汽轮机监测保护系统的设计

维普资讯 http://www.cqvip.com 现代商贸工业　第１９卷第９期　Ｍｏｄｅｒｎ　Ｂｕｓｉｎｅｓｓ　Ｔｒａｄｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　２００７年９月　汽轮机监测保护系统的设计　李高文　（奎屯热电厂，新疆奎屯８３３２００）　摘　要：随着我国电力＿７－业科技进步和电力体制改革的变化，发电企业对汽轮发电机组状态监测和故障诊断技术提出　了新的要求；现行的设备检修体制已阻碍了电力生产企业效益的进一步提高，采用先进的检修体制已势在必行。提出了一　套完整的汽轮发电机组的在线保护方（ＴＳＩ）系统，进行了软硬件设计。　关键词：汽轮机；监测；保护系统　中图分类号：ＴＫ２６２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—３１９８（２００７）０９—０２６１—０２　ｌ　汽轮机监测保护系统概述　３汽轮机监测保护系统的硬件设计　汽轮机热工监视和保护系统以及由其所组成的信号报　主要是指单片机的选择和功能扩展，传感器的选择，Ｉ／　警系统和保护控制系统，是保护汽轮机安全运行的重要设　０口的选择，通道的配置，人机对话设备的配置。振动监视　备。随着机组容量的增大，汽轮机安全监视和保护就显得　组件由三个相互联系的部分组成，分别是显示板模块，主板　更加重要，同时对汽轮机的安全监视和保护装置动作的准　模块，继电器板模块。矢量监视组件原理图如下：　确性和可靠性也提出了更高的要求。原有及早期设计的保　护系统大多为继电器及硬件逻辑搭接的，可靠性较差，维护　４　量较大。汽轮机振动及监控保护系统是为了监视汽轮机在　运行过程中主轴和轴承的振动状况及大轴弯曲而设计的，　它由振动监视组件，速度监视组件和偏心监视组件三部分　组成，每个部分可由用户的需要提供若干组件，以完成用户　需要监视的测点。其中监视振动组件和偏心监视组件配涡　流传感器，用来监视主轴的振动状况，涡流传感器的输出信　号大小为一４一一２０Ｖ，它是一个含有直流分量的交流信号，　速度监视组件配电磁式传感器，用来监视轴瓦的振动情况。　图１　矢量监视组件原理图　２汽轮机监测保护系统监视组件　模拟通道设计：　‘　振动监视组件是以单片机为核心研制的，为了对输入　８０９８内有一个脉冲宽度调置器ＰＷＭ可用来完成数字　信号进行有效的处理，要求所选用的ＣＰＵ速度快，集成度　信号至模拟信号的转换。我们将ＰＷＭ用于产生键相输入　高，指令系统简单，根据目前世界上在线控制发展的趋势和　比较电路的界限电压。同时８０９８单片机的ＨＳＯ也可以软　市场上提供的产品，监视组件选用８０９８单片机。８０９８单片　件编程构成脉冲调宽输出，我们利用ＨＳ０．０、ＨＳ０．１构成　机为准１６位单片机，外接芯片简单，具有１６位处理速度，　两路脉冲调宽输出，用于通频振幅及１信频振幅模拟量输　典型指令的执行时间为２Ｈ　Ｓ，它的主要特性：十六位中央处　出．脉冲调宽输出信号ＴＴＬ电平的调制脉冲，经ＣＤ４０５３缓　理器；具有高效的指令系统；集成了采样保持器和四路十位　冲电平变换．使信号振幅变为０—５Ｖ，再经过ＲＣ滤波，得到　Ａ／Ｄ转换器；具有高速输入口ＨＳＩ，高速输出口ＨＳ０和脉　直流电压信号，再经过一级同相跟随，实现阻抗变换，得到　宽调制输出ＰＷＭ；具有监视定时器，可以在产生软硬件故　要求的０—２．