一種換流站主循環泵紅外監測裝置的設計

朱鳳來，王方偉

（南方電網超高壓輸電公司曲靖局，云南 曲靖655000）

0 引 言

主循環泵是直流換流站內水冷系統中保持持續旋轉運行狀態的設備，其需要聯軸器將離心泵與電機連接，主循環泵正常運行提供足夠壓力，保證內水冷系統冷卻介質恒定壓力和冷卻液的持續流量，通過與外部進行熱量交換，使可控硅及其組件保持在正常工作溫度區間［1－2］。在換流閥冷卻系統主泵運行維護中，經常出現軸承、電機發熱的情況。為及時發現此情況，運行人員需每日手持紅外測溫設備對主泵的聯軸器和電機進行紅外測溫。若發現主循環泵的聯軸器和電機發熱后，一般通過停電處理或縮短紅外巡視周期進行跟蹤。

通過上述人工方式對主泵的聯軸器和電機發熱進行監測，存在幾個方面的不足：（1）運行人員每日紅外巡視，使監測間隔時間長，數據不連續，不利于分析主泵運行狀況；（2）增加測溫頻率，會造成運行人員工作疲勞；（3）不能實時在線對主泵運行工況進行監測。為了解決上述問題，本文提出一種換流站主循環泵聯軸器及電機的紅外監測裝置，以期達到實時在線監測閥冷系統主泵聯軸器和電機的溫度，對監測數據進行分析的技術效果。

1 主循環泵的工作原理

換流站閥冷系統主循環泵的作用是提供系統循環動力，每極內冷水系統設有兩臺主循環泵，一臺工作運行一臺備用。主循環泵的電機通過變頻器調節轉速，離心泵利用葉輪加速旋轉，介質因摩擦力不足而脫離葉輪向外緣運動，實現持續水流運動。葉輪被泵軸帶動旋轉，對位于葉片間的流體做功，流體受離心力的作用，由葉輪中心被拋向外圍［3］。其中聯軸器是連接離心泵泵軸和電動機軸的連接器件，它將電動機的轉動動力傳遞給水泵，是系統中重要的動力傳遞裝置。聯軸器在工作過程中發熱會使聯軸器壽命降低，發熱過大時甚至影響電機的壽命及工作狀態，嚴重時會直接影響到換流閥冷卻系統主循環泵產生故障并退出運行。

一般造成聯軸器發熱的原因有以下幾點：（1）裝配聯軸器時偏斜，導致聯軸器兩端連接處不在同軸上，造成聯軸器發熱。（2）電動機載荷加大后，聯軸器連接處之間有摩擦造成聯軸器發熱。（3）聯軸器使用時間過久導致的機械損壞造成縫隙，縫隙中發生摩擦導致聯軸器發熱。

換流閥冷卻系統主循環泵是否正常運行直接影響直流系統的可靠性，若直流某極一臺主泵故障，直流系統失去冗余，將要降功率運行，若兩臺主泵均故障，直流極將會停運。

2 紅外傳感器裝置參數及工作原理

現采用氧化釩非制冷紅外焦平面探測器作為紅外傳感裝置。其具有優良的工業特性，高熱靈敏度小于50 mK，溫差分辨能力更強，同等條件下可探測、識別更細微的溫差變化，其主要參數如表1。

3 監測報警系統設計

結合實際合理有效的滅弧舉措如下。

3.1 檢測報警系統監測原理

表1 紅外監測裝置主要參數

整套裝置包括電源模塊、聯軸溫度顯示數碼管模塊、聯軸紅外測溫傳感器、聯軸溫度聲光報警模塊、歷史數據存儲器、電機溫度顯示數碼管模塊、CPU處理器、電機紅外測溫傳感器、電機溫度聲光報警模塊和數據接口模塊。

（1）電源模塊：給其他模塊裝置供電；CPU處理器用于收集聯軸器和電機的溫度數據，并進行數據處理，打上時間標碼，當收集到溫度大于設定的溫度時，CPU處理器傳給相應的聲光報警模塊，發出報警。

（2）聯軸器部分：聯軸紅外溫度傳感器采集聯軸器的溫度，并將數據傳遞給CPU處理器。聯軸溫度顯示數碼管模塊接收CPU處理器的命令，實時顯示聯軸器的溫度。當采集到聯軸溫度大于設定的溫度時，聯軸溫度聲光報警模塊接收CPU處理器信號，發出報警。當聯軸器維修后恢復正常運行時，此模塊復位。

（3）電機部分：電機紅外溫度傳感器采集聯軸器的溫度，并將數據傳遞給CPU處理器。電機溫度顯示數碼管模塊接收CPU處理器的信號，實時顯示電機的溫度。當采集到電機溫度大于設定的溫度時，電機溫度聲光報警模塊，接收CPU處理器信號，發出報警。當電機維修后恢復正常運行時，可將此模塊復位。

（4）保存聯軸器和電機的歷史溫度于歷史數據存儲器中，便于以后查找和趨勢分析；用數據接口模塊與外界進行數據交換，將聯軸器和電機的報警信號以電信號的方式傳遞給外部監控平臺。

系統控制流程圖如圖1。

圖1 系統控制流程圖

3.2 硬件電路設計

紅外溫度傳感器的傳出信號為模擬信號，CPU接受信號為數字信號，為此在紅外傳感器和CPU之間加入差分放大器模塊和數模轉換器模塊。差分放大器模塊采用AD8130差分接收放大器模塊，其具有低噪聲低失真，高共模抑制比的特性。

CPU信號輸出端加入繼電器模塊來控制聲光報警器的啟停，繼電器模塊采用一路光耦隔離的可以高低電平觸發的繼電器模塊。本設計中采用高電平觸發使聲光報警器工作，低電平停止工作。具體電路連接如圖2。

圖2 硬件連接圖

在計算機端，信號從RJ－45端口傳入計算機，經過計算機CPU的分析處理計算后，將數據存儲在計算機硬盤中，與此同時可以通過互聯網在遠端調用測溫系統計算機中硬盤的數據，在現場和遠端的計算機顯示器上實時顯示溫度的變化情況，方便人員分析判斷換流站主循環泵聯軸器及電機是否發生溫度超過閥值、是否出現故障，從而達到無人值守、遠端操作的目的。

3.3 軟件設計

系統的軟件設計包括計算機的初始化，紅外溫度傳感器采集設計，顯示器循環顯示聯軸器、電機的實時溫度，溫度數據的分析及存儲設計，局域網數據共享和遠程監測，通過主程序將各個子程序模塊串接起來成為一個能夠對聯軸器、電機溫度實現監測、分析并顯示的一個整體。

軟件采用定時中斷的工作方式，在每隔2 ms對各個傳輸到CPU的測量值進行輪流采樣，通過數字濾波技術消除干擾，進行數據處理，計算出相應的聯軸器、電機的溫度，形成紅外熱圖像，根據聯軸器、電機的實時溫度對照國家標準判斷是否發出警報。

4 結 論

本裝置根據換流站主循環泵聯軸器及電機的溫度變化為研究的基礎，開發了換流站閥冷系統主循環泵聯軸器及電機溫度監測裝置，實現了對主循環泵聯軸器及電機的實時遠端監控，減少了工人去現場檢測的頻率，延緩了聯軸器及電機因溫度升高引起的損害，提高了換流站閥冷系統的穩定性。