一种黑启动柴油发电机过载监测报警装置及方法

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柴油发电机过载监测报警装置及方法。

背景技术

柴油发电机在电力系统中地位非常重要，属于在极端故障情况下的生命线，必须要保证其安全、可靠、平稳的在故障情况下运行，如果操作不当，由此产生的后期及其严重，目前已发生过多起因柴油发电机在事故情况下无法正常运行，导致的损坏主机设备的事故，因此各电厂均制定了严格的柴油发电机保养、维护制度，目的在于使柴油发电机保持在良好的运行状态，可在关键时刻成功启动。柴油发电机在水电站黑启动过程中也扮演着重要的角色，能够使得水电站厂用系统恢复正常运行，还有在全厂失电和水库水位超过报警线的情况下，可提起泄洪门进行泄洪，保证大坝和工作人员的安全，进一步保证大坝下游人民的生命财产安全。

目前在水电站或燃机电站进行黑启动时，恢复厂用系统供电时，由人工进行投切负荷，因所带负荷超过柴油发电机出力导致机组保护动作切机的情况时有发生，必须要时刻监视柴油发电机的出力，以保证所带负荷小于柴油发电机的额定出力，使柴油发电机维持在最佳工况且不影响运行安全。同时目前也缺少一种黑启动时能够进行柴油发电机过载报警的装置，在柴油发电机将要接近额定出力时，提醒现场工作人员禁止进行任何操作，防止因柴油发电机因过载导致黑启动失败。

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柴油发电机过载监测报警装置及方法，黑启动时当柴油发电机过载的时候，以声光方式提醒现场通过人员禁止继续投入负荷，保证柴油发电机运行安全，防止黑启动机组因柴油发电机过载失去厂用电导致启动失败。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种黑启动柴油发电机过载监测报警装置，包括交流电流变送器、交流电压变送器、采集控制模块和语音声光报警器，所述交流电流变送器的一次侧电流采样孔穿过柴油发电机出口三相线路的任一一相，交流电流变送器二次侧输出4-20mA电流信号与采集控制模块模拟样采样端口相连，交流电流变送器用于采集柴油发电机的单相电流并转换为4-20mA信号，所述交流电压变送器一次侧与柴油发电机出线相连，交流电压变送器二次侧输出4-20mA电流信号与采集控制模块模拟样采样端口相连，交流电压变送器用于采集柴油发电机出口电压并转换为4-20mA信号，所述采集控制模块数字量输出端口与语音声光报警器控制端口相连，采集控制模块用于转换输入的4-20mA电流信号为1-5V电压信号，并将得到的柴油发电机的功率信号与设定报警值比较输出过载告警信息，所述语音声光报警器连接采集控制模块的输出端，用于发出光信号和报警声音。

优选的，还包括电源模块，所述电源模块输出的24V电压和地与交流电流变送器、交流电压变送器、语音声光报警器的24V电源端口和地相连，电源模块输出的5V电压和地与采集控制模块、语音声光报警器的5V电源端口和地相连，电源模块用于为交流电流变送器、交流电压变送器、采集控制模块、语音声光报警器供电。

优选的，所述交流电流变送器一次侧输入交流电流为0-1000A，二次侧输出电流为4-20mA，测量精度为0.5％，安装在柴油发电机控制系统机端电流的端子排导轨上。

优选的，所述交流电压变送器一次侧输入交流电压为0-1000V，二次侧输出电流为4-20mA，测量准确度为0.5级，安装在柴油发电机控制系统机端电压的端子排导轨上。

