一种使用于汽轮机监视保护仪表的智能电源模块的制作方法

一种使用于汽轮机监视保护仪表的智能电源模块
[技术领域]
[0001]
本发明涉及属于汽轮机监视保护仪表技术领域，具体地说是一种使用于汽轮机监视保护仪表的智能电源模块。
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背景技术：
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[0002]
汽轮机监视保护仪表(turbine supervisory instruments，简称tsi仪表)，是确保汽轮机运行安全的关键设备之一。tsi仪表需要监测和保护的参数信号很多，常用的测量参数有：振动(包括轴承振动、相对振动、轴振动)、轴向位移、胀差、偏心、转速、零转速、键相、汽缸膨胀、油动机行程、同步器行程等。由于各测量参数不同，其测量原理各异，造成了非电量转换和电信号的处理方式是完全不同的，按测量参数的类型，将监视器模块可以组态为振动监视器、轴向位移监视器、胀差监视器、偏心监视器、转速监视器、零转速监视器、键相监视器、汽缸膨胀监视器、行程监视器等分别监视保护振动(包括轴承振动、相对振动、轴振动)、轴向位移、胀差、偏心、转速、零转速、键相、汽缸膨胀、油动机行程、同步器行程等测量参数。
[0003]
目前常规的做法是，将这些参数监视器集中在一个仪表框架内，由电源模块通过框架母线板给各个监视器模块进行供电，这样由监视器框架、框架母线板、电源模块、监视器模块以及现场传感器等构成一套完整的tsi仪表。由于单电源模块供电系统稳定性不佳，为了提高tsi仪表供电电源的可靠性，采取双路电源模块冗余热备用供电的方式。传统的热备用电源模块冗余通常采用高选模式，即：所有的监视器模块的电源都取自输出电压较高的那路电源模块。这种冗余供电方式，仅能应对因某电源模块失电等原因造成的部分故障，负载由单个电源模块承担，负荷分配很不合理，通常带负载的电源模块容易损坏，不带负载的电源模块长期处于闲置状态，且电源模块无警告或者警告点是固定的，不便于更改。
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技术实现要素：
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[0004]
本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种使用于汽轮机监视保护仪表的智能电源模块，该智能电源模块可配置成独立供电模式使用，也可以作为冗余供电模式使用，提高了tsi仪表供电电源的可靠性。
[0005]
为实现上述目的设计一种使用于汽轮机监视保护仪表的智能电源模块，包括ac-dc转换电路1、切换电路2、模拟量采样电路3、adc模数转换电路5、轮询电路6和保护电路13，所述智能电源模块接入220vac交流电输入后，经ac-dc转换电路1转换成
±
24v直流电源，所述ac-dc转换电路1的输出端连接切换电路2，所述切换电路2的输出端连接保护电路13，所述ac-dc转换电路1的输入端也连接保护电路13，所述保护电路13作为信号输出、输入的保护，所述保护电路13的输出端连接tsi仪表监视器框架的母线板，直流电源通过切换电路2后输出，经保护电路13送至tsi仪表监视器框架的母线板，并给框架内的监视器模块供电；所述ac-dc转换电路1连接模拟量采样电路3，所述模拟量采样电路3的输出端分别连接保护电路13、轮询电路6，所述保护电路13连接轮询电路6，所述轮询电路6的输出端连接adc模数
转换电路5。
[0006]
进一步地，所述ac-dc转换电路1输出的电压和电流经模拟量采样电路3采集、整定后，输出两路：一路以ao模拟量输出11的形式输出，经过保护电路13，通过智能电源模块的接插件，送至互为冗余的另一个智能电源模块，作为ai模拟量输入送至另一个智能电源模块的轮询电路6；另一路经输入轮询电路6后，输入至adc模数转换电路5，与本电源模块互为冗余的另一个智能电源模块所采样的电压和采样的电流，以ai模拟量输入12的形式输入至轮询电路6。
[0007]
进一步地，所述切换电路2由功率调节及负反馈电路构成，所述切换电路2用于实现冗余和可控功率输出；所述模拟量采样电路3中设置有电流传感器ic和巨磁阻gmr芯片，所述模拟量采样电路3使用两片电流传感器ic采样电流。
[0008]
