CN112098835A - 一种发电机励磁碳刷远程实时监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发电机励磁碳刷远程实时监测系统，包括：监测主机以及若干个电流传感器；发电机设置有两组刷握，每组刷握设置预设数量的电刷连接端；电流传感器安装在发电机正负极刷架上，每个电流传感器对应连接一个电刷连接端；电流传感器通过电刷连接端连接励磁碳刷；每个电流传感器实时采集发电机励磁碳刷电流信息；监测主机实时显示发电机碳刷电流变化状态，按照预设的报警值，当碳刷电流的波动超过预设报警值时，发出电流超限报警显示，提醒维护人员检修。通过逻辑组态，结合MODBUS通讯协议规约、配置系统参数、进行逻辑组态、通讯联调，实现集控室内远程监测。避免了人员监控不及时的问题，降低了对人员及发电机的危险性。
Description
技术领域
本发明涉及发电机技术领域，尤其涉及一种发电机励磁碳刷远程实时监测系统。
背景技术
发电机正常运行中，励磁碳刷常用检查方法是用红外成像测温，钳形电流表测电流，两种方法都需人员定期手动测量，每日一测。一旦发现超温，已是碳刷均流度很差。没有实时电流数据想快速找出分流差的碳刷很难，随时间推移，接触与滑环发热劣化循环，留下安全隐患。
长期以来因发电机励磁碳刷维护不当引发的环火事故造成的非计划停机，给不少发电厂造成较大经济损失。环火事故发生突然，时间短，难于及时处理，往往造成集电环刷握以及碳刷的烧损，维修费用高、周期长。目前，在发电厂，发电机励磁碳刷维护现状如下：
随着机组运行年限的增加，从碳刷分流的相对平衡到严重失衡的周期越来越短，不少电厂在发生打火甚至环火事故后，已由之前的每月一测或每周一测改为每日一测，工作量显著增加。
很多电厂碳刷电流分配严重不平衡运行比较普遍，之所以未广泛频繁发生环火事故，风扇散热起了关键作用；但是只要存在大电流碳刷，发电机碳刷系统就相当于处在一个危险边缘，应当引起注意。
虽然有风扇散热这一安全保险，但是碳刷均流度差相当于碳刷系统始终工作在危险临界点附近，一旦均流度再次恶化，即使有散热风扇作保险也无济于事，特别是当夏季高峰负荷来临，环境温度高，励磁总电流增大，碳刷均流度差，再加上人员维护不及时，碳刷系统发生环火事故的概率非常大，况且散热系统本身也可能出问题，这也是为什么每年都有电厂发生环火事故的直接原因。
人员定期点检，更多是当碳刷出现打火，断辫等明显异常现象时，才发现问题并报告，一定程度上造成了事态的加重，而且只针对打火、断辫碳刷做维护并不能从根本上解决碳刷均流度差。
碳刷电流手动测量弊端明显，环境恶劣高温高燥测量不便，人员距离大轴很近且测量耗时长，也存在对人员及发电机的危险性。
很多发电机在出厂时就会存在先天不分或少分电流的碳刷，难以解决，尤其是2000年之后出现多碳刷合一的恒压刷握，也正是因为这一缺陷，剩余碳刷的电流平衡问题就更值得我们重视。
发电机厂家考虑到成本与空间的因素，碳刷冗余度做的不高是一个普遍情况，一旦均流度变差，将很容易出现大电流碳刷。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种发电机励磁碳刷远程实时监测系统，包括：监测主机以及若干个电流传感器；
发电机设置有两组刷握，每组刷握设置预设数量的电刷连接端；
电流传感器安装在发电机正负极刷架上，每个电流传感器对应连接一个电刷连接端；
电流传感器通过电刷连接端连接励磁碳刷；
每个电流传感器实时采集发电机励磁碳刷电流信息，将采集的发电机励磁碳刷电流信息发送给监测主机；
监测主机实时显示发电机碳刷电流变化状态，按照预设的报警值，当碳刷电流的波动超过预设报警值时，发出电流超限报警显示，提醒维护人员检修。
