电源监测报警装置

电源监测报警装置（通用6篇）

电源监测报警装置 篇1

一、引言

随着科学技术的发展, 广播电视发射台的功率越来越大, 对安全传输发射的要求越来越严格。根据实际运行中存在的问题, 结合自动化原理知识, 我们自主设计安装双路电源监测报警装置, 实现对供电线路的实时动态监测, 从而提高了电台供电的可靠性。

二、双路电源监测报警装置原理

图1、3中:a、b、c分别引自各路进线隔离及PT柜电压互感器 (线路PT) 二次侧A611、B611、C611;K1、K3为3P交流空气开关;YA1、YA2、YA3、YA4、YA5、YA6为电压继电器。

图2、4中:引自整流屏为装置电源;ZJ3、ZJ4为中间继电器;K2、K4为2P直流空气开关;SJ1、SJ2为时间继电器。

图5中:引自整流屏为装置电源;K6为2P直流空气开关;ZJ3-3、ZJ4-3、ZJ2-1为中间继电器常闭触点, ZJ2-2为中间继电器常开触点;ZJ2为中间继电器;SJ1-1、SJ2-1为时间继电器延时闭合触点;HR1、HR2为指示灯;DL为警铃;SB1、SB2为按钮。

图6中:引自整流屏为装置电源;K5为2P直流空气开关;ZJ3-2、ZJ4-2、ZJ1-2、ZJ-2、ZJ1-1、ZJ-1为中间继电器常开触点;YA2、YA3、YA4、YA5为电压继电器常闭触点;ZJ1、ZJ为中间继电器;HR3、HR4、HR5、HR6、HR7、HR8、HR9、HR10、HR11、HR12、HR13为指示灯;DD为警笛;SB3、SB4、SB5为按钮。

三、回路说明

1 两路电源同时正常运行时, YA1、YA2、YA3、YA4、YA5、YA6电压继电器线圈同时得电, 继电器常闭触点断开。

2 试验回路。为了实时检测、判断、检验装置工作是否正常, 确保装置实时发挥作用, 我们在装置中设计了试验按钮。在正常运行时, HR7、HR2灯亮, 作为电源指示;当按下SB3 (或SB1) 时, 电源经723 (733) →SB3 (SB1) →725 (735) →ZJ1-1 (ZJ2-1) →727 (737) →DD (DL) , 电笛 (或电铃) 报警。

3 音响消除。当线路失电或得电, 电笛或电铃报警后, 按下SB4或SB2, 电源经723 (733) →SB4 (SB2) →729 (739) 使ZJ1 (ZJ2) 线圈得电吸合, ZJ1-2 (ZJ2-2) 得电自保, ZJ1-1 (ZJ2-1) 断开使电铃或电笛失电从而达到消除音响的目的。

四、双路电源来电监测分析

双路电源来电分两种情况:

1 当某一路电源正常, 另一路电源失电后来电的情况分析

本文仅以第一路电源失电后来电, 第二路电源正常为例说明。

(1) 图2中, 第一路电源失电后, 中间继电器ZJ3线圈得电, ZJ3-1常开触点得电闭合, SJ1线圈得电, 图5中SJ1-1延时触点闭合, 为来电报警提供准备。

(2) 来电后, 电压继电器YA1、YA2、YA3常闭触点断开;中间继电器ZJ3线圈失电返回;继电器ZJ3-1常开触点断开;时间继电器SJ1线圈失电返回。

(3) 图5中, 中间继电器ZJ3-3常闭触点失电闭合, 电源经733→ZJ3-3→753→SJ1-1→735→ZJ2-1→737→DL, 警铃报警。此时, 电压继电器常开触点YA2-1得电吸合, HR5指示灯点亮, 提示第一路电源已来电 (如图6所示) 。

(4) 按下SB2按钮解除音响, 电源经733→SB2→739→ZJ2使ZJ2线圈得电, ZJ2-2得电自保, ZJ2-1断开使电笛失电, 此时, HR1告警指示灯亮。

(5) 经过整定时间后, 时间继电器SJ1-1延时触点断开 (注:时间继电器SJ1-1触点为得电瞬时闭合, 失电延时断开) , 电铃DL失电, 停止报警, HR1告警指示灯熄灭。

2 两路电源失电, 其中第一路电源来电的情况分析

本文仅以第一路电源来电分析, 第二路电源来电与此相同。

(1) 通过以上的分析, 两路电源都失电后, YA1、YA2、YA3、YA4、YA5、YA6电压继电器线圈失电, 常闭触点闭合, 中间继电器ZJ3、ZJ4线圈得电;ZJ3-1、ZJ4-1常开触点闭合, 时间继电器SJ1SJ2线圈得电吸合, 延时触点SJ1-1SJ2-1闭合 (如图2、图4所示) 。

(2) 图2中, 来电后, 电压继电器YA1、YA2、YA3常闭触点断开;中间继电器ZJ3线圈失电返回;继电器ZJ3-1常开触点断开;时间继电器SJ1线圈失电返回。

(3) 图5中, 中间继电器ZJ3-3常闭触点失电闭合, 电源经733→ZJ3-3→753→SJ1-1→735→ZJ2-1→737→DL, 警铃报警。此时, 电压继电器常开触点YA2-1得电吸合, HR5指示灯点亮, 提示第一路电源已来电 (如图6所示) 。

(4) 按下SB2按钮解除音响, 电源经733→SB2→739→ZJ2使ZJ2线圈得电, ZJ2-2得电自保, ZJ2-1断开使电笛失电此时, HR1告警指示灯亮。经过整定时间后, 时间继电器SJ1-1延时触点断开, 电铃DL失电, 停止报警, HR1告警指示灯熄灭。

五、双路电源失电监测分析

双路电源失电分三种情况:

1 当某一路电源失电, 另一路电源正常 (以第一路电源失电, 第二路电源正常为例说明, 第二路电源失电, 第一路电源正常原理与此相同)

( 1 ) 图1 中第一路电源失电, YA1、YA2、YA3电压继电器线圈同时失电。

(2) 图2中, 电压继电器YA1、YA2、YA3常闭触点闭合;中间继电器ZJ3得电;继电器ZJ3-1常开触点闭合;时间继电器SJ1线圈得电, 为来电报警提供准备。 (时间继电器的作用及触点动作情况将在来电报警回路中详细说明) 。

( 3 ) 图6 中, 中间继电器Z J 3 - 2 常开触点闭合, 电源经723→ZJ3-2→ZJ1-1→DD, 警笛报警。

(4) 图6中, YA3常开触点断开, HR5指示灯熄灭, 提示报警为第一路电源失电。

2 某一路电源失电后, 另一路电源也失电的情况, 此时如果另一路电源失电, 将出现报警拒动的情况。 为此, 我们在图5中设计了723→YA1-1→741→YA4-1→743→ZJ-1→727→DD回路, 解决了这个问题。

