一种单灯监控系统及方法与流程

本技术涉及助航灯，特别是涉及一种单灯监控系统及方法。

背景技术：

1、在机场助航灯光系统中，跑道灯、滑行道灯等助航灯具通过恒流源串联回路供电。该回路中，每个灯具通过一个隔离变压器从串联回路中取电，各灯具之间通过隔离变压器实现电气隔离。传统的助航灯具采用卤素灯泡，当卤素灯泡的灯丝烧断后，电路呈现开路状态。现有的单灯监控系统正是基于这一特性，通过检测开路状态来确认灯泡损坏，并发出告警通知维护人员。

2、随着节能减排的推进，众多机场开始将卤素灯具替换为led灯具。然而，led灯具的故障模式与卤素灯泡截然不同：led灯珠或驱动电路损坏时，电路状态不确定，可能呈短路、可能呈现异常阻抗，而非确定性的开路状态。为了兼容现有的单灯监控系统，现有技术中led灯具不得不在内部增加额外的开路模拟电路，在检测到自身故障后主动切断电路以模拟出开路状态。

3、上述技术方案存在以下缺陷：第一，led灯具内部需要额外设置开路模拟电路，增加了灯具的复杂度、成本和故障点；第二，也是最为关键的问题，当灯具通过模拟开路实现故障指示时，对应的隔离变压器二次侧呈现开路状态，此时隔离变压器等效为一个空载电感，在恒流源串联回路中引入了显著的感性无功负载。当回路中多个灯具同时损坏时，累计的感性负载将严重影响恒流源回路的电能质量，导致回路功率因数下降、电压波形畸变，甚至可能影响恒流调节器的正常工作和其他正常灯具的供电稳定性。

4、基于上述情况，如何在led灯具发生故障时避免隔离变压器呈现开路感性负载、同时简化led灯具内部电路并可靠地实现故障检测与报警的技术问题，是本技术领域待解决的难题。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本技术提供一种单灯监控系统及方法，通过在单灯监控系统中设置跨接于隔离变压器二次侧输出端的短路旁路电路，在检测到led灯具故障时将隔离变压器二次侧短路，使变压器呈现低阻抗负载而非高感性开路负载，并通过监测电压降低来实现故障判断，从而在简化led灯具电路的同时消除了故障灯具对恒流源回路电能质量的不良影响。

2、本技术实施例采用如下技术方案：

3、第一方面，本技术提供了一种单灯监控系统，用于恒流源串联回路中，所述恒流源串联回路中的每个灯位通过隔离变压器取电，所述单灯监控系统包括：

4、电压采样电路，连接于所述隔离变压器的二次侧输出端之间，用于采集所述隔离变压器二次侧的输出电压并输出电压采样信号；

5、短路旁路电路，包括跨接于所述隔离变压器二次侧输出端之间的磁保持继电器，所述磁保持继电器的常开触点连接于所述二次侧输出端之间；所述磁保持继电器具有置位线圈和复位线圈，所述置位线圈通电时所述常开触点闭合以使所述二次侧输出端短路，所述复位线圈通电时所述常开触点断开；

6、控制单元，与所述电压采样电路和所述短路旁路电路分别电连接；所述控制单元被配置为：接收所述电压采样信号，当所述电压采样信号指示的电压值低于预设的故障阈值且持续时间超过预设的延时时间时，判定led灯具故障，并输出置位驱动信号以驱动所述磁保持继电器的置位线圈使所述常开触点闭合，实现所述隔离变压器二次侧短路；

7、通信模块，与所述控制单元电连接，用于在所述控制单元判定led灯具故障时向上位监控系统发送故障告警信息。

8、通过上述技术方案，当led灯具发生故障时，单灯监控系统通过磁保持继电器将隔离变压器二次侧短路，使变压器呈现低阻抗负载而非开路状态下的高感性负载，从而避免了故障灯具在恒流源串联回路中引入感性无功负载，提高了回路电能质量；同时，led灯具无需设置额外的开路模拟电路，简化了灯具内部结构，降低了系统复杂度和成本；通过电压采样检测配合延时确认机制，保证了故障判断的可靠性，避免了瞬时干扰导致的误判。

9、在一些实施方式中，所述短路旁路电路还包括：

10、第一驱动子电路，包括第一晶体管和第一续流二极管；所述第一晶体管的控制端通过第一限流电阻连接于所述控制单元的第一驱动输出端，所述第一晶体管的第一端连接所述置位线圈的一端，所述第一晶体管的第二端接地；所述第一续流二极管反并联于所述置位线圈的两端；

11、第二驱动子电路，包括第二晶体管和第二续流二极管；所述第二晶体管的控制端通过第二限流电阻连接于所述控制单元的第二驱动输出端，所述第二晶体管的第一端连接所述复位线圈的一端，所述第二晶体管的第二端接地；所述第二续流二极管反并联于所述复位线圈的两端；

