燃气轮机高速智能保护装置的制作方法

本实用新型涉及一种保护装置，尤其是一种燃气轮机高速智能保护装置，属于燃气轮机保护的技术领域。

背景技术：

燃气轮机的保护系统和控制系统是不可分割的一个整体。在燃气轮机正常运行时，由控制系统实施控制，使燃气轮机在所要求的参数下运行。当机组由于某些不可预测的原因而偏离正常的运行参数时，保护系统应报警并指示故障的由来，以便运行人员及时分析故障的原因和排除故障。当燃气轮发电机组关键参数超过临界值或控制设备故障危及机组安全运行时，燃气轮机高速智能保护装置在报警的同时通过切断燃料使机组跳闸。

燃气轮机在任何状态下停机，除了燃料调节阀应回到最小位置外，燃料控制系统还要有独立的快速截止阀。它在任何一种停机指令下都能切断流向燃气轮机的燃料，并且在允许点火的所有条件都满足之后才能打开。

为了燃气轮机的安全，应设有旁路排放阀或多重截止阀，使得停机后燃料漏人燃气轮机的危险减至最小。

在任何突然失去负荷的情况下，为防止瞬时转速超过轴系或其他被驱动设备的最大安全极限，应具备超速保护装置。应能报警，并用不通过主控制器的方法紧急关闭燃料截止阀。

目前，现有的燃气轮机保护装置结构复杂，抗电磁干扰能力差，控制灵敏度以及控制精度均难以达到具体保护的需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种燃气轮机高速智能保护装置，其结构紧凑，抗干扰能力强，智能化程度高，能满足对燃气轮机的具体保护需求，安全可靠。

按照本实用新型提供的技术方案，所述燃气轮机高速智能保护装置，包括保护装置处理器，所述保护装置处理器通过隔离电路分别与用于采集燃气轮机转速信号的转速信号采样处理电路、用于采集主汽门信号的主汽门信号采集电路、用于采集排气压力、主汽压力的压力采样处理电路、用于数据交换的通讯数据交换电路、用于控制电液执行机构的电液执行机构控制电路以及用于输出停机、报警信息的输出处理电路；保护装置处理器能根据燃气轮机转速信号、主汽门信号、排气压力、主汽压力和/或通讯数据交换电路的输入控制命令通过电液执行机构控制电路向电液执行机构输出PWM信号，或通过输出处理电路输出相应的控制信息以及报警信息。

所述保护装置处理器包括主处理器以及与所述主处理器连接的数字信号处理器，转速信号采样处理电路、通讯数据交换电路以及输出处理电路通过第二隔离电路与数字信号处理器连接，电液执行机构控制电路、主汽门信号采集电路以及压力采样处理电路通过第一隔离电路与数字信号处理器连接。

所述转速信号采样处理电路包括用于接收转速方波信号的隔直电路，所述隔直电路通过放大器与转速信号处理电路连接，转速信号处理电路通过第二隔离电路与数字信号处理器连接；

所述隔直电路包括光电耦合器P1，所述光电耦合器P1内发光二极管的阳极端与电容C1的一端以及电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端接+5V电压，光电耦合器P1内发光二极管的阴极端与电容C1的另一端连接，并接收转速方波信号；光电耦合器P1内光电二极管的阳极端与光电耦合器P1内耦合三极管的基极端连接，光电耦合器P1内光电二极管的阴极端与电阻R2的一端以及+3.3V电压连接，光电耦合器P1内耦合三极管的集电极端与电阻R2的另一端以及电容C2的另一端连接，电容C2的另一端与光电耦合器P1内耦合三极管的发射极端连接后接地。

所述主汽门信号采集电路包括光电耦合器P2，所述光电耦合器P2内发光二极管的阳极端与电阻R3的一端以及电容C3的一端连接，电容C3的另一端与光电耦合器P2内发光二极管的阴极端相连后接地，光电耦合器P2内光电三极管的集电极端与+3.3V电压，光电耦合器P2内光电三极管的发射极端通过电阻R4接地，且光电耦合器P2内光电三极管的发射极端输出主汽门开度OIL_OK信号。

所述主处理器采用ARM芯片，主处理器与指示灯连接，主处理器通过电源控制电路与LCD液晶屏以及HMI转接板连接，HMI转接板上连接有键盘，HMI转接板通过转接板通讯电路与主处理器连接。

