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发电机组及大型电动机测温装置的测试和改进

    发电机、大型电动机铁心及绕组温度的测量在九十年代随着科学技术的高速发展,测量精度高、型号不同、功能回异的由单片微机控制的自动智能巡检测温装置不断问世。这些测温装置无论从功能上还是从测量精度上都有了很大的提高和改善。但是,由于该装置设计上的不完善和使用环境的特殊,在使用过程中暴露出许多严重缺陷和问题。本文就这些缺陷和问题的产生、发现、测试、改进和消除过程试图进行总结,为促进高扬程电力提灌工程机电设备自动检测手段的不断提高和完善做点探讨。

    我国发电机、大型电动机铁心及绕组温度的测量在七、八十年代大多数都采用由机械转换开关、比较桥表计、康铜电阻组成的测温装置; 该装置测量精度低,误差大,随着机械开关接点不断氧化,接触电阻增大,以致装置可靠性降低。由于电机绕组温度高而不能及时准确测量导致烧坏电机的事故时有发生。因此,到了九十年代随着科学技术的高速发展,测量精度高、型号不同、功能回异的由单片微机控制的自动智能巡检测温装置不断问世。如:BDK—W16、JN—W16等型号;它具有双屏液晶显示,上线越位报警,掉电记忆,全数字操作,三种不同分度号现场校准,自动化控制端口输入、输出(RS-232)等功能;这些测温装置无论从功能上还是从测量精度上都有了很大的提高和改善。但是,由于该装置设计上的不完善和使用环境的特殊,在使用过程中暴露出许多严重缺陷和问题。本文就这些缺陷和问题的产生、发现、测试、改进和消除过程试图进行总结,为促进高扬程电力提灌工程机电设备自动检测手段的不断提高和完善做点探讨。

一 存在的问题

1、运行中容易出现丢失数据和死机现象

  BDK—W16、JN—W16温度巡检装置在安装调试时须进行分度号设置和现场校准,以保证精确的测量、正确的显示、可靠的远动数据传输。但在运行中经常出现‘00’、‘-1’等不正常显示形式。严重影响主设备的正常运行。

2、温度显示值稳定性差

  温度巡检装置是多点智能自动巡检装置,它从零点到十六点重复连续的巡测显示,。在电机温度恒定的情况下,也就是说在电机温度传感器的热偶电阻阻值不发生变化的情况下,巡检装置第一次巡检的温度值和第二、第三次巡检的温度值有一到两度偏差。从而降低了装置本身的稳定性。

3、抗干扰能力差

  经过多次较长时期的试运行,我们发现在试验室或磁场干扰比较小的场合,BDK—W16、JN—W16温度巡检装置的温度数值显示、传输都比较正常,但在用电设备容量很大且磁场感应非常强的地方使用时,常发生显示数值紊乱(有时显示‘199’,有时显示‘-100’),数值漂移现象。使现场和远动测量都不能正常显示。

4、自动化输出端口芯片经常损坏

  自动化输出端口采用的是缓冲驱动器74LS14和74LS07芯片,运行中经常损坏,而每个泵站所有的温度巡检装置通迅输出都采用串口输出。因此,只要有其中任意一台装置有问题,整个泵站的数据系统都会发生故障。

二 现场测试、分析及改进措施

  单片机丢失数据和死机的原因一般来讲是电源波动造成的。目前许多厂家生产的温度巡检装置所配套的电源都是开关电源,尽管它具有一定的稳压作用,但易受电网电压的影响,特别是处于电网末端的大型电动机起动时,对电力系统电压质量影响很大,从而不能保证单片机电源要求。当电网电压下降超过一定范围时,装置电源的输出电压随之低于允许范围,以致单片机的数据存储器丢失所有数据。现场测试如下:在开启电机的温度同时,用高精度表测试温度巡检装置电源电压,发现开机瞬间,电源电压从原来+5V降到+4.5V,同时温度巡检装置显示屏全黑,随之显示“-1”字样。断开供电电源重新供电后,装置其它功能运行正常,只是各点显示值为“00”。说明现场校准的所有数据全部丢失。分度号重新校准后又恢复正常。当然上述故障不是每次开停机时都会出现,而是经过多次对装置上述故障原因的分析和试验才发现。这种故障的存在,一方面降低了温度巡检装置本身的可靠性,另一方面对整个测温系统也会造成很大的影响。

  上述问题经过测试、分析,我们从以下两个方面提出改进措施:一方面改进电源,将原来5V电源改为8V电源,然后在温度巡检装置中加装一只5V三端稳压管7405进行二级稳压。另一方面将温度巡检装置 配套电源的输入端接在微机不间断电源UPS输出端(220V),这样就会避免因系统电压波动而引起单片机丢失数据和死机故障。

