一種換流站主循環(huán)泵紅外監(jiān)測裝置的設(shè)計(jì)

朱鳳來，王方偉

（南方電網(wǎng)超高壓輸電公司曲靖局，云南 曲靖655000）

0 引 言

主循環(huán)泵是直流換流站內(nèi)水冷系統(tǒng)中保持持續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)的設(shè)備，其需要聯(lián)軸器將離心泵與電機(jī)連接，主循環(huán)泵正常運(yùn)行提供足夠壓力，保證內(nèi)水冷系統(tǒng)冷卻介質(zhì)恒定壓力和冷卻液的持續(xù)流量，通過與外部進(jìn)行熱量交換，使可控硅及其組件保持在正常工作溫度區(qū)間［1－2］。在換流閥冷卻系統(tǒng)主泵運(yùn)行維護(hù)中，經(jīng)常出現(xiàn)軸承、電機(jī)發(fā)熱的情況。為及時(shí)發(fā)現(xiàn)此情況，運(yùn)行人員需每日手持紅外測溫設(shè)備對主泵的聯(lián)軸器和電機(jī)進(jìn)行紅外測溫。若發(fā)現(xiàn)主循環(huán)泵的聯(lián)軸器和電機(jī)發(fā)熱后，一般通過停電處理或縮短紅外巡視周期進(jìn)行跟蹤。

通過上述人工方式對主泵的聯(lián)軸器和電機(jī)發(fā)熱進(jìn)行監(jiān)測，存在幾個(gè)方面的不足：（1）運(yùn)行人員每日紅外巡視，使監(jiān)測間隔時(shí)間長，數(shù)據(jù)不連續(xù)，不利于分析主泵運(yùn)行狀況；（2）增加測溫頻率，會造成運(yùn)行人員工作疲勞；（3）不能實(shí)時(shí)在線對主泵運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)測。為了解決上述問題，本文提出一種換流站主循環(huán)泵聯(lián)軸器及電機(jī)的紅外監(jiān)測裝置，以期達(dá)到實(shí)時(shí)在線監(jiān)測閥冷系統(tǒng)主泵聯(lián)軸器和電機(jī)的溫度，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的技術(shù)效果。

1 主循環(huán)泵的工作原理

換流站閥冷系統(tǒng)主循環(huán)泵的作用是提供系統(tǒng)循環(huán)動力，每極內(nèi)冷水系統(tǒng)設(shè)有兩臺主循環(huán)泵，一臺工作運(yùn)行一臺備用。主循環(huán)泵的電機(jī)通過變頻器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，離心泵利用葉輪加速旋轉(zhuǎn)，介質(zhì)因摩擦力不足而脫離葉輪向外緣運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)持續(xù)水流運(yùn)動。葉輪被泵軸帶動旋轉(zhuǎn)，對位于葉片間的流體做功，流體受離心力的作用，由葉輪中心被拋向外圍［3］。其中聯(lián)軸器是連接離心泵泵軸和電動機(jī)軸的連接器件，它將電動機(jī)的轉(zhuǎn)動動力傳遞給水泵，是系統(tǒng)中重要的動力傳遞裝置。聯(lián)軸器在工作過程中發(fā)熱會使聯(lián)軸器壽命降低，發(fā)熱過大時(shí)甚至影響電機(jī)的壽命及工作狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)會直接影響到換流閥冷卻系統(tǒng)主循環(huán)泵產(chǎn)生故障并退出運(yùn)行。

一般造成聯(lián)軸器發(fā)熱的原因有以下幾點(diǎn)：（1）裝配聯(lián)軸器時(shí)偏斜，導(dǎo)致聯(lián)軸器兩端連接處不在同軸上，造成聯(lián)軸器發(fā)熱。（2）電動機(jī)載荷加大后，聯(lián)軸器連接處之間有摩擦造成聯(lián)軸器發(fā)熱。（3）聯(lián)軸器使用時(shí)間過久導(dǎo)致的機(jī)械損壞造成縫隙，縫隙中發(fā)生摩擦導(dǎo)致聯(lián)軸器發(fā)熱。

換流閥冷卻系統(tǒng)主循環(huán)泵是否正常運(yùn)行直接影響直流系統(tǒng)的可靠性，若直流某極一臺主泵故障，直流系統(tǒng)失去冗余，將要降功率運(yùn)行，若兩臺主泵均故障，直流極將會停運(yùn)。

2 紅外傳感器裝置參數(shù)及工作原理

現(xiàn)采用氧化釩非制冷紅外焦平面探測器作為紅外傳感裝置。其具有優(yōu)良的工業(yè)特性，高熱靈敏度小于50 mK，溫差分辨能力更強(qiáng)，同等條件下可探測、識別更細(xì)微的溫差變化，其主要參數(shù)如表1。

3 監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

結(jié)合實(shí)際合理有效的滅弧舉措如下。

3.1 檢測報(bào)警系統(tǒng)監(jiān)測原理

表1 紅外監(jiān)測裝置主要參數(shù)

整套裝置包括電源模塊、聯(lián)軸溫度顯示數(shù)碼管模塊、聯(lián)軸紅外測溫傳感器、聯(lián)軸溫度聲光報(bào)警模塊、歷史數(shù)據(jù)存儲器、電機(jī)溫度顯示數(shù)碼管模塊、CPU處理器、電機(jī)紅外測溫傳感器、電機(jī)溫度聲光報(bào)警模塊和數(shù)據(jù)接口模塊。

