联在一起，这种设计的优点是若线路有一条出现故障，其另一端的二极管特性就发挥作用。其模块的控制输出就是有效输出。

2.5 数据处理

通信网络是由以太网、工业交换机和工控机组成，CPU通过通信网络实现了彼此间的数据交换。数据的处理、显示等工作最终由工控机来进行。

3 软件程序的设计

3.1 PLC程序

软件程序的设计包含两部分，分别是PLC程序设计和上位机程序设计。在PLC程序设计中，关于逻辑程序及组态的开发所选用的是Prophecy Machine Edition软件。该软件对操作系统有要求，其运行环境必须是基于微软公司开发的Windows操作系统。Prophecy Machine Edition软件提供的系统是完整的，可自动化解决系统方案。PLC程序由三部分组成，分别为系统的冗余、硬件组态、主程序块。

(1)系统的冗余。在GMR Configuration中，采用Prophecy Machine Edition软件设置系统的冗余参数，可对CPU的数量和类型以及同步数据区间等进行设置，在机架中，也可对总线控制器的位置进行设置，还可以对AI模块和DO模块的表决方式等信息进行设置。

(2)硬件组态。在硬件组态过程中要完成硬件的组态功能。在以太网模块中，该站需设置一个网络地址。在总线控制器中，控制器间的交换数据空间要根据GMR组态生成的文件进行配置。

(3)主程序块。主程序块包含三大功能块，其主要是对数据进行采集、处理和输出的工作。为了对探测器的当前状态进行判断，以及实现报警提示，采用梯形图的方式在主程序块中编写逻辑。在采集数据时，先是读取数字，然后经一系列的处理，将探测器的电流转换成电压值。在处理数据时，为了判断探测器的当前状态，需将转换成的电压值设定高/低报警值。在输出数据时，依据探测器的动态状态，输出对应的控制状态。

3.2 上位机程序

为实现多数据的读入工作，上位机软件读取PLC数据采用的是数组方式，通过脚本程序将性质相同的多个数据以点的方式赋值给对应的程序点。上位机由总貌图、分布图(探测器)、查询功能、系统设置以及用户权限管理构成。总貌图可显示探测器的信息，包含浓度、单位、量程等。探测器分布图，直观的再现了现场的探测器的位置，根据分布图能快速的查找到探测器。查询功能是操作人员可以动态的查询到每个探测器的实时历史报警记录。

4 结语

综上可述，该监测系统，安全性较高，且系统运行情况正常，能有效的监测生产过程中有毒有害气体的浓度，并实时进行报警，既不影响生产工作，也保证了人们的安全。

参考文献

[1] 严卫国.大庆石化CPI装置有毒有害气体治理项目技术方案选择研究[D].吉林：吉林大学，.

[2] 吴建军，帅超.HART现场总线有毒有害气体探测器的设计[J].自动化与仪器仪表，(02).

[3] 苏岸廷.在《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》下的气体检测技术及其应用[J].轻工科技，(05).

煤矿瓦斯监测装置的设计与开发 篇6

摘要：文章介绍了基于Mega16单片机的瓦斯监测装置。该装置具有测量、通信、存储、查询、显示等功能，能够满足现场测量的需要。

关键词：瓦斯 监测 ATmega16

0 引言

瓦斯监测是煤矿安全中非常重要的环节，因此高性能的瓦斯监测装置对煤矿的安全系统十分重要。现有的许多瓦斯监测装置存在着可操作性差，显示不方便，反应速度慢等问题。因此，笔者开发了基于Mega16单片机的瓦斯监测装置。

1 瓦斯检测装置硬件设计

1.1 总体设计：

该瓦斯监测装置主要由微处理器8位AVR ATmega16、传感器采集电路、数据预处理电路、人机接口电路等组成。其工作原理如下：瓦斯传感器队瓦斯浓度进行检测，并产生一个电压信号；数据预处理电路对此信号进行放大处理并将信号传送到AVR ATmega16芯片的A/D转换通道中。AVR ATmega16芯片控制A/D模块工作得到数字信号并取若干次转换的平均值，并将该信号与预设的标准值进行比较并存储，当数字信号超过标准值时就产生声光报警，低于标准值则不报警。人机接口包括键盘和LCD显示屏，键盘主要用来调试日期，进行系统复位，LCD屏用来显示实时瓦斯浓度以及实时时钟给出的日期和时间。当系统进入死机状态时，看门狗可以对系统进行复位。

1.2 瓦斯传感器与信号预处理电路 催化燃烧式传感器突出的优点是传感器模块化设计，体积小，安全性高，而且随着对催化燃烧探头的原理与生产工艺的深入研究，载体催化元件的稳定性，抗中毒性，输出线性等都有了大幅度的提高，更适合于在恶劣环境下对煤矿瓦斯的检测。所以本系统选择催化燃烧式瓦斯传感器。信号预处理电路可以将传感器输出信号处理为适合A/D转换的范围。

1.3 A/D转换 A/D转换装置主要通过ATmega 16芯片自带的A/D转换接口，这样可以节省硬件成本，同时还起到简化外接电路、节省端口的目的。内置A/D转换装置具有10位精度、±2LSB的绝对精度、13?s~260?s的转换时间、在最大精度下可达到每秒15kSPS的采样速率、8路可选的单端输入通道、ADC的电压输入范围0～Vcc、可选择的内部2.56V的ADC参考电压源、ADC转换完成中断等优点。因而，ATmega 16完全适任本设计装置的预期的任务。

1.4 数据存储 ATmega 16单片机的强大的功能还体现在它的存储功能上。ATmega 16支持EEPROM和flash的读写。单片机在对转换信号进行处理后，将所得数据送至芯片自带的EEPROM或flash中。由于EEPROM和flash支持多次读写，且掉电不会丢失数据，因而非常适合在本设计中作为存储器使用。

1.5 人机接口 LCD显示屏是以HD44780为模型，它具有14个管脚，其中包括8个数据地址管脚，选片管脚，读写管脚等。本LCD屏不能显示汉字，可用来显示日期、时间和瓦斯浓度的装置。本LCD显示系统可以显示两行40个字符，第一行轮流显示日期和时间，其显示更替由按键决定。第二行显示瓦斯浓度。该瓦斯监测装置的键盘模块是9位键盘，通过此键盘可以对传感器的多项内容进行设置，例如日期、时间和报警标准值。

1.6 声光报警 当瓦斯浓度超过预置的报警值时，及时进行现场报警显得尤为重要。为了加强报警效果，本传感器采用声光同时报警的方式，当监测到甲烷浓度值超过报警值时，蜂鸣器开始鸣响，高亮红色数码管对当前过限浓度也亮起来。

1.7 串行通信 Atmega16本身带有串行通讯口，但其电平为TTL电平，必须通过MAX232进行电平转换才能与PC机进行串行通讯。为了将信号转化为可用，采用MAXIM公司的MAX232/MAX233芯片实现5V电路中和PC实现串口通信的电平转换芯片。存储数据的上传由PC机控制，PC机向测试仪发送启动发送或停止发送指令，即可完成数据上传的启动与终止。

