一種發電機碳刷電流和溫度在線監測及預警裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種發電機碳刷電流和溫度在線監測及預警裝置，包括主控設備、顯示輸出模塊和至少一個碳刷監測單元，碳刷監測單元包括微控制器、模數轉換單元、至少一個電流傳感器和至少一個溫度傳感器，微控制器、顯示輸出模塊分別與主控設備相連，主控設備上設有報警繼電器接口，電流傳感器串聯安裝在發電機碳刷的回路上，溫度傳感器安裝在發電機內且與碳刷接觸，電流傳感器、溫度傳感器的輸出端分別通過模數轉換單元和微控制器的輸入端相連。本發明能夠實現實時采集發電機碳刷的電流和溫度，實現發電機碳刷電流和溫度實時在線監測顯示，為發電機碳刷檢測和診斷提供支持，可實現在電流或溫度異常時報警輸出上傳，節省大量人力巡檢時間成本。
【專利說明】
一種發電機碳刷電流和溫度在線監測及預警裝置
技術領域
[0001]本發明涉及電力工程技術領域，具體涉及一種發電機碳刷電流和溫度在線監測及預警裝置。
【背景技術】
[0002]發電機碳刷是發電機的固定部分和轉動部分之間傳遞能量或信號的裝置，發電機的勵磁電流由碳刷、集電環輸送至發電機勵磁繞組，碳刷的工作狀態好壞關系到發電機能否安全、穩定運行。發電機的故障統計表明:碳刷故障屬于多發性故障，主要包括碳刷跳動故障，原因有碳刷壓緊力不當、松動、轉軸偏心、集電環橢圓度超標、集電環表面有凹凸點或灼傷等)、碳刷電流分布不均，原因有碳刷質量不合格、恒壓彈簧壓力不夠或不勻、不同型號的碳刷混用、碳刷與滑環的接觸不好及刷辮與碳刷的接觸不良等。運行中發電機組的碳刷如果維護和使用不當將造成事故降負荷，甚至停機。長期以來因碳刷或轉子集電環故障引發的停機事故，給企業造成較大經濟損失。
[0003]導致碳刷故障有電磁、機械和化學等多種因素，而目前通常只通過監測或檢測碳刷電流結合用紅外測溫儀測量集電環和碳刷的溫度來判斷出碳刷運行是否正常，發電機碳刷電流目前絕大多數只是采取電流鉗表定期檢測測量。目前市面尚無或極少此類碳刷電流實時在線監測和具有預警功能的產品，也尚無文獻資料介紹其應用。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題:針對現有技術的上述問題，提供一種能夠實現實時采集發電機碳刷的電流和溫度，實現發電機碳刷電流和溫度實時在線監測顯示，為發電機碳刷檢測和診斷提供支持，可實現在電流或溫度異常時報警輸出上傳，節省大量人力巡檢時間成本的發電機碳刷電流和溫度在線監測及預警裝置。
[0005]為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為:
一種發電機碳刷電流和溫度在線監測及預警裝置，包括主控設備、顯示輸出模塊和至少一個碳刷監測單元，所述碳刷監測單元包括微控制器、模數轉換單元、至少一個電流傳感器和至少一個溫度傳感器，所述微控制器、顯示輸出模塊分別與主控設備相連，所述主控設備上設有報警繼電器接口，所述電流傳感器串聯安裝在發電機碳刷的回路上，所述溫度傳感器安裝在發電機內且與碳刷接觸，所述電流傳感器、溫度傳感器的輸出端分別通過模數轉換單元和微控制器的輸入端相連。
[0006]優選地，所述模數轉換單元包括模數轉換器U1、第一電阻R1、第二電阻R2、保護電阻RT、第一穩壓管TD1、第二穩壓管TD2和至少兩個傳感器接口 JPl，所述模數轉換器Ul的數據收發端子與微控制器相連，所述傳感器接口 JPl的一個輸入端通過第一電阻Rl和模數轉換器Ul的一組輸入端相連、另一個輸入端通過第二電阻R2和模數轉換器Ul的另一組輸入端相連，所述保護電阻RT并聯連接在傳感器接口 JPl的兩個輸入端之間，且所述傳感器接口JPl的一個輸入端通過第一穩壓管TDl接地、另一個輸入端通過第二穩壓管TD2接地。