５Ｖ或１—５Ｖ的直流电压信号输出，其输出阻　障时，使系统复位，恢复ＣＰＵ工作。监视保护系统的设计　抗Ｒ０—０．电压信号经ｖ／ｉ转换，便可得到０—１０ｍＡ或４—　方法和步骤分为：系统总体设计，硬件设计，软件设计。它　２０ｍＡ电流输出。　是指根据测量系统的功能要求和技术特性，反复进行系统　显示接口：　构思，综合考虑硬件和软件的特点，原则：能用软件实现的　显示接口采用８２７９芯片，可直接与８０９８单片机相连，　就不用硬件，但值得一提的是软件会占用ＣＰＵ的时间。为　其工作方式可通过编程设定。接口电路采用了通用的可编　了缩短研制周期，尽可能利用熟悉的机型或利用现有的资　程键盘，显示器接口器件８２７９，它是键盘显示控件的专用器　料进行改进和移值，并采用可利用的软硬件资源，然后根据　件，与单片机接口简单方便，其工作方式可通过编程设置。　系统的要求增加所需要的功能，在完全满足系统功能的同　８２７９的监测输入线ＲＩ　Ｏ—ＲＩ　７工作再选通输入方式，可输　时，为提高系统工作的可靠性和稳定性，还必须充分考虑到　入８个拨动开关信号，以选择该系统的工作方式。　系统的抗干扰能力。　Ｉ／０通道扩展：　维普资讯 http://www.cqvip.com

第１９卷第９期　现代商贸工业　Ｍｏｄｅｒｎ　Ｂｕｓｉｎｅｓｓ　Ｔｒａｄｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　为止。　２００７年９月　采样及通道值计算程序模块：本程序模块首先对监视　保护系统处于的状态进行判断，这些状态是指监视保护系　统是否处于通道旁路和危险旁路，如果监视保护系统某一　通道处于旁路状态，那么解除继电器报警，系统正常灯熄，　旁路灯亮，同时通道指示值为０。如果监视保护系统某一通　道没有被旁路，则启动该通道的Ａ／Ｄ转换，随后将采集的　数字信号进行滤波，计算得到通道值。模拟量输出通道输　出代表该通道值的标准电流值０～１０ｍＡ．ＤＣ或４—２０ｍＡ．　图２显示接口图　８０９８单片机本身只有３２根Ｉ／Ｏ线，其中１６根作为系　统地址、数据总线，８根ＨＩＳ／ＨＳＯ线，４根模拟量输入线，还　有４根多功能线，可用作ＴＸＤ、ＲＸＤ以及外中断输入、脉宽　调制输出，这些Ｉ／Ｏ口各有用途，监视组件为了进行参数设　定及响应系统监视组件信号，必须进行Ｉ／Ｏ功能扩展。当　单片机提供的Ｉ／Ｏ接口不够用时，需要扩展Ｉ／０接口以实　现ＴＳＩ功能。８０９８有四个端口即ｐＯ、ｐ２、ｐ３、ｐ４，共３２根Ｉ／　Ｏ线，监视保护系统设计时，ｐＯ一部分作为模拟量输入线；　ｐ２一部分作为串行口　，另有一部分作为脉冲宽度调制输出；　ｐ３作为数据总线和地址总线低八位复用；ｐ４的一部分提供　地址总线的高八位。Ｉ／Ｏ通道扩展电路：一种以８１５５作为　外围接口，另一种以８２５５作为外围接口。外围接口主要有　８１５５，８２５５，８２７９，ＥＰＲＯＭ选用的是２７６４，掉电保护用的是　ＥＰＲＯＭ２８６４。８１５５和８２５５是作为普通的输入和输出口使　用的，它们主要用于设定开关状态的输入及报警状态的输　出。８２７９是显示接口，用来控制显示器的显示，监控保护系　统显示部分采用的是由１２８根发光二极管组成的两根光　柱，每根光柱对应一根通道。８２７９的回扫线ＲＬ０一ＲＬ７用　作选通输入方式。　４汽轮机监测保护系统的软件设计　主要是应用软件的设计。根据系统功能要求设计。