2 瓦斯监测装置软件设计

软件设计大体上可以分为三部分，分别是主程序，串口中断程序，定时器中断程序。

2.1 主程序设计 主程序的主要作用是各项初始化并循环对键盘进行扫描。初始化包括时间的初始化，串口的初始化，LCD的初始化，定时器的初始化等。键盘扫描要判断键盘是否被按下，如果未被按下则再循环扫描，如果被按下则返回不同的数值，并根据不同的数值做出相应的动作，比如进入和退出设置状态，日期的设置，报警复位和系统复位等。

2.2 串口中断程序 串口中断程序主要用于和上位机的通信，当上位机向MEGA16发送命令时，则串口就会产生一个中断来处理上位机的命令，MEGA16会先判断指令是否是有效指令，如果不是则直接清除中断标志位，如果是有效指令则判断指令的类型并执行相应的操作，指令执行完毕之后清除中断标志位并退出中断。

2.3 定时器中断程序 当定时器产生中断时，A/D转化器进行一次AD转换，并存储转换的数据，然后将转换数据与预设的标准值进行比较，如果没有超过标准值则正常显示，如果转换值超过了标准值则先进行声光报警，然后正常显示。而显示日期时要先判断LCD是否处于设置状态，如果没有处于设置状态则正常显示日期，否则还要判断自定义变量是否是偶数，如果是偶数则正常显示日期的数字，如果是奇数则交替显示“-”和日期。最后清除中断标志位并退出中断。

状态监测装置 篇7

传统的以太网接入方式, 往往采用主控制器连接物理层接口芯片 (如DM9000A) , 在主控CPU中嵌入以太网通信协议。这种方式需要编写繁琐的网络协议程序并且耗费大量的时间进行调试, 难以实现系统的快速开发和稳定运行, 更不利于系统的更新升级[1]。因此, 采用独立于主控CPU的网络协议专用处理器并行工作的方式可以解决传统以太网接入方式带来的弊端。这种方式使得系统应用程序和数据的传输分别运行于不同的硬件, 有效降低了主控制器的运行负担, 增加系统的稳定性, 缩短系统的开发周期。系统的模块化设计也便于系统的更新升级。笔者使用内部集成硬件协议栈的网络接口芯片W5100实现了风力发电机组状态监测装置的远程通信。

1 系统设计

本系统包括就地数据采集装置和数据分析系统两部分, 风机现场的运行数据由就地采集装置采集完现场信号, 经由以太网和光纤传输到主控中心的数据分析系统上进行信号分析。系统的拓扑结构和功能结构分别如图1、2所示。

本系统能够对风电场不同设备的运行情况作具体分析, 并作出具有针对性的分析处理, 可以代替风电场运行维护人员通过机组主控系统和定期巡视检查的方式来了解机组的运行状态, 减少维护人员的劳动强度[2]。

2 W5100的功能概述

2.1 W5100总体介绍

W5100是集成有10/100以太网控制器的单片网络接口芯片。其内部集成了硬件TCP/IP协议栈、以太网MAC和以太网PHY, 支持TCP、UDP及IPv4等多种网络协议。提供3种总线接口:直接并行总线接口、间接并行总线接口和SPI总线接口, 简化了系统的硬件设计。使用W5100不需要考虑以太网的控制, 只需像访问外部存储器一样进行简单的端口 (Socket) 编程即可, 尤其是SPI总线操作方式不仅可以最大程度地简化硬件接口, 而且能够极大地减少网络编程的工作量。W5100支持信号的自动极性反转, 可以自动识别信号的传输模式 (全双工和半双工) , 支持10/100以太网。内置16kB的数据发送/接收缓冲区可以实现大数据量的高速收发, 最大有效通信速率可达25Mbit/s。

W5100使用外置3.3V电源和内部1.8V电源供电, 其中1.8V电源由芯片内部线性稳压电路产生, 经外接滤波电容供回芯片, 无需另置电源, 降低了系统硬件设计的复杂性。W5100结构框图和基本外围连接如图3所示, 它由4部分构成:硬件TCP/IP核、MCU接口单元、数据收发缓冲区和以太网物理层。

由图3可知, 芯片通过内部以太网物理层 (PHY) 单元连接网络变压器, 再通过RJ45网络接口和以太网电缆接入以太网络, 完成系统网络侧的连接;系统主控侧通过芯片提供的总线接口连接主控CPU, 进而通过端口驱动程序完成数据的传输。

W5100还提供了多种LED接口用于指示芯片当前的工作状态, 包括:LINK (连接) 、SPD (速度) 、FDX (全双工/半双工) 、COL (IP地址冲突) 和RX/TX。

2.2 W5100的存储空间

W5100内部集成了强大的硬件以太网协议, 只需对其进行IP地址和端口配置即可接入以太网。通过控制寄存器合理选择和创建Socket后, 可以完成网络数据的接收和发送, 并把数据存放进芯片内部存储器中。W5100的内部工作存储器空间分为4部分, 如图4所示。

2.2.1 公共寄存器

公共寄存器主要包括模式配置寄存器 (MR) 、网关地址寄存器 (GWR) 、子网掩码地址寄存器 (SUBR) 、中断相关寄存器 (IR) 、本机MAC寄存器 (SHAR) 、本机IP地址寄存器 (SIPR) 、数据接收缓冲区配置寄存器 (RMSR) 及数据发送缓冲区配置寄存器 (TMSR) 等。

2.2.2 端口寄存器

端口寄存器控制W5100各个通道的数据收发。W5100支持4路独立数据通道, 对应有4组功能完全相同的端口控制寄存器。笔者以Sn表示S0、S1、S2、S3 4个通道。主要包括端口模式寄存器、端口命令寄存器、端口状态寄存器和端口发送/接收剩余空间寄存器。需要注意的是在发送或接收数据时, 用户必须先检查剩余空间的大小。

3 W5100与TMS320F2812的接口设计

TMS320F2812是美国TI公司推出的最佳测控应用的定点DSP芯片。它既具有高性能的数字信号处理能力, 又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能, 特别适用于有数据处理的测控场合。TMS320F2812提供了丰富的外设接口, 方便系统的设计与扩展。如SCI、CAN及SPI接口等。

3.1 W5100与DSP硬件接口连接

W5100提供了多种总线接口, 本设计中使用W5100的SPI总线方式, 这种方式仅需4根信号线, 可以大大简化系统的硬件设计, 同时满足风力发电机组状态监测系统中对数据实时传输的要求。DSP通过SPI接口实现与W5100的通信, 其硬件接口如图5所示。

由图5可知, 串行接口模式只需4个引脚, 分别为从设备选择 (/SS) 、串行时钟 (SCLK) 、主出从入 (MOSI) 和主入从出 (MISO) 。SPI_EN为W5100的SPI模式使能端, 高电平有效。

3.2 DSP读写W5100时序

由于F2812主频高达150MHz, 在SPI主模式下, 最高比特率可达37.5Mbit/s, 而W5100最高数据传输速率为25MHz。必须设置DSP的分频系数, 使F2812的比特率低于W5100的最高数据传输速率, 比特率设定在15Mbit/s以下最佳。