3 在极端情况下, 有可能出现第一路电源和第二路电源同时失电的情况 (发电厂停电)

(1) 图1和图3中, 第一路电源和第二路电源同时失电, YA1、YA2、YA3、YA4、YA5、YA6电压继电器线圈同时失电。

(2) 图2和图4中电压继电器YA1、YA2、YA3、YA4、YA5、YA6常闭触点同时闭合;中间继电器ZJ3、ZJ4线圈同时得电;ZJ3-1、ZJ4-1常开触点同时闭合;SJ1、SJ2得电吸合, 为来电报警提供准备。

(3) 图6中, YA3、YA5常开触点断开, HR5、HR6指示灯同时熄灭, 提示报警为第一路电源和第二路电源同时失电。

(4) 图6中此时应注意的是由于ZJ3-2、ZJ4-2常开触点得电闭合、YA2、YA4常闭触点失电闭合, 因此解除音响时, 应先后按下SB4、SB5两个按钮, 此时HR3、HR4告警指示灯都点亮。

六、双路电源监测报警装置小结

双路电源具有及时性、稳定性、安全性的特点, 该装置的投入将很大程度提高供电可靠性, 提高广播电视发射台安全播出能力, 对广播电视发射台安全播出具有深远意义。

摘要：供电线路运行情况的实时动态自动监测是广播电视安全播出的重要保证。本文解决供电线路突然失电、来电的情况下没有监测报警对变压器产生的冲击、对供电线路的破坏、以及发射机设备损坏甚至发生人身事故对广播电视发射台安全播出的影响。

关键词：供电线路,电源监测报警装置,实时动态监测

参考文献

[1]王国光.变电站二次回路及运行维护 (第一版) [M].北京:中国电力出版社, 2011:23-33, 266-273.

[2]国家电力调度通信中心.继电保护培训教材 (第1版) [M].北京:中国电力出版社, 2012.

温度监测与报警装置设计 篇2

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。

电源监测报警装置 篇3

运输皮带是物料短途运输的重要设备, 广泛应用于矿山、农业、食品、烟草等生产行业。皮带跑偏是运输皮带作业过程中最为常见的故障, 其危害性极大, 皮带跑偏轻则造成撒料、皮带磨损;重则由于皮带与机架剧烈摩擦引起皮带软化、烧焦甚至引起火灾, 造成整个生产线停产。所以及时、准确地检测皮带跑偏具有非常重要的意义[1]。

目前皮带跑偏检测主要的方法是使用跑偏检测开关, 即行程开关。使用时将行程开关成对安装于输送机头部或尾部, 当皮带跑偏时皮带边缘接触压迫行程开关触头产生移动触发报警。跑偏检测开关是机械式开关, 采用接触式检测方式, 当其应用于如煤矿井下等较为恶劣的生产环境时, 极易被煤尘、泥污、油泥等影响, 易发生误报、漏报等故障。因此, 跑偏检测开关的故障率较高。为保障跑偏检测开关正常工作, 需专职人员人工对开关进行定期维护, 使用的人力成本较高。

文章在于提供一种基于超声波测距的皮带检测报警装置, 是采用非接触式检测原理的、运行可靠、便于实施、维护成本低的检测运输皮带跑偏的新设备。

2 工作原理分析

超声波监测报警装置如图1所示, 主要包括超声波测距单元、人机交互单元、数据处理单元、通信单元和报警单元。通过超声波测距仪测量获得超声波测距传感器至皮带的边缘距离, 以此来判断皮带是否跑偏。基于超声波测距的皮带监测报警装置安装如图2所示。

超声波测距仪 (102) 工作原理:

超声波测距仪主要是由单片机主控模块、显示模块、超声波发射模块、接收模块所构成。超声波测距可以用相位检测、声波幅值检测、渡越时间检测。相位检测法的精度最高, 但测距量程不高, 声波幅值检测受介质影响较大, 因此, 目前超声波测距一般采用渡越时间法, 因此, 文章采用的是渡越时间法进行超声波测距[2]。

渡越时间法:利用超声波发射器向某一方向发射超声波, 在发射时刻的同时开始计时, 超声波在空气中传播, 途中碰到障碍物就立即返回来, 超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s, 根据计时器记录的时间t, 就可以计算出发射点距障碍物的距离 (s) , 即:s=340t/2。

3 具体实施方式

(1) 所述监测报警装置如图1所示实施例中, 包括:

超声波测距单元 (101) , 采用测距距离大于3米的小波束角发射接收一体化超声波测距传感器 (102) , 可采用深圳导向机电技术有限公司的KS109超声波测距模块。

通信单元 (103) , 包括输入端口 (104) 和输入端口 (105) , 数据输入端口接一超声波测距传感器 (102) 发送的测量数据, 采用I2C总线通信方式。数据输出端口将数据发送给其它设备, 采用RS485通信方式与报警单元、皮带控制设备 (如PLC) 及其它监控设备连接[3], 当皮带跑偏时发送报警信号控制皮带停止运转, 保护相关设备。

人机交互单元 (106) , 包括显示屏 (107) 和按键 (108) , 显示屏采用两行点阵型LCD液晶显示模块, 视域尺寸:60.5×18.0mm, 54.8×18.3m。

报警单元 (109) , 采用声光报警器 (110) 具有喇叭和报警灯, 实现声光报警功能, 通过RS485接口与通信单元连接通信。

数据处理单元 (111) , 处理器 (112) 用于执行数据比较处理工作, 实施时可使用MCU, 也可使用FPGA实现。

辅助电路 (113) , 除以上提到的各单元设备外, 装置还包括电源电路等辅助电路和相关元件, 为各单元设备元件提供支持, 如在煤矿井下使用下所有元件及电路应符合本质安全要求。

(2) 所述监测报警装置安装示意图参考图2。

超声波测距传感器 (203) 分别安装于位于支架 (202) 上, 位于运输皮带 (201) 两个边缘上方, 且安装高度相同, 安装高度高于物料高度, 为保证监测精度超声波测距传感器应尽量靠近皮带表面;两个超声波测距传感器中心位置连线垂直于皮带运行方向。除超声波测距单元的其他单元元件集中在装置壳体 (204) 内, 装置壳体可安装在的支架上。

(3) 监测报警的具体实施步骤如图3所示。

(301) 判断装置是否已经校准, 如未校准, 则进行位置校准 (302) , 如已校准则执行 (303) 。直接检测。

(302) 位置校准, 校准时需对位置正常的皮带使用超声波测距设备进行测量, 获得超声波至皮带的边缘距离AL和AR, 计算AL-AR, 如|AL-AR|>G, 则调整支架 (202) 倾斜度使|AL-AR|<G。

