基于单片机的船用发电机实时保护装置设计

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  • 1 引言
        水路运输,特别是内河中小型船舶运输在全国交通网中占有不可或缺的地位。船舶的安全航行,离不开船舶发电机连续可靠供电的保证。船用发电机保护的主要内容有:短路保护、过载保护、欠压保护、逆功率保护。由于逆功率现象只在发电机并联运行时形成,所以前3种保护组成了船用发电机保护的最小需求。短路故障发生时,需要在事件发生瞬间进行保护;而针对过载和欠压现象,则需要进行一定延时确定事件确实发生,才进行预先设定的保护动作。因此,如何针对船用发电机设计可实时监测并进行精准延时的保护装置,就成了解决问题的关键。


    2 系统结构
        所研究的保护装置要求能实时监测三相三线制船用发电机,用户透过液晶屏幕设置各项保护参数,设置的参数要求在掉电后不丢失。装置可设置各种保护的报警、动作情况,并记录事件,记录的日志同样要求掉电不丢失。为了配合上位机的集中管理,装置附带RS485接口与上位PC机通讯,使得上位微机可以实时监测发电机当前运行情况。系统原理结构图如图1所示。

    基于单片机的船用发电机实时保护装置设计

        传感器采用了线性度和频率响应均较好的霍尔电压传感器(PT)和霍尔电流传感器(CT)。因发电机保护装置的实时性要求较高,而测量精度相对要求较低,装置放弃了对信号测频采样的测量,转而采用由均方根值转直流(RMS2DC)器件直接计算电压电流有效值的方式。电压信号(额定380 V)和电流信号(额定5 A)经过该器件以及后级的滤波、调理、限幅,送入MCU自带的A/D转换器中。装置使用I2C总线与实时时钟器件(RTC)通信。可将当前时间直观地显示在监控页面,在事件发生时亦可将事件的时间记录在日志中。报警和动作输出继电器的带负载能力为10 A。保证输出的触点信号可使断路器分断。LED指示灯根据危险的情况分为过载预报警、过载长延时、过载短延时和欠压4种.危险发生时LED灯闪烁指示,启动保护后长亮指示。


    3 事件检出与处理
        参考船舶配电规范为装置制定了如表1所示的保护方案悯。表1中,IP为发电机额定电流,Up为发电机额定电压,当前电压U与当前电流,触发危险的门限值由用户设定。约定电压电流达到门限称为触发危险,危险延时后进行动作称为触发事件。由于装置需同时监测多路信号的电平变化。并对各种危险状态做出不同的延时响应,所触发事件的组合情况就会变得异常复杂,为了保证事件不漏检、不误检,需要对每路信号进行“横向”和“纵向”的对比。

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