系统中DSP需工作于主模式, W5100工作于SPI从设备模式0的方式下, 即数据在时钟的上升沿锁定, 下降沿输出。其操作时序如图6所示。

由图6可知, 主设备模式下, 首先将/CS信号置高, 然后配置主设备的相关寄存器, 把要传输的数据写入SPI数据寄存器, 将/CS信号置低等待数据传输完毕, 最后把/CS信号再置高。根据SPI协议, SPI设备只有两条信号线, 因此需要定义操作代码。W5100使用两种操作代码:读代码 (0x0F) 和写代码 (0XF0) 。SPI模式下, W5100使用完整的32位数据流, 包括一个字节的操作码、两个字节的地址码和一个字节的数据。

4 TMS320F2812以太网控制程序设计

由于W5100内部集成了多种硬件以太网传输协议, 所以主控芯片TMS320F2812只需通过SPI接口完成对芯片的配置和读写控制即可实现系统的网络功能。利用W5100提供的Socket API函数, 可以大大简化开发人员对其配置和收发操作的难度。笔者在TMS320F2812平台上移植了相关的接口函数, 实现了TCP/IP协议下客户端模式的程序设计。图7为系统的软件设计流程。

5 结束语

W5100内部嵌入了硬件以太网协议, 省去了编写和调试繁琐的以太网协议程序的时间, 加快了系统的开发速度。由于集成的硬件以太网协议和系统应用程序并行运行于两个独立的CPU, 增强了系统运行的可靠性。TMS320F2812通过网络协议芯片W5100扩展了网络功能, 最大有效数据传输速率可达2.5Mbit/s, 满足了风力发电机组状态监测装置对现场数据的传输要求。

参考文献

[1]徐元军.W3100在DSP系统以太网接口中的应用[J].微型机与应用, 2002, 21 (9) :17～19.

状态监测装置 篇8

1 配电网避雷器状态装置分析

1.1 带间隙避雷器在线监测

目前国内外相关学者增加对配电网避雷器的在线监测技术研究力度,大大提升了避雷器对输电线路的防雷性能,大量应用于不超过220kv的线路防护工作中,其中带间隙避雷器在线运行监测已逐步实现电源自带和重复利用装置特点。在开展配电网线路建设时,由于配电网多由10kv避雷器构成,自身事故影响范围并不全面,对其监测重视程度不高,但长期发展较易产生配电安全运行故障,扩展至严重程度可能会造成输电线路整体瘫痪,为此需要充分发挥带间隙避雷器的自身电压进波优势,保护电力系统运行设备。从避雷器工作特点来看,主要是为电力设备安全运行服务的,对于带间隙线路而言,则是通过相关部分的金属氧化物为其预防工频电压老化问题,当运行冲击状态与冲击电流振幅形成正比时,在保障正常电流值和通电次数的情况下(放电电流20k A),利用阀片对其开展保护工作,这也是避雷器在线监测装置顺利运行的关键因素。并且,在大电流技术支路计算器具运行下,开关信号对其故障提出警示预防信号,将辐射较大的放电电流引入下线回路中,也是发出信号弹的前期准备过程。

1.2 配电网避雷器监测装置

配网避雷器作为保护电力系统的重要设备,在进入保护状态时,将受到超出千万安培大型电流冲击,极其容易出现“避雷失效”和“毁坏元件”等现象,对MOA非线性阀片造成难以估量的伤害。为解决配电网避雷器监测装置问题,对于MOA在线监测实施方式,需要从经济型来考虑,对研制成本实行节约理念,实现配电网避雷器监测设备的造价优势和运行特色。在10kv系统避雷器的泄漏电流运行过程中,MOA内部绝缘损毁程度会加以深化,将阻性电流扩展至几倍,可选取100~200μA的配电型MOA监测装置,当MOA出现内部绝缘安全隐患问题时,相对的阻性电流会出现一定变化,RC数值呈现激烈变化或平稳趋势,需要采取保护防御措施和巡视对策,及时替换避雷器保护装置,尽量缩减输电线路安全事故的发生机率。湖北兴山天星供电公司对其110k V变电站采取配网避雷器在线监测装置设备优化处理,为监测装置设备衍生至更多发展领域。

2 配电网避雷器运行监测装置现状

2.1 配电网避雷器密封老化

我国电网公司对其110k V~500kv的配电系统事故加以整合,发现配电系统避雷器的累线保护水平较低,直接受到直击雷和感应雷的危害,造成部分变电站缺乏电网安全和供电可靠性的实际保障。对于配电网避雷器密封老化相关问题,10kv配电系统具有高电阻特性,生产制造商使用的密封材料性能有待改善,当遇到温差剧烈变化或使用寿命达至极限时,电力设备内部构造出现密封不良问题,直接造成内部绝缘壁损毁或电阻片裂化,受到雷电冲击从而引起爆炸。由于氧化锌避雷器具备理想伏安特性(非线性),如果没有处理好内部密封问题,及其容易出现续流压力差值过大,导致内部过压高电阻交流电流通受到阻碍,不利于避雷器充分发挥防雷性能。

2.2 电阻片抗老化性能较差

在配电网避雷器运行后期程序中,内部电阻片出现劣化问题,泄漏电流突变上升,从而造成瓷套内部放电,导致避雷器使用程序混乱和内存温度过高,监测雷电性能降低,阻碍预防工作顺利进行。当避雷器内部供电不足时,内部电力系统会出现“单相接地”现状,如果内部出现温度过高和气体压力过大的情况时,最坏情况可能直接导致避雷器爆炸,造成电力设备监测系统瘫痪。避雷器作为防雷装置,在保护设备间隙和内部绝缘方面具有重要作用,如若电力设备监测系统出现问题,对后期电力运行装置系统会存在实际问题,高电阻电流交接和无间隙限制都有可能出现严重阻力,提高电阻片内部抗老性能在所难免。

2.3 避雷器抗冲击能力不强

对于配网避雷器在线监测装置设备而言,设备内部运行状态和实际维护情况对预防雷击跳闸具有重要影响,也是构建智能化电网的实际基础保障。但在避雷器正常运行中,长期受到工频电压影响会导致绝缘老化问题,其中对电阻片的冲击能力具备严格制作要求,以便能够防御电压过大和雷电直击等现状。MOA非线性阀片对其耐受冲击能力非常敏感,避雷器工艺质量控制稍微出现偏差,在电压能量直线冲击时,电阻片及其他构造设备较易损失其技术稳定性,造成故障点事故频发,对配电网系统安全运行具备内在隐患。并且,在进行两次或多次避雷器在线监测设备预防性试验时,如果不能强化承受方的冲击性能,也会导致内部设备构造电阻电压问题。

2.4 避雷器高次谐波较严重

在室外工作的配电避雷器较易接触到外部环境污染物,对瓷套表面形成污闪现象,致使表面电流持续不均匀分布特点,影响电网的高次谐波值比例。避雷器内部电流经过电阻片会呈现1~3数量级升降现象,通过升温加热使其吸收电压电能供给,对电阻片非线性产生限制阻力作用。对于大吨位整流变频设备、轧钢冲击负荷设备,非线性电阻片通过正弦电压作用,裂化电阻片使用速度加快,出现奇次谐波影响问题,从而再次造成电网系统高次谐波数值超出极限,对电阻片和电阻特性具有负面通用作用,限制电网设备安全运行状态。