进一步需要说明的是，监测主机上配置有监测显示区，监测显示区上设有数量与发电机碳刷电流监测点相适配的显示点；
显示点呈矩阵方式分布到监测显示区内；
显示点配置有LED灯。
监测主机配置有串口卡以及组态软件模块；
组态软件模块定义串口卡功能为自动获取数据；
建立数量与发电机碳刷电流监测点相适配的虚拟通道；
虚拟通道与电流传感器通信连接，传输数据信息。
进一步需要说明的是，监测主机还配置有模拟量加法器；
模拟量加法器的输入为励磁电流实时值，每个输入量均使用励磁电流实时值的增益和偏置进行校正计算，再对校正过的输入值进行求和计算。
监测主机还用于通过模拟量加法器对每组发电机励磁碳刷电流信息进行求和，判断每组发电机励磁碳刷电流和的波动是否超阈值；
还用于对两组发电机励磁碳刷电流信息进行求和，判断两组发电机励磁碳刷电流和的波动是否超阈值。
监测主机与每个电流传感器通过MODBUS协议为通信规约；
监测主机通过通讯电缆连接每个电流传感器；
监测主机对每个发电机碳刷电流监测点进行编码，在获取电流值的同时，显示编码信息。
进一步需要说明的是，监测主机实时显示发电机碳刷电流变化状态，当碳刷电流的波动超过预设报警值，并持续预设时长之后，发出电流超限报警显示，提醒维护人员检修。
监测主机为壁挂安装，安装在发电机车衣内，与所敷设的电流信号电缆、电源线及报警电缆固定在发电机车衣上，接线方式采用插头插接。
进一步需要说明的是，监测主机还用于对每个发电机励磁碳刷电流信息基于以周、天、小时、分钟为时间周期进行显示，并提供查询检索功能；
还通过曲线图、表格、柱状图形的形式进行显示每个发电机励磁碳刷电流信息，使维护人员了解发电机励磁碳刷状况，对发电机运行进行跟踪管理；
还用于对获取的发电机励磁碳刷电流信息进行储存，提供发电机励磁碳刷电流信息趋势分析功能。
进一步需要说明的是，监测主机还配置有通信模块；
监测主机通过通信模块连接上位机及移动终端，将实时获取的发电机励磁碳刷电流信息以及报警信息发送给上位机及移动终端。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明在发电机励磁碳刷上加装碳刷电流传感器，实时传递碳刷电流信号，将发电机励磁碳刷由人工定期测量改为系统后台实时在线监测，可以实现实时监测，如果出现超阈值状态可以及时报警。
加装碳刷电流传感器，传感器分散布置于各个碳刷电流回路上通过线缆与监测主机相连，监测主机可以对传感器自动校准，电流传感器可实时采集发电机励磁碳刷电流信息。电流传感器支持热插拔，维修更换问题碳刷装置无需断电，不影响其它碳刷电流监测。
系统内部连接方式可以采用485通讯接口，进行大量数据远传，传输效率高、成本低。
通过逻辑组态，结合MODBUS通讯协议规约、配置系统参数、进行逻辑组态、通讯联调，实现集控室内远程监测。
设置多级报警门槛，实现多级预警。实现远程实时监测，形成了成套的设计、应用方案，具有很好的推广应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为发电机励磁碳刷远程实时监测系统示意图；
图2为发电机励磁碳刷远程实时监测系统实施例示意图。
具体实施方式
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
本发明提供一种发电机励磁碳刷远程实时监测系统，如图1至2所示，包括：监测主机1以及若干个电流传感器2；
发电机设置有两组刷握，每组刷握设置预设数量的电刷连接端；电流传感器安装在发电机正负极刷架上，每个电流传感器对应连接一个电刷连接端；电流传感器通过电刷连接端连接励磁碳刷；