（1）電源模塊：給其他模塊裝置供電；CPU處理器用于收集聯(lián)軸器和電機(jī)的溫度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，打上時(shí)間標(biāo)碼，當(dāng)收集到溫度大于設(shè)定的溫度時(shí)，CPU處理器傳給相應(yīng)的聲光報(bào)警模塊，發(fā)出報(bào)警。

（2）聯(lián)軸器部分：聯(lián)軸紅外溫度傳感器采集聯(lián)軸器的溫度，并將數(shù)據(jù)傳遞給CPU處理器。聯(lián)軸溫度顯示數(shù)碼管模塊接收CPU處理器的命令，實(shí)時(shí)顯示聯(lián)軸器的溫度。當(dāng)采集到聯(lián)軸溫度大于設(shè)定的溫度時(shí)，聯(lián)軸溫度聲光報(bào)警模塊接收CPU處理器信號，發(fā)出報(bào)警。當(dāng)聯(lián)軸器維修后恢復(fù)正常運(yùn)行時(shí)，此模塊復(fù)位。

（3）電機(jī)部分：電機(jī)紅外溫度傳感器采集聯(lián)軸器的溫度，并將數(shù)據(jù)傳遞給CPU處理器。電機(jī)溫度顯示數(shù)碼管模塊接收CPU處理器的信號，實(shí)時(shí)顯示電機(jī)的溫度。當(dāng)采集到電機(jī)溫度大于設(shè)定的溫度時(shí)，電機(jī)溫度聲光報(bào)警模塊，接收CPU處理器信號，發(fā)出報(bào)警。當(dāng)電機(jī)維修后恢復(fù)正常運(yùn)行時(shí)，可將此模塊復(fù)位。

（4）保存聯(lián)軸器和電機(jī)的歷史溫度于歷史數(shù)據(jù)存儲器中，便于以后查找和趨勢分析；用數(shù)據(jù)接口模塊與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，將聯(lián)軸器和電機(jī)的報(bào)警信號以電信號的方式傳遞給外部監(jiān)控平臺。

系統(tǒng)控制流程圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)控制流程圖

3.2 硬件電路設(shè)計(jì)

紅外溫度傳感器的傳出信號為模擬信號，CPU接受信號為數(shù)字信號，為此在紅外傳感器和CPU之間加入差分放大器模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換器模塊。差分放大器模塊采用AD8130差分接收放大器模塊，其具有低噪聲低失真，高共模抑制比的特性。

CPU信號輸出端加入繼電器模塊來控制聲光報(bào)警器的啟停，繼電器模塊采用一路光耦隔離的可以高低電平觸發(fā)的繼電器模塊。本設(shè)計(jì)中采用高電平觸發(fā)使聲光報(bào)警器工作，低電平停止工作。具體電路連接如圖2。

圖2 硬件連接圖

在計(jì)算機(jī)端，信號從RJ－45端口傳入計(jì)算機(jī)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)CPU的分析處理計(jì)算后，將數(shù)據(jù)存儲在計(jì)算機(jī)硬盤中，與此同時(shí)可以通過互聯(lián)網(wǎng)在遠(yuǎn)端調(diào)用測溫系統(tǒng)計(jì)算機(jī)中硬盤的數(shù)據(jù)，在現(xiàn)場和遠(yuǎn)端的計(jì)算機(jī)顯示器上實(shí)時(shí)顯示溫度的變化情況，方便人員分析判斷換流站主循環(huán)泵聯(lián)軸器及電機(jī)是否發(fā)生溫度超過閥值、是否出現(xiàn)故障，從而達(dá)到無人值守、遠(yuǎn)端操作的目的。

3.3 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括計(jì)算機(jī)的初始化，紅外溫度傳感器采集設(shè)計(jì)，顯示器循環(huán)顯示聯(lián)軸器、電機(jī)的實(shí)時(shí)溫度，溫度數(shù)據(jù)的分析及存儲設(shè)計(jì)，局域網(wǎng)數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)程監(jiān)測，通過主程序?qū)⒏鱾€(gè)子程序模塊串接起來成為一個(gè)能夠?qū)β?lián)軸器、電機(jī)溫度實(shí)現(xiàn)監(jiān)測、分析并顯示的一個(gè)整體。

軟件采用定時(shí)中斷的工作方式，在每隔2 ms對各個(gè)傳輸?shù)紺PU的測量值進(jìn)行輪流采樣，通過數(shù)字濾波技術(shù)消除干擾，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算出相應(yīng)的聯(lián)軸器、電機(jī)的溫度，形成紅外熱圖像，根據(jù)聯(lián)軸器、電機(jī)的實(shí)時(shí)溫度對照國家標(biāo)準(zhǔn)判斷是否發(fā)出警報(bào)。

4 結(jié) 論

本裝置根據(jù)換流站主循環(huán)泵聯(lián)軸器及電機(jī)的溫度變化為研究的基礎(chǔ)，開發(fā)了換流站閥冷系統(tǒng)主循環(huán)泵聯(lián)軸器及電機(jī)溫度監(jiān)測裝置，實(shí)現(xiàn)了對主循環(huán)泵聯(lián)軸器及電機(jī)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)端監(jiān)控，減少了工人去現(xiàn)場檢測的頻率，延緩了聯(lián)軸器及電機(jī)因溫度升高引起的損害，提高了換流站閥冷系統(tǒng)的穩(wěn)定性。