CN111277045A - 一种具备瞬态监测能力的水冷型电力监控装置 - Google Patents
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Abstract
本发明设计了一种具备瞬态监测能力的水冷型电力监控装置，功能面板用于电力监控装置控制、显示及报警，显示可编程逻辑控制器发来的电力系统保护开关开闭状态、报警信息，并向输入输出模块输出电力系统保护开关闭合或断开控制信息；传感器模块用于电力系统运行参数的测量；可编程逻辑控制器通过输入输出模块完成电力系统保护开关运行状态信息的采集、保护开关连锁保护信息处理功能，同时与计算机交互信息，向功能面板输出电力系统网络拓扑结构、报警信息。本发明水冷型电力监控装置，集信息实时监测、供配电网络控制、故障诊断、报警及消音等功能于一体，实现电力系统的集中管理，保障电力系统稳定、可靠运行。
Description
技术领域
本发明属于船舶用电监控技术领域，尤其涉及一种具备瞬态监测能力的水冷型电力监控装置。
背景技术
民用船舶电力系统监控设备数量多、功能分散，设备对外接口种类多、形式多样，不便于实现信息集中监测；同时，各类监测信息不能实现实时同步监测，不便于操作人员全面掌握系统各监测节点在同一时刻的状态信息；各监控设备不具备电力系统暂态信息监测的能力，不能完成电力系统暂态特性分析，且未采用智能分析措施实现电力系统故障诊断；另外，由于各监控设备均采用强制风冷方式，一方面不利于船舶内部舱室空气质量的控制，另一方面也增加了舱室环境温度控制难度、增大了空调负荷量，不利于船舶减振降噪、节能减排。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种具备瞬态监测能力的水冷型电力监控装置，集信息实时监测、供配电网络控制、故障诊断、报警及消音等功能于一体，实现电力系统的集中管理，保障电力系统稳定、可靠运行。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种具备瞬态监测能力的水冷型电力监控装置，包括功能面板、传感器模块、可编程逻辑控制器，功能面板用于电力监控装置控制、显示及报警，显示可编程逻辑控制器发来的电力系统保护开关开闭状态、报警信息，并向输入输出模块输出电力系统保护开关闭合或断开控制信息；传感器模块用于电力系统运行参数的测量；可编程逻辑控制器通过输入输出模块完成电力系统保护开关运行状态信息的采集、保护开关连锁保护信息处理功能，同时与计算机交互信息，向功能面板输出电力系统网络拓扑结构、报警信息；通过可编程逻辑控制器实现电力监控装置的逻辑控制、冗余备份，确保被控保护开关的准确动作，保障系统稳定可靠运行。
按上述技术方案，计算机将信号调理单元输出的模拟信号转换成数字信号，通过内部通讯接口、输入输出模块与其他设备实现信息交互与共享，并对电力系统运行状态信息进行综合处理、记录、显示。
按上述技术方案，还包括信号调理单元，信号调理单元将传感器模块输出的电流信号转换成计算机能够处理的模拟信号。
按上述技术方案，还包括输入输出模块，输入输出模块实现电力监控装置内部组件与外部电气设备的电气连接。
按上述技术方案，还包括电源模块，电源模块将两路交流电作为电源，选择其中一路并将其转换为直流电能，为电源模块的组成部件(蓄电池组)充电，同时通过电源模块的组成部件自动选择直流或蓄电池组作为电力监控装置的内部电源，为功能面板、传感器模块、可编程逻辑控制器、信号调理单元、计算机、输入输出模块、液晶显示屏提供电能；利用电源模块实现不间断供电功能。
按上述技术方案，还包括水冷模块，将电力监控装置提供电源模块、计算机辐射的热能传递给水冷模块内的冷却液，实现电力监控装置内部热能的导出；通过水冷模块实现设备辐射热量和空气噪声的零传递。
按上述技术方案，计算机配置多通道高频电压/电流输入模块，实现多路模拟量信息同步采集。利用计算机各类信息接口接收其他设备发来的相关信息，并结合电力监控装置监测的相关信息，完成信息集成和故障诊断功能，实现系统运行状态信息集中、智能管理，能综合分析电力系统故障原因，为系统故障排查提供有力支撑。
按上述技术方案，还包括液晶显示屏，液晶显示屏通过视频接口显示计算机传送的电力系统状态信息。
按上述技术方案，传感器模块包括电压传感器、电流传感器。
电力监控装置的原理如下：电力监控装置通电后，电源模块、传感器模块、可编程逻辑控制器、信号调理模块、计算机、液晶显示屏等电气组件得电、完成初始化；利用可编程逻辑控制器、计算机实时采集传感器模块、信号调理单元、输入输出模块等组件送来的电压、电流、开关量等信息，计算机通过输入输出模块接收外部其他电气设备发来的相关信息，可编程逻辑控制器和计算机分别对上述信息进行综合处理，同时通过内部通讯接口实现可编程逻辑控制器与计算机间信息的交互，可编程逻辑控制器和计算机分别将电力系统相关运行状态信息传送给功能模块和液晶显示屏进行实时显示；通过功能面板相关按钮完成电力系统供电网络保护开关的分断与闭合控制，功能面板接收可编程逻辑控制器输出的报警指令发出相应声光报警，并通过消音按钮、查灯按钮完成报警消音、指示灯检查等功能；计算机通过输入输出模块将电力系统运行状态信息传送给外部设备；水冷模块通过水冷组件、管路等部件将电力监控装置内部热量传递给外部冷却水。
