具有電氣火災(zāi)預(yù)警的的發(fā)電車(chē)應(yīng)急電源自動(dòng)投切裝置研制

黃高星 韋敏 周聰

摘要：為解決應(yīng)急供電螺栓連接不方便、快速連接器規(guī)格不統(tǒng)一等問(wèn)題，研制了一種具有電氣火災(zāi)預(yù)警的的發(fā)電車(chē)應(yīng)急電源自動(dòng)投切裝置，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急電源發(fā)電機(jī)自動(dòng)投切及電壓監(jiān)測(cè)功能。針對(duì)電氣火災(zāi)的早期信號(hào)微弱、不明顯，增加電氣火災(zāi)預(yù)警模塊，通過(guò)超高采樣獲得早期特征信號(hào)的頻率和相位等關(guān)鍵信息，并結(jié)合多種判據(jù)利用智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法輸出特征信號(hào)，克服單一判據(jù)引起誤、漏判，實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)的預(yù)警，并投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急電源;自動(dòng)投切控制;電氣火災(zāi)預(yù)警;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

引言

用戶(hù)對(duì)供電的可靠性和連續(xù)性要求越來(lái)越高。近年來(lái)，電力網(wǎng)絡(luò)故障頻發(fā)造成了用戶(hù)側(cè)用電的不穩(wěn)定，現(xiàn)有低壓配電往往采用單路供電，其缺陷使無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)用電連續(xù)性、可靠性的需求，因此開(kāi)展應(yīng)急供電的需求愈加迫切。

現(xiàn)有的應(yīng)急供電方式主要有以下缺陷 ：1）最常見(jiàn)為螺栓連接方式，極易出現(xiàn)相序搭接錯(cuò)誤問(wèn)題，無(wú)法滿(mǎn)足安全、可靠、快速連接的需求;2）預(yù)裝應(yīng)急電源快速連接器連接方式，快速連接器接口與應(yīng)急電源接口不匹配，使得應(yīng)急電源車(chē)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后無(wú)法接入。

一、設(shè)計(jì)方案

為解決應(yīng)急供電螺栓連接不方便、快速連接器規(guī)格不統(tǒng)一等問(wèn)題，同時(shí)增加電氣火災(zāi)預(yù)警模塊，充分考慮應(yīng)急電源接入裝置與低壓配電柜母排的兼容性，確保各種結(jié)構(gòu)形式的配電柜和不同的母排連接方式均能安全可靠地接入，該結(jié)構(gòu)形式確保接入各種規(guī)格母排時(shí)的載流能力，安全高效地將應(yīng)急電源接入低壓配電柜母排，進(jìn)而旁路故障網(wǎng)點(diǎn)，遠(yuǎn)程啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，快速恢復(fù)負(fù)載的供電，保障電力網(wǎng)絡(luò)檢修維護(hù)時(shí)負(fù)載供電平穩(wěn)連續(xù)運(yùn)行，快速地滿(mǎn)足應(yīng)急保供電等各類(lèi)涉及電網(wǎng)的作業(yè)需要[1-2]。

該裝置包括應(yīng)急電源自動(dòng)投切控制器、采樣模塊、保護(hù)模塊、電氣火災(zāi)預(yù)警模塊、柴油發(fā)電機(jī)組控制模塊、遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊、切換開(kāi)關(guān)模塊及相應(yīng)的三側(cè)電壓電流互感器，如圖1所示。

二、模塊功能

本文將重點(diǎn)介紹系統(tǒng)各模塊的功能：

（1）應(yīng)急電源自動(dòng)投切控制器?？刂破鞑捎肧TM32F767ZIT6U，具有32位ARM Cortex-M7+FPU+Chrom-ART加速器，最大216MHzCPU主頻，增加先進(jìn)的人工智能AI功能，完全滿(mǎn)足本裝置的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算要求。

（2）采樣模塊。應(yīng)急電源自動(dòng)投切控制器自帶A/D采樣通道不夠，考慮到電氣火災(zāi)預(yù)警模塊的需要，本文選用了ADI公司生產(chǎn)的八通道A/D采樣芯片AD7997，該芯片的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)以及模式控制是通過(guò)I2C協(xié)議來(lái)進(jìn)行通信，與應(yīng)急電源自動(dòng)投切控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

（3）保護(hù)模塊：在市電與發(fā)電切換輸出端設(shè)計(jì)有過(guò)載保護(hù)、過(guò)壓和欠壓保護(hù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電源系統(tǒng)的保護(hù)。

（4）電氣火災(zāi)預(yù)警模塊：為解決不同負(fù)載及其電路連接方式使得閾值設(shè)置困難、故障電弧識(shí)別準(zhǔn)確率不高等問(wèn)題，提供了一種簡(jiǎn)單易用、高可靠的基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電氣火災(zāi)預(yù)警方法，通過(guò)超高采樣獲得早期特征信號(hào)的頻率和相位等關(guān)鍵信息，并結(jié)合多種判據(jù)利用智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法輸出特征信號(hào)，克服單一判據(jù)引起誤、漏判，實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)的預(yù)警。