进一步地，所述智能电源模块中设有运算单元4，所述运算单元4由cpu芯片构成，所述运算单元4用于完成对智能电源模块各功能回路的控制、运算、模拟量输入的数据采集，以及模拟量输出、开关量输入、开关量输出。
[0009]
进一步地，所述adc模数转换电路5用于完成对智能电源模块的输出电压和电流进行采样，所述adc模数转换电路5采用了一片可编程16位高速sar型adc，单电源供电，其基准源是由adc模数转换芯片内部集成。
[0010]
进一步地，所述轮询电路6具有二路输入，一路代表本智能电源模块实际功耗的电压和电流模拟量信号，另一路代表与本智能电源模块互为冗余的另一个智能电源模块实际功耗的电压和电流模拟量信号，所述轮询电路6在cpu控制下轮流切换二路模拟量输入信号，并输入到adc模数转换电路5。
[0011]
进一步地，所述智能电源模块中设有di开关量输入回路7和do开关量输出回路8，所述di开关量输入回路7为智能电源模块提供两路干节点开关量输入，采用光耦进行信号隔离，其di用作联络其他模块的信号输入；所述do开关量输出回路8为智能电源模块提供一路电磁继电器输出，触点类型为干节点，其do作为电压模块的报警输出。
[0012]
进一步地，所述智能电源模块中设有can总线内部通讯回路9和rs485总线内部通讯回路10，所述can总线内部通讯回路9为智能电源模块提供了两路can总线内部通讯回路，两路can总线内部通讯回路互为热备用；所述rs485总线内部通讯回路10为智能电源模块提供了一路rs485总线内部通讯回路，用于接受对智能电源模块的组态指令和模块的配置信息。
[0013]
进一步地，所述ao模拟量输出11取自模拟量采样电路3，输出所采样的电压和采样的电流，经保护电路13通过智能电源模块的接插件，送至互为冗余的另一个智能电源模块作为ai模拟量输入；所述ai模拟量输入12取自另一个智能电源模块的模拟量采样电路3，输出所采样的电压和采样的电流，经保护电路13通过智能电源模块的接插件，送至互为冗余的本智能电源模块作为ai模拟量输入。
[0014]
进一步地，所述智能电源模块安装在tsi仪表监视器框架103中，所述智能电源模块与安装在tsi仪表监视器框架103中的监视器参数测量模块104通讯连接，并为监视器参数测量模块104提供
±
24v直流电源；所述智能电源模块为主电源供电模块101和冗余电源模块102，所述主电源供电模块101用于作为独立供电模式使用，并为tsi仪表监视器框架103中的监视器参数测量模块104提供
±
24v直流电源；所述冗余电源模块102用于配置成冗
余模式使用，用于在主电源供电模块101出现故障时进行自动切换。
[0015]
本发明同现有技术相比，具有如下优点：
[0016]
(1)本发明智能电源模块可配置成独立供电模式使用，也可以作为冗余供电模式使用，提高tsi仪表供电电源的可靠性；
[0017]
(2)本发明将电源模块设计为智能电源模块，双路电源模块可以冗余使用，系统默认为平衡分配供电模式，也可以按客户的要求，支持协调分配模式；
[0018]
(3)本发明采用智能电源模块设计冗余电源，克服了传统冗余电源的各种弊端，保证双路电源模块稳定工作，为电源模块提供充足裕量，提高tsi仪表供电电源的可靠性；
[0019]
(4)本发明克服了传统的热备用电源模块冗余通常采用高选模式，仅能应对因某电源模块失电等原因造成的部分故障，负荷分配很不合理，通常带负载的电源模块容易损坏，不带负载的电源模块长期处于闲置状态，且电源模块无警告或者警告点是固定的，不便于更改等诸多弊端。
[附图说明]
[0020]
图1是本发明的原理框图；
[0021]
图2是本发明tsi仪表配置示意图；
[0022]
图中：1、ac-dc转换电路 2、切换电路 3、模拟量采样电路 4、运算单元 5、adc模数转换电路 6、轮询电路 7、di开关量输入回路 8、do开关量输出回路 9、can总线内部通讯回路 10、rs485总线内部通讯回路 11、ao模拟量输出 12、ai模拟量输入 13、保护电路 101、主电源供电模块 102、冗余电源模块 103、tsi仪表监视器框架 104、监视器参数测量模块。
[具体实施方式]
[0023]
下面结合附图和具体实施例对本发明作以下进一步说明：
[0024]
本发明提供了一种使用于汽轮机监视保护仪表的智能电源模块，可以为tsi仪表框架中的监视器模块提供可靠稳定的
±
24v直流电源，该智能电源模块可以作为独立供电模式，也可以配置成冗余模式使用，模块可以通过监视器框架内部通讯，配置智能电源模块输出功率的占比，设置高温、过流等异常情况报警，模块的运行工况可以控制。智能电源模块为监视器系统提供电压、电流、运行状态等运行参数信息，通过监视器框架内部通讯网络，实时监控系统电源状况，提高汽轮机监视保护仪表的运行安全性。