本发明产生的有益效果是：1)采用多通道高频采样、不间断供电、逻辑控制与冗余备份、故障诊断等技术，首次实现电力系统瞬态与稳态运行参数的同步可靠监测，有效保障了新型船舶电力系统稳定、可靠运行以及智能故障诊断；2)采用了水冷技术，降低电力监控装置低噪、低热辐射运行，实现热辐射和空气噪声向周围环境的零传递，有力支持新型船舶减振降噪、舱室温度控制，为新型船舶节能减排提供有力支撑；3)采用信息集成和故障诊断技术，信息集成度与智能化程度高、扩展能力强，实现电力系统集中监测、智能管理。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明实施例中电力监控装置瞬态监测功能的流程图；
图2为本发明实施例中水冷型电力监控装置组成框图；
图3为本发明实施例中连接图；
图4为本发明实施例中水冷电力监控装置后视图；
图5为本发明实施例中水冷电力监控装置正视图；
图6为本发明实施例中水冷电力监控装置侧视图；
其中，1-柜体、2-功能面板、3-电源模块、4-水冷模块、5-传感器模块、6-可编程逻辑控制器、7-信号调理单元、8-计算机、9-输入输出模块、10-液晶显示屏。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中，电力监控装置实现船舶电力系统集中管理，实时监控、显示及记录电力系统运行瞬态信息、稳态信息、供电网络绝缘与结构，对电力系统运行参数进行越限报警，具备自检、查灯、报警消音以及电源失电继续工作等功能，能通过通讯接口将电力系统运行状态信息传送给其它系统或设备。
如图2-6所示，电力监控装置包括功能面板2、传感器模块5、可编程逻辑控制器6，功能面板用于电力监控装置控制、显示及报警，显示可编程逻辑控制器发来的电力系统保护开关开闭状态、报警信息，并向输入输出模块输出电力系统保护开关闭合或断开控制信息；传感器模块用于电力系统运行参数(电压、电流)的测量；可编程逻辑控制器通过输入输出模块完成电力系统保护开关运行状态信息的采集、保护开关连锁保护信息处理功能，同时通过通讯接口与计算机交互信息，向功能面板输出电力系统网络拓扑结构、报警信息；通过可编程逻辑控制器实现电力监控装置的逻辑控制、冗余备份，确保被控保护开关的准确动作，保障系统稳定可靠运行。计算机8将信号调理单元输出的模拟信号转换成数字信号，通过内部通讯接口、输入输出模块与其他设备实现信息交互与共享，并对电力系统运行状态信息进行综合处理、记录、显示。信号调理单元7将传感器模块输出的电流信号转换成计算机能够处理的模拟信号。输入输出模块9实现电力监控装置内部组件与外部电气设备的电气连接。电源模块3将两路交流电作为电源，选择其中一路并将其转换为直流电能，为电源模块的组成部件(蓄电池组)充电，同时通过电源模块的组成部件自动选择直流或蓄电池组作为电力监控装置的内部电源，为功能面板、传感器模块、可编程逻辑控制器、信号调理单元、计算机、输入输出模块、液晶显示屏提供电能；利用电源模块实现不间断供电功能。将电力监控装置提供电源模块、计算机辐射的热能传递给水冷模块4内的冷却液，实现电力监控装置内部热能的导出；通过水冷模块实现设备辐射热量和空气噪声的零传递。计算机配置多通道高频电压/电流输入模块，实现多路模拟量信息同步采集。利用计算机各类信息接口接收其他设备发来的相关信息，并结合电力监控装置监测的相关信息，完成信息集成和故障诊断功能，实现系统运行状态信息集中、智能管理，能综合分析电力系统故障原因，为系统故障排查提供有力支撑。还包括柜体1，柜体为电力监控装置所有组件提供安装空间。液晶显示屏10通过视频接口显示计算机传送的电力系统状态信息。
电力监控装置利用传感器模块5、信号调理单元7、计算机8等部件实现瞬态信息实时监测功能，电力监控装置实现瞬态监测功能的流程如图1所示。主要流程如下：
1)传感器模块将电力系统多路瞬态电压(量程范围0V～2250V)和瞬态电流(0A～110kA)信号按比例(1:30和1:550)实时转换为模拟电流型信号、并送至信号调理单元(7)；
2)信号调理单元将多路模拟电流信号实时转换为模拟电压信号、并送至计算机(8)内置的高采样频率、高精度采集板卡；
3)高采样频率、高精度采集板卡将多路模拟电压信号按照40kHz采样频率、20位采样精度的要求实现实时、同步转换成数字量信号，并存储在采集板卡存储器内；