3 对改进配电网避雷器状态监测装置的建议

3.1 优化在线监测精度网络设计

在配网避雷器状态指示器运行情况下,泄露电流阻性主要用来分辨6~10kv金属氧化物避雷器损坏程度,当出现设定阀值超出原有电流阻性量性时,其运行监测状态完成警示工作。对于配电网避雷器在线监测装置设备运行问题,可从其监测精度网络设计方案入手,优化避雷器的数据传输技术和通信可靠方式,实现避雷器实时监测运行状态。我国避雷器在线监测系统设备多处于户外环境,工作环境条件较差,对在线监测通信系统具有较高的要求限制,需要提高其反应性能(对雷电冲击速度要求),尽量选择超轻型和物质构造及小的设备材料,保障可靠性、实时性和抗干扰能力;在避雷器在线监测装置设备系统中,光纤通信、电力无线载波通信和高传输率通信都已被普遍采用,需要对其制定具体实施设计方案,将面向用户服务的配电网输电线路建设纳入其中,利用GPRS和CDMA通信方式,注重避雷器的数据传输、运行设备和组网技术,实现在线监测系统对其电网通信优化。武汉中融科技有限公司素来以配电网科研工作为发展方向,在国内对MOA在线系统研究处于领先水平,在设计高精度网络通信方面制定了优秀方案,为我国电力公司提供硬件平台和实验项目研究条件。

3.2 选择合适监测阀值决策算法

对于配网避雷器在线监测系统,对其进行计算分析以选择合适的阀值定位,也是特征信号处理技术的关键所在。在LCD-4监测仪器对三相氧化锌避雷器研究中,对避雷器监测运行环境和过程恶化机理进行深入分析,对其现场实验录波数据予以处理,得出阻性电流对在线监测设备运行具有重要干扰能力,可利用合适传感器对其完成高精度测量工作,决策算法为其提供了根本监测基础条件。在A/D精度和DSP芯片技术中,先进的特征信号测量技术也成为提升避雷器在线监测运行设备的关键因素,结合单判据阻性电流在线监测优势和缺陷,利用先进避雷器状态监测工具了解具体的温度、电压和电流变化情况,为电网电力设备提供安全运行机制保障。除监测运行状态了解问题,对避雷器在线监测中断测量和计算也需要应用与电网子站系统控制空心,从而开展检修和防御工作。

3.3 处理样品实验硬件布置设计

为适应电阻片遇到特殊情况的电流电压变化,对MOA在线监测系统需要实行微功率监控技术,利用串口对其进行分析计算。当避雷器出现阀值下发管或二极管闪烁现象时,对置于下部的指示工具进行恒定电压处理,将微功率信号串联至无线数据传输模块中,对最终信号接受主机进行数据对比和分析,以便工作人员发现避雷器运行突发状态。在设计避雷器样品实验硬件布置方案时,结合工业遥控或自能遥测技术,将其微功率通信发射范围控制在10dbm之内,实际传输距离不超过350m,对其转换信号实行9孔串行PC接口方式,通过接口芯片MAX对下位微功率型无线数据传输进行整合,最后通过传输信号对其传递至控制主机中,对避雷器内部阻性电流的设定阀值实现报警预示工作。

3.4 发展新型在线监测终端功能

在配网避雷器在线监测运行中,终端功能选择逐渐转变为自动化和集成化,对内部构造的电流电压监测信号具有辅助作用。为此,但配电网过电压防护出现故障问题时,对过电压误动防护进行单性接地运行处理(不超过2h),保证泄露电流不会出现增大问题;在监测避雷器的运行状态时,对其缺陷问题予以处理和检修工作,增加防雷性能和检修效率。在信号传感、通信接口和安装调试扥维护问题方面,对MOA表面泄露电流进行集成处理,防止终端功能因阻力电压而出现突出情况。上海桑博电子科技有限公司采用STR-18型无线数据传输模块,对避雷器运行情况的阻性电流、温度变化和电网工况进行记录储备工作,以实现避雷器在线监测运行状态的综合处理分析,也是解决在线监测终端选择功能的重要途径。

4 总结

综上所述,我国配电网避雷器运行状态装置设备对维护电力系统安全运行具有重要作用,在“密封老化”、“抗老化性能”、“冲击能力”和“高次谐波”等方面还存在问题,需要不断优化精度网络通信方式和选择合适阀值决策算法,为样品硬件布置和监测终端功能提供发展条件,以实现避雷器实时监测优势。从避雷器的终极工作效益来看,改进预防性试验工作要求,利用科学合理的试验手段,对雷击跳闸安全隐患问题具有实际成效,在电网发展中具备巨大的经济效益和广泛的应用情景。

参考文献

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[2]关绍鹏.10k V配电网运行常见故障及解决措施[J].电子制作,2016(07):58-59.

[3]秦毅,王明惠,王猛.配电网可靠性与重要电力用户停电损失相关研究[J].科技尚品,2015(07):17+21.

电能计量装置异常状态研究 篇9

关键词：电能计量,异常状态,监测方法

0 引言

确保电能计量数据的准确性、完整性和可靠性, 是电力企业加强对上下游产品的监控, 维护自身经济利益的核心任务。作为与社会经济建设和人民生产生活息息相关的重要能源产品, 电能历经发电厂生产到输电线路输配送, 最后由电力企业出售给用户的过程。在此过程中, 能否对电能进行可靠计量将直接决定电能产品在生产、输配送和消费等各个环节的经济利益是否得到了公平的体现。此外, 电力营销系统的决策支持以及用电需求侧管理, 同样需要电能计量工作的参与。但目前由于电力系统扰动、计量装置故障、人为窃电等因素造成的电能计量装置异常问题一直没有得到充分重视。电力企业往往由于电能计量装置异常使得电能计量值低于实际售出的电能而遭受巨大的经济损失。

1 电能计量表分类及传统监测手段分析

1.1 电能计量表分类

根据工作原理的不同, 电能计量表一般可分为感应式、静止式和电解式3大类。其中, 感应式和静止式主要用来测量交流电能。由于测量原理和结构上所存在的一些制约因素, 感应式电能表的精度和功能扩展等方面都存在不足。而静止式电能表则通过将交流功率转换成数字量或脉冲然后再对其进行数据处理的方式, 具备了测量精度高、过载能力强、可测频带宽、线性度好、功耗低、功能扩展容易、体积小以及重量轻等诸多优点, 在电力系统中得到了广泛的应用。

根据转换方式的不同, 静止式电能计量表又可分为热电变换型、模拟/数字变换 (ADC) 型、霍尔乘法型和时分割乘法型等类型。其中, ADC型电能计量表在精度、启动电流、频率响应和功能扩展等方面具有诸多优势, 已成为电能计量表研究领域的新热点。

1.2 传统电能计量监测手段

传统电能计量监测工作包括抄表和稽查2个环节, 主要依靠人力进行。抄表是由抄表人员定时对电表计量状况和计量装置的不正常情况进行检查和记录, 这是营销部门日常进行的工作;而稽查是由用电稽查人员和农村电工等进行的, 根据相关部门的规程要求对电能计量状况进行的专门的稽查活动, 执行用电监察和电量追补等任务, 是对日常电能计量监测工作的补充。但是, 随着电力系统不断扩大和电能计量装置数量的急剧增加, 以及电力行业市场化改革日益推进, 这种人力电能计量监测方法已表现出越来越多的弊病, 很难适应形势的需求, 例如: (1) 由于完全依赖人力, 这种电能计量监测方法信息化程度很低, 难以对电能计量装置的异常状态迅速作出反应。特别是难以及时发现和查证人为窃电问题, 反窃电工作有四难———进门难, 取证难, 定量难, 执行难, 这是金华电业局从事监察工作的人员普遍反映的问题[1]。 (2) 由于对抄表和电力稽查人员的约束机制不足, 一旦抄表和稽查人员工作不得力, 甚至直接参与违法活动, 就会直接导致对电能计量状况作出错误的评估和判断。以金华电业局为例, 在2010年9月采取干部轮流带班抄表活动后, 1个月之内多抄的电量即达数百万千瓦时[1]。

