換流站中帶自動(dòng)校驗(yàn)及報(bào)警功能的信號(hào)隔離器的研究

陳 聃，滕昭林，楊蒙賓

（1.貴陽(yáng)市清鎮(zhèn)市工業(yè)園區(qū)建設(shè)辦公室，貴州 貴陽(yáng) 550000；2.超高壓輸電公司曲靖局，云南 曲靖 655000）

0 引 言

現(xiàn)有換流站中的運(yùn)行維護(hù)中存在多種非電氣模擬量的測(cè)量和信號(hào)輸出，其中油溫表、網(wǎng)側(cè)繞溫表、閥側(cè)繞溫表、本體油位表、分接開(kāi)關(guān)油位表、SF6氣壓表、水位表等，每塊表均需要通過(guò)模擬量信號(hào)變送器轉(zhuǎn)為4～20 mA 信號(hào)傳至后臺(tái)信號(hào)系統(tǒng)。在換流站或換流站測(cè)控中，將同一個(gè)模擬量信號(hào)輸送至不同的地方或者是不同的控制系統(tǒng)。此時(shí)，變送器通過(guò)4～20 mA 信號(hào)隔離器將一路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變成兩路或多路，從而供不同的測(cè)控系統(tǒng)或裝置使用。

4～20 mA 信號(hào)隔離器使用過(guò)程中，當(dāng)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)出現(xiàn)故障，即現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況與后臺(tái)顯示相差很大時(shí)，很難確認(rèn)故障位置。有可能是傳感器故障，有可能是測(cè)量系統(tǒng)回路硬件回路故障，還可能是測(cè)量回路軟件設(shè)置錯(cuò)誤，從而在排查故障時(shí)無(wú)法明確故障的回路，對(duì)檢修和運(yùn)行人員產(chǎn)生困難。

為解決以上問(wèn)題，本文提出一種帶報(bào)警及校驗(yàn)功能的4～20 mA 信號(hào)隔離器。運(yùn)行人員或檢修人員在現(xiàn)場(chǎng)觀察此隔離器，可以看到輸入端和輸出端的信號(hào)情況。當(dāng)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)相差特別大時(shí)發(fā)出報(bào)警，從而吸引人員的注意，并準(zhǔn)確定位。

1 多通道信號(hào)隔離器工作原理

換流站信號(hào)隔離器是將輸入的直流/交流電壓或電流、頻率、電阻等信號(hào)進(jìn)行采集、運(yùn)算、放大、干擾處理后進(jìn)行隔離輸出電壓和電流信號(hào)，安全穩(wěn)定地輸送給換流站二次儀表使用。在信號(hào)隔離時(shí)，通過(guò)半導(dǎo)體器件調(diào)制變換信號(hào)，通過(guò)磁感應(yīng)或光感應(yīng)進(jìn)行隔離轉(zhuǎn)換，然后對(duì)磁感應(yīng)或光感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)變?yōu)樵瓉?lái)的電信號(hào)，以達(dá)到輸入輸出信號(hào)彼此間的絕對(duì)獨(dú)立[1-2]。

本次研制的信號(hào)隔離器的相關(guān)參數(shù)如下：輸入信號(hào) 4～20 mA；輸出信號(hào) 4～20 mA；工作溫度為 -10～80 ℃；相對(duì)濕度：25%～85% RH；溫度漂移0.0075 FS/℃；相應(yīng)時(shí)間＜5 ms；供電電源為直流20～32 V。信號(hào)隔離器的輸入輸出可選為一進(jìn)一出、一進(jìn)二出、一進(jìn)多出以及兩進(jìn)兩出等規(guī)格。其中，一種型號(hào)的輸入輸出信號(hào)見(jiàn)表1。

表1 輸入輸出參數(shù)

2 隔離器校驗(yàn)及報(bào)警功能的研究

在傳統(tǒng)的4～20 mA 信號(hào)隔離器（如圖1 所示）的基礎(chǔ)上添加檢測(cè)報(bào)警模塊，檢測(cè)變送器輸出的信號(hào)和兩路輸出信號(hào)。當(dāng)平衡度（（最大值-最小值）/輸入值）大于正常運(yùn)行時(shí)的規(guī)定指標(biāo)時(shí)，隔離器發(fā)出一路信號(hào)傳至單片機(jī)。單片機(jī)接收信號(hào)后發(fā)出高電平，繼電器模塊調(diào)至高電平觸發(fā)模式。繼電器模塊接收到高電平后，閉合動(dòng)觸點(diǎn)使報(bào)警器發(fā)出警報(bào)，并在隔離器處亮紅燈，以方便換流站運(yùn)維人員在平時(shí)巡檢時(shí)可以直觀判斷測(cè)量系統(tǒng)是否正常運(yùn)行。同時(shí)，隔離器將各路信號(hào)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行處理后輸出至顯示器，方便在線實(shí)時(shí)查看信號(hào)的實(shí)時(shí)值，以此監(jiān)控實(shí)際運(yùn)行情況。裝置結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

（1）電源模塊。該模塊有兩種供電模式，一種是外接電源直供，另一種是鋰電池供電。當(dāng)外部電源斷電的時(shí)候，由鋰電池進(jìn)行供電。

（2）單片機(jī)處理模塊，用于接收3 個(gè)信號(hào)監(jiān)測(cè)模塊傳遞過(guò)來(lái)的信號(hào)信息，并作出處理與判斷。當(dāng)三者電流信號(hào)相差大于設(shè)定值時(shí)，發(fā)出報(bào)警。

圖1 信號(hào)隔離器

（3）信號(hào)監(jiān)測(cè)模塊采集輸入、兩路輸出4～20 mA信號(hào)，然后發(fā)送至單片機(jī)處理模塊。

（4）信號(hào)隔離模塊將輸入信號(hào)（4～20 mA）變成兩路與輸入信號(hào)一樣的信號(hào)（4～20 mA）。

（5）液晶顯示及報(bào)警模塊用于顯示輸入與輸出的信號(hào)。設(shè)置報(bào)警定值，當(dāng)單片機(jī)處理信息是報(bào)警時(shí)，就發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

（6）報(bào)警模塊用于后臺(tái)遠(yuǎn)方報(bào)警。

本裝置突破了傳統(tǒng)的信號(hào)隔離器無(wú)法就地觀察、無(wú)法就地判斷故障的缺陷，可以就地顯示信號(hào)，方便查看信號(hào)狀態(tài)，判斷信號(hào)傳輸系統(tǒng)好壞，且報(bào)警參數(shù)可按規(guī)程自由設(shè)置，設(shè)置硬節(jié)點(diǎn)接口，便于后臺(tái)報(bào)警。

3 結(jié) 論

本裝置根據(jù)換流站信號(hào)傳輸系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)為研究基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)了帶自動(dòng)校驗(yàn)及報(bào)警功能的信號(hào)隔離裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)換流站信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)監(jiān)控，減少了換流站測(cè)量系統(tǒng)信號(hào)傳輸誤報(bào)警概率，降低了運(yùn)維工人排查信號(hào)傳輸系統(tǒng)的故障時(shí)間，提高了換流站信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障的準(zhǔn)確定位能力。

圖2 裝置結(jié)構(gòu)圖