[0025]
如附图1所示，为本发明智能电源模块工作流程框图，该智能电源模块包括ac-dc转换电路1、切换电路2、模拟量采样电路3、运算单元4、adc模数转换电路5、轮询电路6、di开关量输入回路7、do开关量输出回路8、can总线内部通讯回路9、rs485总线内部通讯回路10、ao模拟量输出11、ai模拟量输入12和保护电路13，智能电源模块接入220vac交流电输入后，经ac-dc转换电路1转换成
±
24v直流电源，ac-dc转换电路1的输出端连接切换电路2，切换电路2的输出端连接保护电路13，ac-dc转换电路1的输入端也连接保护电路13，保护电路13作为信号输出、输入的保护，保护电路13的输出端连接tsi仪表监视器框架的母线板，直流电源通过切换电路2后输出，经保护电路13送至tsi仪表监视器框架的母线板，并给框架内的监视器模块供电；ac-dc转换电路1连接模拟量采样电路3，模拟量采样电路3的输出端分别连接保护电路13、轮询电路6，保护电路13连接轮询电路6，轮询电路6的输出端连接adc模
数转换电路5。
[0026]
该使用于汽轮机监视保护仪表的智能电源模块，各个组成部分详细说明如下：
[0027]
ac-dc转换电路1，智能电源模块接入220vac交流电输入后，经ac-dc转换成
±
24v直流电源，再通过一套切换电路2后输出，经保护电路13送至监视器框架的母线板，给框架内的监视器模块供电，ac-dc转换电路的ac端和dc端是隔离，隔离电压为4000v，转换效率达到90％。
[0028]
切换电路2，用来实现冗余和可控功率输出，由功率调节及负反馈电路构成。
[0029]
模拟量采样电路3，经ac-dc转换成
±
24v直流电源，其输出电压和电流经采样电路采集、整定后，输出二路，其一：以ao模拟量输出形式输出，经过保护电路13，通过智能电源模块的接插件，送至互为冗余的另一个智能电源模块，作为ai模拟量输入送至另一个智能电源模块的轮询电路；其二：经输入轮询电路6，输入至adc模数转换电路5，与本电源模块互为冗余的另一套智能电源模块所采样的电压和采样的电流，以ai模拟量输入12的形式输入至轮询电路，采样电路中使用了两片低噪声、高灵敏度电流传感器ic来采样电流，使用了巨磁阻(gmr)技术，一次导体电阻仅1.1mω，功率损失很小。
[0030]
运算单元4，运算单元是智能电源模块的核心部件，由cpu芯片为核心构成的控制回路，完成对智能电源模块各功能回路的控制、运算、模拟量输入的数据采集，模拟量输出、开关量输入、开关量输出等。
[0031]
adc模数转换电路5，完成对智能电源模块的输出电压和电流进行采样，adc模数转换电路，采用了一片可编程16位高速sar型adc，单电源供电，其基准源是由adc模数转换芯片内部集成。
[0032]
轮询电路6，轮询回路实质上是一组输入信号的切换回路，轮询回路有二路输入，一路代表了本电源模块实际功耗的电压和电流模拟量信号，另一路代表了与本电源模块互为冗余的另一套智能电源模块实际功耗的电压和电流模拟量信号，在cpu回路的控制下，轮询回路轮流切换二路模拟量输入信号，输入到adc模数转换电路，轮询电路由若干个mosfet继电器组成，实现快速频繁工作与抗冲击性能的完美统一，使用了轮询电路，可以设计使用一套adc模数转换电路，节约硬件成本。
[0033]
di开关量输入回路7，智能电源模块提供两路干节点开关量输入，查询电压5v，用光耦进行信号隔离，di用作联络其他模块的信号输入。
[0034]
do开关量输出回路8，智能电源模块提供一路电磁继电器输出，触点类型是干节点，带载能力6a 250vac/30vdc，do作为电压模块的报警输出。
[0035]
can总线内部通讯回路9，智能电源模块提供了两路can总线内部通讯回路，两路can总线内部通讯回路互为热备用，目的是为了提高通讯回路通讯可靠性，通过监视器框架内部两路can总线内部通讯回路，通过配置智能电源模块输出功率的占比，设置高温、过流等异常情况报警，模块的运行工况可以控制。智能电源模块为监视器系统提供电压、电流、运行状态等运行参数信息，通过监视器框架内部通讯网络，实时监控系统电源状况，提高系统安全性。
[0036]
rs485总线内部通讯回路10，智能电源模块提供了一路rs485总线内部通讯回路，用于接受对智能电源模块的组态指令和模块的配置信息，如：输出功率的占比，设置高温、过流等异常情况报警等信息。
[0037]