2 电能计量装置异常状态分类及原因

2.1 异常状态的分类

(1) 可分为计量装置损坏和电能计量异常2类, 如电能表损坏、设备铭牌损坏、互感器损坏、计量柜铅封损坏、不计电量或电能表少计等异常状态都属于这2类, 这是按照发生异常的直接后果来分类的。

(2) 可分为计量电流异常、计量电压异常、相关开关量 (信号) 异常、功率因素异常、线损率异常和日 (月) 累计电量异常等数种异常状态, 这是按照异常的技术表征来分类的。

(3) 按照异常发生的原因, 可分为非人为异常和人为异常2类, 由于计量装置故障和系统扰动造成的异常以及人为过失和异常窃电行为造成的异常都属于这2类。

(4) 按照发生异常的位置, 可分为电能表内部异常、计量回路异常和计量柜异常等, 如电压、电流互感器二次异常、计量电压和计量电流回路异常等都属于这3类情况[2]。

2.2 异常原因分析

一般来说, 计量装置异常主要是由系统干扰、计量装置故障以及人为窃电造成的。其中, 人为窃电是最常见也是造成最为恶劣影响的原因。

(1) 系统干扰分析。在电力系统中, 电力谐波的存在不可避免地对计量装置产生干扰, 致使其误差增大, 进而影响到电能的正确计量。电力系统中大量的非线性负荷和电力电子设备在运行过程中成为了巨大的谐波源, 不仅对电力系统造成污染, 同时还引起了电能计量设备 (主要是感应式电能表) 的计量误差。由于感应式电能表的设计只能保证其在工频附近很窄的频带范围内的工作性能, 是按基波情况考虑的, 一旦其工作在谐波状态下, 就会产生较大误差[2]。

(2) 计量装置故障。电能表故障、互感器故障和计量回路故障等能够造成的最严重的后果就是装置本身完全无法工作, 但是这种情况是比较少见的。通常情况下, 计量装置故障是由于计量装置的配置不合理、生产质量较差或者长期运行在恶劣工况下而逐渐形成的, 其最常见的后果就是导致互感器误差、电能表误差、PT二次回路压降引起的误差等计量装置综合误差不断增大。正常情况下, 计量装置综合误差对计量准确度的影响比较小, 它主要取决于设计和制造水平, 其值是一定的。但如果有计量装置发生故障, 其综合误差就可能变得很大, 从而严重影响计量的准确性[2]。

(3) 人为窃电。窃电会导致电能计量设备异常, 使计量装置少计或不计。窃电行为危害极大:1) 造成电力供需矛盾日益突出, 扰乱正常的供用电秩序;2) 诱发大量民事纠纷, 成为社会一大不稳定因素;3) 极易引发火灾、损坏电器乃至造成人身伤亡事件, 最后危及社会公共安全和人民群众生命财产安全;4) 轻则烧毁变压器, 重则造成大面积停电危及电网安全稳定运行;5) 使国家蒙受重大经济损失[3]。

3 电能计量装置异常状态监测方法

3.1 计量电流 (电压) 、功率因数异常监测

对计量电流 (电压) 的监测指标包括:相电流 (相电压) 、负荷功率因素、相电流 (相电压) 突变量、断路器位置、三相不平衡电流 (电压) 等。

计量电流 (电压) 异常监测的步骤: (1) 电能表内部电流回路检测元件动作; (2) 相电流高于额定电流15%, 相电压低于额定电压70%, 经长延时未恢复;功率因素值异常, 经长周期未恢复; (3) 相电流 (电压) 、功率因素突变量越限; (4) 无断路器分闸及检修信息; (5) 三相不平衡电流 (电压) 越限, 经延时未恢复。

当以上条件成立时, 即可判断发生计量电流 (电压) 、功率因素异常。

3.2 开关量 (信号) 异常监测

当计量装备中某些开关量 (信号) 如电能表内部电流回路检测信号、电能表自检错误信号、计量柜监视继电器信号等变位或发出时, 即可判断发生了与其相对应的异常。

3.3 宏观状态量异常监测

只有对负荷变动、负荷性质、运行方式等宏观因素进行分析研究, 才能准确地判断出日 (月) 累积电量和线损率等宏观状态量是否出现异常。一般来说, 在系统条件基本不变的情况下, 线损率、母线不平衡率、变损率越限, 即可判断为相应状态量异常;负荷曲线异常、负荷日 (月) 累积电量变化值越限, 经长周期未恢复, 即可判断为其发生异常。

3.4 防窃电监测方法

金华电业局目前主要通过电力负荷现场管理系统和独立的开箱报警 (断电) 装置来实现对窃电行为的监测。不管是哪一级的负荷管理系统, 都具备了对电能计量装置现场运行情况进行在线自动监视和集中管理的功能。系统所具备的这些功能, 一旦发生异常情况, 就能及时响应并给出相应分析, 为查处窃电行为提供综合分析和数据支持。此外, 金华电业局还通过在计量箱 (柜) 的门与箱体部位加装门电路传感器, 控制继电器来实现对用户开箱断电、开箱记忆和开箱报警功能。计量箱门关闭, 继电器常闭触点闭合, 电路无脉冲发出, 一旦打开, 继电器常闭触点断开, 控制线路会接收到门电路发送的异常脉冲, 信号经放大后控制开关继电器断电, 用户无法自行恢复供电[3]。

4 结语

电能在传输过程中的经济结算数据均来自电能计量装置, 随时掌握电能计量装置的工作状况, 第一时间发现其异常状态并及时消除异常, 保证电能计量装置的正常工作, 就显得尤为重要。因此, 电能计量装置状态异常监测问题越来越受到人们的重视。但原有的电能计量监测方法已不能适应时代需求, 本文针对这种现状提出了相应的监测手段, 具有很强的实用性。

参考文献

[1]吴会辉, 张永明.江西反窃电道路依旧漫长[J].中国电业, 2004 (3) :68～69

[2]叶晓波.浅议电能计量装置异常状态[J].中国高新技术企业, 2010 (15) :91～92

继电保护装置状态检修初探 篇10

关键词：电力系统,继电保护,状态检修

继电保护装置在电力系统中具有独特的地位和作用, 一旦电力系统出现故障, 全靠它快速准确地将故障隔离, 防止事故进一步扩大, 保证事故以外的电力设备正常运行。继电保护装置进行“状态检验”, 其基本思路是依据继电保护装置的“状态”安排检修和试验, 基准点是继电保护装置的“状态”。继电保护装置检验在实际操作过程中存在较大的难度, 需要长期的经验积累才能准确判断电力设备的“状态”。