(303) 通信单元接收超声波测距仪测量获得超声波测距传感器至皮带的边缘距离BL和BR。

(304) 数据处理单元比较器通过比较实时皮带的边缘距离, 如|BL-BR|>F, 则执行 (305) , 否则返回 (303) 。

(305) 判断BL-BR是否大于零, 如大于零则皮带向右跑偏, 如小于零则向左跑偏。

(306) 装置声光报警并在显示器显示相关信息, 并向皮带控制设备发送控制信号。

4 结束语

文章利用超声波测距仪提供一种基于超声波测距的皮带监测报警装置, 采用非接触式检测原理, 运行可靠且维护成本低。通过具体实施能够准确监测皮带是否发生跑偏, 从而保证了生产线的安全。该装置涉及超声波测距和通信等领域。

参考文献

[1]赵立华, 郎毅翔, 付大鹏.带式输送机典型故障的分析及处理[J].起重运输机械, 2003 (10) .

[2]Joseph CJackson, Summan R.Time-of-Flight Measurement Techniques for Airborne Ultrasonic Ranging[J].IEEETRANSACTIONS ON ULTRASONICS.2013, 13 (19) :75-90.

电源监测报警装置 篇4

使用机车轴承温度监测报警装置 (以下简称监测装置) 监测机车走行部状态是保证列车安全运行的一个重要手段, 随着铁路列车运行速度的不断提高, 要求监测装置始终保持良好的状态。近几年, 监测装置普遍采用单总线数字温度传感器, 单总线就是将控制线、地址线、数据线合为1条总线, 1条总线可以接多个数字温度传感器。与传统的模拟温度传感器相比, 这种连接方法大大简化了测温线路, 提高了测温线路的可靠性, 降低了测温线路故障率, 但也存在不足之处。这种连接方法在1条总线上并接着许多温度传感器, 只要其中1个温度传感器的连接线发生短路, 整个监测装置就瘫痪, 若短路故障时有时无就更难找到故障的准确位置。为了能及时对故障进行处理, 本文根据单总线数字温度传感器的特点, 提出了具体的检查处理方法。

2 检查处理方法

监测装置故障主要发生在测温线路上, 测温线路故障会导致连接线开路、短路或主机经常复位。监测装置采用单总线数字温度传感器, 每个温度传感器有GND、数据信号输入/输出QD及外部电源输入VDD三个引脚, 多个温度传感器的3个引脚并接后通过地线、数据线和电源线与监测装置主机连接, 如图1所示。温度传感器工作电压范围为3.0～5.5 V, 温度转换期间工作电流约为1 mA, 电源可由外部电源提供也可由内部寄生电源提供。由内部寄生电源提供时, 温度传感器电源引脚应接地, 此时温度传感器从数据线上汲取能量。根据这些特点, 可以采取以下检查方法来查找短路的位置。

2.1 连接线开路

监测装置测温线路中接线盒与接线盒之间、接线盒与温度传感器之间都是通过带有插头的连接线来连接的, 开路一般发生在接线盒插座与插头连接处。发生开路故障的原因是机车运行时插头不断抖动, 导致插头上面插孔的内径逐渐扩大到大于插座上面插针的外径。

这种开路故障一般只会出现部分测量点温度显示不正常, 通过查看监测装置主机记录的故障测量点位置, 结合监测装置布线图找到可能存在开路的接线盒, 将相关的插头从插座上取下来, 用新插座上的插针插入插座的每个插孔, 找到感觉插孔变大的连接线插头, 更换相关的连接线即可排除故障。对发生过此类故障的连接线要在靠近插头插座的地方加装线卡, 以减少插头抖动的频率与幅度, 避免再次发生故障。

2.2 连接线短路

监测装置测温线路连接线所用的导线是三芯屏蔽电缆线, 三芯屏蔽电缆线在机车运行中牢固连接在一起发生的短路故障极少, 且这种短路故障容易处理, 本文主要针对三芯导线之间时有时无的短路故障进行讨论。连接线老化、烧损或被异物碰撞等都会导致连接线绝缘层破损, 破损的连接线可能直接接触短路, 也可能因绝缘被破坏后浸泡了污水造成短路。

绝大多数短路故障是绝缘被破坏引起的, 绝缘被破坏就好像在三芯导线之间另外加了“电阻”, 当这些“电阻”的阻值逐渐变小时, 数据线上所传递信号的高电平电压也会逐渐变小, 小到一定程度时监测装置主机就无法识别数据线上所传递的信号, 此时就会发生短路故障。连接线三芯导线之间绝缘被破坏引起的短路故障通常只发生在数据线与地线之间, 故障发生时监测装置就会瘫痪, 主机会有发生故障的记录, 但没有具体发生的位置, 所以必须采取相应的检查方法来查找故障位置。

为了查找数据线与地线之间因绝缘不良发生短路的位置, 可在监测装置主机与接线盒的连接线中串接1根检测专用连接线, 并在该连接线数据线与地线之间加装1只数字式直流电压表 (见图2) 。图2中A、F、G、H、C接线盒在前转向架上, B、I、J、K、D接线盒在后转向架上。检查时先按监测装置主机复位键, 记录电压表数值, 然后卸下E接线盒通往A接线盒 (或E接线盒通往B接线盒) 的连接线, 同时记录电压表数值。两次记录的电压数值相差约为50 mV, 如果相差值大大超过50 mV, 前转向架 (或后转向架) 上的连接线就有问题需要进一步检查。

发现问题时就将E接线盒通往A接线盒 (或E接线盒通往B接线盒) 的连接线重新接上, 再按一下监测装置主机复位键、记录电压表数值, 接着卸下通往H接线盒 (或K接线盒) 的连接线, 同时记录电压表数值。两次记录的电压数值相差约为10 mV, 如果相差值大大超过10 mV, H接线盒 (或K接线盒) 上的连接线就有问题。接着采用同样的方法逐一卸下通往G、C、F、A (或J、D、I、B) 接线盒的连接线, 可以找到前转向架 (或后转向架) 上有问题的接线盒。找到有问题的接线盒后, 接着采用上述方法逐一卸下该接线盒的温度传感器, 找到有问题的温度传感器连接线, 更换绝缘被破坏的温度传感器连接线, 故障就能排除。

测量数据线与地线之间电压的方法还可用于故障隐患的查找。2010年9月在车库试验监测装置检查处理方法时, 发现正在小修的DF42471号内燃机车监测装置数据线与地线之间的电压仅3 V多 (正常时有4 V多) , 采用上述方法仔细检查后找到了具体的故障位置, 证实是牵车时烧坏连接线。

