用于GIS抽真空设备的停电报警器

　　摘要： 全封闭组合绝缘GIS设备安装后需要对气室抽真空、氮气和SF6气体，抽真空设备配有涡轮油增压泵，以提高抽真空的功率和真空度。如果发生停电或者设备故障，真空泵就会停机，由于气室的压强接近于真空状态，值班人员如果未能及时关闭抽真空阀门，会发生气室将真空泵的油倒吸进气室内的严重后果。值班人员需要看守多台抽真空设备，同时长时间的值班会使值班人员麻痹大意，不能可靠保证抽真空工作的安全。研制了一种可靠的抽真空设备停电报警装置，采用无源设计，停电后无需额外提供电源，同时安装使用方便。抽真空设备停机后发出声音报警，通过技术手段防止事故的发生，并且能够减轻值班人员的负担，有非常高的实用价值。 　　Abstract： The gas chamber needs vacuum， nitrogen and SF6 gas after GIS equipment installation of closed combination insulation， vacuum equipment equips turbine oil booster pump to increase the power and vacuum degree of vacuum. If a power outage or equipment failure， the vacuum pump will be shut down， due to the pressure of the gas chamber close to the vacuum state， the duty officer failed to close the vacuum valve will happen down the gas chamber vacuum pump oil sucked into the serious consequences of the gas chamber. Duty personnel need to guard multiple vacuum equipment， at the same time， personnel will be careless when being on duty for a long time， can not reliably guarantee pumped vacuum work safety. Developed a reliable vacuum equipment outage alarm device， the use of passive design， it does not additional power supply after power failure， at the same time， installation is easy to use. It will sound alarm after vacuum equipment downtime， through technical means to prevent the occurrence of the accident， and to alleviate the burden of the duty officer， which has very high practical value. 　　关键词： 抽真空；GIS；真空泵；停电报警器 　　Key words： vacuum；GIS；vacuum pump；blackout alarm 　　中图分类号：TH6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）36-0041-03 　　0 引言 　　随着电力技术的发展，全封闭组合绝缘GIS设备越来越成熟，由于GIS设备具有占地面积小，全封闭设计，受外界环境因素影响差，供电可靠性高等优点，全国各地供电公司对GIS设备的使用率越来越大。如果发生停电或者设备故障，真空泵就会停机，由于气室的压强接近于真空状态，真空泵失去动力后，值班人员未能及时关闭抽真空阀门，可能发生气室将真空泵的油倒吸进气室内的严重后果。事故一旦发生，就只能将GIS设备解体运回厂家处理，造成工期延误，巨大的经济损失，后果特别严重。值班人员需要倒班看泵，往往有多台抽真空设备同时运行，使值班人员很难在一个地点全部掌握情况，同时长时间的值班会使值班人员麻痹大意，认为一般不会出事，无法保证值班人员每时每刻都能集中精力看泵。 　　1 系统设计原理 　　真空泵在正常工作时，控制回路带有380V的交流电压，向一个小容量电容和一个大容量充电，当电容充满电后，进入浮充阶段，保持电容的电荷始终处于饱满状态，报警装置的“正常”指示灯亮，表明真空泵在运行状态。一旦380V交流电网停电，或者真空泵设备故障停机，会使控制回路的电源消失，小容量电容储的存电荷通过电阻和发光二极管释放掉，此时正常指示灯熄灭。同时，振荡器起振，压电陶瓷片发出报警声音，所需的电源来自大容量电容储存的电荷，利用二极管的反向截止作用，使电容所储存的电荷只供振荡器和压电陶瓷片使用，能够高效地利用电容所存储的电能，保证报警能够持续一定的时间。当电网恢复供电时，“正常”指示灯重新被点亮，振荡器停振，压电陶瓷片停止发生，最后大容量电容又重新充满电荷，为下次的停电报警提供能量。知道真空泵停电后，值班人员可以迅速将抽真空阀门关闭，避免把油倒吸进气室，利用有效的技术手段预防事故的发生。 　　2 电路原理 　　无源停电报警器的电路如图1所示，A2即与非门A-D组成两个频率不等的振荡器，电路起振时，压电陶瓷片B就会发出“嘟-嘟”报警声音。VD1-VD5、C1和C2组成电容降压桥式整流稳压电路，当真空泵正常工作时，380V电网正常供电时，C2两端输出15V左右的直流电。 　　