进一步，所述交流电压变送器由于测量柴油发单机相电压或线电压；

当测量柴油发电机相电压时，交流电压变送器输入端口与柴油发电机出线的任一相相连，另一端与柴油发电机出线中性点相连；

当测量柴油发电机线电压时，交流电压变送器输入端口与柴油发电机出线的任一相相连，另一端与柴油发电机出线剩余的两相中的一个相连。

优选的，所述采集控制模块包括电源接口电路、交流电流变送器输入接口电路、交流电压变送器输入接口电路、处理器，电源接口电路包括电源端子和电容，电源接口电路与电源模块输出的5V和24V电压相连，电容并联在电源接口电路5V电压引脚和地之间，处理器供电端口与电源接口电路输出的5V电压相连，交流电流变送器输入接口电路包括电流输入端子和电流采样电阻，电流输入端子24V供电引脚与电源接口电路输出的24V电压引脚和地相连，电流采样电阻并联在电流输入端子4-20mA电流输入引脚，电流采样电阻输出端与处理器任一模拟量采集端口相连；交流电压变送器输入接口电路包括电压输入端子和电压采样电阻，电压输入端子24V供电引脚与电源接口电路输出的24V电压引脚和地相连，电压采样电阻并联在电流输入端子4-20mA电流输入引脚，电压采样电阻输出端与处理器除过与电流采样电阻相连的模拟量采集端口外的任一模拟量采集端口相连；处理器数字量输出端口与语音声光报警器控制端口相连。

进一步，所述交流电压变送器测量柴油发电机相电压时，处理器根据公式Pc＝3Uc*Ic计算柴油发电机功率，Pc为计算后的柴油发电机公式，Uc为柴油发电机相电压，Ic为柴油发电机相电流；所述交流电压变送器测量柴油发电机线电压时，处理器根据公式Pc＝1.732Uc*Ic计算柴油发电机功率，Pc为计算后的柴油发电机公式，Uc为柴油发电机线电压，Ic为柴油发电机相电流。

进一步，所述处理器采用STC8G1K08A单片机。

优选的，所述语音声光报警器包括驱动电路模块和报警器连接接口，报警器连接接口与外置语音声光报警器相连，驱动电路模块5V、24V供电引脚与电源接口电路输出的5V、24V电压引脚和地相连，驱动电路模块输出端口与报警器连接接口相连，驱动电路模块的控制端口与处理器数字量输出端口相连。

一种黑启动柴油发电机过载监测报警方法，包括如下步骤：

1)在采集控制模块中设置交流电流变送器输入交流电流为最低为0A，最高为1000A；

2)在采集控制模块中设置交流电压变送器输入交流电压最低为0V，最高为1000V；

3)判断当交流电压变送器测量柴油发电机相电压时，处理器根据公式Pc＝3Uc*Ic计算柴油发电机功率，当交流电压变送器测量柴油发电机线电压时，处理器根据公式Pc＝1.732Uc*Ic计算柴油发电机功率，进入步骤4)；

4)在在采集控制模块中设置柴油发电机额定功率Pe，进入步骤5)；

5)在在采集控制模块中设置柴油发电机过载报警功率Pb为80％柴油发电机额定功率Pe，进入步骤6)；

6)黑启动时智能处理实时采集的柴油发电机功率，并与过载报警功率Pb相比较，若小于过载报警功率Pb时，不触发语音声光报警器；若大于等于过载报警功率Pb时，触发语音声光报警器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过交流电流变送器和交流电压变送器采集柴油发电机出口的电压和电流，并将转换后的电压、电流信号以4-20mA电流信号传输至采集控制模块的模拟量采集通道，采集控制模块将4-20mA电流信号转换为1-5V电压信号输入给采集控制模块，由此还原出柴油发电机电压和电流，进一步获得柴油发电机功率，当柴油发电机功率大于设置报警值时，采集控制模块控制语音声光报警器动作，以高分贝声音和红色警报光提醒黑启动现场人员禁止继续投入负荷，保证柴油发电机在安全、可控、稳定的工况下运行，保证电站主设备的安全性。

进一步的，本发明交流电流变送器、交流电压变送器采用单相型传感器，进一步得到柴油发电机单相功率，由三相功率和单相功率的转换关系获得柴油发电机三相功率，降低了三相功率采集系统的成本。

进一步的，本发明交流电压变送器直接接入柴油发电机任意两相电压之间，无需专门PT电压互感器，简化了装置器件。

进一步的，本发明交流电流变送器采用穿孔式电流变送器，使用时仅需要将柴油发电机一相电流线经过电流变送器的孔，无需接入柴油发电机一次系统，现场安装难度低。

进一步的，本发明采集控制模块采用具有8个引脚的STC8G1K08A单片机，合理利用各个引脚，核心硬件成本性价比高，具有4路ADC模拟量采集端口。

进一步的，本发明语音声光报警器将继电器控制模块和语音声光报警器集成在一起，利用现有模块，提升了电路的稳定性，同时语音声光报警器采用高分贝报警声音和高亮度红色闪烁灯，当发出预警时，易于现场工作人员辨识。