每个电流传感器2实时采集发电机励磁碳刷电流信息，将采集的发电机励磁碳刷电流信息发送给监测主机；监测主机实时显示发电机碳刷电流变化状态，按照预设的报警值，当碳刷电流的波动超过预设报警值时，发出电流超限报警显示，提醒维护人员检修。
本发明涉及的监测主机1可以实现在硬件，软件，固件或它们的任何组合。监测主机在集成逻辑装置或分开作为离散的但可互操作的逻辑器件或其他硬件设备。在一些情况下，电子电路的各种特征可以被实现为一个或多个集成电路器件，诸如集成电路芯片或芯片组。
监测主机1可以作为处理器或者集成电路装置，诸如集成电路芯片或芯片组。可替换地或附加地，如果软件或固件中实现，所述技术可实现至少部分地由计算机可读的数据存储介质，包括指令，当执行时，使处理器执行一个或更多的上述方法。例如，计算机可读的数据存储介质可以存储诸如由处理器执行的指令。
当然监测主机1可以包括计算机存储介质，诸如随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，非易失性随机存取存储器(NVRAM)，电可擦可编程只读存储器(EEPROM)，闪存，磁或光学数据存储介质，和类似物。在一些实施例中，一种制造产品可包括一个或多个计算机可读存储媒体。
具体的，监测主机1上配置有监测显示区，监测显示区上设有数量与发电机碳刷电流监测点相适配的显示点；显示点呈矩阵方式分布到监测显示区内；显示点配置有LED灯。
其中，监测主机1配置有串口卡以及组态软件模块；组态软件模块定义串口卡功能为自动获取数据；也就是基于组态网的形式实现自动化，建立数量与发电机碳刷电流监测点相适配的虚拟通道；虚拟通道与电流传感器通信连接，传输数据信息。串口卡可以是COM卡。
本发明中的监测主机1与每个电流传感器2通过MODBUS协议为通信规约；监测主机通过通讯电缆连接每个电流传感器；监测主机对每个发电机碳刷电流监测点进行编码，在获取电流值的同时，显示编码信息。
具体的说，设置COM卡端口通讯参数：
命令#S＝COM1 9600 N 8 1 0 M 1000，设置COM卡端口1通讯参数。
命令#W＝COM1 0 1 3 1 96 1 500，填写任务列表。
命令#C＝COM1，编译COM1上所有通讯任务。
命令#C＝COM1，列出COM1上所有任务，再次检查全部任务设置正确。
在本发明提供的实施例中，监测主机实时显示发电机碳刷电流变化状态，当碳刷电流的波动超过预设报警值，并持续预设时长之后，发出电流超限报警显示，提醒维护人员检修。这样，如果只是在一个短暂的时间段出现超阈值，且不影响系统正常运行，则可以不进行报警，避免监控过程出现扰动。
当然可以将报警阈值设置多个警戒线，比如分成三级，最低级不做报警，只是提示，中级报警，高级需要高度报警提示等等相关方式。
作为本发明的监控方式，监测主机还配置有模拟量加法器；模拟量加法器的输入为励磁电流实时值，每个输入量均使用励磁电流实时值的增益和偏置进行校正计算，再对校正过的输入值进行求和计算。
增益和偏置可以采用对电流数据进行放大处理，并进行相应的抗干扰处理等，避免数据失真。
监测主机还用于通过模拟量加法器对每组发电机励磁碳刷电流信息进行求和，判断每组发电机励磁碳刷电流和的波动是否超阈值；还用于对两组发电机励磁碳刷电流信息进行求和，判断两组发电机励磁碳刷电流和的波动是否超阈值。
这样不单纯的对每个发电机励磁碳刷电流信息进行判定，还对整体电流和值进行判定，进一步保障监控的准确性，保障监控的实时性以及整体性。
