虛擬儀器在電廠中的試用

俞立凡

(杭州華電半山發電有限公司，浙江 杭州 310015)

0 引言

所謂虛擬儀器，就是以現有的計算機平臺為基礎，配合相應的儀器硬件和專用軟件，形成既有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒有的特殊功能的新型儀器。

隨著計算機技術的普及，虛擬儀器在實際工作中應用日益增多。由于它具有高檔低價的特性，因此在有些方面有逐步取代專業儀器的趨勢。由于測試的圖形可以在計算機上顯示，后期分析處理相當方便。本文舉例介紹虛擬儀器在電廠中的試用情況，供同行參考。

1 問題的引出

自杭州華電半山發電有限公司3套S109FA燃機投產以來，6臺真空泵在啟動過程中頻繁發生保護跳閘、重新啟動后又正常的狀況，在大多數情況下，手盤泵、聯軸器無機械卡澀現象。

由于真空泵啟動不成功嚴重威脅機組的安全運行，因此，筆者對真空泵啟動情況進行了統計與試驗。

在真空泵啟動不成功時，保護掉牌多數為接地保護(約90%)，少數為速斷保護(約10%)。

在一般情況下，啟動不成功的原因大致有電氣斷路器機構存在問題、電氣斷路器保護誤動作和泵機械有問題等。

通過試驗分析，排除了電氣斷路器機構上的問題并解決了接地保護誤動作問題，但還有零星啟動不成功的情況，且都是“速斷保護”動作。因此，需要進一步核查到底是“速斷保護”誤動、還是泵體機械上存在問題。若要進行分析，需要測量啟動電流的波形和數值。

目前，電廠中380 V的中、小輔機已不在分散控制系統DCS(Distributed Control System)上設電流監視，用常規鉗型電流表只能測穩定電流值而測不出啟動電流的沖擊值，因此，準備用專業的移動錄波器來錄取啟動電流波形。由于移動錄波器長久未用，電池已經損壞，必須更新，考慮到更新、購買需要時間，于是又準備采用熱工無紙化記錄儀來采樣。但查閱資料后發現它的取樣時間太長(1 min)，不能滿足電氣沖擊電流的錄波條件。為了盡快找出原因，發現使用虛擬化通用串行總線USB(Universal Serial Bus)接口示波器對真空泵啟動電流進行錄波既方便又廉價。

2 虛擬化USB示波器主要技術參數［1］

采樣頻率:323.53 kHz，100 kHz，50 kHz，20 kHz，10 kHz，5 kHz，2 kHz，1 kHz 8 擋可調，本機測量的信號頻率應在70 kHz以下;最高輸入電壓分2檔:±2.5 V，±12.5 V，如果接入10∶1示波器探棒，最大輸入電壓可達±125 V;輸入阻抗:1 MΩ;供電電壓:無需外部供電，直接從PC機的USB接口取電;觸發范圍:0% ～100%;接口:USB接口。

由于虛擬化USB示波器還可提供現在生產控制中常見記錄儀的功能，一次可以記錄某一生產參數幾天的變化量，實現無人值守。

3 虛擬化USB示波器的使用

3.1 初次使用

鉗型電流表的原理:鉗頭(CT)獲取采樣交流電流→在電阻上轉換為交流電壓→送入交流電壓測量回路→反應被測電流的數值，如圖1所示。

有多種方法可以實現對真空泵電動機電流信號的采樣，最簡單、最安全的方法是借助于普通的鉗型電流表實現電流信號采樣，這樣不需要改變電氣一次、二次接線。

圖1 鉗型電流表原理

用虛擬化USB示波器來錄取真空泵電動機的啟動電流波形，只需在普通鉗型電流表上2個交流電壓端口接出信號作為虛擬化USB示波器輸入即可。錄取的正常啟動電流波形如圖2所示。

圖2 直接測量的正常啟動電流波形

說明:由于虛擬化USB示波器錄波采樣時間最小為17 ms，實測到的波形在讀取、分析時還有一定難度，還不能直觀反應啟動沖擊電流的峰值。

3.2 改進使用

為便于分析波形，對虛擬化USB示波器的采樣電路進行改進。改進采樣時間受硬件限制，有一定難度，故決定在采樣電路上增加峰值保持電路，消除采樣時間的一些影響，如圖3所示。

圖3 增加峰值保持回路

2010年6月23日下午，利用#3機組小修結束時機對#3機組的2臺真空泵進行了試驗，獲得的正常啟動電流波形如圖4所示，速斷保護動作時的電流波形如圖5所示。

由圖5可知:真空泵偶爾啟動失敗時，“速斷保護”動作是正確的。因此，啟動失敗的原因應該是泵的機械問題。

在使用改進的錄波功能時要注意如下問題:

(1)由于二極管存在“正向壓降”，因此，鉗型電流表CT切換回路接出的感應電壓信號應盡可能大，寧可在整流后再衰減，以減少因二極管壓降引起的測量誤差。

(2)在測量時，應關閉計算機其他運行程序，以免其他程序工作中會有“中斷”信號來影響測量信號的連續性。

(3)在作為長時間錄波儀器應用時，要關閉計算機的屏幕保護、休眠、自動關機、電源管理等功能。

4 結論

計算機的普及使虛擬儀器在實際工作中的應用日益增多，雖然“虛擬儀器”與專業測量儀器相比還有一定的差距，但在實際工作中進行非精確的定性測量，還是有很大優勢的。它的性價比較高，在專業儀器使用量不大的情況下，優越性明顯。因此，在某些場合取代專業儀器是完全可能的，也是非常經濟和方便的。

［1］孫紅生，凌海.成本僅百元的USB接口虛擬示波器［J］.無線電，2007(10):75－77.