基于arm与dsp的发电机绝缘过热监测装置设计与实现

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1、2监测系统的整体结构2．1FJR监测系统的整体结构发电机绝缘过热监测装置用于在线监测发电机内部绝缘过热事故隐患。该装置可分为气路与电路两部分，包括离子室、放大器、控制电路、过滤器、取样管、电磁阀、电源等主要单元。如图l所示：图1FJR系统结构图Fig．1StructureofFJRsystemFJR装置在线监测需接通冷却气体管路，将联接管路与发电机本体构成密闭循环系统。在发电机风扇压力作用下，使机内的冷却气体流经装置内部。冷却气体介质在受到离子室内Q射线的轰击，使冷却气体介质电离，产生正、负离子对，又在直流电场作用下，形成极为微弱的电离电流(10-12A)。电离电流经放大

2、器(约10”倍)放大后，送电流表显示。如果在发电机运行中，其部件绝缘体有局部过热时，过热的绝缘材料受热分解后，产生冷凝核，冷凝核随气流进入装置内。由于冷凝核远比气体介质分子的体积大而重，负离子附着在冷凝核上，负离子运行速受阻，从而使电离电流大幅度下降。电离电流下降率与发电机绝缘过热程度有关。经试验确定，当电流下降到某一整定值时，代表着绝缘早期故障隐患的发生和存在，装置及时发出报警信号。运行人员可根据报警信号频度，结合其它检测仪表指示，综合判断故障隐患的发生和发展，有计划地提早采取相应措施，避免因绝缘过热故障的扩大而导致后期烧毁发电机的重大事故，以此提高发电机的运行安全性。

3、2．2FJR系统的功能架构FJR系统中实现了对发电机绝缘体监测等多项功能，其功能框图如图2所示：图2FJR系统功能框图Fi92．FunctionsofFIRsystem4如图2所示，系统的功能主要包括过热报警功能和运行监测功能两个模块，其中每个模块又包含了多个不同的功能，下面对各个功能进行简单的介绍。过热报警功能包括：(1)采集测量功能：采集差压流量、离子电流，计算采集量的平均值；(2)超温报警功能：分析确定是否进入报警程序，根据报警程序的结果判断是否报警；(3)流量报警功能：氢气流量低于门限值时报警；(4)电流报警功能：离子电流低于门限值时报警；(5)报警记录功能：记录

4、报警过程的离子电流、差压流量等数据。运行监测功能包括：(1)运行监测功能：运行数据监视，运行状态正常／异常指示；(2)运行设置功能：放大器增益设置、报警定值设置等；(3)事件记录功能：记录运行过程中发生的事件如报警、退出运行、进入测试等；(4)报警查询功能：查询报警记录；(5)事件查询功能：查询运行事件记录；(6)手动取样功能：操作人员手动取样；(7)零点监测功能：手动／自动检测放大器的零点变化：(8)运行告警功能：装置停运、装置故障等告警；(9)运行输出功能：离子电流4／20mA电流环输出、差压4／20mA电流环输出。2．3FJR报警流程在离子室加上一个负的电压建立电场

5、产生pA级电流，该电流在发电机所用绝缘材料过热释放烟气时，由于电子和带正电的离子中和而降低，其降低幅度可根据试验标定。系统的报警流程如图3所示：图3报警过程流程图Fig．3Flowchartofalarmingprocess电流从离子室出来后，由于只是pA级电流，所以要先进入放大器，放大为mA级电流，再对其进行判断。当该电流值连续3秒小于额定值的75％时，视为出现异常情况。由于电流低可能是因为装置中有杂质的缘故，所以开启过滤器进行过滤，等55秒后再次判断，如果仍然小于额定值的75％，则显示故障；如果大于额定值的75％，则关闭过滤器，等18秒后，再进行判断，如果电流大于额定

6、值的75％，则恢复正常，如果再次小于额定值的75％，则启动报警。2．4FJR电路结构设计发电机超温报警装置可分为气路与电路两部分。其中电路部分是本文介绍的重点。在电路部分设计时，首先提出了由一片ARM芯片来实现系统功能，并且信号采集也可以有ARM内部自带的AD来完成，这样可以简化系统结构；但是考虑到ARM内部的AD精度并不高，并且系统对信号采集的频率要求不高，所以作者提出采用双积分电路来实现信号采集，可以直接滤除噪声，但是考虑到采用双积分电路需要占用一个定时器，而且会有一些其他要求，所以这个方案又被否决：后来又提出在系统中加入串口通信等模块。最终考虑到系统要实现信号的采集

7、计6算，液晶屏显示，数据发送，以及许多告警信号的输出，所以单用一片ARM芯片来显现，工作量略大，不利于系统的稳定，也不利于软件升级。考虑到ARM做主控芯片，加上操作系统，可以提供一个稳定的平台，并且在操作系统下开设多个任务，可以同时完成多个功能；而采集和计算可以交给一片适合这些工作的CPU来完成，而DSP优良的计算能力则成为首选。则电路部分主要由两个模块组成：(1)ARM及其外围设备。它主要负责人机界面，包括LCD屏幕显示、键盘扫描、数据存储以及串口通信。(2)DSP及其外围设备。它主要负责电流信号和差压流量信号的采集和计算、