内燃机车的小辅修是在电力机车小辅修库内进行的, 库内牵车装置电源负端接在钢轨上, 牵车时电源负端主要是通过钢轨、车轮、轴箱接地装置电刷、轴箱与转向架构架之间的软接线、转向架构架与车体之间的软接线到牵引电动机。由于内燃机车轴箱与转向架构架间没有软接线, 内燃机车被牵引入库时电流有一部分流过轴箱与转向架构架之间的轴报装置测温线路连接线, 连接线就可能因过热而烧损。监测装置一般不会发现这个故障隐患, 因为监测装置数据线与地线之间的3 V多的电压还能正常传递数据, 但在运行一段时间后这个电压降低到2 V左右时就会让整个监测装置失效。

2.3 经常复位

经常复位的故障实际上是一种短路故障, 这种短路发生在电源线与地线之间, 从监测装置记录的数据只能看到监测装置经常复位。人为地将电源线与地线碰一下, 就能从监测装置主机面板上看到与按复位键一样的情况发生。所以从监测装置记录的数据看到监测装置经常复位时, 就可以初步判断电源线与地线之间时有时无的短路故障发生了。发生这种故障的原因是连接线三芯导线烧损或受到碰撞, 这种故障很少发生, 但发生后很难找到具体位置。为了找到故障发生的位置, 可在A接线盒与C接线盒之间及B接线盒与D接线盒之间的电源线上各串接一个几百欧姆的电阻 (见图2) , 串接电阻会降低接在电阻后面的温度传感器工作电压, 但不会影响其正常的测温工作。

在温度传感器电源线上串接电阻后, 如果电阻后面的某个温度传感器电源线与地线短路, 电阻后面的全部温度传感器电源引脚接地, 其工作电源由内部寄生电源提供, 温度传感器仍能正常工作。对电阻前面的的温度传感器而言, 电阻后面的某个温度传感器电源线与地线短路只是增加了监测装置电源负载, 因此对电阻前面的的温度传感器没有任何影响。如果电阻前面的某个温度传感器电源线与地线短路, 监测装置就会不断地重新复位直到短路故障消失后才能恢复正常工作。也就是说, 在电源线上串接一个电阻后如果监测装置还是不断地重新复位, 那么短路故障发生在电阻前面的某个温度传感器连接线上, 反之, 短路故障则发生在电阻后面的某个温度传感器连接线上。采用同样的方法在几处电源线上串接电阻后, 就很容易找到某个接线盒上的连接线短路, 仔细检查该接线盒上的几根连接线, 找出并更换发生故障的连接线, 故障即可排除。

3结束语

电源监测报警装置 篇5

大电流输出电源设备，如飞行器测控电源、激光器控制电源等，是控制系统的重要供电装置之一，输出有直流和交流电压，电源设备在使用时，由于输入电压大范围波动、输入相序错误、电源设备内部大功率器件烧蚀等因素，导致输出电压异常、接触器失灵、负载能力降低等故障[1]。而现有的故障检测设备均为单一参量的测试设备，检测设备台件数量多且均为人工手动测试[2,3]。基于上述原因，本文设计了一种基于嵌入式计算机的电源设备在线监测装置，实现主要参量的实时在线测试与监控，能够及时掌控大电流输出元器件的工作状况，对故障部件和系统进行实时故障报警，并实施应急处理等[4,5,6,7,8,9]。本装置是一种智能化、集成化的电源监控系统，通过在线测得的实际数据与预算值相比较，来达到过压、欠压、过流、相序错误、纹波超差等不同情况的故障报警，并且实时形成故障决策，以达到最短的时间内对故障进行有效处置，减小不必要的损失。

1 设计方案

本文以某型特种大电流输出直流电源设备为研究背景，该电源设备将三线380 V/50 Hz交流电，通过逆变器变换成自动稳压的直流电，输出电压25～55 V连续可调，输出额定电流260 A。监测系统主要由在线测试仪、若干转接电缆及测试软件等组成，系统总体构成框图如图1所示。

监测系统由硬件和软件构成[10]，硬件电路主要由在线测试仪和转接电缆。转接电缆根据控制仪器用电需求，转接插头座进行一对一的连接设计，用于设备之间的通讯等。在线测试仪由嵌入式计算机、各测量模块及监测模块组成，其中以PC104为核心的嵌入式计算机，辅以相应的控制及驱动电路实现小型化、智能化、通用化设计。各测量模块及监测模块作为测试仪的主要实现电路完成诸如三相交流监测、直流电压测试、非接触电流测试、频率测试、相序测试及纹波测试等功能。同时，选通控制电路、接口电路、调理电路等也包含于其中。作为整个系统的操作平台，测试仪通过键盘、触摸屏以及相关测试开关进行相应的操作，主要完成指令的收发、系统控制、测试结果的查询以及打印输出。软件主要用于信号测试、处理、判别、记录等。

2 电路设计

2.1 硬件电路选取

为了实现小型化、智能化设计，测试仪以PC104嵌入式计算机为核心。嵌入式PC104计算机选用PCM-3362N6S主板，该系统采用独特的子层叠总线结构，与PC机软件、硬件完全兼容，因此可以利用现有的较丰富和成熟的软件硬件开发、设计工具等资源。。

为了实现电源输出多个参量的测量，就需要选择数据采集板，选择PCM-3718作为测试仪的数据采集板，其采样速率可以达到100 kHz，数据的传输模式可以是中断传输方式也可以采用DMA传输方式。DMA传输方式不通过CPU直接传输到内存中，实现了较快的数据传送，它具有16路单端或8路的差分模拟量输入通道，具有16位A/D转换器以及计数器/定时器功能。

实际设计中，I/O控制信号多，显然仅仅依靠CPU板的I/O端口是不够的，因此需要扩展I/O端口，系统选用PCM-3724的数字I/O板结合部分片选电路实现I/O端口扩展。

为了简化操作难度，系统绝大部分操作都将通过触摸屏实现。触摸屏系统选用电阻式USB接口的触摸屏，尺寸大小为12.1"，能够支持800×600全彩色显示，支持多种接口显示模式。

为了精确的测量直流电源的纹波，选用了ART8011的示波器卡，具有12位的采集精度和100 MHz的采集速度。

2.2 纹波监测电路

纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号，是电源测试中的一个很重要的标准。尤其是作特殊用途的电源，纹波则是其致命要害之一。所以，电源纹波的监测就显得极为重要。在额定输出电压和负载电流下，输出电压的纹波(包括噪声)的绝对值的大小，通常以峰-峰值或有效值表示。电压信号测量法测量纹波是指用示波器。直接利用ART8011的示波器卡测量叠加在输出直流电压上的交流纹波电压信号，整个测试的过程中，通过软件控制，并实时将数据传输到嵌入计算机进行处理。