4)高采样频率、高精度采集板卡利用GPIO总线将存储的数字量信息传送至计算机内置的CPU，并利用CPU内二次开发的软件将数字量信息按比例折算成实际模拟量大小。
电力监控装置利用可编程逻辑控制器、计算机等组件采集了电力系统重要节点运行状态、网络连接状态、网络绝缘状态等信息，实现了电力系统信息集成，并利用预置于计算机内的综合管理算法实现电力系统故障诊断。
电力监控装置的监测、显示功能中，在设备上电自检完成后，即对电力系统主要监测点实施实时监测，并由功能面板与液晶显示屏进行显示；控制功能中，根据操作人员操作指令对电力系统相应保护开关发出控制指令；报警功能中，可编程逻辑控制器和计算机根据既定程序对监测信息进行越限判断，若某个或某几个被监测信息越限，则发出报警功能；通讯功能中，利用计算机的通讯接口与外部设备实现信息交互与共享。
本实施例的功能主要有：
1)电力系统运行状态和主要运行参数实时同步监测、记录、存储、显示，包括电力系统主要保护开关开闭状态，主要设备电压、电流及功率，网络拓扑结构、绝缘状态等；
2)电力系统供电网络控制、网络状态显示及存储，包括电力系统主要保护开关的分断与闭合控制；
3)电力系统主要运行参数的越限报警及存储，并对越限参数进行声光报警提示；
4)具备两路外部交流电源失电继续工作的能力、自检、查灯、报警消音等功能。
5)各参数的测量精度和量程如下：
①稳态模拟量
采集精度：1.5级；
量程范围：0V～640V、-6000A～6000A、0A～500A、0A～1000A、0A～4000A。
②暂态模拟量
暂态电压采集：1.5级；
暂态电压量程范围：0V～2250V；
暂态电流采集：5级；
暂态电流量程范围：0A～110kA；
故障报警功能涉及电力系统运行状态异常时的报警，主要故障信息包括电力系统蓄电池组、供电网络绝缘、供电网络过载与短路、供电不均衡、连锁保护、通讯异常等报警。故障消除后，电力监控装置相应告警信号以及声光报警信号消失。同时电力监控装置具备试灯和消音功能。通讯功能涉及与外部设备的通讯、信息交互，通过通讯接口实现与外部设备的信息交互、共享。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种具备瞬态监测能力的水冷型电力监控装置，其特征在于，包括功能面板、传感器模块、可编程逻辑控制器，功能面板用于电力监控装置控制、显示及报警，显示可编程逻辑控制器发来的电力系统保护开关开闭状态、报警信息，并向输入输出模块输出电力系统保护开关闭合或断开控制信息；传感器模块用于电力系统运行参数的测量；可编程逻辑控制器通过输入输出模块完成电力系统保护开关运行状态信息的采集、保护开关连锁保护信息处理功能，同时与计算机交互信息，向功能面板输出电力系统网络拓扑结构、报警信息。
2.根据权利要求1所述的具备瞬态监测能力的水冷型电力监控装置，其特征在于，计算机将信号调理单元输出的模拟信号转换成数字信号。
3.根据权利要求1或2所述的具备瞬态监测能力的水冷型电力监控装置，其特征在于，还包括信号调理单元，信号调理单元将传感器模块输出的电流信号转换成计算机能够处理的模拟信号。
4.根据权利要求1或2所述的具备瞬态监测能力的水冷型电力监控装置，其特征在于，还包括输入输出模块，输入输出模块实现电力监控装置内部组件与外部电气设备的电气连接。
5.根据权利要求1或2所述的具备瞬态监测能力的水冷型电力监控装置，其特征在于，还包括电源模块，电源模块将两路交流电作为电源，选择其中一路并将其转换为直流电能，为电源模块的组成部件充电，同时通过电源模块的组成部件自动选择直流或蓄电池组作为电力监控装置的内部电源，为功能面板、传感器模块、可编程逻辑控制器、信号调理单元、计算机、输入输出模块、液晶显示屏提供电能；利用电源模块实现不间断供电功能。
6.根据权利要求1或2所述的具备瞬态监测能力的水冷型电力监控装置，其特征在于，还包括水冷模块，将电力监控装置提供电源模块、计算机辐射的热能传递给水冷模块内的冷却液，实现电力监控装置内部热能的导出；通过水冷模块实现设备辐射热量和空气噪声的零传递。
7.根据权利要求1或2所述的具备瞬态监测能力的水冷型电力监控装置，其特征在于，计算机配置多通道高频电压/电流输入模块，实现多路模拟量信息同步采集。
8.根据权利要求1或2所述的具备瞬态监测能力的水冷型电力监控装置，其特征在于，还包括液晶显示屏，液晶显示屏通过视频接口显示计算机传送的电力系统状态信息。
9.根据权利要求1或2所述的具备瞬态监测能力的水冷型电力监控装置，其特征在于，传感器模块包括电压传感器、电流传感器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200612 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |