具有電氣火災預警的的發電車應急電源自動投切裝置研制

黃高星 韋敏 周聰

摘要：為解決應急供電螺栓連接不方便、快速連接器規格不統一等問題，研制了一種具有電氣火災預警的的發電車應急電源自動投切裝置，實現應急電源發電機自動投切及電壓監測功能。針對電氣火災的早期信號微弱、不明顯，增加電氣火災預警模塊，通過超高采樣獲得早期特征信號的頻率和相位等關鍵信息，并結合多種判據利用智能神經網絡算法輸出特征信號，克服單一判據引起誤、漏判，實現電氣火災的預警，并投入現場應用。

關鍵詞：應急電源;自動投切控制;電氣火災預警;神經網絡

引言

用戶對供電的可靠性和連續性要求越來越高。近年來，電力網絡故障頻發造成了用戶側用電的不穩定，現有低壓配電往往采用單路供電，其缺陷使無法滿足用戶對用電連續性、可靠性的需求，因此開展應急供電的需求愈加迫切。

現有的應急供電方式主要有以下缺陷 ：1）最常見為螺栓連接方式，極易出現相序搭接錯誤問題，無法滿足安全、可靠、快速連接的需求;2）預裝應急電源快速連接器連接方式，快速連接器接口與應急電源接口不匹配，使得應急電源車到達現場后無法接入。

一、設計方案

為解決應急供電螺栓連接不方便、快速連接器規格不統一等問題，同時增加電氣火災預警模塊，充分考慮應急電源接入裝置與低壓配電柜母排的兼容性，確保各種結構形式的配電柜和不同的母排連接方式均能安全可靠地接入，該結構形式確保接入各種規格母排時的載流能力，安全高效地將應急電源接入低壓配電柜母排，進而旁路故障網點，遠程啟動柴油發電機，快速恢復負載的供電，保障電力網絡檢修維護時負載供電平穩連續運行，快速地滿足應急保供電等各類涉及電網的作業需要[1-2]。

該裝置包括應急電源自動投切控制器、采樣模塊、保護模塊、電氣火災預警模塊、柴油發電機組控制模塊、遠程監控模塊、切換開關模塊及相應的三側電壓電流互感器，如圖1所示。

二、模塊功能

本文將重點介紹系統各模塊的功能：

（1）應急電源自動投切控制器。控制器采用STM32F767ZIT6U，具有32位ARM Cortex-M7+FPU+Chrom-ART加速器，最大216MHzCPU主頻，增加先進的人工智能AI功能，完全滿足本裝置的深度神經網絡的計算要求。

（2）采樣模塊。應急電源自動投切控制器自帶A/D采樣通道不夠，考慮到電氣火災預警模塊的需要，本文選用了ADI公司生產的八通道A/D采樣芯片AD7997，該芯片的數據讀寫以及模式控制是通過I2C協議來進行通信，與應急電源自動投切控制器進行數據交換。

（3）保護模塊：在市電與發電切換輸出端設計有過載保護、過壓和欠壓保護實現對電源系統的保護。

（4）電氣火災預警模塊：為解決不同負載及其電路連接方式使得閾值設置困難、故障電弧識別準確率不高等問題，提供了一種簡單易用、高可靠的基于深度神經網絡的電氣火災預警方法，通過超高采樣獲得早期特征信號的頻率和相位等關鍵信息，并結合多種判據利用智能神經網絡算法輸出特征信號，克服單一判據引起誤、漏判，實現電氣火災的預警。

（5）柴油發電機組控制模塊：柴油發電機組控制模塊可以使柴油發電機完成自啟動。在保供電期間，若市電發生故障，在應急電源自動投切控制器控制利用一對無源開入點，啟動應急電源車發電機，并控制切換開關實現電源自動切換，這樣市電就可以和柴油發電機組組成一套完整的主備用電源應急系統，保證對系統負載的穩定性。

（6）遠程監控模塊：應急電源自動投切控制器通過擴展RS485/232通訊監控模塊和PC監控軟件可擴展實現對應急發電車（機）快速接入箱的電腦遠程監控，遠程顯示三相電壓、三相電流、功率等參數

（7）切換開關模塊：市電與柴油發電機通過切換開關在應急電源自動投切控制器控制切換開關實現兩路電源供電的自動/手動轉換。自動轉換模式下無需操作人員即可實現兩路電源的切換;緊急情況下還可以通過切換開關的手動選擇手柄實現電力的穩定供給。轉換開關模塊具有市電優先的功能，也就是說即使在柴油發電機組供電狀態，在此期間任何時候，只要市電恢復正常，立刻切換至市電供電。切換開關模塊具有機械聯鎖和電氣聯鎖，確保切換的準確和安全，同時具有缺相保護的功能。切換延時，保證了切換前柴油發電機組電源或市電電源各項電參數的穩定性。

（8）三側電壓電流互感器：在電網側、發電側和負荷側均配置電壓互感器和電流互感器，采樣模塊采集三側電壓電流互感器二次側信號，其中電氣火災預警模塊主要采集負荷側電壓電流信號，對負荷側電氣火災進行提前預警;柴油發電機組控制模塊主要采集發電車電壓電流信號，對柴油發電機進行遠程自啟動控制并網發電，切換開關模塊主要利用三側電壓電路信號。裝置的工作流程，如圖2所示。

三、結論

本文研制了一種具有電氣火災預警的的發電車應急電源自動投切裝置，與應急電源車配套應用在保電現場，在保電期間對市電電源進行監測，當市電電源發生故障停電時，首先隔離市電，同時啟動應急電源車發電機，實現應急電源發電機自動投切及電壓監測功能。針對電氣火災的早期信號微弱、不明顯，本文還提出一種基于神經網絡的電氣火災預警方法，通過超高采樣獲得早期特征信號的頻率和相位等關鍵信息，并結合多種判據利用智能神經網絡算法輸出特征信號，克服單一判據引起誤、漏判，實現電氣火災的預警，并投入現場應用。

參 考 文 獻

[1]袁漢凱，趙法強.配網應急發電車綜合管理系統的研究與應用[J].技術與市場，2019，26（11）：69-70.

[2]鄭建忠，鄭建榮.一種基于云計算技術的物聯網平臺設計[J].電力信息與通信技術，2018，16（6）：61-65.

作者簡介：

黃高星（1994-），男，廣西河池，大學本科，助理工程師，主要研究方向：電力系統分析。