本發明涉及一種便攜式大型發電機溫升試驗用監測分析儀。

背景技術：

隨著電力工業的快速發展，系統的容量不斷增加，其安全穩定運行越來越重要。長期的運行經驗表明，系統運行的安全與否與其運行狀態密切相關，發電機是電力系統中的主要設備，其是否能穩定運行則成為電力系統穩定運行的關鍵。發電機在運行時，由于各種損耗的存在，將使發電機的定子繞組、轉子繞組及鐵芯發熱而導致發電機溫度升高。如果各部溫度超過了絕緣材料的允許工作溫度，就會使絕緣老化加快，從而大大縮短發電機的使用壽命。發電機的溫升試驗，就是為了了解發電機在額定狀態下運行時，發電機的額定負荷能力和過載能力；繪制發電機在允許的電壓變動范圍內，及不同冷卻介質溫度時的極限工作能力曲線，從而為發電機在非正常情況下的運行提供依據；研究發電機各部分溫度與最高發熱點溫度的關系，為評價和改進發電機結構及通風冷卻系統提供依據。了解發電機在帶負荷運行時，各部分溫度的可能變化情況，從而能將其控制在限額以內，保證發電機的安全可靠運行。通常情況下，溫升試驗過程中需要很多種測量儀器，測試過程復雜，為簡化試驗過程中調試儀器所需的時間和精力，我們開發了便攜式大型發電機溫升試驗用監測分析儀，監測分析儀體積小便于攜帶，可以監測測量溫升試驗中的所需的所有電量、非電量，并能夠進行測量后的溫升修正及分析。

技術實現要素：

本發明提供了一種通過對大型發電機三相定子電壓、三相定子電流、轉速、轉子電壓、轉子電流、定子繞組及關鍵點溫度等信號的實時高速采集、計算與分析的便攜式大型發電機溫升試驗用監測分析儀。本發明是通過以下技術方案實現的：一種便攜式大型發電機溫升試驗用監測分析儀，機箱內部分隔為左部和右部，機箱左部的機箱前后面板上由左至右安裝外部傳感器接線端子Ⅰ，以太網外部接口，機箱左部的機箱后面板上安裝外部傳感器接線端子Ⅱ，機箱內左部安裝以虛擬儀器實時技術為核心，由實時控制器、板卡插槽機箱、模擬量輸入模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸入模塊、計數器模塊組成的控制器系統，機箱中的可重新配置的現場可編程門陣列FPGA直接和模塊相連，進行數據采集、計算和控制操作，實時控制器的電源輸入端口與線性電源的輸出端子相連，實時控制器上的以太網口Ⅱ與機箱上的以太網接口相連，進行系統擴展或者外接筆記本電腦，實時控制器上的以太網口Ⅰ(與機箱右部前面板上安裝的觸摸式工業平板電腦通過以太網總線相連并進行通訊，實現系統數據采集的控制和傳輸，機箱內部所有引線的屏蔽層與機箱接地端子相連，機箱內右部后背板上安裝外部供電電源插座和電源開關，外部供電電源插座與線性電源相連，為整個系統供電。

本發明構成中采用的可編程控制器系統以內置可重新配置的現場可編程門陣列FPGA及虛擬儀器實時技術為核心，由一個實時控制器、內置可重新配置的現場可編程門陣列(FPGA)芯片的堅固機箱和模擬量輸入模塊、計數器模塊插入板卡插槽機箱中組合而成。實時控制器包含一個工業級處理器，能夠可靠而準確地執行LabVIEW實時應用程序，并可提供多速率控制、進程執行跟蹤、板載數據存儲以及與外部設備通訊等功能，內嵌可重新配置的現場可編程門陣列FPGA的可重配置機箱是嵌入式系統體系結構的核心，機箱中的可重新配置的現場可編程門陣列FPGA直接和每個模塊相連，可高速訪問I/O電路并靈活實現定時、觸發和同步等功能。因為每個模塊直連FPGA，而非通過總線，所以與其他工業控制器相比，本系統幾乎沒有控制系統的響應延遲。默認情況下，該FPGA自動與I/O模塊通信，并提供確定性I/O給實時處理器，由于邏輯被編譯到了物理硬件設計上。這樣物理硬件就變成了一個非常可靠的硬件芯片，在FPGA上運行的LabVIEWFPGA代碼是非常可靠的。將實時處理器與可編程的FPGA結合，這樣就可以創建一個能夠利用各個計算平臺優勢的系統。實時處理器擅長浮點計算、分析以及外部通信，FPGA擅長處理需要超高速邏輯運算和精確計時的小型任務。這種結構很適合需要進行大量參數監測測量的發電機溫升試驗。本可編程控制器系統為高性能測控應用及高可靠性需求而設計的堅固型嵌入式控制器封裝小巧堅固，能夠有效降低噪聲影響，支持的工作溫度范圍寬，抗干擾能力強，因此適合各種惡劣工業環境，由此構成的便攜式大型發電機溫升試驗監測分析儀，可實現實時高速采集、計算、分析，良好的抗干擾性，小巧的結構，使其適合各種工業環境且適于便攜式使用，因此可在任何工業環境中進行發電機溫升試驗。

