一种发电机碳刷电流和温度在线监测及预警装置的制作方法

本实用新型涉及电力工程技术领域，具体涉及一种发电机碳刷电流和温度在线监测及预警装置。

背景技术：

发电机碳刷是发电机的固定部分和转动部分之间传递能量或信号的装置，发电机的励磁电流由碳刷、集电环输送至发电机励磁绕组，碳刷的工作状态好坏关系到发电机能否安全、稳定运行。发电机的故障统计表明：碳刷故障属于多发性故障，主要包括碳刷跳动故障，原因有碳刷压紧力不当、松动、转轴偏心、集电环椭圆度超标、集电环表面有凹凸点或灼伤等)、碳刷电流分布不均，原因有碳刷质量不合格、恒压弹簧压力不够或不匀、不同型号的碳刷混用、碳刷与滑环的接触不好及刷辫与碳刷的接触不良等。运行中发电机组的碳刷如果维护和使用不当将造成事故降负荷，甚至停机。长期以来因碳刷或转子集电环故障引发的停机事故，给企业造成较大经济损失。

导致碳刷故障有电磁、机械和化学等多种因素，而目前通常只通过监测或检测碳刷电流结合用红外测温仪测量集电环和碳刷的温度来判断出碳刷运行是否正常，发电机碳刷电流目前绝大多数只是采取电流钳表定期检测测量。目前市面尚无或极少此类碳刷电流实时在线监测和具有预警功能的产品，也尚无文献资料介绍其应用。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种能够实现实时采集发电机碳刷的电流和温度，实现发电机碳刷电流和温度实时在线监测显示，为发电机碳刷检测和诊断提供支持，可实现在电流或温度异常时报警输出上传，节省大量人力巡检时间成本的发电机碳刷电流和温度在线监测及预警装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种发电机碳刷电流和温度在线监测及预警装置，包括主控设备、显示输出模块和至少一个碳刷监测单元，所述碳刷监测单元包括微控制器、模数转换单元、至少一个电流传感器和至少一个温度传感器，所述微控制器、显示输出模块分别与主控设备相连，所述主控设备上设有报警继电器接口，所述电流传感器串联安装在发电机碳刷的回路上，所述温度传感器安装在发电机内且与碳刷接触，所述电流传感器、温度传感器的输出端分别通过模数转换单元和微控制器的输入端相连。

优选地，所述模数转换单元包括模数转换器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、保护电阻RT、第一稳压管TD1、第二稳压管TD2和至少两个传感器接口JP1，所述模数转换器U1的数据收发端子与微控制器相连，所述传感器接口JP1的一个输入端通过第一电阻R1和模数转换器U1的一组输入端相连、另一个输入端通过第二电阻R2和模数转换器U1的另一组输入端相连，所述保护电阻RT并联连接在传感器接口JP1的两个输入端之间，且所述传感器接口JP1的一个输入端通过第一稳压管TD1接地、另一个输入端通过第二稳压管TD2接地。

优选地，所述模数转换器U1为ADM2587E型模数转换器，所述模数转换单元还包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5，所述模数转换器U1的数据发送端RS_TXD、数据接收端RS_RXD、使能端RS_EN分别与微控制器相连，所述第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3分别并联布置在模数转换器U1的电压输入端VCC和第一接地端GND1之间，所述第四电容C4和第五电容C5一端分别与模数转换器U1的隔离电源输入端visioin及隔离电源输出端visioout相连、另一端和第二接地端GND2相连。

优选地，所述电流传感器的电流测量范围为-100A～100A。

优选地，所述温度传感器的温度测量范围为-25℃～125℃。

优选地，所述微控制器为C8051F350型微控制器。

本实用新型发电机碳刷电流和温度在线监测及预警装置具有下述优点：

1、本实用新型包括主控设备、显示输出模块和碳刷监测单元，碳刷监测单元包括微控制器、模数转换单元、电流传感器和温度传感器，微控制器、显示输出模块分别与主控设备相连，主控设备上设有报警继电器接口，电流传感器串联安装在发电机碳刷的回路上，温度传感器安装在发电机内且与碳刷接触，电流传感器、温度传感器的输出端分别通过模数转换单元和微控制器的输入端相连，能够实现实时采集发电机碳刷的电流和温度，实现发电机碳刷电流和温度实时在线监测显示，为发电机碳刷检测和诊断提供支持，节省大量人力巡检时间成本

2、本实用新型主控设备上设有报警继电器接口，可实现在电流或温度异常时报警输出上传。

3、本实用新型的碳刷监测单元的数量，以及碳刷监测单元内电流传感器和温度传感器均可以根据需要进行集成多个或多组，能够满足大规模发电机碳刷电流在线监测及预警的需要。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2为本实用新型实施例模数转换单元的电路原理示意图。

图例说明：1、主控设备；11、报警继电器接口；2、显示输出模块；3、碳刷监测单元；31、微控制器；32、模数转换单元；33、电流传感器；34、温度传感器。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的发电机碳刷电流和温度在线监测及预警装置包括主控设备1、显示输出模块2和至少一个碳刷监测单元3，碳刷监测单元3包括微控制器31、模数转换单元32、四个电流传感器33和四个温度传感器34，微控制器31、显示输出模块2分别与主控设备1相连，主控设备1上设有报警继电器接口11，电流传感器33串联安装在发电机碳刷的回路上，温度传感器34安装在发电机内且与碳刷接触，电流传感器33、温度传感器34的输出端分别通过模数转换单元32和微控制器31的输入端相连。需要说明的是，电流传感器33和温度传感器34的数量可以根据实际需要进行布置而灵活选择。

