基于DSP 的火電廠高壓斷路器故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

張效源

（浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315000）

0 引 言

電力系統(tǒng)設(shè)備中，斷路器是僅次于發(fā)電機(jī)和變壓器的大型設(shè)備，起到運(yùn)行控制作用[1]。隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)斷路器的要求提高。目前的斷路器存在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能單一、通用性差、缺乏數(shù)據(jù)積累及數(shù)據(jù)分析能力不夠等劣勢(shì)。傳統(tǒng)的斷路器只是一個(gè)執(zhí)行開(kāi)關(guān)功能的裝置，不能及時(shí)提醒故障。以往斷路器實(shí)驗(yàn)的電壓遠(yuǎn)低于正常運(yùn)行電壓，所以以往實(shí)驗(yàn)從未達(dá)到監(jiān)測(cè)目的，存在局限性。為保證電力設(shè)備安全運(yùn)行，減少斷路器故障[2]，提出了基于DSP的火電廠高壓斷路器故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)斷路器的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，以實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)嗦菲鳡顟B(tài)，減少故障損失。

1 高壓斷路器故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

高壓斷路器故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具有良好的監(jiān)測(cè)性能和穩(wěn)定性。此次設(shè)計(jì)的高壓斷路器故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件配置包括數(shù)據(jù)采集端口、模擬信號(hào)隔離器、母版、電源板、計(jì)算機(jī)主機(jī)、上位機(jī)、掃描儀、串口、鍵盤、A/D轉(zhuǎn)換接口及打印機(jī)[3]等，可完成各路信號(hào)的調(diào)理和運(yùn)算。采用DSP處理器進(jìn)行多監(jiān)測(cè)量的監(jiān)測(cè)，利用斷路器開(kāi)斷電流計(jì)算電壽命，實(shí)現(xiàn)采集和快速運(yùn)算的雙重功能，同時(shí)保證信號(hào)處理的快速性和準(zhǔn)確性。通過(guò)OPI監(jiān)測(cè)裝置對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)流程如圖1所示。

由圖1可知，具體監(jiān)測(cè)流程：硬件系統(tǒng)通電后，通過(guò)串口從傳感器讀取數(shù)據(jù)，采集相應(yīng)的頻率信號(hào)和數(shù)字量輸入進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；把電壓調(diào)至規(guī)定的范圍進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入，在硬件系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換和分析數(shù)據(jù)，最后把分析診斷的結(jié)果通過(guò)串口發(fā)送至上位機(jī)顯示出來(lái)[4]。

圖1 OPI監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)過(guò)程

通過(guò)斷路器的OPI監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)對(duì)火電廠齒輪箱、相應(yīng)部件轉(zhuǎn)速及震動(dòng)加速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。它能對(duì)斷路器的信號(hào)進(jìn)行變換，并發(fā)送到采集端口，作為斷路器的故障診斷數(shù)據(jù)。對(duì)火電廠設(shè)備的所有檢測(cè)量進(jìn)行采集處理，能避免大數(shù)據(jù)下傳輸電纜量大、不可靠的缺點(diǎn)。對(duì)設(shè)備進(jìn)行巡回檢測(cè)，有利于及時(shí)診斷系統(tǒng)[5]。傳感器輸出的各種信號(hào)，不能直接進(jìn)入A/D接口，需經(jīng)過(guò)預(yù)處理。在變換器內(nèi)輸入回路對(duì)電容進(jìn)行干擾，在進(jìn)行回路輸出時(shí)加低通濾波。