本發明中采用觸摸式工業平板電腦通過以太網總線控制可編程控制器系統，實現對大型發電機三相定子電壓、三相定子電流、轉速、轉子電壓、轉子電流、定子繞組及關鍵點溫度等信號的實時高速采集、計算與分析，發現溫升存在問題，可以驗證發電機的設計特性，從而在運行中預防發電機溫升過高，了解發電機在帶負荷運行時，各部分溫度的可能變化情況，從而能將其控制在限額以內，減緩絕緣老化，提高發電機使用壽命，為保證發電機安全穩定運行提供有力的試驗參考數據。本發明采用的可編程控制器系統NI CRIO 9024以虛擬儀器實時技術為核心，由一個實時控制器、內置可重新配置的現場可編程門陣列(FPGA)芯片的堅固機箱和嵌入式模擬量輸入模塊、計數器模塊插入配有可重置的可編程門陣列的FPGA的插槽中組合而成。默認情況下，該FPGA自動與I/O模塊通信，并提供確定性I/O給實時處理器，由于邏輯被編譯到了物理硬件設計上。這樣物理硬件就變成了一個非常可靠的硬件芯片，在FPGA上運行的LabVIEW FPGA代碼是非常可靠的。將實時處理器與可編程的FPGA結合，這樣就可以創建一個能夠利用各個計算平臺優勢的系統。實時處理器擅長浮點計算、分析以及外部通信，FPGA擅長處理需要超高速邏輯運算和精確計時的小型任務。這種結構很適合需要進行大量參數監測測量的發電機溫升試驗。可編程控制器系統為高性能測控應用及高可靠性需求而設計的堅固型嵌入式控制器封裝小巧堅固，能夠有效降低噪聲影響，支持的工作溫度范圍寬，抗干擾能力強，因此適合各種惡劣工業環境，由此構成的便攜式大型發電機溫升試驗用監測分析儀，可實現實時高速采集、計算、分析，良好的抗干擾性，小巧的結構，使其適合各種工業環境且適于便攜式使用，因此可在任何工業環境中進行發電機的溫升試驗。

本發明構成中采用觸摸式工業平板電腦通過以太網總線控制可編程控制器系統，實現對大型發電機三相定子電壓、三相定子電流、轉速、轉子電壓、轉子電流、定子繞組及關鍵點溫度等信號的實時高速采集、計算與分析，發現溫升存在問題，可以驗證發電機的設計特性，從而在運行中預防發電機溫升過高，了解發電機在帶負荷運行時，各部分溫度的可能變化情況，從而能將其控制在限額以內，減緩絕緣老化，提高發電機使用壽命，為保證發電機安全穩定運行提供有力的試驗參考數據。本發明采用堅固的可重置和精確定時的嵌入式結構，結構緊湊，能夠有效降低噪聲影響，支持的工作溫度范圍寬，抗干擾能力強，因此適合各種惡劣工業環境，由此構成的便攜式發電機溫升試驗監測分析儀，可實現實時高速采集、計算、分析，使其適合在各種工業環境中進行發電機溫升試驗。實現了國內外眾多電站、試驗場所所用的大量儀器進行監測測量的功能，相比較而言，良好的抗干擾性，小巧的結構，使其方便攜帶可在任何惡劣工業環境中使用，尤其適用于大型發電機的試驗中。