1 继电保护装置状态检修概述

设备检修体制是随着科学技术的进步而不断演变的, 由事后检修故障检修发展到预防性检修, 预防性检修主要有两种模式, 以时间为依据的检修, 预先设定检修工作内容与周期的定期检修, 或称计划检修和以可靠性为中心的检修。状态检修, 也叫预知性维修, 顾名思义就是根据设备运行状态的好坏来确定是否对设备进行检修。状态检修是根据设备的状态而进行的预防性作业。状态检修以设备当前的工作状况为检修依据, 通过状态监测手段, 诊断设备健康状况, 确定设备是否需要检修或最佳检修时机。状态检修的目标是减少设备停运时间, 提高设备可靠性和可用系数, 延长设备寿命, 降低运行检修费用, 改善设备运行性能, 提高经济效益。

继电保护装置是指当电力系统中的电力元件 (如发电机、线路等) 或电力系统本身发生了故障或危及其安全运行的事件时, 需要向运行值班人员及时发出警告信号, 或者直接向所控制的开关发出跳闸命令, 以终止这些事件发展的一种自动化措施和设备。电力设备安全是电力系统的一个永恒主题, 在电网发展日益庞大, 用户对电力可靠性的要求越来越高。对传统的继电保护装置来说, 它不提供自检或状态监视的功能, 因此需要严格执行定期检修, 以发现保护装置潜在的缺陷或故障, 减少误动或拒动的几率。在其元器件已选定的条件下, 可靠性的提高在很大程度上依赖于最佳检修周期的确定。如果不管设备的状态如何, 只要到期就修, 不仅加重了现场的劳动强度, 而且对设备的健康、供电的可靠性和人身的安全未必有好处。状态检修是建立在设备状态有效监测基础上, 根据监测和分析诊断的结果安排检修时间和项目, 主要包含设备状态监测、设备诊断、检修决策三个环节。状态监测是状态检修的基础, 状态监测是设备诊断的依据, 检修决策就是结合在线监测与诊断的情况, 综合设备和系统的技术应用要求确定具体的检修计划或策略。因此, 实行状态检修将成为保护继电设备的一种必然的选择。

2 实施状态检修原则

2.1 保证设备的安全运行。

在实施设备状态检修的过程中, 以保证设备的安全运行为首要原则, 加强设备状态的监测和分析, 科学、合理地调整检修间隔、检修项目, 同时制定相应的管理制度。

2.2 总体规划, 分步实施, 先行试点, 逐步推进。

实施设备状态检修是对现行检修管理体制的改革, 是一项复杂的系统工程, 而我国又尚处于探索阶段, 因此, 实施设备状态检修既要有长远目标、总体构想, 又要扎实稳妥、分步实施, 在试点取得一定成功经验的基础上, 逐步推广。状态检修的实施可先从实施设备点检定修制和检修作业标准化、规范化入手, 全面落实设备管理的责任制, 规范、完善检修基础管理, 强化检修质量管理, 提高设备健康水平, 保持设备处于良好水平, 这样就可以从思想上、制度上、人员上、技术上为全面实施设备状态检修奠定良好的基础。在实施过程中, 也要注意及时总结经验, 必要时可调整规划。

2.3

充分运用现有的技术手段, 适当配置监测设备。

3 继电保护装置的“状态”识别

继电保护装置在电力系统中通常是处于静态的, 只有在电力系统故障或异常时, 才会根据检测到的系统故障或异常的电器参数而启动, 然后通过自身的逻辑回路加以识别, 灵敏地、可靠地、有选择性地将故障快速切除或给出相应警示, 这一动作时间往往只有几毫秒到几秒。操作人员对继电保护装置状态的了解, 一般是对它静止状态的了解, 如果电力系统无故障, 保护装置不动作, 对它动作特性的了解就无从谈起。在电力系统中, 需要了解的恰巧是继电保护装置在电力系统故障时是否能快速准确地动作, 即要把握继电保护装置动态的“状态”, 而继电保护装置的动态特性只有在以下3种情况下才能表现出来;设备故障保护动作;保护装置误动;继电保护装置试验和传动。因此, 根据对继电保护装置静态特性的认识, 对其动态特性进行判断显然是不合适的。因此, 通过模拟继电保护装置在电力事故和异常情况下感受的参数, 使继电保护装置启动和动作, 检查继电保护装置应具有的逻辑功能和动作特性, 从而了解和把握继电保护装置状况, 这种继电保护装置的检验, 对于电力系统是很有必要的和必须的, 而且需要定期检验。

4 继电保护装置的定期检验

实行状态检验以后, 为了确保继电保护和自动装置的安全运行, 要加强定期测试, 所有集成、微机和晶体管保护要每半年进行一次定期测试, 测试项目包括:微机保护要打印采样报告、定值报告、零漂值, 并要对报告进行综合分析, 做出结论;晶体管保护要测试电源和逻辑工作点电位, 现场发现问题要找出原因, 及时处理。继电保护装置的“状态”并非无规律可循, 只要我们换一个角度去考察, 对继电保护装置的逻辑功能以及它的灵敏性、可靠性、选择性和速动性进行分析判断是可行的。继电保护装置的考察, 要运用统计学原理去分析和研究, 应放在一个较大的背景下进行, 例如, 可从其制造特性和运行特性两个方面去研究。

5 状态检修的经济性要求

状态检修的一个重要特点就是依靠技术经济分析进行决策。有针对性地按项目和诊断结果的检修取代了以往的带有盲目性的强制计划检修, 其结果是减少了不足维修带来的强迫停运损失和事故维修损失, 减少了过剩维修, 提高了维修工作的效率, 增加了设备可用率, 节约了大量检修费用。在状态检修的实践中, 没有经济效益的技术是不适用的。解决这个问题的办法除了研究更加廉价的技术手段外, 必须发挥人的力量, 更加有效地采用管理的手段, 使检修决策工作能够适合实际的需要和可能。。

几十年来, 我国在继电保护装置的维护和检验方面, 积累了较为丰富的经验, 特别是常规保护方而做得很好, 各种运行和检验规程都很系统和完善, 检验周期也较为合理。但随着新技术的不断开发和应用, 也出现了一些新情况和新问题, 有待进一步研究和解决。电气二次设备状态检修是电力系统应用发展的必然, 微机保护自诊断技术的使用使设备的状态监测技术上具备了实施的基础, 同时, 由于某些保护具有的PLC功能使得保护的有效监测范畴可以拓展到装置以外的回路中去, 这为有效地监视保护系统的相关回路提供了可能, 或者说从保护装置的检测拓展到相关回路的检测, 从而使继电保护的状态检修具备了实施的基础。保护的状态监测将有助于对设备的运行情况、缺陷故障情况、历次检修试验记录等实现有效的管理和信息共享, 并为设备运行状况的分析提供了可靠的信息基础, 将有助于合理地制定设备的检修策略, 提高保护装置的可用率, 为电网的安全运行提供坚实的基础。

参考文献

状态监测装置 篇11

【摘要】随着电力的使用和普及，其已经成为我国使用最广泛的能源，其使用便捷且环保的作用，得到人们的大量使用。如今人们在生活、工作中都离不开电力的良好供应。为了使人们能够得到良好的电力使用条件，需要实时对电压合格率进行监测，保证电力供应的正常性和电气设施的安全性。本文主要分析了电能计量装置实现电压合格率监测的作用，阐述了电能计量装置实现电压合格率监测的优势及展望，并针对电能计量装置改进技术及监测措施进行了研究和探讨。