本发明中，监测主机还用于对每个发电机励磁碳刷电流信息基于以周、天、小时、分钟为时间周期进行显示，并提供查询检索功能；还通过曲线图、表格、柱状图形的形式进行显示每个发电机励磁碳刷电流信息，使维护人员了解发电机励磁碳刷状况，对发电机运行进行跟踪管理；还用于对获取的发电机励磁碳刷电流信息进行储存，提供发电机励磁碳刷电流信息趋势分析功能。
监测主机还配置有通信模块；监测主机通过通信模块连接上位机及移动终端，将实时获取的发电机励磁碳刷电流信息以及报警信息发送给上位机及移动终端。这样，维护人员以及监控人员可以通过上位机或移动终端实时获取发电机状态信息，如果出现报警或者超阈值能及时处理。
在本发明提供的实施例中，监测主机为壁挂安装，安装在发电机车衣内，与所敷设的电流信号电缆、电源线及报警电缆固定在发电机车衣上，便于在发电机检修时同车衣一体进行拆装，接线为插头插接式，方便检修。
作为本发明的实施例，在发电机正负极刷架上各安装八组碳刷电流传感器，每个刷握对应一个传感器组。就地共安装电流传感器可以采用96个霍尔传感器(300MW机组)，与监测主机相连接。每个电流传感器可实时采集发电机励磁碳刷电流信息，监测主机实时显示发电机96个碳刷电流变化，按照预置的报警值，在碳刷电流超过预置报警值时，提供电流超限报警显示，提醒维护人员检修。
系统中，配置96个AI模拟量测点，与96个电流传感器传输电流一一对应。模拟量测点的顺序为A1(1-6)、A2(1-6)、A3(1-6)、A4(1-6)、A5(1-6)、A6(1-6)、A7(1-6)、A8(1-6)；B1(1-6)、B2(1-6)、B3(1-6)、B4(1-6)、B5(1-6)、B6(1-6)、B7(1-6)、B8(1-6)。
对系统进行逻辑组态，系统中的相关COM卡进行组态，定义COM卡功能为AI功能，建立虚拟COM-AI卡件1，定义为：1-32通道、COM-AI卡件2，定义为：33-64通道、COM-AI卡件3，定义为：65-96通道。96个电流传感器与96个通道一一对应。每个COM卡中自定义属性中，数据类型必须设置为0:int16,字节顺序类型设置为0:b3b2b1b0,标变系数a设置为1.0,标变系数b设置为0.0。
使用系统中的模拟量算法之加法器算法。该算法的输入为模拟量，即励磁电流实时值，每个输入都使用本身的增益和偏置进行校正计算，然后再对校正过的输入值进行求和计算。一个加法器算法最多可实现16个模拟量输入相加。
逻辑计算时，A侧实时总电流为48个模拟量实时测点数值之和。即A11+A12+A13+A14+A15+A16+A21+A22+……+A81+A82+A83+A84+A85+A86，B侧同理。
系统中，监测主机出现电流超限报警时，通过软光字牌进行报警。系统对碳刷电流监测进行实时显示。
系统的显示画面中，配置“碳刷电流监测”按钮链接，实时监测发电机96个碳刷电流及电流总和。以及系统运行状态信息，发电机运行信息等等。
本发明中的发电机励磁碳刷远程实时监测系统能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
本发明在发电机励磁碳刷上加装碳刷电流传感器，实时传递碳刷电流信号，将发电机励磁碳刷由人工定期测量改为系统后台实时在线监测，可以实现实时监测，如果出现超阈值状态可以及时报警。
加装碳刷电流传感器，传感器分散布置于各个碳刷电流回路上通过线缆与监测主机相连，监测主机可以对传感器自动校准，电流传感器可实时采集发电机励磁碳刷电流信息。电流传感器支持热插拔，维修更换问题碳刷装置无需断电，不影响其它碳刷电流监测。
系统内部连接方式可以采用485通讯接口，进行大量数据远传，传输效率高、成本低。
