虚拟仪器在电厂中的试用

俞立凡

(杭州华电半山发电有限公司，浙江 杭州 310015)

0 引言

所谓虚拟仪器，就是以现有的计算机平台为基础，配合相应的仪器硬件和专用软件，形成既有普通仪器的基本功能，又有一般仪器所没有的特殊功能的新型仪器。

随着计算机技术的普及，虚拟仪器在实际工作中应用日益增多。由于它具有高档低价的特性，因此在有些方面有逐步取代专业仪器的趋势。由于测试的图形可以在计算机上显示，后期分析处理相当方便。本文举例介绍虚拟仪器在电厂中的试用情况，供同行参考。

1 问题的引出

自杭州华电半山发电有限公司3套S109FA燃机投产以来，6台真空泵在启动过程中频繁发生保护跳闸、重新启动后又正常的状况，在大多数情况下，手盘泵、联轴器无机械卡涩现象。

由于真空泵启动不成功严重威胁机组的安全运行，因此，笔者对真空泵启动情况进行了统计与试验。

在真空泵启动不成功时，保护掉牌多数为接地保护(约90%)，少数为速断保护(约10%)。

在一般情况下，启动不成功的原因大致有电气断路器机构存在问题、电气断路器保护误动作和泵机械有问题等。

通过试验分析，排除了电气断路器机构上的问题并解决了接地保护误动作问题，但还有零星启动不成功的情况，且都是“速断保护”动作。因此，需要进一步核查到底是“速断保护”误动、还是泵体机械上存在问题。若要进行分析，需要测量启动电流的波形和数值。

目前，电厂中380 V的中、小辅机已不在分散控制系统DCS(Distributed Control System)上设电流监视，用常规钳型电流表只能测稳定电流值而测不出启动电流的冲击值，因此，准备用专业的移动录波器来录取启动电流波形。由于移动录波器长久未用，电池已经损坏，必须更新，考虑到更新、购买需要时间，于是又准备采用热工无纸化记录仪来采样。但查阅资料后发现它的取样时间太长(1 min)，不能满足电气冲击电流的录波条件。为了尽快找出原因，发现使用虚拟化通用串行总线USB(Universal Serial Bus)接口示波器对真空泵启动电流进行录波既方便又廉价。

2 虚拟化USB示波器主要技术参数［1］

采样频率:323.53 kHz，100 kHz，50 kHz，20 kHz，10 kHz，5 kHz，2 kHz，1 kHz 8 挡可调，本机测量的信号频率应在70 kHz以下;最高输入电压分2档:±2.5 V，±12.5 V，如果接入10∶1示波器探棒，最大输入电压可达±125 V;输入阻抗:1 MΩ;供电电压:无需外部供电，直接从PC机的USB接口取电;触发范围:0% ～100%;接口:USB接口。

由于虚拟化USB示波器还可提供现在生产控制中常见记录仪的功能，一次可以记录某一生产参数几天的变化量，实现无人值守。

3 虚拟化USB示波器的使用

3.1 初次使用

钳型电流表的原理:钳头(CT)获取采样交流电流→在电阻上转换为交流电压→送入交流电压测量回路→反应被测电流的数值，如图1所示。

有多种方法可以实现对真空泵电动机电流信号的采样，最简单、最安全的方法是借助于普通的钳型电流表实现电流信号采样，这样不需要改变电气一次、二次接线。

图1 钳型电流表原理

用虚拟化USB示波器来录取真空泵电动机的启动电流波形，只需在普通钳型电流表上2个交流电压端口接出信号作为虚拟化USB示波器输入即可。录取的正常启动电流波形如图2所示。

图2 直接测量的正常启动电流波形

说明:由于虚拟化USB示波器录波采样时间最小为17 ms，实测到的波形在读取、分析时还有一定难度，还不能直观反应启动冲击电流的峰值。

3.2 改进使用

为便于分析波形，对虚拟化USB示波器的采样电路进行改进。改进采样时间受硬件限制，有一定难度，故决定在采样电路上增加峰值保持电路，消除采样时间的一些影响，如图3所示。

图3 增加峰值保持回路

2010年6月23日下午，利用#3机组小修结束时机对#3机组的2台真空泵进行了试验，获得的正常启动电流波形如图4所示，速断保护动作时的电流波形如图5所示。

由图5可知:真空泵偶尔启动失败时，“速断保护”动作是正确的。因此，启动失败的原因应该是泵的机械问题。

在使用改进的录波功能时要注意如下问题:

(1)由于二极管存在“正向压降”，因此，钳型电流表CT切换回路接出的感应电压信号应尽可能大，宁可在整流后再衰减，以减少因二极管压降引起的测量误差。

(2)在测量时，应关闭计算机其他运行程序，以免其他程序工作中会有“中断”信号来影响测量信号的连续性。

(3)在作为长时间录波仪器应用时，要关闭计算机的屏幕保护、休眠、自动关机、电源管理等功能。

4 结论

计算机的普及使虚拟仪器在实际工作中的应用日益增多，虽然“虚拟仪器”与专业测量仪器相比还有一定的差距，但在实际工作中进行非精确的定性测量，还是有很大优势的。它的性价比较高，在专业仪器使用量不大的情况下，优越性明显。因此，在某些场合取代专业仪器是完全可能的，也是非常经济和方便的。

［1］孙红生，凌海.成本仅百元的USB接口虚拟示波器［J］.无线电，2007(10):75－77.