BDK-W16W、JN-W16W温度巡检装置的整个电路是由数字电路构成的,而八十多台装置都出现的显示稳定性差这一具有共性的故障特征,说明问题的症结在于电路设计或外围电路上。装置的外围电路主要是输入回路,它由热电偶电阻、三端调整器LM317LZ、运算放大器4067、5V供电电源四部分组成。试验如下:断开温度巡检装置 的输入回路和供电电源,将精度为0.5级、电压为5V的直流稳压电源作为装置供电电源;将标准电阻箱的阻值调至50Ω作为输入电阻;分度号设置和现场校准后,装置显示应当为零度,但装置第一次巡检温度值和第二、第三次巡检温度值仍相差一至二度。说明故障不是电源和输入电路引起的。由于从运算放大器4067以后的电路全部为数字电路,不可能发生数据漂移问题。因此故障范围就缩小到了三端调整器LM317LZ 和调整电阻R12-R27上。断开三端调整器LM317LZ V1-V16的供电电源后,故障仍然存在,从而判断出三端调整器没有起到应有的作用。测试三端调整器LM317LZ各种数据发现输出电压很低。因此判断故障是调整电阻阻值太大,引起三端调整器LM317LZ 输出电压偏低,以致装置输入回路不能稳压、恒流,输入数据不稳定,造成温度巡检装置 显示稳定性差的故障。将原调整电阻阻值由3.9K更换为1K进行试验,观察装置显示数值的误差缩小到1度。经过多次试验,当调整电阻阻值调整到360Ω时,装置显示值最稳定。因此,故障原因是三端调整器LM317LZ V12-V16的调整电阻R12-R27造成的。
  改进措施:将电阻R12-R27更换为360Ω电阻,然后重新分度号设置、现场校准。

温度巡检装置在试验室运行正常,而在用电设备比较多、磁场比较强的场合使用时出现数据显示紊乱的故障原因是显见的,用示波器测试装置输入回路时发现有高次谐波输入,证实了电磁场干扰这一故障源。由于从电机热偶电阻到温度巡检装置的电缆,在一般单位都采用KVV19-10*1.5的普通控制电缆,高次谐波正是从这些电缆中传入的。另外,BDK-W16W、JN-W16W温度巡检装置都没有采取防干扰措施。因此,要解决这个问题一方面必须将装置外壳换为铁壳并对装置的中央处理器采取防干扰措施。另一方面将电机热偶电阻至温度巡检装置的电缆更换为DJYP2V-2×10×0.5带屏蔽层电缆。
BDK-W16W、JN-W16W温度巡检装置通讯输入、输出端口电路采用的是全双工串行接口,它的串口通讯中仅需一根发送线,一根接收线。当一个数据写入串行口发送缓冲器以后,启动缓冲器并将数据从RXD端口串行输出,随之进一步启动缓冲驱动器74LS07进行功率放大输出。一部分电路用于驱动报警、复位、通讯、设置等状态指示灯;另一部分电路用于控制装置自动化通讯输出端口。容易损坏元器件的故障一般是由于负载短路或负载过重引起,从现场使用情况来看,负载短路的可能性很小,主要原因是驱动器74LS07负载过重。当温度巡检装置与PLC的通讯服务器由于某种原因,在数据处理协议中发生冲突时就会造成驱动器74LS07的损坏,多次损坏74LS07都是①②脚短路。而74LS07的①②脚正好是通讯端口的输入和输出端。因此,故障发生的原因是装置输出端口驱动器74LS07负载过重引起。为了彻底消除此类故障,需增加比较先进的通讯端口驱动器MXA485。用来专门驱动通讯端口输出,原缓冲驱动器74LS07只负担驱动各种指示灯。这样就减轻了74LS07的负载。具体线路改进如下:断开74LS07(U2:F)①②脚于外线路连结;断开74LS14(U3:B)④脚于外线路连结;将MXA485①脚接温度巡检装置CPU8031的⑩脚;将MXA485②③短接后接8031⒂脚;MXA485④脚接74LS07(U2:F)②脚;MXA485⑤脚接地;MXA485⑧脚接+5V电源;MXA485⑥脚接通讯输出端TXD;MXA485⑦脚接通讯输入端RXD。
改进后温度巡检装置的运行情况
  经过上述四项故障的测试、分析和改进后,八十四台温度巡检装置在近一年的运行中基本上没有发生类似故障。从而大大提高了装置运行的可靠性、稳定性和正确性。同时也保证了主设备的安全、稳定、经济、可靠的运行。满足了工农业特别是大型水利工程大功率电动机定子铁芯、绕组、轴瓦及水泵轴瓦温度的测量。

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