本实施例中，主控设备1和显示输出模块2采用台湾威纶通MT8150IE型人机交互设备实现，MT8150IE型人机交互设备包含人机界面显示、触摸操作屏，内嵌WinCE系统，系统运行稳定，可接鼠标操作，15寸1024×768 TFTLCD，LED背光显示，无风扇冷却系统，內建128MB闪存，支持USB主设备与USB从设备，支持SD卡扩充储存容量，485通讯、电源內建隔离器，NEMA4/IP65前面板防护等级。此外，也可以根据需要采用传统计算机和显示器的形式，其原理与本实施例相同，在此不再赘述。主控设备1通过RS485总线采集各监测装置获取的碳刷电流、温度实时数据，通过配置可采集最多128路碳刷信息（大于128路可定制），可设置多种报警阀值，继电器报警输出及时通知工作人员，同时具备查询历史曲线、历史报警记录等多种功能。各碳刷监测单元3通过四芯屏蔽，DC-9V供电并联，通讯采用RS485总线连接至主控设备1。接线简单、安全可靠。

如图2所示，模数转换单元32包括模数转换器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、保护电阻RT、第一稳压管TD1、第二稳压管TD2和至少两个传感器接口JP1，模数转换器U1的数据收发端子与微控制器31相连，传感器接口JP1的一个输入端通过第一电阻R1和模数转换器U1的一组输入端相连、另一个输入端通过第二电阻R2和模数转换器U1的另一组输入端相连，保护电阻RT并联连接在传感器接口JP1的两个输入端之间，且传感器接口JP1的一个输入端通过第一稳压管TD1接地、另一个输入端通过第二稳压管TD2接地。

如图2所示，模数转换器U1为ADM2587E型模数转换器，ADM2587E型模数转换器采用isoPower™集成式隔离DC/DC技术，是一款隔离的RS-485/RS-422收发器，可配置成半双工或全双工模式，通信速率分别为数据速率：16 Mbps/500kbps，采用20引脚宽体SOIC封装，管脚兼容，其额定工作温度范围为工业温度范围(−40°C to +85°C)。ADM2587E型模数转换器与其它RS-485接口芯片相比，集成了磁隔离技术和DC/DC电源，是一个真正意义上的单芯片RS-485集成芯片，大大的减少了PCB板面积。如图2所示，模数转换单元32还包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5，模数转换器U1的数据发送端RS_TXD、数据接收端RS_RXD、使能端RS_EN分别与微控制器31相连，第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3分别并联布置在模数转换器U1的电压输入端VCC和第一接地端GND1之间，第四电容C4和第五电容C5一端分别与模数转换器U1的隔离电源输入端visioin及隔离电源输出端visioout相连、另一端和第二接地端GND2相连。

本实施例中，电流传感器33的电流测量范围为-100A～100A，能够满足各种类型的发电机的电流测量需求。温度传感器34的温度测量范围为-25℃～125℃，能够满足各种类型的发电机的温度测量需求。

本实施例中，微控制器31为C8051F350型微控制器（MCU）。C8051F350型MCU为完全集成的混合信号片上系统型MCU，主要特性如下：具有片内上电复位、VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F350是真正能独立工作的片上系统。FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051固件。用户软件对所有外设具有完全的控制，可以关断任何一个或所有外设以节省功耗。

利用本实施例的发电机碳刷电流和温度在线监测及预警装置实时采集发电机励磁碳刷电流、温度信息，即本地实时显示发电机的碳刷电流、温度变化（碳刷个数可根据现场情况设置，大于128路可定制），可实时采集发电机励磁碳刷电流、温度信息，即本地可实时显示发电机的碳刷电流、温度变化，同时根据实际情况可定制碳刷信息显示的个数，大于128路可定制。毫无疑问，还可以进一步按照预置的报警值，在碳刷电流、温度超过预置报警值时，提供电流、温度超限报警显示，提醒维护人员检修，电流报警依据多样化，分为低、高、高高报警，或根据平均值低、高报警，同时具备温度高报警，均有相应的报警输出，可驱动报警灯等设备及时通知工作人员，节省了大量人力巡检时间成本。

本实施例中，主控设备1在开机初始化完成之后，显示输出模块2的输出界面由开机界面自动进入主界面，显示输出模块2的主界面显示所有测量碳刷的当前电流值、温度值、分组电流和值及状态（电流高高报警、高于平均值报警：红色；电流高报警：橙色；电流低报警、低于平均值报警：蓝色；温度高报警：红色）。针对所有电刷，可通过显示输出模块2自定义设置电刷的分组信息（例如第1～20个碳刷为A+组、第21～40个碳刷为A-组等），以及不同报警类型（电流低报警、电流高报警、电流高高报警、电流低于平均值报警、电流高于平均值报警、温度高报警等）的阀值（例如电流低报警的阀值为5A，电流高报警的阀值为80A，电流高高报警的阀值为100A，电流低于平均值报警的阀值为60%、电流高于平均值报警的阀值为60%、温度高报警的阀值为70摄氏度）。当监测结果匹配报警类型的阀值时，则通过显示输出模块2实时输出报警信息，例如2015/10/17 11:39:57时刻，5号碳刷发生电流高高报警，且电流值为100.0A，并在2015/10/17 11:40:01时刻恢复；同时，也可以根据需要通过显示输出模块2查询报警记录，具体查询日期2015/10/17的报警记录，即可查询到前面的一条记录。根据所选碳刷不同，通过显示输出模块2可查看当前所选碳刷的历史电流、温度变化的曲线。需要说明的是，通过显示输出模块2实现的上述功能为对本实施例的发电机碳刷电流和温度在线监测及预警装置的进一步改进，本实施例的发电机碳刷电流和温度在线监测及预警装置的实现并不依赖于通过主控设备1和显示输出模块2实现的上述功能，在此不再赘述。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。