附图说明

图1为本发明装置原理框图。

图2为本发明采集控制模块电路图。

图3为本发明语音声光报警器电路图。

图中：电源模块1；交流电流变送器2；交流电压变送器3；采集控制模块4；语音声光报警器5。

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。

本发明能够解决黑启动时，恢复待启动机组厂用电时，柴油发电机过载无监测预警装置问题，避免因柴油发电机因过载导致保护动作停机，造成黑启动或事故情况下扩大事故范围。

本发明一种黑启动柴油发电机过载监测报警装置，如图1所示，包括交流电流变送器2、交流电压变送器3、采集控制模块4、语音声光报警器5，所述交流电流变送器2的一次侧电流采样孔穿过柴油发电机出口三相线路的任一一相，交流电流变送器2二次侧输出4-20mA电流信号与采集控制模块4模拟样采样端口相连，交流电流变送器2用于采集柴油发电机的单相电流并转换为4-20mA信号，所述交流电压变送器3一次侧与柴油发电机出线相连，交流电压变送器3二次侧输出4-20mA电流信号与采集控制模块4模拟样采样端口相连，交流电压变送器3用于采集柴油发电机出口电压并转换为4-20mA信号，所述采集控制模块4数字量输出端口与语音声光报警器5控制端口相连，采集控制模块4用于转换输入的4-20mA电流信号为1-5V电压信号，分析、还原出实际柴油发电机出口电流和电压值，得到柴油发电机的功率信号，柴油发电机所带负荷超过80％额定功率时，控制语音声光报警器5发出过载告警信息，所述语音声光报警器5用于发出光信号和报警声音，提醒工作人员注意柴油发电机将要过载信号。

本实施例中，还包括电源模块1，所述电源模块1输出的24V电压和地与交流电流变送器2、交流电压变送器3、语音声光报警器5的24V电源端口和地相连，电源模块1输出的5V电压和地与采集控制模块4、语音声光报警器5的5V电源端口和地相连，电源模块1用于为交流电流变送器2、交流电压变送器3、采集控制模块4、语音声光报警器5供电。

本实施例中，所述交流电流变送器2一次侧输入交流电流为0-1000A，二次侧输出电流为4-20mA，测量精度为0.5％，安装在柴油发电机控制系统机端电流的端子排导轨上。

本实施例中，所述交流电压变送器3一次侧输入交流电压为0-1000V，二次侧输出电流为4-20mA，测量准确度为0.5级，安装在柴油发电机控制系统机端电压的端子排导轨上。

本实施例中，所述交流电压变送器3可测量柴油发单机相电压或线电压，当测量柴油发电机相电压时，交流电压变送器3输入端口与柴油发电机出线的任一相相连，另一端与柴油发电机出线中性点相连；当测量柴油发电机线电压时，交流电压变送器3输入端口与柴油发电机出线的任一相相连，另一端与柴油发电机出线剩余的两相中的一个相连。

本实施例中，所述采集控制模块4包括电源接口电路、交流电流变送器输入接口电路、交流电压变送器输入接口电路、处理器，电源接口电路包括电源端子和电容，电源接口电路与电源模块1输出的5V和24V电压相连，电容并联在电源接口电路5V电压引脚和地之间，处理器供电端口与电源接口电路输出的5V电压相连，交流电流变送器输入接口电路包括电流输入端子和电流采样电阻，电流输入端子24V供电引脚与电源接口电路输出的24V电压引脚和地相连，电流采样电阻并联在电流输入端子4-20mA电流输入引脚，电流采样电阻输出端与处理器任一模拟量采集端口相连；交流电压变送器输入接口电路包括电压输入端子和电压采样电阻，电压输入端子24V供电引脚与电源接口电路输出的24V电压引脚和地相连，电压采样电阻并联在电流输入端子4-20mA电流输入引脚，电压采样电阻输出端与处理器除过与电流采样电阻相连的模拟量采集端口外的任一模拟量采集端口相连；处理器数字量输出端口与语音声光报警器5控制端口相连。