【关键词】电能计量装置；电压合格率；监测措施

改革开放以来，我国人民的生活质量得到明显提升，特别是如今人们的用电设备越来越多，对用电量及用电质量的需求越来越高。电力企业为保障人们能够良好的用电，并使电力设施安全运行，需要实现对电力质量监测。电压合格率监测是判断电能质量主要方式。目前我国平电力企业实现对电压合格率监测是采用电压监测仪，该仪器并不能准确有效的展现电压合格率。因此本文主要对电能计量装置进行了研究，探索出一种能够准确反映电压合格率的装置。

一、电能计量装置实现电压合格率监测的作用

为了能够迅速了解电气设施、用户用电质量等，电力企业需要能够尽快查看到电能质量。电压合格率作为反映电能质量的重要指标，实现对其的监测，则能够反映电能的质量。目前我国最常使用的电压合格率监测装置是电压监测仪，其将监测的电压数据自动上传至管理系统，随后经过管理系统的统计和计算，分析出结果。然而由于电压监测仪的统计结构易受到主观因素的影响，因此其不能够准确有效的反应电压合格率，即不能判断电能的质量。

二、电能计量装置改进技术及监测措施

虽然目前我国运用的电能计量装置已经比较强大，然而其在电压合格率监测方面的功能尚不完善，因此需要加强对电能计量装置的改进。本文主要结合《电压监测仪使用技术条件》、电量监测功能、电压合格率监测功能，《电力用户用电信息采集系统》等相关条件，加强对电能计量装置的改进。要实现对电压合格率的监测和统计，其主要监测内容为缓慢变化电压、电压有效持续时间等，根据测量电压合格率的所需要条件，电能计量装置主要要加强数据信号处理和远程数据传递等技术，将所采集到的数据通过数据信号处理后，通过远程数据传递技术将处理后的数据传递至统计系统和数据存储器。一般电能计量装置主要包含有电压传感器、信号调整电路、数据信号处理、数据存储器等。本文主要针对电能计量装置实现电压合格率监测功能的实施方法进行了分析。

（一）电能计量装置参数

根据研究和查看相关要求发现，电压合格率需要监测的内容越上限电压、越下限电压、硬件时钟时间校对等，因此电能计量装置首先要将电压合格率所需参数设置至相关系统中，当电能计量装置投入运用中，电能计量装置就会实现对各类参数的监测。

（二）电能计量装置数据记录

电能计量装置投入使用后，电能计量装置的采集系统将采集的数据通过数据信号处理系统进行处理，随后该系统将处理好的数据，结合其他数据进行统计和分析，最后将形成的统计结果传递到数据存储器。电能计量装置会定时或根据操作要求，将所统计的数据结果传递了电力系统中。电能计量装置采集系统每秒会采集一次数据，对数据的处理和统计大概每分钟一次。数据存储器对统计结果的统计，分为日、月、年等多种类型。其中所记录的结果还包括电压最小值、整点值等。电压合格率单户统计公式如公式1。

（三）电压合格率传递

电能计量装置会将监测后的结果即相关数据传递到主站系统，主要包括越上限市场、单户合格率等数据。电能计量装置有远程传递的功能，其主要是通过GPRS通信模块实现数据的远程传递。某公司已经实现利用电能计量装置监测电压合格率，并在其外观上设置了查询功能，可以实现对电压合格数据、电压极值数据等查询。

（四）采集系统主站监测

在电能计量装置上升级电压合格率监测系统，无需另外建立监测主站，只需在采集系统主站上实现对电压合格率监测和统计。采集系统主站通过所采集的数据、接收的数据、储存的数据等，实现对电压合格率的监测和统计。其中平局电压合格率计算公式如公式2。

三、电能计量装置实现电压合格率监测的实际应用

为了确定电能计量装置实现电压合格率监测的实际作用，本文主要针对某地电力企业的设置了多个电能计量装置电压合格率监测点。其中C类电压监测点有20个，D类电压监测点有50个。为了监测的便捷性，直接根据C类和D类的分布情况进行检测。电能计量装置主要通过GPRS实现数据的双向传递。表1为2015年4月D类电压监测点所监测的结果。电能计量装置监测电压合格率能够实现准确监测，同时还可以实现对线路电压的监测。

四、电能计量装置实现电压合格率监测的优势及展望

通过上文对电能计量装置的改进技术分析以及实际运用分析，可以发现利用电能计量装置监测电压合格率含有一定的优势。随着智能电表的推广和普及，几乎家家户户都使用智能电表进行电量采集，而要想实现利用电能计量装置对电压合格率的监测，只需要对该装置进行简单的升级，智能电表本身就存在数据信号处理和远程数据传递的功能，在智能电表中加入采集相关参数以及其他应用的设计，智能电表就可以代替电压监测仪的作用，成为全新的电压监测仪。传统的电压监测仪容易受到主观意识的影响，导致监测结果的准确性不够高。而电能计量装置所采集的数据、以及对数据的处理和统计后的结果，受到多个方面的监督，因此其很难受到人为因素的因素，致使所监测的电压合格率更加真实和准确。电能计量装置是根据《电力用户用电信息采集系统》的规范和要求进行设计，能够利用原本的主站系统实现相关数据的传输和统计，不需要在另外设置系统。运用电能计量装置，操作人员可以对任意电压监测点进行实时监测数据传递，从而促进电力企业对电压进行改善，保障人们用电的质量。

电能计量装置主要包括智能电表、配变监测终端等，其都具有数据信号处理功能和远程数据传递功能，在电能计量装置中加入电压监测功能的技术已经比较完善，因此可以加强电能计量装置监测电压合格率的推广。

结束语

综上所述，随着我国用户的逐渐增多，用户对用电量和用电质量的要求逐渐增高。电力企业为了保障用户的用电质量及用电设施的安全，通过对电压合格率的监测，实时了解电能质量。然而传统的电压监测仪受到多种因素的影响，其检测结果并不能真实反映电能质量。通过上述分析可知，电能计量装置在其数据信号处理和远程数据传递等功能的基础上，加入电压监测功能，能够有效实现对电压合格率的监测。

参考文献

[1]刘晓华，欧盛，詹清华.计量自动化等生产系统用于电能质量监测可行性研究[J].电气应用，2012，17：22-26.

[2]张莉，郭东东.在线监测三相电子式电能表运行状况的分析[J].内蒙古科技与经济，2012，23：80-81+85.