2.3 电压监测电路

电压监测电路采用并联测压法设计，将测试电路和负载并联的方法来对地面电源输出电压进行测量，如图2所示。

图中U0为测试电源电压;RS为电源内阻;Rf为负载阻抗;Rc为测压电路阻抗;I0为主回路电流;If为负载回路电流;Ic为测压回路电流。其中Rc采用高阻抗，将测压回路电流Ic限制为毫安级，而负载回路电流If为几安至几十安，因此该并联测压法对负载电路的影响很小。

2.4 电流监测电路

非接触测流法不同于传统的交流非接触式测流，直流非接触式测流采用霍尔效应原理，直接检测变压器铁心内磁通强度，通过载流导体产生的磁场强度，在直流探头内一个半导体芯片上传感产生涡流感应。这个微型半导体放在磁场(B)右角时，同时会产生一个电流(Id)，在此半导体上会产生电压(Vh)，这个电压称为霍尔电压，工作原理如图3所示。

当连续产生霍尔驱动电流(Id)时，磁场(B)直接等比例在半导体上形成电流，这样电流以霍尔输出电压(Vh)表示。首先，霍尔电压不仅由反相磁场确定，而且由它的强度确定，这样它就可以用于直流电流测量;其次当导体流过的电流改变时，磁场强度也随之改变，并且这种变化为随机动态反应，而且复杂的交流波形也可同时被捕获和测量，并且具有较高的精度和较低的相位偏移。

非接触式测流探头基本结构按图4所示装配，霍尔器件嵌入铁芯用于将测量中的直流电流成份调理成直流电压输出。通过有针对性的调理电路设计，使得系统具有较好的线性输出和温度补偿网络，具有高精度线性输出。霍尔效应电流传感器CS300E的测量范围可高达600 A电流。这种方法测量电流直观简便。

2.5 相序监测和自动校正电路

高精密的特种直流大功率稳压电源对三相输入工频的相序有很高的要求，当三相输入的相序因某种原因出现错误时，有可能导致控制系统仪器和测控设备的损坏，因此必须设计电路对相序进行检测和校正。

在多相系统中，各相依其先后到达最大值(以正半波为准)的次序，按相排序，称为相序。

在三相交流系统中，按规定用大写英文字母“A”“B”“C”来标记以区分三相;当三相交流电到达最大值(以正半波为准)的排列次序是A,B,C时，称为正相序;如排列次序A,C,B，则称为负相序。

设计基于双极晶体管的相序检测电路如图5所示。图中因三相电源的A相和B相分别接至a和b两端时，晶体管BG截止，所以电压继电器KV不动作;当三相电源相序接反时，即三相电源的A相接至a端，而C相接至b端，此时晶体管BG导通，电压继电器KV吸合动作，给出开关量信号并输入到嵌入式计算机进行处理。

下面设计基于双极型晶体管的相序自动矫正电路。根据图5所示的相序检测器构成的相序自动矫正电路如图6所示。其工作原理是：首先合上刀开关QS，则控制变压器T1的初级回路通电，它提供电控部分各交流接触器线包工作所需电源，此时交流接触器KM吸合，其主触头KM闭合，负载启动运转。当三相电源的A,B相分别接至相序指示器的a和b两端、零线接至d端时，相序指示器中晶体管BG截止，所以电压继电器KV不动作，其常闭触头K1和K3闭合将负载电源接通，使其正常工作;当三相电源相序接反时，即三相电源的A相接至a端，而C相接至b端，此时晶体管BG导通，电压继电器KV吸合动作，其常闭触头K1和K3断开，常开触头K2和K4闭合，使负载的三相电源相序保持不变。

3 软件设计

测试软件主要完成包括指令的发送、数据的采集、测试结果处理判别在内的系统总体控制;完成电源设备主要参量的在线实时监控;完成测试结果的分析判断、显示、打印;标示不合格的监测结果，存储在数据库中，以供查询等功能。出于人机交互界面考虑，选择Windows 2000操作系统作为测试软件开发环境，采用可视化编程技术，选用Delphi 7.0作为系统软件开发平台。

在软件编写上主要采用模块化设计思想，测试系统软件结构如图7所示，测试应用软件由测试程序和数据库文件构成。

测试系统总体流程如图8所示。

通过Delphi支持的数据库ADO组件访问本地的数据库Access来实现测试结果的数字化管理，可以实现测试结果的查询、综合比较、判断、处理等。

4 试验验证

将监测装置按照连接关系接入电源设备系统，在常温条件下按要求进行输入缺相及相序、电源的纹波、输出电流电压等功能检查。

首先进行了三相电的缺相和反相的检查，并利用相序表进行对比测试，判断结果如表1所示。

其次，对直流电源设备进行纹波测试，利用示波器(Tektronix TPS2012)进行对比测量。由于本系统采用高精度的示波器卡进行数据的采集，测试纹波的精度与示波器相比。纹波测试结果如表2所示。

再次，对电源设备输出的电压测试，并用安捷伦六位半数字万用表(3440A)对比测量，然后把监测装置测试的值与数字万用表测得值进行对比，测试结果如表3所示。

试验结果表明，监测装置的缺相测试模块能够对三相电的缺相和相序进行正确判断，纹波及输出电压的测试精度能够达到要求。

5 结语

通过采用嵌入式技术，按照集成化、小型化、总线化、标准化和自动化的设计原则，设计的在线监测装置，对于大电流输出电源设备，实现了的大范围的电压和电流的在线高精度监测，实现了纹波、相序等的实时监测。监测装置具有集成化程度高、抗干扰能力强、测量精度高、使用简单方便等特点。充分利用了PC104嵌入计算机的特性，较好实现了实时在线监测电源设备各参量的变化，解决了原检测设备台件多、自动化程度低等问题。通过采用高精度的信号转换电路和软件精确控制，电压测量精度提高到3 mV，大电流测量精度提高到0.4 A。通过采用先进的示波器集成电路板，对输入信号进行高精度、高频率采集，并对采集的信号实行多线程并行处理，纹波测量精度提高到1 mV。同时还实现了电源故障分级预警、测试数据自动处理、测试结果智能管理和故障特征实时预报功能。

参考文献

[1]王幸之^,王雷^,钟爱琴^,等.单片机应用系统电磁干扰与抗干扰技术[M].北京^:北京航空航天大学出版社^,2006.

^[2^{]李希文,赵建}.^{电子测量技术}[^M].^{西安:西安电子科技大学出版社,2008}.

