具有电气火灾预警的的发电车应急电源自动投切装置研制

黄高星 韦敏 周聪

摘要：为解决应急供电螺栓连接不方便、快速连接器规格不统一等问题，研制了一种具有电气火灾预警的的发电车应急电源自动投切装置，实现应急电源发电机自动投切及电压监测功能。针对电气火灾的早期信号微弱、不明显，增加电气火灾预警模块，通过超高采样获得早期特征信号的频率和相位等关键信息，并结合多种判据利用智能神经网络算法输出特征信号，克服单一判据引起误、漏判，实现电气火灾的预警，并投入现场应用。

关键词：应急电源;自动投切控制;电气火灾预警;神经网络

引言

用户对供电的可靠性和连续性要求越来越高。近年来，电力网络故障频发造成了用户侧用电的不稳定，现有低压配电往往采用单路供电，其缺陷使无法满足用户对用电连续性、可靠性的需求，因此开展应急供电的需求愈加迫切。

现有的应急供电方式主要有以下缺陷 ：1）最常见为螺栓连接方式，极易出现相序搭接错误问题，无法满足安全、可靠、快速连接的需求;2）预装应急电源快速连接器连接方式，快速连接器接口与应急电源接口不匹配，使得应急电源车到达现场后无法接入。

一、设计方案

为解决应急供电螺栓连接不方便、快速连接器规格不统一等问题，同时增加电气火灾预警模块，充分考虑应急电源接入装置与低压配电柜母排的兼容性，确保各种结构形式的配电柜和不同的母排连接方式均能安全可靠地接入，该结构形式确保接入各种规格母排时的载流能力，安全高效地将应急电源接入低压配电柜母排，进而旁路故障网点，远程启动柴油发电机，快速恢复负载的供电，保障电力网络检修维护时负载供电平稳连续运行，快速地满足应急保供电等各类涉及电网的作业需要[1-2]。

该装置包括应急电源自动投切控制器、采样模块、保护模块、电气火灾预警模块、柴油发电机组控制模块、远程监控模块、切换开关模块及相应的三侧电压电流互感器，如图1所示。

二、模块功能

本文将重点介绍系统各模块的功能：

（1）应急电源自动投切控制器。控制器采用STM32F767ZIT6U，具有32位ARM Cortex-M7+FPU+Chrom-ART加速器，最大216MHzCPU主频，增加先进的人工智能AI功能，完全满足本装置的深度神经网络的计算要求。

（2）采样模块。应急电源自动投切控制器自带A/D采样通道不够，考虑到电气火灾预警模块的需要，本文选用了ADI公司生产的八通道A/D采样芯片AD7997，该芯片的数据读写以及模式控制是通过I2C协议来进行通信，与应急电源自动投切控制器进行数据交换。

（3）保护模块：在市电与发电切换输出端设计有过载保护、过压和欠压保护实现对电源系统的保护。

（4）电气火灾预警模塊：为解决不同负载及其电路连接方式使得阈值设置困难、故障电弧识别准确率不高等问题，提供了一种简单易用、高可靠的基于深度神经网络的电气火灾预警方法，通过超高采样获得早期特征信号的频率和相位等关键信息，并结合多种判据利用智能神经网络算法输出特征信号，克服单一判据引起误、漏判，实现电气火灾的预警。

（5）柴油发电机组控制模块：柴油发电机组控制模块可以使柴油发电机完成自启动。在保供电期间，若市电发生故障，在应急电源自动投切控制器控制利用一对无源开入点，启动应急电源车发电机，并控制切换开关实现电源自动切换，这样市电就可以和柴油发电机组组成一套完整的主备用电源应急系统，保证对系统负载的稳定性。

（6）远程监控模块：应急电源自动投切控制器通过扩展RS485/232通讯监控模块和PC监控软件可扩展实现对应急发电车（机）快速接入箱的电脑远程监控，远程显示三相电压、三相电流、功率等参数

（7）切换开关模块：市电与柴油发电机通过切换开关在应急电源自动投切控制器控制切换开关实现两路电源供电的自动/手动转换。自动转换模式下无需操作人员即可实现两路电源的切换;紧急情况下还可以通过切换开关的手动选择手柄实现电力的稳定供给。转换开关模块具有市电优先的功能，也就是说即使在柴油发电机组供电状态，在此期间任何时候，只要市电恢复正常，立刻切换至市电供电。切换开关模块具有机械联锁和电气联锁，确保切换的准确和安全，同时具有缺相保护的功能。切换延时，保证了切换前柴油发电机组电源或市电电源各项电参数的稳定性。

（8）三侧电压电流互感器：在电网侧、发电侧和负荷侧均配置电压互感器和电流互感器，采样模块采集三侧电压电流互感器二次侧信号，其中电气火灾预警模块主要采集负荷侧电压电流信号，对负荷侧电气火灾进行提前预警;柴油发电机组控制模块主要采集发电车电压电流信号，对柴油发电机进行远程自启动控制并网发电，切换开关模块主要利用三侧电压电路信号。装置的工作流程，如图2所示。

三、结论

本文研制了一种具有电气火灾预警的的发电车应急电源自动投切装置，与应急电源车配套应用在保电现场，在保电期间对市电电源进行监测，当市电电源发生故障停电时，首先隔离市电，同时启动应急电源车发电机，实现应急电源发电机自动投切及电压监测功能。针对电气火灾的早期信号微弱、不明显，本文还提出一种基于神经网络的电气火灾预警方法，通过超高采样获得早期特征信号的频率和相位等关键信息，并结合多种判据利用智能神经网络算法输出特征信号，克服单一判据引起误、漏判，实现电气火灾的预警，并投入现场应用。

参 考 文 献

[1]袁汉凯，赵法强.配网应急发电车综合管理系统的研究与应用[J].技术与市场，2019，26（11）：69-70.

[2]郑建忠，郑建荣.一种基于云计算技术的物联网平台设计[J].电力信息与通信技术，2018，16（6）：61-65.

作者简介：

黄高星（1994-），男，广西河池，大学本科，助理工程师，主要研究方向：电力系统分析。