通过逻辑组态，结合MODBUS通讯协议规约、配置系统参数、进行逻辑组态、通讯联调，实现集控室内远程监测。
设置多级报警门槛，实现多级预警。实现远程实时监测，形成了成套的设计、应用方案，具有很好的推广应用价值。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种发电机励磁碳刷远程实时监测系统，其特征在于，包括：监测主机以及若干个电流传感器；
发电机设置有两组刷握，每组刷握设置预设数量的电刷连接端；
电流传感器安装在发电机正负极刷架上，每个电流传感器对应连接一个电刷连接端；
电流传感器通过电刷连接端连接励磁碳刷；
每个电流传感器实时采集发电机励磁碳刷电流信息，将采集的发电机励磁碳刷电流信息发送给监测主机；
监测主机实时显示发电机碳刷电流变化状态，按照预设的报警值，当碳刷电流的波动超过预设报警值时，发出电流超限报警显示，提醒维护人员检修。
2.根据权利要求1所述的发电机励磁碳刷远程实时监测系统，其特征在于，
监测主机上配置有监测显示区，监测显示区上设有数量与发电机碳刷电流监测点相适配的显示点；
显示点呈矩阵方式分布到监测显示区内；
显示点配置有LED灯。
3.根据权利要求1所述的发电机励磁碳刷远程实时监测系统，其特征在于，
监测主机配置有串口卡以及组态软件模块；
组态软件模块定义串口卡功能为自动获取数据；
建立数量与发电机碳刷电流监测点相适配的虚拟通道；
虚拟通道与电流传感器通信连接，传输数据信息。
4.根据权利要求1所述的发电机励磁碳刷远程实时监测系统，其特征在于，
监测主机还配置有模拟量加法器；
模拟量加法器的输入为励磁电流实时值，每个输入量均使用励磁电流实时值的增益和偏置进行校正计算，再对校正过的输入值进行求和计算。
5.根据权利要求4所述的发电机励磁碳刷远程实时监测系统，其特征在于，
监测主机还用于通过模拟量加法器对每组发电机励磁碳刷电流信息进行求和，判断每组发电机励磁碳刷电流和的波动是否超阈值；
还用于对两组发电机励磁碳刷电流信息进行求和，判断两组发电机励磁碳刷电流和的波动是否超阈值。
6.根据权利要求1所述的发电机励磁碳刷远程实时监测系统，其特征在于，
监测主机与每个电流传感器通过MODBUS协议为通信规约；
监测主机通过通讯电缆连接每个电流传感器；
监测主机对每个发电机碳刷电流监测点进行编码，在获取电流值的同时，显示编码信息。
7.根据权利要求1所述的发电机励磁碳刷远程实时监测系统，其特征在于，
监测主机实时显示发电机碳刷电流变化状态，当碳刷电流的波动超过预设报警值，并持续预设时长之后，发出电流超限报警显示，提醒维护人员检修。
8.根据权利要求1所述的发电机励磁碳刷远程实时监测系统，其特征在于，
监测主机为壁挂安装，安装在发电机车衣内，与所敷设的电流信号电缆、电源线及报警电缆固定在发电机车衣上，接线方式采用插头插接。
9.根据权利要求1所述的发电机励磁碳刷远程实时监测系统，其特征在于，
监测主机还用于对每个发电机励磁碳刷电流信息基于以周、天、小时、分钟为时间周期进行显示，并提供查询检索功能；
还通过曲线图、表格、柱状图形的形式进行显示每个发电机励磁碳刷电流信息，使维护人员了解发电机励磁碳刷状况，对发电机运行进行跟踪管理；
还用于对获取的发电机励磁碳刷电流信息进行储存，提供发电机励磁碳刷电流信息趋势分析功能。
10.根据权利要求1所述的发电机励磁碳刷远程实时监测系统，其特征在于，
监测主机还配置有通信模块；
监测主机通过通信模块连接上位机及移动终端，将实时获取的发电机励磁碳刷电流信息以及报警信息发送给上位机及移动终端。
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