汽輪機監測保護的探討論文

　摘 要：隨着我國電力工業科技進步和電力體制改革的變化，發電企業對汽輪發電機組狀態監測和故障診斷技術提出了新的要求;現行的設備檢修體制已阻礙了電力生產企業效益的進一步提高，採用先進的檢修體制已勢在必行。提出了一套完整的汽輪發電機組的在線保護方法（TSI）系統，進行了軟硬件設計。

關鍵詞：汽輪機；監測；保護系統

一、汽輪機監測保護系統監視組件

振動監視組件是以單片機爲核心研製的，爲了對輸入信號進行有效的處理，要求所選用的 CPU 速度快，集成度高，指令系統簡單，根據目前世界上在線控制發展的趨勢和市場上提供的產品，監視組件選用 8098 單片機。8098 單片機爲準 16 位單片機，外接芯片簡單，具有 16 位處理速度，典型指令的執行時間爲 2μ s，它的主要特性：十六位中央處理器；具有高效的指令系統；集成了採樣保持器和四路十位 A/D 轉換器；具有高速輸入口 HSI，高速輸出口 HSO 和脈寬調製輸出 PWM；具有監視定時器，可以在產生軟硬件故障時，使系統復位，恢復 CPU 工作。監視保護系統的設計方法和步驟分爲：系統總體設計，硬件設計，軟件設計。它是指根據測量系統的功能要求和技術特性，反覆進行系統構思，綜合考慮硬件和軟件的特點，原則：能用軟件實現的就不用硬件，但值得一提的是軟件會佔用 CPU 的時間。爲了縮短研製週期，儘可能利用熟悉的機型或利用現有的資料進行改進和移值，並採用可利用的軟硬件資源，然後根據系統的要求增加所需要的功能，在完全滿足系統功能的同時，爲提高系統工作的可靠性和穩定性，還必須充分考慮到系統的抗干擾能力。

二、汽輪機監測保護系統的硬件設計

主要是指單片機的選擇和功能擴展，傳感器的選擇，I/O 口的選擇，通道的配置，人機對話設備的配置。振動監視組件由三個相互聯繫的部分組成，分別是顯示板模組，主板模組，繼電器板模組。

8098 內有一個脈衝寬度調置器PWM可用來完成數字信號至模擬信號的轉換。我們將PWM用於產生鍵相輸入比較電路的界限電壓。同時 8098 單片機的也可以軟件編程構成脈衝調寬輸出，我們利用HSO.0、HSO.1 構成兩路脈衝調寬輸出,用於通頻振幅及 1 信頻振幅模擬量輸出.脈衝調寬輸出信號TTL電平的調製脈衝,經CD4053 緩衝電平變換.使信號振幅變爲 0－5V，再經過RC濾波，得到直流電壓信號，再經過一級同相跟隨，實現阻抗變換，得到要求的 0－2.5V或 1－5V的直流電壓信號輸出，其輸出阻抗R0=0.電壓信號經V/I轉換，便可得到 0－10mA或 4－20mA電流輸出。

8098 單片機本身只有 32 根I/O線，其中 16 根作爲系統地址、數據總線，8 根HIS/HSO線，4根模擬量輸入線，還有 4 根多功能線，可用作TXD、RXD以及外中斷輸入、脈寬調製輸出，這些I/O口各有用途，監視組件爲了進行參數設定及響應系統監視組件信號，必須進行I/O功能擴展。當單片機提供的I/O接口不夠用時，需要擴展I/O接口以實現TSI功能。8098 有四個端口即p0、p2、p3、p4，共 32 根I/O線，監視保護系統設計時，p0 一部分作爲模擬量輸入線；p2 一部分作爲串行口，另有一部分作爲脈衝寬度調製輸出；p3作爲數據總線和地址總線低八位複用；p4的一部分提供地址總線的高八位。I/O通道擴展電路：一種以 8155 作爲外圍接口，另一種以 8255 作爲外圍接口。外圍接口主要有 8155，8255，8279，EPROM選用的是 2764，掉電保護用的是EPROM2864。8155 和 8255 是作爲普通的輸入和輸出口使用的，它們主要用於設定開關狀態的輸入及報警狀態的輸出。

三、汽輪機監測保護系統的軟件設計

主要是應用軟件的設計。根據系統功能要求設計。在設計應用軟件時，必須考慮到單片機的指令系統和軟件功能，並與硬件統籌考慮。單片機的系統開發，其軟件設計不可能相對於硬件而獨立，其軟件總要與硬件結合在一起，實現要求的功能。當應用系統總體方案一經審定，硬件系統設定基本定型，大量的工作將是軟件系統的程序設計與調試。振動監視組件軟件的設計採用模組編程法，模組法的優點是把一個較爲複雜的程序化爲編制和裝配幾個比較簡單的程序，使程序設計容易實現。由於塊與塊之間具有一定的獨立性，如果其程序模組需要修改或變動時，將隻影響模組內部程序，而對其它程序模組的影響很小，或基本沒影響就很方便，它主要由下面幾個部分組成：標準的自檢程序模組；採樣以及通道計算程序模組；設定值調整程序模組，報警程序模組。

自檢程序模組：該模組檢查系統的電源電壓是否正常，系統將以故障碼的形式提示用戶：系統電源出現故障，並指出哪一路電源處於故障狀態。系統得自檢功能由上電自檢，循環自檢和用戶請求自檢三部分組成。在自檢過程中，系統解除所有形式的保護。如果自檢過程中發現故障，那麼監視保護系統一直處於自檢狀態，直至用戶排除了故障爲止。

採樣及通道值計算程序模組：本程序模組首先對監視保護系統處於的狀態進行判斷，這些狀態是指監視保護系統是否處於通道旁路和危險旁路，如果監視保護系統某一通道處於旁路狀態，那麼解除繼電器報警，系統正常燈熄，旁路燈亮，同時通道指示值爲 0。

報警程序模組：如果兩通道的測量值之差即差值超過警告或危險設定值，那麼監視保護系統將處於警告或危險狀態，這時顯示面板上的警告或危險報警燈亮，同時將驅動警告或危險繼電器，如果處於危險旁路狀態，那麼僅僅是兩個通道的危險燈亮而危險繼電器則不動作。如果監視組件處於通電抑制狀態，那麼將解除所有形式的報警。

參考文獻：

［1］@劉峻華，黃樹紅，陸繼東．汽輪機故障診斷技術的發展與展望［J］.汽輪機技術．2004，（12）.

［2］@馮小羣，杜永祚.新型動態測試與信號分析系統的研製［J］.華北電力學院學報，2004，（6）.