專利名稱：一種六氟化硫高壓斷路器動作時間特性在線監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型提供一種六氟化硫高壓斷路器動作時間特性在線監(jiān)控裝置，該裝置屬 于信號處理與監(jiān)測類技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
SF6高壓斷路器作為電力系統(tǒng)中一種重要的電力設(shè)備，SF6高壓斷路器以優(yōu)異的絕 緣和滅弧性能使它在高壓電力網(wǎng)絡(luò)得到廣泛的應(yīng)用，在我國SF6斷路器的使用量也在逐年 增加。對系統(tǒng)的安全運行異常重要，其健康狀況近年來逐漸成為電網(wǎng)公司關(guān)注的焦點。在 電力系統(tǒng)一次設(shè)備當中，高壓斷路器是僅次于發(fā)電機和變壓器的大型電力設(shè)備，而需要的 數(shù)量與安裝投資的規(guī)模排在二者之前。高壓斷路器自身的健康狀況、運行的可靠性直接關(guān) 系到電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定，許多重大的設(shè)備損壞、停電等事故很多都是由于高壓斷路器 的運行失常所致。國際大電網(wǎng)會議分別在197Γ1977年和1988 1991年兩次在世界范圍內(nèi) 對63KV及以上的SF6高壓斷路器的可靠性做了世界性大范圍的調(diào)查，調(diào)查結(jié)果均表明，SF6 高壓斷路器操作機構(gòu)的機械故障和SF6氣體絕緣故障在所有故障中占有相當大的比重，這 兩種故障的發(fā)生概率的總和在主要故障中占51.2%，在次要故障中更是占到了 79%。國內(nèi)對 SF6高壓斷路器中各個部件的故障概率進行的很多調(diào)查中，結(jié)果顯示機械故障和SF6氣體絕 緣故障在所有的故障之中占有相當大的比重。目前，動作時間特性參數(shù)測試是電力運行部 門在定期檢修時進行的一項重要參數(shù)測試，這種定期預(yù)防性試驗的方法來了解斷路器的運 行特性，不僅耗費巨大的人力和財力，增加了設(shè)備的壽命周期費用。為了保障斷路器的安全 運行，對斷路器動作時間特性進行在線監(jiān)控有著非常重要的意義。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，目前可選用的通信手段很多。根據(jù)所實施的配電網(wǎng)自動化 系統(tǒng)的具體情況，國內(nèi)外各電力公司選用了不同的通信方式，其效果和效益各不相同。在國 外，日本是配電網(wǎng)自動化發(fā)展得比較快的國家，其通信方式主要是利用通信電纜和配電線 載波來傳送配電網(wǎng)自動化信號，而在歐美等國家，卻廣泛采用有線通信方式。國內(nèi)，上海、 石家莊、大連、南京、鄭州、武漢、廣州等供電局都進行了一定規(guī)模的建設(shè)配電網(wǎng)自動化項目 嘗試，采用的通信方式有配網(wǎng)載波、一點多址擴頻微波、光纖通信、電纜通信、無線數(shù)傳電臺 等，但效果并不理想。針對SF6高壓斷路器監(jiān)控點分布情況，采用傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)的遠程監(jiān)控 十分困難，即使實現(xiàn)，成本、維護費用也相當高。因此斷路器監(jiān)控系統(tǒng)的革新勢在必行。2009年中國國家電網(wǎng)公司以奉獻清潔能源、促進經(jīng)濟發(fā)展、服務(wù)社會和諧為基本 使命，提出了立足自主創(chuàng)新，加快建設(shè)以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，具有 信息化、數(shù)字化、自動化、互動化特征的統(tǒng)一的堅強智能電網(wǎng)的發(fā)展目標。因此，對SF6高壓 斷路器的狀態(tài)實行智能監(jiān)測及實施健康管理，對于提高電力系統(tǒng)自動化水平及可靠性，及 時解決故障問題，避免出現(xiàn)電力事故，挽救財產(chǎn)損失具有重大的意義。目前，動作時間特性 參數(shù)測試是電力運行部門在定期檢修時進行的一項重要參數(shù)測試，這種定期預(yù)防性試驗的 方法來了解斷路器的運行特性，不僅耗費巨大的人力和財力，還增加了設(shè)備的壽命周期費 用。為了保障斷路器的安全運行，對斷路器動作時間特性進行在線監(jiān)控有著非常重要的意義。目前，在斷路器定期檢修時，國內(nèi)外大多使用斷路器開關(guān)動作特性測試儀在離線 狀態(tài)下測試開關(guān)的動作時間特性參數(shù)。這種預(yù)防性試驗的方法來測試斷路器的運行特性， 不僅耗費巨大的人力和財力，增加了設(shè)備的壽命周期費用，而且頻繁的操作會降低斷路器 的動作可靠性，帶來一定的負面影響。同時，斷路器檢修記錄數(shù)據(jù)每次由現(xiàn)場操作和維修人 員手工記錄完成，不利于數(shù)據(jù)的保存及對斷路器動作特性歷史狀態(tài)的分析。