在　设计应用软件时，必须考虑到单片机的指令系统和软件功　能，并与硬件统筹考虑。单片机的系统开发，其软件设计不　可能相对于硬件而独立，其软件总要与硬件结合在一起，实　现要求的功能。当应用系统总体方案一经审定，硬件系统　设定基本定型，大量的工作将是软件系统的程序设计与调　试。振动监视组件软件的设计采用模块编程法，模块法的　优点是把一个较为复杂的程序化为编制和装配几个比较简　单的程序，使程序设计容易实现。由于块与块之间具有一　定的独立性，如果其程序模块需要修改或变动时，将只影响　模块内部程序，而对其它程序模块的影响很小，或基本没影　响就很方便，它主要由下面几个部分组成：标准的自检程序　模块；采样以及通道计算程序模块；设定值调整程序模块，　报警程序模块。　自检程序模块：该模块检查系统的电源电压是否正常，　系统将以故障码的形式提示用户：系统电源出现故障，并指　出哪一路电源处于故障状态。系统得自检功能由上电自　检，循环自检和用户请求自检三部分组成。在自检过程中，　系统解除所有形式的保护。如果自检过程中发现故障，那　么监视保护系统一直处于自检状态，直至用户排除了故障　一２６２一　ＤＣ。　设定值调整程序模块：设定值包括警告设定值和危险　设定值两个，它存放在ＥＰＲＯＭ２８６４中，即使断电，存放在　其中的值也不会丢失，显示面板上的“警告”或“危险”键按　下，棒状光柱上将显示警告或危险设定值，如果要对设定值　进行调整，还需要按下主线路板上的设定开关，再按下面板　上的“警告”或“危险”键，最好按下系统监视面板上的“？”或　“？”，即可对设定值调整。在软件中，当设置点调整后，ＡＦ　标志置零，程序根据ＡＦ标志判断是否需要将条调整值重　新写入２８６４。　报警程序模块：如果两通道的测量值之差即差值超过　警告或危险设定值，那么监视保护系统将处于警告或危险　状态，这时显示面板上的警告或危险报警灯亮，同时将驱动　警告或危险继电器，如果处于危险旁路状态，那么仅仅是两　个通道的危险灯亮而危险继电器则不动作。如果监视组件　处于通电抑制状态，那么将解除所有形式的报警。　显示程序模块：显示程序模块执行显示双通道的测量　疽、报警值以及四种故障代码。在８０９８内部ＲＡＭ中，开设　一个具有ｌ６个寄存器单元缓冲区，如８０Ｈ一８ＦＨ。将缓冲　区对半分成两部分，每一部分的寄存单元寄存一个通道的　显示代码。将显示代码送到８２７９的显示缓冲区，８２７９可以　自动扫描显示。　中断程序模块：Ｔ１的溢出周期作为输出脉冲信号的宽　度，改变ＨＳＯ高低电平的触发时间就可以改变方波的占空　比，从而改变输出电流大小。　“大型汽轮发电机组性能监测分析与故障诊断软件系　统”在仿真机上运行，能对仿真机运行工况进行监视，也能　通过实时数据库与实际机组的计算机联网，对实际运行机　组工作状况进行监测和分析等。　参考文献　Ｅ１］周桐，徐健学．汽轮机转子裂纹的时频域诊断研究ＥＪ］．动力工程，　２００２，（９）．　Ｅ２］刘峻华，黄树红，陆继东．汽轮机故障诊断技术的发展与展望ＥＪ］．　汽轮机技术．２００４，（１２）．　Ｅ３］陆颂元，张跃进，童小忠．机组群振动状态实时监测故障诊断网络　和远程传输系统技术研究口］．中国电力，２００５，（３）．　［４］冯小群，杜永祚．新型动态测试与信号分析系统的研制ＥＪ］．华北　电力学院学报，２００４，（６）．　ＥｓＪ李录平，邹新元．小波变化在振动故障奇异信号检测中的应用　ＥＪ］．汽轮机技术，２００５，（２）．