[0007]優選地，所述模數轉換器Ul為ADM2587E型模數轉換器，所述模數轉換單元還包括第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4和第五電容C5，所述模數轉換器Ul的數據發送端RS_TXD、數據接收端RS_RXD、使能端RS_EN分別與微控制器相連，所述第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3分別并聯布置在模數轉換器Ul的電壓輸入端VCC和第一接地端GNDI之間，所述第四電容C4和第五電容C5—端分別與模數轉換器UI的隔離電源輸入端￥18；[0；[11及隔離電源輸出端￥丨8；[00111:相連、另一端和第二接地端6冊2相連。
[0008]優選地，所述電流傳感器的電流測量范圍為-1 OOA?10A。
[0009]優選地，所述溫度傳感器的溫度測量范圍為-25 °C?125 °C。
[0010]優選地，所述微控制器為C8051F350型微控制器。
[0011 ]本發明發電機碳刷電流和溫度在線監測及預警裝置具有下述優點:
1、本發明包括主控設備、顯示輸出模塊和碳刷監測單元，碳刷監測單元包括微控制器、模數轉換單元、電流傳感器和溫度傳感器，微控制器、顯示輸出模塊分別與主控設備相連，主控設備上設有報警繼電器接口，電流傳感器串聯安裝在發電機碳刷的回路上，溫度傳感器安裝在發電機內且與碳刷接觸，電流傳感器、溫度傳感器的輸出端分別通過模數轉換單元和微控制器的輸入端相連，能夠實現實時采集發電機碳刷的電流和溫度，實現發電機碳刷電流和溫度實時在線監測顯示，為發電機碳刷檢測和診斷提供支持，節省大量人力巡檢時間成本
2、本發明主控設備上設有報警繼電器接口，可實現在電流或溫度異常時報警輸出上傳。
[0012]3、本發明的碳刷監測單元的數量，以及碳刷監測單元內電流傳感器和溫度傳感器均可以根據需要進行集成多個或多組，能夠滿足大規模發電機碳刷電流在線監測及預警的需要。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明實施例的結構示意圖。
[0014]圖2為本發明實施例模數轉換單元的電路原理示意圖。
[0015]圖例說明:1、主控設備；11、報警繼電器接口；2、顯示輸出模塊;3、碳刷監測單元；31、微控制器;32、模數轉換單元;33、電流傳感器;34、溫度傳感器。
【具體實施方式】
[0016]如圖1所示，本實施例的發電機碳刷電流和溫度在線監測及預警裝置包括主控設備1、顯示輸出模塊2和至少一個碳刷監測單元3，碳刷監測單元3包括微控制器31、模數轉換單元32、四個電流傳感器33和四個溫度傳感器34，微控制器31、顯示輸出模塊2分別與主控設備I相連，主控設備I上設有報警繼電器接口 U，電流傳感器33串聯安裝在發電機碳刷的回路上，溫度傳感器34安裝在發電機內且與碳刷接觸，電流傳感器33、溫度傳感器34的輸出端分別通過模數轉換單元32和微控制器31的輸入端相連。需要說明的是，電流傳感器33和溫度傳感器34的數量可以根據實際需要進行布置而靈活選擇。
[0017]本實施例中，主控設備I和顯示輸出模塊2采用臺灣威綸通MT8150IE型人機交互設備實現，MT8150IE型人機交互設備包含人機界面顯示、觸摸操作屏，內嵌WinCE系統，系統運行穩定，可接鼠標操作，15寸1024 X 768 TFTIXD，LED背光顯示，無風扇冷卻系統，內建128MB閃存，支持USB主設備與USB從設備，支持SD卡擴充儲存容量，485通訊、電源內建隔離器，NEMA4/IP65前面板防護等級。此外，也可以根據需要采用傳統計算機和顯示器的形式，其原理與本實施例相同，在此不再贅述。主控設備I通過RS485總線采集各監測裝置獲取的碳刷電流、溫度實時數據，通過配置可采集最多128路碳刷信息(大于128路可定制)，可設置多種報警閥值，繼電器報警輸出及時通知工作人員，同時具備查詢歷史曲線、歷史報警記錄等多種功能。各碳刷監測單元3通過四芯屏蔽，DC-9V供電并聯，通訊采用RS485總線連接至主控設備I。接線簡單、安全可靠。
[0018]如圖2所示，模數轉換單元32包括模數轉換器U1、第一電阻R1、第二電阻R2、保護電阻RT、第一穩壓管TDl、第二穩壓管TD2和至少兩個傳感器接口 JPl，模數轉換器Ul的數據收發端子與微控制器31相連，傳感器接口 JPl的一個輸入端通過第一電阻Rl和模數轉換器Ul的一組輸入端相連、另一個輸入端通過第二電阻R2和模數轉換器Ul的另一組輸入端相連，保護電阻RT并聯連接在傳感器接口 JPl的兩個輸入端之間，且傳感器接口 JPI的一個輸入端通過第一穩壓管TDl接地、另一個輸入端通過第二穩壓管TD2接地。
