汽輪機監測保護系統設計論文

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摘要：隨著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，采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

1汽輪機監測保護系統概述

汽輪機熱工監視和保護系統以及由其所組成的信號報警系統和保護控制系統，是保護汽輪機安全運行的重要設備。隨著機組容量的增大，汽輪機安全監視和保護就顯得更加重要，同時對汽輪機的安全監視和保護裝置動作的準確性和可靠性也提出了更高的要求。原有及早期設計的保護系統大多為繼電器及硬件邏輯搭接的，可靠性較差，維護量較大。汽輪機振動及監控保護系統是為了監視汽輪機在運行過程中主軸和軸承的振動狀況及大軸彎曲而設計的，它由振動監視組件，速度監視組件和偏心監視組件三部分組成，每個部分可由用戶的需要提供若干組件，以完成用戶需要監視的測點。其中監視振動組件和偏心監視組件配渦流傳感器，用來監視主軸的振動狀況，渦流傳感器的輸出信號大小為－4—-20V，它是一個含有直流分量的交流信號，速度監視組件配電磁式傳感器，用來監視軸瓦的振動情況。

2汽輪機監測保護系統監視組件

振動監視組件是以單片機為核心研制的，為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單片機為準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為2μs，它的主要特性：十六位中央處理器；具有高效的指令系統；集成了采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和脈寬調制輸出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為：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，反復進行系統構思，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占用CPU的時間。為了縮短研制周期，盡可能利用熟悉的機型或利用現有的資料進行改進和移值，并采用可利用的軟硬件資源，然后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，為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。

3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系的部分組成，分別是顯示板模塊，主板模塊，繼電器板模塊。矢量監視組件原理圖如下：

模擬通道設計：

8098內有一個脈沖寬度調置器PWM可用來完成數字信號至模擬信號的轉換。我們將PWM用于產生鍵相輸入比較電路的界限電壓。同時8098單片機的HSO也可以軟件編程構成脈沖調寬輸出，我們利用HSO.0、HSO.1構成兩路脈沖調寬輸出,用于通頻振幅及1信頻振幅模擬量輸出.脈沖調寬輸出信號TTL電平的調制脈沖,經CD4053緩沖電平變換.使信號振幅變為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。顯示接口：

顯示接口采用8279芯片，可直接與8098單片機相連，其工作方式可通過編程設定。接口電路采用了通用的可編程鍵盤，顯示器接口器件8279，它是鍵盤顯示控件的專用器件，與單片機接口簡單方便，其工作方式可通過編程設置。8279的監測輸入線RL0－RL7工作再選通輸入方式，可輸入8個撥動開關信號，以選擇該系統的工作方式。

I/O通道擴展：

8098單片機本身只有32根I/O線，其中16根作為系統地址、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、脈寬調制輸出，這些I/O口各有用途，監視組件為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，p0一部分作為模擬量輸入線；p2一部分作為串行口，另有一部分作為脈沖寬度調制輸出；p3作為數據總線和地址總線低八位復用；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作為外圍接口，另一種以8255作為外圍接口。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是作為普通的輸入和輸出口使用的，它們主要用于設定開關狀態的輸入及報警狀態的輸出。8279是顯示接口，用來控制顯示器的顯示，監控保護系統顯示部分采用的是由128根發光二極管組成的兩根光柱，每根光柱對應一根通道。8279的回掃線RL0－RL7用作選通輸入方式。

4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，并與硬件統籌考慮。單片機的系統開發，其軟件設計不可能相對于硬件而獨立，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采用模塊編程法，模塊法的優點是把一個較為復雜的程序化為編制和裝配幾個比較簡單的程序，使程序設計容易實現。由于塊與塊之間具有一定的獨立性，如果其程序模塊需要修改或變動時，將只影響模塊內部程序，而對其它程序模塊的影響很小，或基本沒影響就很方便，它主要由下面幾個部分組成：標準的自檢程序模塊；采樣以及通道計算程序模塊；設定值調整程序模塊，報警程序模塊。

自檢程序模塊：該模塊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，并指出哪一路電源處于故障狀態。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，那么監視保護系統一直處于自檢狀態，直至用戶排除了故障為止。

采樣及通道值計算程序模塊：本程序模塊首先對監視保護系統處于的狀態進行判斷，這些狀態是指監視保護系統是否處于通道旁路和危險旁路，如果監視保護系統某一通道處于旁路狀態，那么解除繼電器報警，系統正常燈熄，旁路燈亮，同時通道指示值為0。如果監視保護系統某一通道沒有被旁路，則啟動該通道的A/D轉換，隨后將采集的數字信號進行濾波，計算得到通道值。模擬量輸出通道輸出代表該通道值的標準電流值0－10mA.DC或4－20mA.DC。

設定值調整程序模塊：設定值包括警告設定值和危險設定值兩個，它存放在EPROM2864中，即使斷電，存放在其中的值也不會丟失，顯示面板上的“警告”或“危險”鍵按下，棒狀光柱上將顯示警告或危險設定值，如果要對設定值進行調整，還需要按下主線路板上的設定開關，再按下面板上的“警告”或“危險”鍵，最好按下系統監視面板上的“?”或“?”，即可對設定值調整。在軟件中，當設置點調整后，AF標志置零，程序根據AF標志判斷是否需要將條調整值重新寫入2864。

報警程序模塊：如果兩通道的測量值之差即差值超過警告或危險設定值，那么監視保護系統將處于警告或危險狀態，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，如果處于危險旁路狀態，那么僅僅是兩個通道的危險燈亮而危險繼電器則不動作。如果監視組件處于通電抑制狀態，那么將解除所有形式的報警。

顯示程序模塊：顯示程序模塊執行顯示雙通道的測量值、報警值以及四種故障代碼。在8098內部RAM中，開設一個具有16個寄存器單元緩沖區，如80H-8FH。將緩沖區對半分成兩部分，每一部分的寄存單元寄存一個通道的顯示代碼。將顯示代碼送到8279的顯示緩沖區，8279可以自動掃描顯示。

中斷程序模塊：T1的溢出周期作為輸出脈沖信號的寬度，改變HSO高低電平的觸發時間就可以改變方波的占空比，從而改變輸出電流大小。

“大型汽輪發電機組性能監測分析與故障診斷軟件系統”在仿真機上運行，能對仿真機運行工況進行監視，也能通過實時數據庫與實際機組的計算機聯網，對實際運行機組工作狀況進行監測和分析等。

參考文獻

［1］周桐，徐健學.汽輪機轉子裂紋的時頻域診斷研究［J］.動力工程，2002，（9）.

［2］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）.

［3］陸頌元，張躍進，童小忠.機組群振動狀態實時監測故障診斷網絡和遠程傳輸系統技術研究［J］.中國電力，2005，（3）.

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

［5］李錄平，鄒新元.小波變化在振動故障奇異信號檢測中的應用［J］.汽輪機技術，2005，（2）.