CN112362894A - 一种黑启动无测速传感器发电机转速测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种黑启动无测速传感器发电机转速测量装置，包括供电模块、转速测量模块、主控模块、显示模块；该装置将转速测量模块的信号输入端接入在原有发电机频率变送器备用通道，并将发电机频率变送器备用通道输出的4‑20mA频率信号转换为0‑5V电压信号，由主控模块进行电压量采集与还原，得到了发电机频率物理值，在通过电力系统频率和转速转换关系将电气频率转换为电气转速，主控模块通过通信端口将测得电气转速传输至显示模块通信端口进行现场显示，本发明不受测速传感器的使用条件限制，也克服了现有发电机转速测量存在的缺陷和不足，能够为发电机正常运行或进行黑启动时，提供精确的发电机电气转速量，方便现场工作人员读取和记录。

Description

一种黑启动无测速传感器发电机转速测量装置及方法

技术领域

本发明属于黑启动技术领域，具体涉及一种黑启动无测速传感器发电机转速测量装置及方法。

背景技术

电力系统中发电机在没有并网前，调速器处于转速控制模式，即始终维持发电机转速在额定转速，在发电机并网后，转速则维持和全电网同步发电机一致，调速器处于功率控制模式，改变原动机的功率跟随调度下发计划曲线。同步发电机转速在发电厂中是一个重要的参数，转速必须时刻维持在电网规定、允许的额定转速范围内，为此电网采取了一次调频、二次调频、三次调频技术手段来保证全网频率在允许范围内，即网内所有同步发电机根据负荷的变化，调节自身的出力。黑启动时，因送出线路处于空载模式，发电机在定速后转速是一个重要的判断参数，如果发电机转速过高甚至无法控制时，会由超速保护动作，使得机组快速停机，如果超速保护因故无法动作时，会造成发电机飞车的严重事故，电力系统史上发生过多起人为或其他原因造成的飞车安全事故，为保证发电机的安全，对于小型发电机规章制度中要求配置双套测速装置，一套采用机械旋转齿盘量原动机转速方法，另外一套必须是测量发电机的转速，目前有采用光线漫反射、电涡流测量发电机转速的装置，经过一段时间运行后，会出现发电机轴密封油甩出，导致测速传感器失效的情况，工作人员必须清理传感器赃物，但是再过一段时间还会出现同样的情况，同时在发电机本体需要装设额外的测速支架，不利于发电机本体机械安全，还有造成了现场安装极其困难。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种黑启动无测速传感器发电机转速测量装置及方法，实现无测速传感器测量发电机的电气转速，巧妙利用现有发电机频率变送器备用输出通道，由装置实现频率至转速的精确转换和测量，并由显示模块显示出来，该装置安装在和传统机械齿盘测速的旁边，利于两种转速参数对比，及时发现物理转速和电气转速的差别原因，为发电机安全稳定运行保驾护航。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种黑启动无测速传感器发电机转速测量装置，包括转速测量模块、主控模块和显示模块，所述转速测量模块电流信号输入端口与发电机频率变送器备用输出通道相连，转速测量模块电压信号输出端口与主控模块模拟量采集端口相连，所述转速测量模块用于将发电机频率变送器备用输出的4-20mA电流信号转换为0-5V电压信号，所述主控模块用于将转速测量模块传输的0-5V电压信号采集、转换为发电机电气转速量值，所述主控模块通信端口与显示模块的通信端口相连，显示模块用于显示发电机转速电气量信号。

优选的，所述供电模块输出5V电源与转速测量模块、主控模块、显示模块，用于为转速测量模块、主控模块、显示模块供电，所述供电模块输入端与220V单相交流电源相连。

优选的，所述转速测量模块包括电流输入接口和I/V电流电压转换模块，电流输入接口端两个引脚与发电机频率变送器备用输出通道相连，电流输入接口端两个引脚与I/V电流电压转换模块4-20mA电流通道相连，I/V电流电压转换模块0-5V电压输出端与主控模块模拟量输入端口相连。

进一步的，I/V电流电压转换模块采用TE1660N型I/V电流电压转换模块，精度达0.1％，线性度为0.1％。

优选的，所述主控模块包括电源接口、处理器和显示接口，电源接口与供电模块输出电源相连，电源接口与处理器和显示接口电源引脚相连，处理器串行通信端口与显示接口串行通信引脚相连，处理器模拟量采集端口I/V电流电压转换模块输出0-5V电压端相连。

进一步的，所述主控模块中利用公式Nc＝60(Ux)(fmax-fmin)/5转换为发电机电气量转速，Nc转换后发电机电气量转速，单位为r/min，Ux为测量电压值，fmax为频率变送器最大量程，fmin为频率变送器最小量程，主控模块将所测量的Nc传输至显示模块显示。

进一步的，所述主控模块中处理器采用STC8G1K08A型8位单片机，具有8个引脚，封装形式为SOP贴片封装，Flash空间为8KB，SRAM缓存空间为1.2KB，EEPROM空间为4KB，ADC模拟量采集分别率为10位。

一种黑启动无测速传感器发电机转速测量方法，包括如下步骤：

1)将黑启动无测速传感器发电机转速测量装置安装在机械转速测量装置旁，进入步骤2)；

2)将转速测量模块中电流输入接口通过电缆接入到发电机频率变送器备用输出通道，进入步骤3)；

3)在主控模块中设置fmax为频率变送器最大量程，fmin为频率变送器最小量程，进入步骤4)；

4)打开供电模块开关，进入步骤5)；

5)主控模块通过Nc＝60(Ux)(fmax-fmin)/5将输入频率电流信号转换为发电机电气量转速，并通过显示模块显示。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明将转速测量模块的信号输入端接入在原有发电机频率变送器备用通道，并将发电机频率变送器备用通道输出的4-20mA频率信号转换为0-5V电压信号，由主控模块进行电压量采集与还原，得到了发电机频率物理值，在通过电力系统频率和转速转换关系将电气频率转换为电气转速，主控模块通过通信端口将测得电气转速传输至显示模块通信端口进行现场显示，本发明不受测速传感器的使用条件限制，也克服了现有发电机转速测量存在的缺陷和不足，能够为发电机正常运行或进行黑启动时，提供精确的发电机电气转速量，方便现场工作人员读取和记录。本发明无需装设测速支架，非常有利于发电机本体设备的安全，现场安装工作量小，便于现场使用，可在各种电源领域推广应用，具有很强的推广价值，同时解决了双套测速问题，能够长时间可靠、免维护运行。

进一步的，本发明转速测量模块接入原有发电机频率变送器备用输出通道，减少了购买专门测速传感器的费用，降低了现场安装难度，也易于后期维护操作。

进一步的，本发明将原有发电机频率变送器备用输出通道输出的4-20mA电流信号精确转换、隔离输出0-5V电压信号，增强了装置的抗干扰能力。

进一步的，本发明供电模块输出5V直流电压即可满足工作所有供电需求，并采用成熟的开关电源产品。

进一步的，本发明本主控模块结构简单，仅有模拟量采集端口和通信端口，便于下载程序，实现将转速电量信号转换为电气物理量转速，并传输给显示模块显示。

进一步的，本发明显示模块采用集成数码管显示模块，结构简单，工作稳定，易于现成和机械转速测量装置的对比，及时发现转速差别原因和机械转速至发电机电气量转速转换环节的问题。

附图说明

图1为本发明装置原理框图。

图2为本发明转速测量模块电路图。

图3为本发明主控模块电路图。

图中：供电模块1；转速测量模块2；主控模块3；显示模块4。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明能够解决光纤漫反射和电涡流传感器测量发电机转速存在传感器失效和现场安装不便的问题，提供一种便于安装、无测速传感器、长时间运行可靠的黑启动无测速传感器发电机转速测量装置。

本发明一种黑启动无测速传感器发电机转速测量装置，如图1所示，包括转速测量模块2、主控模块3和显示模块4，所述转速测量模块2电流信号输入端口与发电机频率变送器备用输出通道相连，转速测量模块2电压信号输出端口与主控模块3模拟量采集端口相连，所述转速测量模块2用于将发电机频率变送器备用输出的4-20mA电流信号转换为0-5V电压信号，所述主控模块3用于将转速测量模块2传输的0-5V电压信号采集、转换为发电机电气转速量值，所述主控模块3通信端口与显示模块4的通信端口相连，显示模块4用于显示发电机转速电气量信号。

本实施例中，还包括供电模块1，所述供电模块1输出5V电源与转速测量模块2、主控模块3、显示模块4，用于为转速测量模块2、主控模块3、显示模块4供电，所述供电模块1输入端与220V单相交流电源相连。

本实施例中，所述转速测量模块2包括电流输入接口和I/V电流电压转换模块，电流输入接口端两个引脚与发电机频率变送器备用输出通道相连，电流输入接口端两个引脚与I/V电流电压转换模块4-20mA电流通道相连，I/V电流电压转换模块0-5V电压输出端与主控模块3模拟量输入端口相连。

本实施例中，如图2所示，所述转速测量模块2包括电流输入接口J1和I/V电流电压转换模块I1，电流输入接口J1第1引脚与发电机频率变送器备用输出通道正极性端相连，电流输入接口J1第2引脚与发电机频率变送器备用输出通道负极性端相连，电流输入接口J1第1引脚、第2引脚分别与I/V电流电压转换模块I1第3引脚、第4引脚相连，I/V电流电压转换模块I1第1引脚与供电模块1输出5V电压相连，I/V电流电压转换模块I1第2引脚、第6引脚和电流输入接口J1第2引脚均与供电模块1输出负极相连；I/V电流电压转换模块I1第5引脚、第6引脚与主控模块3模拟量采集端口相连。

本实施例中，I/V电流电压转换模块采用TE1660N型I/V电流电压转换模块，精度达0.1％，线性度为0.1％。

本实施例中，所述主控模块3包括电源接口、处理器和显示接口，电源接口与供电模块1输出电源相连，电源接口与处理器和显示接口电源引脚相连，处理器串行通信端口与显示接口串行通信引脚相连，处理器模拟量采集端口I/V电流电压转换模块输出0-5V电压端相连。

本实施例中，所述主控模块3中利用公式Nc＝60(Ux)(fmax-fmin)/5转换为发电机电气量转速，Nc转换后发电机电气量转速，单位为r/min，Ux为测量电压值，fmax为频率变送器最大量程，fmin为频率变送器最小量程，主控模块3将所测量的Nc传输至显示模块4显示。

本实施例中，所述主控模块3中处理器采用STC8G1K08A型8位单片机，具有8个引脚，封装形式为SOP贴片封装，Flash空间为8KB，SRAM缓存空间为1.2KB，EEPROM空间为4KB，ADC模拟量采集分别率为10位。

本实施例中，如图3所示，所述主控模块3包括电源接口D1、处理器U1、电容C1和显示接口XS1，电源接口D1第1引脚与供电模块1输出5V电压相连，电源接口D1第2引脚与供电模块1输出负极相连，处理器U1第2引脚、第4引脚分别与电源接口D1第1引脚、第2引脚相连，显示接口XS1第1引脚、第4引脚分别与电源接口D1第1引脚、第2引脚相连，处理器U1第8引脚与I/V电流电压转换模块I1第5引脚相连，处理器U1第6引脚、第5引脚分别与显示接口XS1第2引脚、第3引脚相连，电容C两端并联在处理器U1第2和第4引脚之间；处理器U1第8引脚为模拟量采集端口，处理器U1第6引脚、第5引脚为串行通信端口，显示接口XS1第2引脚、第3引脚为串行通信端口，显示接口XS1与外接集成红光数码管显示模块相连。

一种黑启动无测速传感器发电机转速测量方法，包括如下步骤：

1)将黑启动无测速传感器发电机转速测量装置安装在机械转速测量装置旁，进入步骤2)；

2)将转速测量模块2中电流输入接口通过电缆接入到发电机频率变送器备用输出通道，进入步骤3)；

3)在主控模块3中设置fmax为频率变送器最大量程，fmin为频率变送器最小量程，进入步骤4)；

4)打开供电模块1开关，进入步骤5)；

5)主控模块3通过Nc＝60(Ux)(fmax-fmin)/5将输入频率电流信号转换为发电机电气量转速，并通过显示模块4显示。

在进行黑启动时或正常运行时，通过显示模块4读取发电机电气量转速，与机械转速装置所测转读对比，其能够符合精度要求。

以上所述，仅是本发明专利的较佳实施例，并非对本发明专利作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种黑启动无测速传感器发电机转速测量装置，其特征在于，由转速测量模块(2)、主控模块(3)和显示模块(4)组成，所述转速测量模块(2)电流信号输入端口与发电机频率变送器备用输出通道相连，转速测量模块(2)电压信号输出端口与主控模块(3)模拟量采集端口相连，所述转速测量模块(2)用于将发电机频率变送器备用输出的4-20mA电流信号转换为0-5V电压信号，所述主控模块(3)用于将转速测量模块(2)传输的0-5V电压信号采集、转换为发电机电气转速量值，所述主控模块(3)通信端口与显示模块(4)的通信端口相连，显示模块(4)用于显示发电机转速电气量转速。

2.根据权利要求1所述的一种黑启动无测速传感器发电机转速测量装置，其特征在于，还包括供电模块(1)，所述供电模块(1)输出5V电源与转速测量模块(2)、主控模块(3)、显示模块(4)，用于为转速测量模块(2)、主控模块(3)、显示模块(4)供电，所述供电模块(1)输入端与220V单相交流电源相连。

3.根据权利要求1所述的一种黑启动无测速传感器发电机转速测量装置，其特征在于，所述转速测量模块(2)包括电流输入接口和I/V电流电压转换模块，电流输入接口端两个引脚与发电机频率变送器备用输出通道相连，电流输入接口端两个引脚与I/V电流电压转换模块4-20mA电流通道相连，I/V电流电压转换模块0-5V电压输出端与主控模块(3)模拟量输入端口相连。

4.根据权利要求3所述的一种黑启动无测速传感器发电机转速测量装置，其特征在于，I/V电流电压转换模块采用TE1660N型I/V电流电压转换模块，精度达0.1％，线性度为0.1％。

5.根据权利要求1所述的一种黑启动无测速传感器发电机转速测量装置，其特征在于，所述主控模块(3)包括电源接口、处理器和显示接口，电源接口与供电模块(1)输出电源相连，电源接口与处理器和显示接口电源引脚相连，处理器串行通信端口与显示接口串行通信引脚相连，处理器模拟量采集端口I/V电流电压转换模块输出0-5V电压端相连。

6.根据权利要求5所述的一种黑启动无测速传感器发电机转速测量装置，其特征在于，所述主控模块(3)中利用公式Nc＝60(Ux)(fmax-fmin)/5转换为发电机电气量转速，Nc转换后发电机电气量转速，单位为r/min，Ux为测量电压值，fmax为频率变送器最大量程，fmin为频率变送器最小量程，主控模块(3)将所测量的Nc传输至显示模块(4)显示。

7.根据权利要求5所述的一种黑启动无测速传感器发电机转速测量装置，其特征在于，所述主控模块(3)中处理器采用STC8G1K08A型8位单片机，具有8个引脚，封装形式为SOP贴片封装，Flash空间为8KB，SRAM缓存空间为1.2KB，EEPROM空间为4KB，ADC模拟量采集分别率为10位。

8.一种黑启动无测速传感器发电机转速测量方法，基于权利要求1-7任意一项所述的装置，其特征在于，包括如下步骤：

1)将黑启动无测速传感器发电机转速测量装置安装在机械转速测量装置旁，进入步骤2)；

2)将转速测量模块(2)中电流输入接口通过电缆接入到发电机频率变送器备用输出通道，进入步骤3)；

3)在主控模块(3)中设置fmax为频率变送器最大量程，fmin为频率变送器最小量程，进入步骤4)；

4)打开供电模块(1)开关，进入步骤5)；

5)主控模块(3)通过Nc＝60(Ux)(fmax-fmin)/5将输入频率电流信号转换为发电机电气量转速，并通过显示模块(4)显示。

Images