ao模拟量输出11，取自模拟量采样回路，输出所采样的电压和采样的电流，经保护回路通过智能电源模块的接插件，送至互为冗余的另一个智能电源模块，作为ai模拟量输入。
[0038]
ai模拟量输入12，取自另一个智能电源模块的模拟量采样回路，所采样的电压和采样的电流输出，经保护回路通过智能电源模块的接插件，送至互为冗余的本智能电源模块，作为ai模拟量输入。
[0039]
保护电路13，作为信号输出、输入的保护，防止因短路等故障损坏智能电源模块。
[0040]
如附图2所示，为本发明tsi仪表配置示意图，包括主电源供电模块101、冗余电源模块102、tsi仪表监视器框架103和监视器参数测量模块104。具体地，智能电源模块安装在tsi仪表监视器框架103中，智能电源模块与安装在tsi仪表监视器框架103中的监视器参数测量模块104通讯连接，并为监视器参数测量模块104提供
±
24v直流电源；智能电源模块为主电源供电模块101和冗余电源模块102，主电源供电模块101用于作为独立供电模式使用，并为tsi仪表监视器框架103中的监视器参数测量模块104提供
±
24v直流电源；冗余电源模块102用于配置成冗余模式使用，用于在主电源供电模块101出现故障时进行自动切换。该示意图是双电源模块配置，在tsi仪表的监视器框架中安装了主电源供电模块101和冗余电源模块102，如果用户仅需要单电源模块供电，则在冗余电源模块的位置安装一块盲板。
[0041]
两个智能电源模块可以冗余使用，默认为平衡分配模式，通过比较两套供电源的输出电压，达成功率平衡分配；也支持协调分配模式，进入协调分配模式时，运算单元根据本框架内两组智能电源模块，供电电源的电压和电流参数，以及以ai模拟量输入形式的冗余电源的电压和电流参数，综合计算后利用切换电路进行协调输出。该智能电源模块的技术参数为：输入电压200v～240vac，50/60hz；输出电压，+24vdc/5a，－24vdc/2.5a；转换效率，90％；输出纹波，≤150mv@20mhz带宽；负载调节率，
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1.0％@0％～100％负载。
[0042]
本发明所述的使用于汽轮机监视保护仪表的智能电源模块，可以为tsi仪表框架中的监视器模块提供可靠稳定的
±
24v直流电源，并保证智能电源模块工作在独立供电模式时，即使tsi仪表满负载运行，各监视器模块可稳定工作，并提供充足供电裕量，确保tsi仪表能够长期可靠运行；在tsi仪表使用于大型汽轮机组时，为了提高tsi仪表的运行可靠性，需要配置冗余电源模块模式供电，智能电源模块可以配置成冗余模式使用，模块可以通过监视器框架内部通讯，通过配置智能电源模块输出功率的占比，设置高温、过流等异常情况报警，模块的运行工况可以控制。智能电源模块为监视器系统提供电压、电流、运行状态等运行参数信息。通过监视器框架内部通讯网络，可以实时监控系统电源状况，提高汽轮机监视保护仪表的运行安全性。
[0043]
即，其一：智能电源模块，可以为tsi仪表框架中的监视器模块提供可靠稳定的
±
24v直流电源，在智能电源模块作为独立供电模式，在tsi仪表满负载运行时，提供充足的供电裕量。其二：在需要配置冗余电源模块模式供电时，智能电源模块可以配置成冗余模式使用，当其中某电源模块出现故障时，进行无扰动自动切换。其三：智能电源模块可以通过监视器框架内部通讯，通过配置两个智能电源模块输出功率的占比，设置高温、过流等异常情况报警，模块的运行工况可以控制。其四：智能电源模块为监视器系统提供电压、电流、运行状态等运行参数信息，通过监视器框架内部通讯网络，实时监控系统电源状况，提高汽轮机监视保护仪表的运行安全性。
[0044]
该智能电源模块可以配置为独立供电模式，作为独立供电模式使用，为tsi仪表框架中的监视器模块提供可靠稳定的
±
24v直流电源。智能电源模块也可以配置成冗余模式使用，当其中某电源模块出现故障时，进行无扰动自动切换，不影响tsi仪表的正常运行，不会误发除电源故障外的其他报警信号。智能电源模块提供了一路rs485总线内部通讯回路，用于接受对智能电源模块的组态指令和模块的配置信息，如：输出功率的占比，设置高温、过流等异常情况的报警配置等信息。智能电源模块还提供了互为热备用的两路can总线内部通讯回路，为监视器系统提供电压、电流、运行状态等运行参数信息，通过监视器框架内部通讯网络，实时监控系统电源状况。
[0045]
本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。