本实施例中，如图2所示，电源接口电路包括电源端子D1和电容C1，电源端子D1第1引脚与电源模块1输出的24V电压相连，电源端子D1第2引脚与电源模块1输出的地相连，电源端子D1第3引脚与电源模块1输出的5V电压相连，电容C并联在电源端子D1第2引脚和第3引脚；交流电流变送器输入接口电路包括电流输入端子JY1和电流采样电阻R1，电流输入端子JY1第1引脚、第4引脚分别与电源端子D1第1引脚、第2引脚相连，电阻R1并联在电流输入端子JY1第2引脚、第3引脚之间，电流输入端子JY1第3引脚与第4引脚相连，电流输入端子JY1与交流电流变送器2相连；交流电压变送器输入接口电路包括电压输入端子JY2和电压采样电阻R2，电压输入端子JY2第1引脚、第4引脚分别与电源端子D1第1引脚、第2引脚相连，电阻R2并联在电压输入端子JY2第2引脚、第3引脚之间，电压输入端子JY2第3引脚与第4引脚相连，电压输入端子JY2与交流电压变送器3相连；处理器为处理器U1，处理器U1第2引脚、第4引脚分别与电源端子D1第3引脚、第2引脚相连，处理器U1第1引脚与电流输入端子JY1第2引脚相连，处理器U1第3引脚与电压输入端子JY2第2引脚相连。

本实施例中，所述交流电压变送器3测量柴油发电机相电压时，处理器根据公式Pc＝3Uc*Ic计算柴油发电机功率，Pc为计算后的柴油发电机公式，Uc为柴油发电机相电压，Ic为柴油发电机相电流；所述交流电压变送器3测量柴油发电机线电压时，处理器根据公式Pc＝1.732Uc*Ic计算柴油发电机功率，Pc为计算后的柴油发电机公式，Uc为柴油发电机线电压，Ic为柴油发电机相电流。

本实施例中，所述处理器采用STC8G1K08A单片机。

本实施例中，所述语音声光报警器5包括驱动电路模块和报警器连接接口，报警器连接接口与外置语音声光报警器相连，驱动电路模块5V、24V供电引脚与电源接口电路输出的5V、24V电压引脚和地相连，驱动电路模块输出端口与报警器连接接口相连，驱动电路模块的控制端口与处理器数字量输出端口相连。

本实施例中，如图3所示，所述语音声光报警器5包括驱动电路模块BJ1和报警器连接接口SG1，报警器连接接口SG1与外置语音声光报警器相连，报警器连接接口SG1第1引脚、第2引脚分别与驱动电路模块BJ1第6引脚、第5引脚相连，驱动电路模块BJ1第1引脚、第3引脚、第4引脚分别与电源端子D1第3引脚、第2引脚、第1引脚相连，驱动电路模块BJ1第2引脚与处理器U1第6引脚相连，驱动电路模块BJ1第2引脚为控制端口，处理器U1第6引脚为数字量输出引脚。

一种黑启动柴油发电机过载监测报警方法，包括如下步骤：

1)在采集控制模块4中设置交流电流变送器2输入交流电流为最低为0A，最高为1000A，进入步骤2)；

2)在采集控制模块4中设置交流电压变送器3输入交流电压最低为0V，最高为1000V，进入步骤3)；

3)判断当交流电压变送器3测量柴油发电机相电压时，处理器根据公式Pc＝3Uc*Ic计算柴油发电机功率，当交流电压变送器3测量柴油发电机线电压时，处理器根据公式Pc＝1.732Uc*Ic计算柴油发电机功率，进入步骤4)；

4)在在采集控制模块4中设置柴油发电机额定功率Pe，进入步骤5)；

5)在在采集控制模块4中设置柴油发电机过载报警功率Pb为80％柴油发电机额定功率Pe，进入步骤6)；

6)黑启动时智能处理实时采集的柴油发电机功率，并与过载报警功率Pb相比较，若小于过载报警功率Pb时，不触发语音声光报警器5；若大于等于过载报警功率Pb时，触发语音声光报警器5，以声光方式提醒工作人员注意控制投入负荷，防止柴油发电机过载。

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。