[0019]如圖2所示，模數轉換器Ul為ADM2587E型模數轉換器，ADM2587E型模數轉換器采用isoPower ?集成式隔離DC/DC技術，是一款隔離的RS-485/RS-422收發器，可配置成半雙工或全雙工模式，通信速率分別為數據速率:16 Mbps/500kbps，采用20引腳寬體SOIC封裝，管腳兼容，其額定工作溫度范圍為工業溫度范圍(-40°C to +δδΥΚΑ?ΜΖδδ?Ε型模數轉換器與其它RS-485接口芯片相比，集成了磁隔離技術和DC/DC電源，是一個真正意義上的單芯片RS-485集成芯片，大大的減少了PCB板面積。如圖2所示，模數轉換單元32還包括第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4和第五電容C5，模數轉換器Ul的數據發送端RS_TXD、數據接收端RS_RXD、使能端RS_EN分別與微控制器31相連，第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3分別并聯布置在模數轉換器Ul的電壓輸入端VCC和第一接地端GNDl之間，第四電容C4和第五電容C5—端分別與模數轉換器Ul的隔離電源輸入端vis1in及隔離電源輸出端vis10ut相連、另一端和第二接地端GND2相連。
[0020]本實施例中，電流傳感器33的電流測量范圍為-100A?100A，能夠滿足各種類型的發電機的電流測量需求。溫度傳感器34的溫度測量范圍為-25°C?125°C，能夠滿足各種類型的發電機的溫度測量需求。
[0021]本實施例中，微控制器31為C8051F350型微控制器(MCU)<X8051F350型MCU為完全集成的混合信號片上系統型MCU。主要特性如下:具有片內上電復位、VDD監視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的C8051F350是真正能獨立工作的片上系統。FLASH存儲器還具有在系統重新編程能力，可用于非易失性數據存儲，并允許現場更新8051固件。用戶軟件對所有外設具有完全的控制，可以關斷任何一個或所有外設以節省功耗。
[0022]利用本實施例的發電機碳刷電流和溫度在線監測及預警裝置實時采集發電機勵磁碳刷電流、溫度信息，即本地實時顯示發電機的碳刷電流、溫度變化(碳刷個數可根據現場情況設置，大于128路可定制)，可實時采集發電機勵磁碳刷電流、溫度信息，即本地可實時顯示發電機的碳刷電流、溫度變化，同時根據實際情況可定制碳刷信息顯示的個數，大于128路可定制。毫無疑問，還可以進一步按照預置的報警值，在碳刷電流、溫度超過預置報警值時，提供電流、溫度超限報警顯示，提醒維護人員檢修，電流報警依據多樣化，分為低、高、高高報警，或根據平均值低、高報警，同時具備溫度高報警，均有相應的報警輸出，可驅動報警燈等設備及時通知工作人員，節省了大量人力巡檢時間成本。
[0023]本實施例中，主控設備I在開機初始化完成之后，顯示輸出模塊2的輸出界面由開機界面自動進入主界面，顯示輸出模塊2的主界面顯示所有測量碳刷的當前電流值、溫度值、分組電流和值及狀態(電流高高報警、高于平均值報警:紅色；電流高報警:橙色；電流低報警、低于平均值報警:藍色;溫度高報警:紅色)。針對所有電刷，可通過顯示輸出模塊2自定義設置電刷的分組信息(例如第I?20個碳刷為A+組、第21?40個碳刷為A-組等)，以及不同報警類型(電流低報警、電流高報警、電流高高報警、電流低于平均值報警、電流高于平均值報警、溫度高報警等)的閥值(例如電流低報警的閥值為5A，電流高報警的閥值為80A，電流高高報警的閥值為100A，電流低于平均值報警的閥值為60%、電流高于平均值報警的閥值為60%、溫度高報警的閥值為70攝氏度)。