所述压力信号采样处理电路包括用于采集排气压力、主汽压力的压力信号采样电路，所述压力信号采样电路通过压力信号处理电路与压力信号ADC电路与第一隔离电路连接。

所述电液执行机构控制电路包括与第一隔离电路连接的反相器，所述反相器通过电源开关输出PWM信号。

所述第二隔离电路上还设有掉电检测电路。

所述第二隔离电路上连接有电压输出电路，所述电压输出电路包括电压DAC电路以及与所述DAC电路连接的模拟开关电路。

本实用新型的优点：保护装置处理器包括主处理器以及数字信号处理器，转速信号采样处理电路、通讯数据交换电路以及输出处理电路通过第二隔离电路与数字信号处理器连接，电液执行机构控制电路、主汽门信号采集电路以及压力采样处理电路通过第一隔离电路与数字信号处理器连接，从而根据燃气轮机转速信号、主汽门信号、排气压力、主汽压力和/或通讯数据交换电路的输入控制命令通过电液执行机构控制电路向电液执行机构输出PWM信号，或通过输出处理电路输出相应的控制信息以及报警信息，抗干扰能力强，智能化程度高，能满足对燃气轮机的具体保护需求，安全可靠。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型隔直模块的电路原理图。

图3为本实用新型主汽门信号采集电路的电路原理图。

图4为本实用新型输出信号处理电路的电路原理图。

图5为本实用新型模拟开关电路的电路原理图。

图6为本实用新型通讯数据交换电路的电路原理图。

附图标记说明：1-主处理器、2-数字信号处理器、3-主处理器晶振、4-电源控制电路、5-转接板通讯电路、6-指示灯、7-LCD液晶屏、8-键盘、9-HMI转接板、10-有源晶振、11-FLASH存储器、12-输出信号处理电路、13-继电器电路、14-通讯数据交换电路、15-电压DAC电路、16-模拟开关电路、17-掉电检测电路、18-隔直电路、19-放大器、20-转速信号处理电路、21-第二隔离电路、22-第一隔离电路、23-反相器、24-电源开关、25-主汽门信号采集电路、26-压力信号采样电路、27-压力信号处理电路以及28-压力信号ADC电路。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示：为了能满足对燃气轮机的具体保护需求，提高抗干扰能力强以及智能化程度，本实用新型包括保护装置处理器，所述保护装置处理器通过隔离电路分别与用于采集燃气轮机转速信号的转速信号采样处理电路、用于采集主汽门信号的主汽门信号采集电路25、用于采集排气压力、主汽压力的压力采样处理电路、用于数据交换的通讯数据交换电路14、用于控制电液执行机构的电液执行机构控制电路以及用于输出停机、报警信息的输出处理电路；保护装置处理器能根据燃气轮机转速信号、主汽门信号、排气压力、主汽压力和/或通讯数据交换电路14的输入控制命令通过电液执行机构控制电路向电液执行机构输出PWM信号，或通过输出处理电路输出相应的控制信息以及报警信息。

本实用新型实施例中，所述保护装置处理器包括主处理器1以及与所述主处理器1连接的数字信号处理器2，转速信号采样处理电路、通讯数据交换电路14以及输出处理电路通过第二隔离电路21与数字信号处理器2连接，电液执行机构控制电路、主汽门信号采集电路25以及压力采样处理电路通过第一隔离电路22与数字信号处理器2连接。

具体地，数字信号处理器2可以采用DSP，通过第一隔离电路22、第一隔离电路22能进行隔离，通过数字信号处理器2进行数字信号处理，从而能有效提高抗干扰能力，通过数字信号处理器2与主处理器1间的数据交互，能实现对燃气轮机的保护，以满足保护要求。

此外，所述主处理器1采用ARM芯片，主处理器1与指示灯6连接，主处理器1通过电源控制电路4与LCD液晶屏7以及HMI转接板9连接，HMI转接板9上连接有键盘8，HMI转接板9通过转接板通讯电路5与主处理器1连接。主处理器1通过指示灯6能够对具体的保护状态进行指示，通过LCD液晶屏7能够实现所需信息的输出，通过电源控制电路4能实现对LCD液晶屏7以及HMI转接板9的供电，通过键盘8能向主处理器1内输入信息，键盘8通过HMI转接板9以及转接板通讯电路5与主处理器1连接，以满足主处理器1对键盘8输入信息的接收。电源控制电路4、HMI转接板9以及转接板通讯电路5均可以采用现有常用的形式，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