[3]林海雪.电能质量国家标准系列讲座第1讲供电电压偏差标准[J].建筑电气，2011，04：3-9.7

温度监测与报警装置设计 篇12

设计的该项“温度监测与超限报警装置”能满足绝大多数冷库的改造, 以符合法规认证的要求。

同时该装置也适用于-10~80℃温度范围内实验室、冷库、冷柜、机房、老化房、建筑材料等环境的温度监测与超限报警。

1 项目需求与关键性能指标

供电方式:交流220V供电, 装置供电与冷库供电需独立

温度监测范围:-10~50℃ (≤精确度1℃)

温度采样时间间隔不大于1min

温度传感器:热电阻或铂电阻

温度显示:装置可显示温度值

温度记录方式:温度实时记录, 并通过RS232端口实现远程PC监测

报警条件:超过预设温度上下限时报警

报警方式:声光报警

外部接口:可接驳消防控制系统或者多点报警

带报警延迟功能

可同时监测3~6台设备或温度点

便于现场安装固定

2 设计思路与方案选型

2.1 设计思路 (如图1所示)

(1) 选用模块化温控仪, 需具备三种功能:温度值显示;温度上下限设置;超限报警控制

(2) 温度传感器将采集到的温度信号传送给温控仪, 温控仪实现当前温度值数字显示

(3) 温控仪与PC连接, 实现温度值的适时监测显示

(4) 温控仪当检测到温度值操作设定上下限值时, 给出“报警控制信号”

(5) 报警控制器接收到“报警控制信号”后, 控制声光报警器报警

(6) 通过外部端口, 可实现多个温控仪输入和多个远程报警器

2.2 设计方案与温控仪的选型

2.2.1 设计方案一

设计说明:

1) 温控仪选用“OMRON E5C2系列工业温控表” (见附件一)

2) 每一个设备 (温控点) 使用一套温控装置, 可以直观显示当前温度值

3) 一台电脑监测多台温控仪 (需采用RS-485接口) , 利用labview自编软件, 在一个窗口监测多个温控点

4) 当任一套温控装置温度超标时, 现场装置声光报警, 同时通过“报警控制集线器”控制保安岗亭的声光报警器进行报警提醒。

2.2.2 设计方案二

设计说明:

1) 选用的“泽大ZDR-31b智能温度记录仪”温控仪需具备可同时监测3路温度传感器 (见附件二)

2) 通过一台电脑监测6路温度传感器, 或者两台电脑分别监测3路传感器, 借用购买的仪器配套软件实现温度适时监测

3) 当任一套温控装置温度超标时, 通过报警控制集线器控制现场和保安岗亭的声光报警器同时进行报警提醒。

2.2.3 设计方案对比与方案确定 (如下表1)

1) 设计方案一:

优点:现场温度查看、温度报警区域识别更直观, 自行开发软件可更加人性化

缺点:硬件成本高, 人力投入工作量大

2) 设计方案二:

优点:硬件成本低, 人力投入工作量小

缺点:温度超限报警后, 需查看温控表确认报警区域

3) 在满足设计需求的基础上, 从易于实现和成本角度, 最终选择“设计方案二”。

3 详细设计报告

3.1 设计原理 (如图4所示)

3.2 温度控制仪参数说明

型号:ZDR-31B

生产厂商:杭州泽大仪器有限公司

技术参数:

测量范围:温度:-40~100℃

测量精度:温度:±0.2~0.5℃

记录容量:7420~30900组

记录间隔:2s~24h连续可调

通讯接口:RS-232

功能说明:

(1) 全程跟踪记录温度数据, 记录时间长 (15min记录一次数据, 可记录长达3个多月甚至更长的时间) 。

(2) 整机功耗小, 使用锂电池供电 (也可采用外接电源供电) , 电池寿命可达一年以上。

(3) 记录实验室、冷库、冷柜、机房、建筑材料等环境中的温度参数的变化, 可以随时记录下载, 下载的数据可以做成WORD或EXCEL文档, 方便研究或上级单位的检查。

(4) 软件有中英文两种版本, 可任意选择, 英文版具有国际通用性。

(5) 软件功能强大, 显示整个过程的最大小值及平均值, 数据查看方便。

(6) 可另配数据拼接软件, 将每次下载的数据曲线连接成完整的曲线。

(7) 记录时间间隔从2s~24h任意设置。

(8) 体积小, 操作简单, 性能可靠 (适应恶劣环境, 失电时不丢失数据) 。

(9) 可由自己设定温度的上下限;超限, 报警器自动报警 (报警器可放在办公室或值班室) 。

接口定义:

(1) 串行输出端口接口定义

输出接口:DB9公头

(2) 报警器输出端口接口定义 (参照下图所示)

温度记录仪内部CPU控制信号通过一个mos管驱动输出, 需要外部提供电源。电源输入端串接一个二极管作为电源保护。Vin电压取值公式如下:

Vout=Vin-VD (VD≈0.5V)

根据自带的报警器推荐control output (Vout) 信号在3.2V左右, 故选用3.7V电源输入。

3.3 报警控制集线器的设计

3.3.1 报警控制集线器设计要求

1) 提供3.7V电压输出, 电流>100m A

2) 可提供2路及以上“温度控制仪”报警控制信号接口

3) 可输出2路及以上报警开关控制信号 (控制电压AC220V, 电流500m A)

4) 具有自检功能

3.3.2 报警控制集线器原理图设计

1) 电源原理设计说明

LM317器件性能参数:

(1) 输入电压12~30V

(2) 输出电流超过1.5A

(3) 输出电压在1.2V和37V之间可调

典型应用与器件取值:

根据IC资料, 得到:

取:Vss=3.7V, R1=220Ω时,

算得:R2≈431Ω

故:R2取500Ω~2KΩ可调电位器均可

电路说明:

CB1和CB2是两个跳线帽, 用于电路调试, 检修使用。

C1和C2用作电源高频滤波, 减少网电源干扰。

2) 输入电路原理设计说明

ULN2003器件性能参数:

输入电压:Vin (ON) 2.8~24V (满足温度记录仪control output输入电压3.2V的需求)

Vin (OFF) 0~0.7V

输出电压=VCC:0~50V

电路说明:

R3、R4为下拉电阻, 在J2空置情况下, 保证U3 (ULN2003) 输入端处于低点位 (≈0V)

S1、S2为报警自检开关, 在开关闭合状态下, 模拟报警控制信号输入。

3) 输出控制电路原理设计说明

Omron G3R-202PN-DC12继电器参数说明:

额定电压:DC12V (DC9.6~14.4V)

绝缘方式:光电三端双向可控硅开关

适用负载:2A AC110~240V*2

电路说明:

D1、D3反向并联在继电器线圈两端, 用于提高继电器关断速度

R5、R6为D2、D4发光二极管限流电阻, 通常取300Ω左右, 电流在40m A左右。

ID= (VCC-VD) /R

4) 报警控制集线器PCB设计

Rule Followed By Router (布板规则)

Clearance Constraint (间隙) :40mil

Width Constraint (线宽) :40mil

因为J4端口控制的是AC220V电压, 继电器到J4端需要独立布线, 并且用热熔胶覆盖。

5) 报警控制集线器调试方案与测试结果

4 装置统调方案与测试结果

4.1 装配接线图

4.2 物料清单 (略)

4.3 装置统调方案与测试结果

5 总结

我的工作是设备维修与管理, 设备改造需要掌握扎实的电子、工控、机械等多方面的专业知识, 而尤其是电子技术的应用将有效地降低设备改造成本, “温度测量与报警装置”的设计有效地将电子技术和工控技术相结合应用, 为医院创造了效益, 深受临床科室的好评, 使我的工作更具专业性。

摘要：冷库应配有自动监测、调控、显示、记录温度状况和自动报警的设备。设计的该项“温度监测与超限报警装置”能满足绝大多数冷库的改造, 以符合法规认证的要求。同时该装置也适用于-1080℃温度范围内实验室、冷库、冷柜、机房、老化房、建筑材料等环境的温度监测与超限报警。