附圖說明

圖1是本發明結構示意圖

圖2是本發明電路連接原理圖

具體實施方式

如圖1所示的一種便攜式大型發電機溫升試驗用監測分析儀，機箱16內部分隔為兩部分：左部和右部，機箱左部的機箱前后面板上由左至右安裝外部傳感器接線端子Ⅰ10、外部傳感器接線端子Ⅱ23，以太網外部接口11，機箱16內左部安裝以LabVIEW虛擬儀器技術實時技術為核心，具有可重配置的可編程門陣列FPGA的高性能嵌入式高速數據采集和記錄分析的可編程控制器系統。可編程控制器系統包括實時控制器5，板卡插槽機箱18，模擬量輸入模塊6、模擬量輸入模塊7、模擬量輸入模塊8、模擬量輸入模塊9、模擬量輸入模塊19、模擬量輸入模塊20、模擬量輸入模塊21、計數器模塊22。實時控制器5，實時控制器型號：NI CRIO 9024，采用這種實時控制器構建的系統循環周期抖動在微妙級，因此系統確定性、可靠性高，板卡插槽機箱18，板卡插槽機箱型號：NI9114的八個插槽中依次安裝模擬量輸入模塊6，模擬量輸入模塊型號：NI9225；模擬量輸入模塊7，模擬量輸入模塊型號：NI9227；模擬量輸入模塊8，模擬量輸入模塊型號：NI9225；模擬量輸入模塊9，模擬量輸入模塊型號：NI9227；模擬量輸入模塊，模擬量輸入模塊型號：NI9217；模擬量輸入模塊21，模擬量輸入模塊型號：NI9221；計數器模塊22，計數器模塊型號：NI9423，模塊上端子通過外部傳感器接線端子Ⅰ10、外部傳感器接線端子Ⅱ23與外接傳感器相連，內部與可編程門陣列FPGA直接互連，可進行高速的數據采集、計算和控制操作，實時控制器5的電源輸入端口13與線性電源1的輸出端子2相連，實時控制器5上的以太網口Ⅱ14與機箱上的以太網接口11相連用于系統的擴展或外接筆記本電腦，實時控制器5上的以太網口Ⅰ15與機箱右部前面板上安裝的觸摸式工業平板電腦12，觸摸式工業平板電腦型號；NI TPC2212的以太網口相連，通過以太網總線相連并進行通訊，實現系統數據采集的控制和傳輸。機箱內部所有接線的屏蔽端與機箱接地端子17相連。機箱內右部后背板上安裝外部供電電源插座4和電源開關3，外部供電電源插座4與線性電源1相連，為整個系統供電。

本發明將朝陽線性電源1固定在機箱16內部右部底板上，外部電源接線端4，朝陽線性電源1和外部電源接線端4通過引線相連由外部電源為整個系統供電；通過電源引線將朝陽線性電源輸出端2分別連接到：實時控制器5，供電的電源輸入端13和觸摸式工業平板電腦12電源接口，實時控制器5與板卡插槽機箱18組合連接，并安裝固定在機箱左部底板上，采用這種結構的可編程控制器系統可實現數據的高速實時采集與分析，可編程控制器系統的插槽中依次安裝模擬量輸入模塊6，模擬量輸入模塊7，模擬量輸入模塊8，模擬量輸入模塊9，模擬量輸入模塊19、模擬量輸入模塊20，模擬量輸入模塊21，計數器模塊22，模塊上端子通過外部傳感器接線端子Ⅰ10、外部傳感器接線端子Ⅱ23與外接傳感器相連，內部與可編程門陣列FPGA直接互連，可進行高速的數據采集、計算和控制操作，實時控制器5的電源輸入端口13與線性電源1的輸出端子2相連。實時控制器5上的以太網口Ⅱ14與機箱上的以太網接口11相連。實時控制器5上的以太網口Ⅰ15與機箱右部前面板上安裝的觸摸式工業平板電腦12通過以太網總線相連并進行通訊，實現系統數據采集的控制和傳輸。機箱內部所有接線的屏蔽端與機箱接地端子17相連。機箱內右部后背板上安裝外部供電電源插座4和電源開關3，外部供電電源插座4與線性電源1相連，為整個系統供電。可編程控制器系統通過對大型發電機三相定子電壓、三相定子電流、轉速、轉子電壓、轉子電流、定子繞組及關鍵點溫度等信號的實時高速采集、計算與分析，發現溫升存在問題，可以驗證發電機的設計特性，從而在運行中預防發電機溫升過高，了解發電機在帶負荷運行時，各部分溫度的可能變化情況，從而能將其控制在限額以內，減緩絕緣老化，提高發電機使用壽命，為保證發電機安全穩定運行提供有力的試驗參考數據。