[3]张大波.嵌入式系统原理设计与应用[M].北京:机械工业出版社,2010.

[4]王秀玲,赵雁南,刘植桢.微型计算机A/D,D/A转换接口技术及数据采集系统设计[M].北京:清华大学出版社,2006.

[5]姜作喜,周锡华.基于MC37i的电源无线监测器[J].现代电子技术,2012,35(1):92-94.

[6]刘家军,宋娜.基于USB接口的铁路低压配电监测装置[J].电力系统保护与控制,2010,38(7):98-101.

[7]李鑫,杨锁昌.基于虚拟仪器的电源监测系统[J].兵工自动化,2009,28(1):81-82.

[8]刘晓健,张战春,孙晓慧.通信电源监测预警系统[J].电力系统通信,2007,28(7):54-57.

[9]董雪梅,赵万清.直流电源的监测装置[J].测试技术学报,1998,12(3):261-266.

电源监测报警装置 篇6

为能提供变电站发生事故或异常情况时是否与直流电源系统有因果关系的证据, 需要有一种变电站直流系统故障信息采集装置及分析系统, 能对直流系统的异常信息快速进行记录和分析, 为变电站发生事故或异常的分析提供准确可靠的判断依据, 填补直流电源系统监测的空白。 本文根据现有变电站直流电源系统的组成情况, 对变电站直流电源系统的各类异常及扰动因素进行了详细分析。 对变电站直流电源系统故障故障信息采集装置及分析系统应实现的功能及性能进行了初步探索, 以期为发现直流电源系统的设备异常提供数据支撑, 为提高变电站直流电源系统运行管理水平起到积极的作用。

1 直流电源系统内环境剖析

1.1 设备或器件的影响

(1) 绝缘监察装置的影响。 在现有直流电源系统绝缘监察装置中, 为避免在对地进行接地电压的检测过程中平衡电桥对测量精度的影响, 往往采用单臂电桥进行测量, 这就需在测量过程中对电桥正负对地回路进行分别切换[2,3]。 而现场检测过程中发现在电桥的切换过程中会造成直流系统电压的波动, 这种频繁地波动实际上相当于给直流系统叠加了一个干扰源。 在实际运行过程中, 有些变电站在两段直流母线上分别配有直流系统绝缘监察,当两段母线分列运行时,两段母线上的绝缘监察装置平衡桥的中性点分别接地运行,当因故两段直流母线需并列时,应使某一段母线的绝缘监察装置的平衡桥的中性点接地点断开, 如果操作人员在直流母线并列操作过程中未能正确操作将其断开,则会人为形成直流系统的两点接地,当并列前两段直流母线正负对地绝缘电阻不对称时, 极易造成设备地误动。

(2) 稳压装置动作的影响。 从充电母线至控制母线配置有稳压装置的, 其稳压装置一般有硅链或直流斩波器,当充电电源失电后,直流控制母线的稳压装置将会动作,造成直流控制母线电压地波动,影响直流电源的品质。如稳压装置出现故障,则对直流电源系统构成致命性威胁,所以,有些变电站的设计中,从安全的角度则取消了稳压装置。 当然从控制母线的稳压控制方面则失去了调节手段。

(3) 蓄电池内阻的影响。 蓄电池长期运行后由于电池质量或寿命原因,使得电池内阻变大,当直流电源充电装置失电后, 如蓄电池的内阻过大会引起直流母线电压的大幅度跌落, 严重时会造成继电保护拒动或误动。 例如,某变电站在站用电失电后,由于蓄电池内阻偏大,直流母线电源跌落严重,使得110 k V母线电压切换装置直流继电器返回,造成站内所有110 k V线路保护中距离保护的交流回路失压, 此时恰巧一110k V线路发生区外故障,造成该线路保护距离三段保护误动,使得对侧变电站全站失电。

(4) 开关电源模块的影响。 变电站高频开关电源由于原理上的原因, 其输出的直流电流中总是避免不了含有一定的谐波分量,根据国标要求,其谐波含量不得超过3%。 但如果高频电源模块的质量较差,则在其输出的电流中将会含有较高的谐波分量。 现在的保护及自动化装置本身均带有逆变电源模块, 其过高的谐波含量虽对这些装置不能构成直接威胁, 但会对蓄电池的充电带来较大影响,会加速蓄电池的劣化,缩短蓄电池的寿命。

1.2 二次回路的影响

(1) 直流电源系统滤波电容的影响。 直流电源系统为了滤去谐波一般会配置滤波电容, 有些直流系统电容数值高达100 μF。 如此大容量的电容储备了大量的电能量, 其电容积聚的能量如加载在设备动作线圈上足以使继电器动作。

(2) 直流回路分布电容的影响。 变电站的控制电缆数量众多,电缆越长其分布电容越大,由于各分布电容的并联作用,再叠加直流系统的滤波电容,使得直流系统存在较大的对地电容, 当设备出口动作线圈的正极端发生接地时, 由于直流系统绝缘监察装置的平衡桥有一个中性点接地存在, 整个系统对地电容会通过这个中性点对动作线圈放电,极易造成设备误动作。

1.3 交流窜入的影响

交直流串扰实质上也是直流接地, 要严防交流窜入直流故障出现。 因直流系统是通过绝缘监测装置的平衡桥接地的, 正常运行时正负极对地绝缘电阻是对称的。而交流系统的零线是接地的,一旦交直流发生串扰,就会形成直流回路一点接地。因此继电保护操作回路中不允许交直流有公共接地点, 以免引起交直流串扰。 对于直流操作回路,由于电缆的分布电容比较大,一旦发生直流回路接地或发生交直流串扰, 就会使分布电容放电,在直流操作回路中极易造成设备地误动。交流窜入的形式有多种, 各种形式的窜入对直流回路的影响程度各有不同,但其危害结果却类同,极易造成设备地误动。

(1) 交流耦合窜入。由于设计施工的不合理,交流电源电缆与直流电缆合用, 或交流电缆与直流电缆长距离并行敷设,造成交流的耦合窜入,耦合的交流分量叠加在直流电源上对直流电源的质量带来较大影响。高压隔离开关的分合操作过程中, 由触头间电弧引起的电磁感应在直流电缆上会产生较高的耦合电压,如二次电缆的屏蔽接地如做的不好, 耦合的高电压极易造成直流回路绝缘损坏或二次回路器件的损坏。再者,当雷击落在变电站地网上,地电流耦合到直流电缆上,如直流二次回路的屏蔽及接地设计施工的不合理,也会造成直流回路绝缘损坏或二次回路器件的损坏。