當監測結果匹配報警類型的閥值時，則通過顯示輸出模塊2實時輸出報警信息，例如2015/10/17 11:39:57時刻，5號碳刷發生電流高高報警，且電流值為100.0A，并在2015/10/17 11:40:01時刻恢復；同時，也可以根據需要通過顯示輸出模塊2查詢報警記錄，具體查詢日期2015/10/17的報警記錄，即可查詢到前面的一條記錄。根據所選碳刷不同，通過顯示輸出模塊2可查看當前所選碳刷的歷史電流、溫度變化的曲線。需要說明的是，通過顯示輸出模塊2實現的上述功能為對本實施例的發電機碳刷電流和溫度在線監測及預警裝置的進一步改進，本實施例的發電機碳刷電流和溫度在線監測及預警裝置的實現并不依賴于通過主控設備I和顯示輸出模塊2實現的上述功能，在此不再贅述。
[0024]以上所述僅是本發明的優選實施方式，本發明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發明思路下的技術方案均屬于本發明的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種發電機碳刷電流和溫度在線監測及預警裝置，其特征在于:包括主控設備(I)、顯示輸出模塊(2)和碳刷監測單元(3)，所述碳刷監測單元(3)包括微控制器(31)、模數轉換單元(32)、至少一個電流傳感器(33)和至少一個溫度傳感器(34)，所述微控制器(31)、顯示輸出模塊(2)分別與主控設備(I)相連，所述主控設備(I)上設有報警繼電器接口(11)，所述電流傳感器(33)串聯安裝在發電機碳刷的回路上，所述溫度傳感器(34)安裝在發電機內且與碳刷接觸，所述電流傳感器(33)、溫度傳感器(34)的輸出端分別通過模數轉換單元(32)和微控制器(31)的輸入端相連。2.根據權利要求1所述的發電機碳刷電流和溫度在線監測及預警裝置，其特征在于:所述模數轉換單元(32)包括模數轉換器U1、第一電阻R1、第二電阻R2、保護電阻RT、第一穩壓管TD1、第二穩壓管TD2和至少兩個傳感器接口 JPl，所述模數轉換器Ul的數據收發端子與微控制器(31)相連，所述傳感器接口 JPl的一個輸入端通過第一電阻Rl和模數轉換器Ul的一組輸入端相連、另一個輸入端通過第二電阻R2和模數轉換器Ul的另一組輸入端相連，所述保護電阻RT并聯連接在傳感器接口 JPl的兩個輸入端之間，且所述傳感器接口 JPl的一個輸入端通過第一穩壓管TDl接地、另一個輸入端通過第二穩壓管TD2接地。3.根據權利要求2所述的發電機碳刷電流和溫度在線監測及預警裝置，其特征在于:所述模數轉換器Ul為ADM2587E型模數轉換器，所述模數轉換單元(32)還包括第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4和第五電容C5，所述模數轉換器Ul的數據發送端RS_TXD、數據接收端RS_RXD、使能端RS_EN分別與微控制器(31)相連，所述第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3分別并聯布置在模數轉換器Ul的電壓輸入端VCC和第一接地端GNDl之間，所述第四電容C4和第五電容C5—端分別與模數轉換器Ul的隔離電源輸入端vis1in及隔離電源輸出端vis10ut相連、另一端和第二接地端GND2相連。4.根據權利要求1所述的發電機碳刷電流和溫度在線監測及預警裝置，其特征在于:所述電流傳感器(33)的電流測量范圍為-100A?100A。5.根據權利要求1所述的發電機碳刷電流和溫度在線監測及預警裝置，其特征在于:所述溫度傳感器(34)的溫度測量范圍為-25°C?125°C。6.根據權利要求1所述的發電機碳刷電流和溫度在線監測及預警裝置，其特征在于:所述微控制器(31)為C8051F350型微控制器。
【文檔編號】G01D21/02GK105890672SQ201610417945
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月15日
【發明人】晏桂林, 任章鰲, 郝劍波, 閆迎, 由凱, 徐波
【申請人】湖南省湘電試驗研究院有限公司