具体实施时，主处理器3上还连接有晶振3，数字信号处理器2上还连接有有源晶振10以及FLASH存储器11，通过FLASH存储器11存储相关的数据，以便进行查询等情况。

如图2所示，所述转速信号采样处理电路包括用于接收转速方波信号的隔直电路18，所述隔直电路18通过放大器19与转速信号处理电路20连接，转速信号处理电路20通过第二隔离电路21与数字信号处理器2连接；

所述隔直电路18包括光电耦合器P1，所述光电耦合器P1内发光二极管的阳极端与电容C1的一端以及电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端接+5V电压，光电耦合器P1内发光二极管的阴极端与电容C1的另一端连接，并接收转速方波信号；光电耦合器P1内光电二极管的阳极端与光电耦合器P1内耦合三极管的基极端连接，光电耦合器P1内光电二极管的阴极端与电阻R2的一端以及+3.3V电压连接，光电耦合器P1内耦合三极管的集电极端与电阻R2的另一端以及电容C2的另一端连接，电容C2的另一端与光电耦合器P1内耦合三极管的发射极端连接后接地。

本实用新型实施例中，采集燃气轮机的转速信号需要经过AD转化，AD转化后的方波经过隔直电路18隔离后，经放大器19进行放大，经转速信号处理电路20处理后，由第二隔离电路21输入至数字信号处理器2内。具体地，光电耦合器P1可以采用型号为HCPL0454的芯片，放大器19可以采用常用的数字电路放大形式，转速信号处理电路21处理后，能满足数字信号处理器2进行具体处理的需要。数字信号处理器2根据所述转速信号能确定燃气轮机的当前转速，以及燃气轮机对应的加速度，具体过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

如图3所示，所述主汽门信号采集电路25包括光电耦合器P2，所述光电耦合器P2内发光二极管的阳极端与电阻R3的一端以及电容C3的一端连接，电容C3的另一端与光电耦合器P2内发光二极管的阴极端相连后接地，光电耦合器P2内光电三极管的集电极端与+3.3V电压，光电耦合器P2内光电三极管的发射极端通过电阻R4接地，且光电耦合器P2内光电三极管的发射极端输出主汽门开度OIL_OK信号。

本实用新型实施例中，通过主汽门开度OIL_OK信号确定主汽门开度，以便进行后续的保护判断。具体实施时，所述压力信号采样处理电路包括用于采集排气压力、主汽压力的压力信号采样电路26，所述压力信号采样电路通过压力信号处理电路27与压力信号ADC电路28与第一隔离电路22连接。通过压力信号采样电路26能采集排气压力以及主汽压力，通过压力信号ADC电路28能向数字信号处理器2内传输对应的排气压力与主汽压力。

所述电液执行机构控制电路包括与第一隔离电路22连接的反相器23，所述反相器23通过电源开关24输出PWM信号。所述第二隔离电路21上还设有掉电检测电路17。电液执行机构用于燃气轮机中控制排气压力，电液执行机构以及电液执行机构控制电路间的具体配合工作过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

所述第二隔离电路21上连接有电压输出电路，所述电压输出电路包括电压DAC电路15以及与所述DAC电路15连接的模拟开关电路16。

如图5所示，为模拟开关电路16的电路原理图，模拟开关电路16包括运算放大器N1A，运输放大器N1A采用型号为AD8607的芯片，运输放大器N1A的同相端与电容C5的一端以及电阻R9的一端连接，电容C5的另一端接地，电阻R9的另一端与电阻R8的一端连接，且电阻R9的另一端与DAC电路15的输出端连接。运算放大器N1A的反相端与运算放大器N1A的输出端、电容C6的一端、二极管D2的阳极端以及二极管D3的阴极端连接，电容C6的另一端接地，二极管D3的阳极端接地，二极管D2的阴极端与+3.3V电压以及运算放大器N1A的正电源端连接，运算放大器N1A的正电源端还与+3.3V电压连接，运算放大器N1A的负电源端接地。数字信号处理器1根据燃气轮机的转速确定得到加速度值后，运算放大器N1A输出一个与加速度成正比的电压信号，以实现对加速度信号的微分调节。