(2) 金属性交流窜入。 金属性交流窜入主要是指因为人员误碰或误接线, 致使将交流电源回路搭接到直流回路引起的交流窜入, 因此而造成的事故案例也比较多。

(3) 空气击穿交流窜入。 主要是指因设备原因造成交流电源回路与直流电源回路绝缘击穿, 如辅助开关、 接触器的触点飞弧造成交流窜入直流回路。 例如2011 年4 月1 日17:30, 江苏盐城大丰风电场侧华电220 k V 2W33 线路A相、B相开关在无保护动作情况下跳闸,之后200 ms南自PSL603 保护后备三相跳闸动作,跳开C相开关,对侧华丰变电站2W33 开关未跳闸。 事后经调阅风电场故障录波分析及现场检查后发现2W33 开关误跳闸的原因, 在2W33 开关跳闸前(17:17:20:062)35 k V Ⅱ母出线B相发生单相接地,引起35 k V消弧线圈动作, 因该消弧线圈接触器的动作线圈采用的是直流电源, 消弧线圈接触器动作过程中触点飞弧,使得交流窜入直流回路,如图1 所示。 窜入的交流使得2W33 开关操作回路绝缘击穿, 致使2W33 A相、B相开关直接动作,如图2 所示。

还有因为端子排的接线排列不合理, 交直流的接线端子间隔离不符要求,加之端子箱的密封不严,积尘严重,除湿措施不力,因污秽形成端子间爬电而造成交流窜入直流回路。 极易造成直流回路绝缘损坏或二次回路器件的损坏,甚至造成设备地误动。

(4) 设备故障引起的交流窜入。变电站的设备中,有许多设备均接入了交流和直流电源, 这些设备发生故障极易造成交流窜入直流。 如事故照明切换装置、UPS电源装置,由于这些设备中交直流的接线靠的较近,一旦装置发生故障,交流电源极易窜入直流回路,引发直流回路故障。

2 直流电源系统故障特征检测

通过上述分析, 虽然知道变电站直流系统随时可能遭受来自环境干扰、设备异常、人员误操作等各方面地威胁,但在发生事故时,特别在发生不明原因的事故跳闸时,到底直流系统发生了什么情况,是直流设备发生了故障,还是直流回路的绝缘出现了问题,目前还没有一个有效手段来侦测,只能依赖事故后的排查分析,既耗费了大量的排查分析时间, 还给事故原因分析留有许多不确定性。 为了保证在任何情况下对直流电源系统发生的任何异常情况都能捕捉到, 对变电站直流电源系统故障信息地采集有着某些特殊的要求, 现就这些特殊要求进行一些探讨和探索。

2.1 直流电源系统故障监测的需求

变电站发生不明原因的事故跳闸或异常时, 直流电源系统到底有无异常情况, 或异常情况发生的程度如何,希望能有一个类似于黑匣子的设备,能在任何情况下对变电站直流电源系统所发生的故障及异常信息都能全程高精度地采集到, 为事故分析提供第一手数据资料,以提高事故分析的快捷性和准确性。要实现这些目的,应达到以下基本的功能及性能需求:

(1) 应具有高密度采集信息能力, 因直流电源系统在遭受的干扰中,有稳态的也有暂态的,有些暂态的干扰在现场很难发现痕迹,如瞬间绝缘击穿、交流瞬间窜入等,给事故分析带来不确定性,如能快速地捕捉到所有暂态信息,对事故分析将带来重大帮助。

(2) 应具有故障录波功能, 当直流电源系统发生任何异常情况时,将这些异常状态下的信息记录下来,且要保证在任何情况下(包括在直流系统崩溃的情况下)都能快速地将故障信息记录,并能将采集的信息可靠存储。 正常情况下可将数据及时上传到远程监控平台对数据及时分析,如网络中断,也可从采集装置的存储卡中取出数据,保证存储数据的绝对安全性,并具有事故追忆功能。

(3) 为了能快速、 准确地对直流电源系统异常信息作出分析判断,还需建立一套信息查看及分析系统,为专业人员在事故分析时提供专业的分析工具。同时,当接入的变电站越来越多后,提供大数据的分析功能,这也将对直流电源系统的管理和发展提供重要的信息支持。

2.2 数据采集点的选择

为了能对变电站直流电源系统状况有一个整体的监测,选择检测点也很重要。监测对象应包括直流电源设备、直流系统的绝缘、直流系统的外来干扰。 为了保证监测目的的实现,应该对充电模块的交流输入电源、直流充电母线、直流控制母线设立监测点,以实现对直流充电模块、蓄电池、稳压装置、直流回路绝缘状况的监测,保证故障分析的数据需求。

(1) 为了监测直流充电模块的交流电源输入情况,需在充电模块的交流小母线上设置电压采集点,为直流电源系统发生异常时是否与交流电源有因果关系提供数据分析依据。 因高频整流模块出现异常时可能引起三相交流输入电流异常, 同时可能在直流回路出现较大的谐波分量, 所以要在交流输入回路设置电流采集点也具有一定的必要性。

(2) 直流高频电源模块是直流电源系统的核心部位, 将输入交流电源整流成直流电源并输出到充电母线。 对充电模块的直流输出状况地监测应该是对直流电源系统的第一个重要监测点, 通过设置充电母线电压采集点, 就能实时监测到直流充电模块的工作是否正常。 另外,有些老变电站采用电磁合闸机构,充电母线同时也是合闸母线, 断路器合闸动作时会产生比较大地合闸电流,对直流电源系统产生较大的负荷冲击,在合闸母线上设置电流采集点也可监测到断路器动作情况。

(3) 直流控制母线的运行状况将直接影响到设备能否正常运行, 所以直流控制母线是直流系统主要监测点,直流电源系统的绝缘状况、直流控制母线的电压状况、 交流窜入状况将通过该监测点进行相关信息的采集。同时,通过该监测点对充电母线至控制母线间的稳压装置(硅链或直流暂波器)的工作情况、蓄电池的供电情况也都得到了监测, 如稳压装置或蓄电池出现异常将会及时得到报警。

(4) 蓄电池组经蓄电池总熔丝及蓄电池总开关并接在合闸母线上。正常运行时,充电模块的直流输出除提供直流系统的负荷外, 同时经过充电母线对蓄电池进行浮充电。当充电模块失电或故障时,蓄电池将通过充电母线供电,并经过稳压装置向直流控制母线供电,保持直流电源系统持续供电。 通过对蓄电池组电流回路地监测,将能判断蓄电池组的充放电状态,如蓄电池回路出现异常的充放电现象将会被准确记录。

以220 k V变电站一段母线为例,直流电源系统故障信息采集点设置如图3 所示。

2.3 故障录波启动的判据

一旦直流电源系统发生异常时要能及时完整地将异常信息记录, 这就要对何时进行启动录波的判据选择进行仔细的分析研究, 要充分考虑直流电源系统的各类故障及异常情况下均能可靠启动录波。 启动判据至少应考虑以下几种情况。