轉(zhuǎn)換后，利用OPI監(jiān)測(cè)裝置將火電廠斷路器工作狀態(tài)在線可視化，利用上位機(jī)顯示出監(jiān)測(cè)的各裝置的工作情況，使工作人員了解實(shí)時(shí)情況，以便發(fā)生故障時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。OPI監(jiān)測(cè)裝置在預(yù)估數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)采集的故障信號(hào)生成相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)圖層，更改未出現(xiàn)故障時(shí)的結(jié)構(gòu)配置，選取圖層單元，使用數(shù)量化理論開(kāi)展選擇工作。當(dāng)OPI監(jiān)測(cè)裝置工作后，使用人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)不正常信號(hào)。如果出現(xiàn)故障，監(jiān)測(cè)裝置通過(guò)上位機(jī)傳遞相應(yīng)的信息，系統(tǒng)將發(fā)出的故障信息進(jìn)行相關(guān)部件的在線診斷，并將診斷結(jié)論發(fā)送到監(jiān)控的計(jì)算機(jī)上，從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。

2 高壓斷路器故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件由上位機(jī)軟件控制查詢，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器的監(jiān)測(cè)，包括數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)查詢、故障監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)處理，過(guò)程如圖2所示。

圖2 軟件處理流程圖

將管理板接收的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到海量存儲(chǔ)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總處理，按照需要進(jìn)行顯示板與上層系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。啟動(dòng)判斷，在采樣間隔內(nèi)計(jì)算采樣數(shù)據(jù)，判斷故障是否啟動(dòng)，并查詢主控板狀態(tài)，沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，不斷地進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，監(jiān)測(cè)到故障時(shí)，將故障數(shù)據(jù)進(jìn)行故障重現(xiàn)和數(shù)據(jù)調(diào)試。通過(guò)建立關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)HBNDU進(jìn)行數(shù)據(jù)編程，使用數(shù)據(jù)庫(kù)建模，采集斷路器和電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳送，并及時(shí)記錄故障。

數(shù)據(jù)預(yù)處理的計(jì)算公式為：

其中，?代表查詢目標(biāo)，t代表故障觀測(cè)值，n+1代表接收數(shù)據(jù)次數(shù)，本次計(jì)算不做定向研究。

數(shù)據(jù)處理后，診斷故障參數(shù)，公式為：

其中，H代表故障參數(shù)，Σc代表發(fā)生循環(huán)數(shù)值，v2代表原始值參數(shù)，本次計(jì)算不做定向研究。

通過(guò)軟件計(jì)算，將火電廠的高壓斷路器故障進(jìn)行推演計(jì)算。將發(fā)生的故障在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行反演，以計(jì)算來(lái)解決故障。為提高管理水平，建立電網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，包括動(dòng)作日期和電機(jī)動(dòng)作曲線等。對(duì)斷路器故障信息進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)分析、打印及刻盤，以供查詢。

3 實(shí)例分析

為確保設(shè)計(jì)系統(tǒng)的有效性，將本文系統(tǒng)與傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比。對(duì)某火電廠高壓斷路器故障進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，設(shè)置某處故障，運(yùn)用本文系統(tǒng)和傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行故障監(jiān)控，監(jiān)控結(jié)果如表1所示。

表1 對(duì)比結(jié)果

由表1可知，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法的故障發(fā)現(xiàn)時(shí)間慢，合閘時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)對(duì)其他程序造成一定傷害，且故障診斷完成度低。本文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可看見(jiàn)電機(jī)的形成曲線，從形成曲線上能讀取任意時(shí)間的數(shù)值，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，合閘速度快，彈跳小，對(duì)故障造成的危害最低，且上級(jí)界面友好，可讀性強(qiáng)。

通過(guò)對(duì)比證明了本文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有效性，且故障監(jiān)測(cè)速度快，能在一定程度上有效克服傳統(tǒng)斷路器的監(jiān)測(cè)問(wèn)題，具有一定推廣意義。

4 結(jié) 論

針對(duì)火電廠高壓斷路器故障在線監(jiān)測(cè)存在的問(wèn)題，提出了基于DSP的斷路器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能監(jiān)測(cè)各機(jī)械參數(shù)，及時(shí)掌握運(yùn)行狀態(tài)，接收數(shù)據(jù)，并及時(shí)對(duì)發(fā)生的故障進(jìn)行診斷和處理，減少斷路器故障帶來(lái)的損失。本設(shè)計(jì)能提升火電廠運(yùn)行穩(wěn)定性，保證供電質(zhì)量。