（5）柴油發(fā)電機(jī)組控制模塊：柴油發(fā)電機(jī)組控制模塊可以使柴油發(fā)電機(jī)完成自啟動(dòng)。在保供電期間，若市電發(fā)生故障，在應(yīng)急電源自動(dòng)投切控制器控制利用一對(duì)無(wú)源開(kāi)入點(diǎn)，啟動(dòng)應(yīng)急電源車(chē)發(fā)電機(jī)，并控制切換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)電源自動(dòng)切換，這樣市電就可以和柴油發(fā)電機(jī)組組成一套完整的主備用電源應(yīng)急系統(tǒng)，保證對(duì)系統(tǒng)負(fù)載的穩(wěn)定性。

（6）遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊：應(yīng)急電源自動(dòng)投切控制器通過(guò)擴(kuò)展RS485/232通訊監(jiān)控模塊和PC監(jiān)控軟件可擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)急發(fā)電車(chē)（機(jī)）快速接入箱的電腦遠(yuǎn)程監(jiān)控，遠(yuǎn)程顯示三相電壓、三相電流、功率等參數(shù)

（7）切換開(kāi)關(guān)模塊：市電與柴油發(fā)電機(jī)通過(guò)切換開(kāi)關(guān)在應(yīng)急電源自動(dòng)投切控制器控制切換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)兩路電源供電的自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換。自動(dòng)轉(zhuǎn)換模式下無(wú)需操作人員即可實(shí)現(xiàn)兩路電源的切換;緊急情況下還可以通過(guò)切換開(kāi)關(guān)的手動(dòng)選擇手柄實(shí)現(xiàn)電力的穩(wěn)定供給。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)模塊具有市電優(yōu)先的功能，也就是說(shuō)即使在柴油發(fā)電機(jī)組供電狀態(tài)，在此期間任何時(shí)候，只要市電恢復(fù)正常，立刻切換至市電供電。切換開(kāi)關(guān)模塊具有機(jī)械聯(lián)鎖和電氣聯(lián)鎖，確保切換的準(zhǔn)確和安全，同時(shí)具有缺相保護(hù)的功能。切換延時(shí)，保證了切換前柴油發(fā)電機(jī)組電源或市電電源各項(xiàng)電參數(shù)的穩(wěn)定性。

（8）三側(cè)電壓電流互感器：在電網(wǎng)側(cè)、發(fā)電側(cè)和負(fù)荷側(cè)均配置電壓互感器和電流互感器，采樣模塊采集三側(cè)電壓電流互感器二次側(cè)信號(hào)，其中電氣火災(zāi)預(yù)警模塊主要采集負(fù)荷側(cè)電壓電流信號(hào)，對(duì)負(fù)荷側(cè)電氣火災(zāi)進(jìn)行提前預(yù)警;柴油發(fā)電機(jī)組控制模塊主要采集發(fā)電車(chē)電壓電流信號(hào)，對(duì)柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程自啟動(dòng)控制并網(wǎng)發(fā)電，切換開(kāi)關(guān)模塊主要利用三側(cè)電壓電路信號(hào)。裝置的工作流程，如圖2所示。

三、結(jié)論

本文研制了一種具有電氣火災(zāi)預(yù)警的的發(fā)電車(chē)應(yīng)急電源自動(dòng)投切裝置，與應(yīng)急電源車(chē)配套應(yīng)用在保電現(xiàn)場(chǎng)，在保電期間對(duì)市電電源進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)市電電源發(fā)生故障停電時(shí)，首先隔離市電，同時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急電源車(chē)發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急電源發(fā)電機(jī)自動(dòng)投切及電壓監(jiān)測(cè)功能。針對(duì)電氣火災(zāi)的早期信號(hào)微弱、不明顯，本文還提出一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電氣火災(zāi)預(yù)警方法，通過(guò)超高采樣獲得早期特征信號(hào)的頻率和相位等關(guān)鍵信息，并結(jié)合多種判據(jù)利用智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法輸出特征信號(hào)，克服單一判據(jù)引起誤、漏判，實(shí)現(xiàn)電氣火災(zāi)的預(yù)警，并投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]袁漢凱，趙法強(qiáng).配網(wǎng)應(yīng)急發(fā)電車(chē)綜合管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2019，26（11）：69-70.

[2]鄭建忠，鄭建榮.一種基于云計(jì)算技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].電力信息與通信技術(shù)，2018，16（6）：61-65.

作者簡(jiǎn)介：

黃高星（1994-），男，廣西河池，大學(xué)本科，助理工程師，主要研究方向：電力系統(tǒng)分析。