1控制母线电压;2控制母线电压正极;3控制母线电压负极;4控制母线电流;5充电母线电流;6充电母线电压;7蓄电池组电压;8蓄电池组电流;9整流模块交流电压;10整流模块交流电流

(1) 直流接地启动。 直流电源系统发生接地是较为常见的现象, 一点接地可能造成保护和自动装置的误动或拒动,两点接地还可能造成直流保险丝熔断,控制回路失去电源。通过检测正负母线对地之间的电压,可以直接反映直流母线的对地绝缘状况, 如正负母线对地之间的电压偏离超过了一定的值将启动检测装置录波。

(2) 交流窜入启动。 交流窜入直流电源系统实际上造成直流电源系统接地, 极易引起继电保护装置误动或拒动,危害严重。交流窜入直流电源系统有时往往是暂态的,绝缘监察装置无法监测到,给查找故障带来很大困难。为能捕捉到这些暂态或静态的异常信息,通过滤取控制母线上的工频分量作为启动录波的判断。

(3) 直流大负载动作启动。 直流电源系统大负载动作时对直流电源系统的供电能力是严峻地考验,特别对一些老变电站, 断路器的合闸采用电磁合闸机构的,对直流电源容量的要求则更高。当直流电源系统发现异常时,需要看是否有大电流输出,为判别是大负载动作还是直流回路短路提供分析数据,因此,当发现有大电流输出时应启动录波。 该状况下录波同时也能够监测到高频电源模块的性能和蓄电池组容量的状况。

(4) 控制母线电压异常启动。 在变电站的直流回路设计中, 有许多变电站的直流控制母线是由充电母线通过硅链或直流斩波器稳压后供电的。 当稳压装置出现异常或故障, 将会对直流控制母线的供电回路带来致命地威胁。因此,当判断出充电母线与控制母线的电压差值及电压跟随特性变化异常时应启动录波,及时发现稳压装置对直流控制母线供电潜在的危险。

(5) 80%电压时启动。 在继电保护的技术要求中,要求直流控制母线电压在80%的额定电压时能可靠动作。但从直流电源管理的角度,应对此状态视为故障态, 此种状况可能持续时间较长, 不可能全程进行录波,但可以动态调整录波的时间间隔,以便随时跟踪直流电源系统的劣化过程。

(6) 交流电源异常启动。 当充电电源模块的交流电源失电时, 或当输入高频电源模块的交流电压过大或过小都会引起模块地自动保护而停止直流输出,或当输入交流电源缺相时使部分高频电源模块停止直流输出,此时直流电源系统完全靠蓄电池供电,直流电源系统将发生较大的波动, 应启动一段录波看其波动情况如何。反过来,当直流电源系统发生异常也可判断与交流电源系统是否有关。 交流的判别需监测三相交流输入电压的幅值、负序、零序,以保证正确地进行启动录波。

(7) 其他监测设备告警启动。 直流电源系统中配置有许多微机监控设备,如高频电源模块、绝缘监测装置、交流窜入直流报警装置、蓄电池巡检装置等。 这些设备主要负责监控交流及蓄电池状态等众多的物理量, 能及时地对直流电源系统异常情况进行检测和告警。一旦这些装置发出告警时,也可直接启动检测装置录波。 其启动判据可从这些设备提供的干接点或通讯口获取。

(8) 48 V通信电源故障启动。 现在变电站和发电厂中大量使用较先进的光传输、PCM设备, 这些通信设备主供电源为48 V,这些通信设备时整个厂站的信息交互命脉,对48 V电源的电压进行监视将显得尤为重要。 因此,当48 V电源发生异常时也需要进行相应录波。

3 故障信息采集装置应考虑的几个问题

3.1 自备电源

由于直流电源系统故障信息采集装置与保护的故障录波器的监测对象的不同, 要求故障信息采集装置在直流电源系统任何状况下均能可靠启动录波, 包括在直流电源系统发生崩溃的情况下也能可靠启动录波。为了保证即使在站用电全部消失、蓄电池容量放尽的情况下装置仍能可靠工作, 这就需求配置自备的工作电源,以及备用电池的自动维护功能。

3.2 数据存储

正常情况下, 装置采集的信息可通过内部网络上传至上一级服务器,但也需考虑在网络中断的情况下,其采集的信息数据能可靠地就地存储, 当网络通讯恢复后可重新上传,或从采集装置上直接导出数据,以便能对采集数据及时得到分析。

3.3 自适应启动方法

由于各变电站的设备配置状况不同, 直流电源系统的容量配置、系统电压、对地电容、负荷容量、系统绝缘状况等都不可能相同, 故障信息采集装置的启动值设置将是一件非常困难的事情,如设置不当,会严重影响录波地准确启动。为使录波启动的设置简单化,应使故障信息采集装置启动门槛的设置具有自适应的能力。装置应通过一定时段内多次信息采集的积累,将积累的信息进行分析计算, 以此作为直流系统正常状态下的背景数据,在此基础上进行启动浮动门槛的设置,对录波启动值作出微调。

4 现场试验情况

装置样机在变电站进行现场测试试验, 分别进行了直流电源充电装置输入交流电源失电、 直流电源系统交流窜入、直流电源系统接地、直流电源系统大负荷冲击等测试,均能及时准确地进行录波启动,现场试运行试验故障波形记录情况如图4 所示。

5 结束语

基于本文对变电站直流电源系统的分析, 提出了研制变电站直流电源系统故障信息采集装置的思路。能够对监测点进行全工况的信息采集和记录, 且是该系统有别于其他直流电源系统监控产品的创新, 从而填补了国内对变电站直流电源系统的故障信息采集的空白。

该装置的成功研发, 将会对变电站直流电源系统故障分析提供数据支持, 对系统存在的故障隐患进行预警,及时发现直流系统中设备及直流回路上的隐患,大大提高变电站直流电源系统运行维护管理水平。 目前该装置已在试运行测试阶段, 通过变电站直流系统故障信息监控平台的建立, 直流设备维护人员可以在办公室桌面即可对变电站直流设备的运行状态进行远方监控和分析, 特别在变电站直流设备发生运行异常时, 运行维护人员能及时收到报警信号, 及时作出处理,同时通过回放记录的故障波形信息,对故障查找和分析提供准确数据支持。

参考文献

[1]王文洪.变电站直流电源系统典型故障分析[M].北京:中国电力出版社,2014:10-16.

[2]杨波,张宝生.直流系统在线绝缘检测装置的研制[J].继电器,2006,34(17):42-46.