12、其中，所述第一晶体管和第二晶体管的控制端分别通过下拉电阻连接至地，以在所述控制单元未输出驱动信号时保持所述晶体管截止。

13、通过上述技术方案，采用晶体管驱动配合续流二极管的电路结构，在磁保持继电器线圈断电瞬间通过续流二极管为线圈电流提供泄放通路，防止反向电动势损坏控制单元和驱动电路；同时通过下拉电阻确保在控制单元上电过程中或异常复位时，驱动晶体管保持截止状态，防止磁保持继电器误动作导致灯具被错误短路旁路。

14、在一些实施方式中，所述控制单元还被配置为：

15、获取所述恒流源串联回路的当前运行档位信息；

16、根据所述当前运行档位信息，从预设的档位-阈值对应表中查询对应的故障阈值和退化阈值；其中，所述退化阈值高于所述故障阈值；

17、当所述电压采样信号指示的电压值低于所述退化阈值且高于所述故障阈值时，判定led灯具性能退化，通过所述通信模块发送退化预警信息，但不触发所述短路旁路电路动作。

18、通过上述技术方案，根据恒流源回路的实际运行档位动态调整检测阈值，避免了因回路调光切换档位导致的误报警；同时设置退化阈值和故障阈值两级判断，在灯具完全失效之前即能识别性能退化状态并提前预警，为维护人员提供预防性维护的时间窗口，提高了机场助航灯光系统的运行可靠性。

19、在一些实施方式中，所述控制单元还被配置为执行自恢复检测：

20、在所述磁保持继电器的常开触点闭合后，以预设的自恢复检测周期为间隔，输出复位驱动信号以驱动所述复位线圈使所述常开触点断开；

21、在所述常开触点断开后的预设采样窗口时间内，重新采集所述电压采样信号；

22、若所述电压采样信号指示的电压值高于所述故障阈值，则判定led灯具恢复正常工作，保持所述常开触点断开状态，并通过所述通信模块发送故障恢复信息；

23、若所述电压采样信号指示的电压值仍低于所述故障阈值，则重新输出置位驱动信号使所述常开触点闭合，维持短路旁路状态。

24、通过上述技术方案，利用磁保持继电器可反复置位/复位的特性，在故障旁路后定期尝试恢复检测，能够自动识别因瞬时过温保护等原因导致的led灯具暂时性停机情况，在灯具恢复正常后自动解除短路旁路并取消告警，避免了因一次性误判导致灯具被永久旁路的问题，提高了系统的智能化水平和灯具可用率。

25、在一些实施方式中，还包括设置于所述led灯具内部的故障信号输出电路；所述故障信号输出电路包括：

26、电流检测单元，用于检测所述led灯具的led驱动电路的输出电流；

27、比较器，所述比较器的同相输入端连接预设参考电压，反相输入端连接所述电流检测单元的输出；

28、光耦隔离器，所述光耦隔离器的输入端连接所述比较器的输出，所述光耦隔离器的输出端通过上拉电阻连接至所述控制单元的供电电压，并连接至所述控制单元的故障信号输入端；

29、当所述led驱动电路的输出电流低于预设电流阈值时，所述比较器输出使所述光耦隔离器导通，所述故障信号输入端被拉低，所述控制单元据此获得灯具故障的辅助判断信号。

30、通过上述技术方案，在led灯具内部设置独立的故障信号输出电路，通过光耦隔离实现灯具与监控单元之间的电气隔离和信号传递；控制单元可综合电压采样信号和灯具主动输出的故障信号进行双重验证判断，提高了故障检测的准确性和可靠性，减少了漏报和误报的概率。

31、在一些实施方式中，所述控制单元被配置为：

32、当仅所述电压采样信号指示电压低于故障阈值，而所述故障信号输入端未被拉低时，延长所述延时时间至第一延长时间后再确认故障；

33、当仅所述故障信号输入端被拉低，而所述电压采样信号指示电压未低于故障阈值时，延长所述延时时间至第二延长时间后再确认故障；

34、当所述电压采样信号指示电压低于故障阈值且所述故障信号输入端同时被拉低时，以原始的预设延时时间确认故障。

35、通过上述技术方案，采用双信号交叉验证机制，当两个独立的检测通道同时指示故障时快速确认，当仅单一通道指示故障时延长确认时间进行谨慎判断；该机制有效平衡了故障检测的快速性和准确性，降低了因单一检测通道受干扰导致的误判概率，同时保证了真实故障能够被及时发现和处理。

36、在一些实施方式中，所述控制单元获取所述恒流源串联回路的当前运行档位信息的方式包括：

37、所述控制单元通过所述电压采样电路在系统上电稳定后的预设标定时间窗口内，采集所述电压采样信号的幅值，将该幅值与预存的各档位标准电压范围进行比较，确定当前运行档位；

38、和/或，所述控制单元通过所述通信模块接收所述上位监控系统下发的档位切换指令，据此获知当前运行档位。

39、通过上述技术方案，提供了两种获取回路运行档位的途径：自主检测和上位系统通知，二者互为备份；自主检测方式使单灯监控系统即使在通信中断时仍能根据实际电压自动适配阈值，保证了系统的独立工作能力；上位系统通知方式则在档位切换时提供更快速准确的信息更新，提高了系统的响应速度。

40、第二方面，本技术提供一种单灯监控方法，应用于第一方面所述的单灯监控系统，包括以下步骤：

41、s1：通过连接于隔离变压器二次侧输出端之间的电压采样电路，周期性采集隔离变压器二次侧的输出电压值；

42、s2：将所采集的输出电压值与预设的故障阈值进行比较；

43、s3：当所述输出电压值低于所述故障阈值且持续时间超过预设的延时时间时，判定对应灯位的led灯具故障；

44、s4：在判定led灯具故障后，驱动跨接于所述隔离变压器二次侧输出端之间的磁保持继电器的置位线圈，使所述磁保持继电器的常开触点闭合，将所述隔离变压器的二次侧输出端短路；

45、s5：向上位监控系统发送故障告警信息。

46、通过上述技术方案，采用电压检测配合短路旁路的方法，在led灯具故障时将隔离变压器二次侧短路而非开路，使变压器呈现低阻抗负载，消除了传统方案中故障灯具开路导致的感性无功负载问题；通过延时确认机制避免了瞬时干扰导致的误判；整个方法逻辑清晰，实现简单，可靠性高。

47、在一些实施方式中，还包括自恢复检测步骤：

48、s6：以预设的自恢复检测周期为间隔，驱动所述磁保持继电器的复位线圈使所述常开触点断开；

49、s7：在所述常开触点断开后的预设采样窗口时间内，重新采集所述隔离变压器二次侧的输出电压值；

50、s8：若所述输出电压值高于所述故障阈值，则判定led灯具恢复正常，保持所述常开触点断开，并发送故障恢复信息；若所述输出电压值仍低于所述故障阈值，则重新驱动所述置位线圈使所述常开触点闭合，维持短路旁路状态。

51、通过上述技术方案，在故障旁路状态下周期性尝试恢复检测，能够自动发现灯具从暂时性故障中恢复的情况并自动解除旁路，避免了灯具被永久性旁路导致的不必要停灯，提高了灯具利用率和系统可用性。

52、在一些实施方式中，在所述步骤s2之前还包括：

53、获取所述恒流源串联回路的当前运行档位；

54、根据所述当前运行档位，确定对应的故障阈值和退化阈值；

55、在所述步骤s2中，还包括将所述输出电压值与所述退化阈值进行比较；

56、当所述输出电压值低于所述退化阈值且高于所述故障阈值时，判定led灯具性能退化，发送退化预警信息但不执行步骤s4的短路旁路操作。

57、通过上述技术方案，根据回路运行档位动态设定阈值，避免了因调光换档导致的误报；同时通过区分退化预警和故障短路两级响应，实现了灯具状态的精细化监控，为维护人员提供了更丰富的决策信息，支持预防性维护策略的实施。

58、综上所述，本技术至少包括如下有益技术效果：

59、1、当led灯具发生故障时，单灯监控系统通过磁保持继电器将隔离变压器二次侧短路，使变压器呈现低阻抗负载而非开路状态下的高感性负载，从而避免了故障灯具在恒流源串联回路中引入感性无功负载，提高了回路电能质量；同时，led灯具无需设置额外的开路模拟电路，简化了灯具内部结构，降低了系统复杂度和成本；通过电压采样检测配合延时确认机制，保证了故障判断的可靠性，避免了瞬时干扰导致的误判；

60、2、根据恒流源回路的实际运行档位动态调整检测阈值，避免了因回路调光切换档位导致的误报警；同时设置退化阈值和故障阈值两级判断，在灯具完全失效之前即能识别性能退化状态并提前预警，为维护人员提供预防性维护的时间窗口，提高了机场助航灯光系统的运行可靠性；

61、3、在led灯具内部设置独立的故障信号输出电路，通过光耦隔离实现灯具与监控单元之间的电气隔离和信号传递；控制单元可综合电压采样信号和灯具主动输出的故障信号进行双重验证判断，提高了故障检测的准确性和可靠性，减少了漏报和误报的概率；进一步的，采用双信号交叉验证机制，当两个独立的检测通道同时指示故障时快速确认，当仅单一通道指示故障时延长确认时间进行谨慎判断；该机制有效平衡了故障检测的快速性和准确性，降低了因单一检测通道受干扰导致的误判概率，同时保证了真实故障能够被及时发现和处理。