本实用新型实施例中，输出处理电路包括输出信号处理电路12以及与所述输出信号处理电路12连接的继电器电路13，输出信号处理电路12通过继电器电路13实现对相应的报警或开关控制。

如图4所示，为输出信号处理电路12的电路原理图，输出信号处理电路12包括光电耦合器P3，光电耦合器P3可以采用型号为TLP521-1的芯片，光电耦合器P3内光电二极管的阳极端与电阻R5的一端以及电容C4的一端连接，电容C4的另一端以及光电耦合器P3内光电二极管的阴极端均接地，电阻R5的另一端通过第一隔离电路21与数字信号处理器2的输出端连接。光电耦合器P3内光电三极管的集电极端与+12V电压连接，光电耦合器iP3内光电三极管的发射极端与电阻R6的一端、电阻R7的一端连接，电阻R6的一端与三极管Q1的基极端连接，三极管Q1的发射极端以及电阻R7的另一端均接地，三极管Q1的集电极端与二极管D1的阳极端连接，二极管D1的阴极端与+12V电压连接，三极管Q1可以采用NPN三极管，且三极管Q1的集电极端输出继电器控制信号CHANG_110_OK。具体实施时，根据继电器控制信号CHANG_110_OK、以及燃气轮机的转速，执行对燃气轮机对应的保护，如超速保护，调节阀油动机，具体通过继电器电路13实现相对应保护的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

如图6所示，为本实用新型通讯数据交换电路14的电路原理图，所述通讯数据交换电路14包括芯片N2、芯片N3、芯片N4以及芯片U1，其中，芯片N2可以采用型号为WRF0505S的芯片，芯片N3采用型号为ADUM1201BR的芯片，芯片N4采用型号为TLP521的光电耦合器，芯片U1的型号为MAX3072的芯片。

芯片N2的VIN端与+5V电压连接，芯片N2的GND端接地，芯片N2的V+端与电容C7的一端、芯片N3的VDD2端、芯片U1的VCC端、电阻R12的一端以及光电耦合器N4内光电三极管的集电极端连接。芯片N2的V-端与电容C7的另一端、芯片N3的GND2端、以及芯片U1的GND端连接。

芯片N3的VDD1端与+3.3V电压连接，芯片N3的GND1端接地，芯片N3的VLA端与芯片U1的RO端连接，芯片N3的VOB端与芯片U1的DI端连接。光电耦合器N4内光发光二极管的阳极端与+3.3V电压连接，光电耦合器N4内发光二极管的阴极端通过电阻R10与第二隔离电路21连接。光电耦合器N4内光电三极管的的发射极与电阻R11的一端以及芯片U1的DE端、芯片U1的端连接。芯片U1的B端与电阻R12的另一端、电阻R14的一端以及接口J1的一端连接，芯片U1的A端与电阻R13的一端、电阻R14的另一端以及接口J1的另一端连接，电阻R13的另一端与接口J1的接地端连接，且芯片U1的GND端也与接口J1的接地端连接。

具体实施时，通过接口J1与与远方的DCS系统或操作站连接，实现远方的监视操作，协同DCS完成控制。所述通讯数据交换电路14支持Modbs485协议。

本实用新型保护装置处理器包括主处理器1以及数字信号处理器2，转速信号采样处理电路、通讯数据交换电路14以及输出处理电路通过第二隔离电路21与数字信号处理器2连接，电液执行机构控制电路、主汽门信号采集电路25以及压力采样处理电路通过第一隔离电路22与数字信号处理器2连接，从而根据燃气轮机转速信号、主汽门信号、排气压力、主汽压力和/或通讯数据交换电路14的输入控制命令通过电液执行机构控制电路向电液执行机构输出PWM信号，或通过输出处理电路输出相应的控制信息以及报警信息，抗干扰能力强，智能化程度高，能满足对燃气轮机的具体保护需求，安全可靠。

以上所述是本实用新型的技术原理和较佳实施例子，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本实用新型保护范围之内。