直流电一路经R1使LED发光，表示真空泵正常工作；另一路经R2注入光电耦合器A1的1脚，使光电耦合器内藏发光管通电发光，因而光电耦合器内藏光敏三极管导通。A1的5脚为低电平，使与非门A的输入端8脚也为低电平，有与非门的基础知识输出端4脚输出低电平，这时振荡器停振，压电陶瓷片B无声；真流电的第三条支路是经VD6向C5充上约15V直流电，为C5存储电荷。 　　一旦交流电网停电，小容量电容C2储存电荷通过R1和LED泄放，很快降到0V。这时有电指示灯LED熄灭。同时，光耦A1的发光二极管也随之熄灭，光敏三极管截止，5脚输出高电平，使与非门A的输入端8脚也为高电平有与非门的基础知识输出端4脚输出高电平，所以A2的两个振荡器起振，压电陶瓷片B就发出报警声音。 　　A2报警所需要电源来自电容C5储存的电荷，这时二极管VD6截止，C5储存电荷不会送到VD6左边电路去。C5储存电荷只供A2使用，由于C5容量很大，且A2是低功耗的CMOS电路，大容量电容C5储存电荷可以供压电陶瓷片B发声5分钟以上，满足实际应用要求。当真空泵再次启动后，电网恢复供电，“正常”指示灯重新点亮，光耦A1的5脚输出低电平，振荡器停振，C5又充满电荷，为下次报警储存电能。 　　2.1 振荡电路 振荡电路模块此模块电路是无源停电报警器电路的主电路，它是A2即与非门A-D组成两个频率不等的振荡器，驱动压电陶瓷片B发出报警声音。振荡电路有4部分组成：放大电路、正反馈网络、稳幅环节、选频网络组成。其中反馈电路是正反馈电路，放大器的输入端外加输入信号Ui为一定频率和幅度的正弦波，此信号经过放大器放大输出信号Uo，同时作为反馈网络的输入信号，在反馈网络的输出端产生反馈信号Uf。把反馈信号Uf作为输入端的输入信号Ui输入放大器，当Ui与Uf的大小相等且相位相同，输入端可维持一定频率和幅度的信号Uo的输出，从而实现自激振荡。 　　为使振荡电路输出一个固定的频率正弦波，要求自激振荡只能在某一频率上产生，而在其他频率上不能产生，因此振荡电路必须有选频网络，使得只有通过选频网络输出的信号Uf和Ui相同的条件而产生自激振荡，而其他的频率不能满足条件产生不了自激振荡。 　　其中电解电容C5是报警状态提供的“电源”，当380V交流电断电时，它所存储的电荷为振荡电路供电。图中所示与非门B与R4，C3构成振荡器；与非门D与R5，C4构成振荡器；由于数值有差别，所以是两个频率不同的振荡器，即构成振荡电路。陶瓷片B是振荡的电路的输出端，有声音效果。 　　与非门B、R4、C3组成的振荡器，以及与非门D、R5、C4组成的振荡器，其原理如下：用门电路组成的多谐振荡器，用来产生脉冲，驱动计数器或脉冲分配器，使电路的各组成部分能够按照所设定的工作程序有条不紊地工作。用与非门和或非门组成的多谐振荡器如图2所示。通过振荡周期公式（1）可计算出不同的振荡周期即不同的振荡频率。 　　T=2．2R2·C1 （1） 　　一个是以与非门B为中心的振荡器，它的振荡频率 　　f=1/2.2·R4·C3 （2） 　　另一个是以与非门D为中心的振荡器，它的振荡频率 　　f=1/2.2·R5·C4 （3） 　　两者产生频率不同的振荡频率，从而实现振荡效果，驱动陶瓷片B发出声音。 　　2.2 整流电路模块 通过整流稳压电路把电网中的380V交流电整流成电压约为15V的直流电。 　　整流稳压电路是有VD1-VD5、C1和C2组成电容降压桥式整流稳压电路。如图3所示。 　　图中最左端为380V交流电输入端，电容C1起降压的的作用，有四个二极管VD1-VD4组成的电桥是整流稳压的主题电路，它有把常用交流电转换成本实验直流电的作用。C2的作用是电容滤波，形成电容滤波电路，可以获得平滑的直流电压。而稳压二极管VD5稳定输出电压的的作用，把直流电稳定成某一固定值，经过电容滤波后的波形，可以获得平滑的直流电压。 　　2.3 光耦模块 模块的主要元件是光电耦合器4N25，控制振荡器是否工作。整流稳压电路、电容滤波电路所产生的直流电经过R2流过光电耦合器的发光二极管，发光二极管会发光。光照在光敏三极管的光敏部分，光敏三极管导通，三极管的集电极产生低电平，使与非门的输入端也为低电平，同样经过与非门振荡电路，这时陶瓷片的输入端B为低电平，所以不发声。当外网380V电压中断，整流电路不能产生直流电，没有电流通过发光二极管，二极管不发光，光敏三极管截止，三极管的集电极产生高电平，同样经过与非门振荡电路，这时陶瓷片的输入端B为高电平，所以发出报警声。 　　3 元件选型和电路板设计 　　A1选用光耦4N25，它采用双列直插式6脚封装，A2用2输入端四与非门CD4011集成电路。VD1-VD4用1N4001型硅整流二极管；VD5用15V、1/2W型稳压二极管，如2CW20等；VD6用1N4148等硅开关二极管。电阻全部采用碳膜电阻器。C1要用CBB-400V型聚苯电容器，C2、C5用CD11-16V型电解电容器，C3、C4用CT1型瓷介电容器。压电陶瓷片B采用FT-27、HTD27A-1型等压电陶瓷片。 　　4 结论 　　本抽真空设备停电报警装置是采用无源设计，停电后无需额外提供电源，安装使用方便。全国各地供电公司对GIS设备的使用率越来越大，在气室抽真空过程中，使用该停电报警器后，能够从技术手段上杜绝将真空泵的油倒吸进气室内事故发生，并且能够切实减轻值班人员的负担，能够避免发生事故带来的经济损失，同时节省了人力，非常具有实用价值。 　　参考文献： 　　[1]袁小翔，来电停电自动告知器.电子制作.1996-12-15. 　　[2]朱宗德，简易停电报警器.地震地磁观测与研究.1995-12-25. 　　[3]于永复，停电报警电路的制作.家电检修技术.2012-05-01.