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明目的本實用新型的目的是解決以往斷路器定期檢修方法中存在的以下技術(shù) 問題耗費巨大的人力和財力，增加了設(shè)備的壽命周期費用，而且頻繁的操作會降低斷路器 的動作可靠性，帶來一定的負面影響。同時，斷路器檢修記錄數(shù)據(jù)每次由現(xiàn)場操作和維修人 員手工記錄完成，不利于數(shù)據(jù)的保存及對斷路器動作特性歷史狀態(tài)的分析。技術(shù)方案本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種六氟化硫高壓斷路器動作時間特性在線監(jiān)控裝置，其特征在于所述裝置包 括下位機和上位機兩部分；所述下位機包括控制及處理單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單 元及下位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元，數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元及下位機Zigbee無 線網(wǎng)絡(luò)通訊單元均連接控制及處理單元；所述上位機包括監(jiān)控中心服務(wù)器單元和上位機 Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元，監(jiān)控中心服務(wù)器單元與上位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元進 行通訊連接；所述下位機和上位機兩部分通過下位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元和上位機 Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元進行通訊連接。所述下位機內(nèi)還設(shè)置有接口以及通訊方式選取單元和RS485通信單元，下位機 Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元通過接口以及通訊方式選取單元連接至控制及處理單元，RS485 通信單元也通過接口以及通訊方式選取單元連接至控制及處理單元。監(jiān)控中心服務(wù)器單元與上位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元通過RS232串口進行通 訊連接。所述數(shù)據(jù)采集單元為時間測量電路單元。所述下位機還包括控制輸出單元、數(shù)碼顯示單元和報警指示單元；所述控制輸出 單元、數(shù)碼顯示單元和報警指示單元均連接至控制及處理單元。優(yōu)點及效果本實用新型提供一種六氟化硫高壓斷路器動作時間特性在線監(jiān)控 裝置，其特征在于所述裝置包括下位機和上位機兩部分；所述下位機包括控制及處理單 元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元及下位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元，數(shù)據(jù)采集單元、數(shù) 據(jù)存儲單元及下位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元均連接控制及處理單元；所述上位機包括 監(jiān)控中心服務(wù)器單元和上位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元，監(jiān)控中心服務(wù)器單元與上位機 Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元進行通訊連接。電子技術(shù)與計算機技術(shù)的發(fā)展使實現(xiàn)斷路器動作時間特性參數(shù)數(shù)字式在線監(jiān)測 成為可能。本實用新型提供一種SF6高壓斷路器動作時間特性在線監(jiān)控裝置。該裝置采用多 接口選通方式完成對不同接口 SF6高壓斷路器的連接工作，利用雙接口選擇通訊方式完成 數(shù)據(jù)的傳輸工作，實時監(jiān)測開關(guān)的狀態(tài)，實現(xiàn)在開關(guān)分、合操作時準確測量合分時間參數(shù)，對于開關(guān)動作時間參數(shù)不合格狀態(tài)，用LED指示并發(fā)出報警信號，同時將故障信息傳遞到 上位機。集采集、存儲、查詢、通訊、健康管理功能于一體，實時監(jiān)測現(xiàn)場多臺SF6高壓斷路 器的開關(guān)動作時間，采用Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)將監(jiān)測結(jié)果快速準確傳送到監(jiān)控網(wǎng)絡(luò) 中心。該裝置能夠?qū)崟r監(jiān)測SF6高壓斷路器動作時間特性，并能對SF6高壓斷路器狀態(tài)及 性能進行綜合評估，實現(xiàn)設(shè)備的健康管理，從而提高電力系統(tǒng)自動化水平及可靠性，有效預(yù) 防電力系統(tǒng)由于SF6高壓斷路器本體故障所引起的災(zāi)害。其中涉及數(shù)據(jù)采集技術(shù)、信號處 理技術(shù)、先進控制技術(shù)和Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)。Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)在系統(tǒng)硬件 結(jié)構(gòu)中對應(yīng)Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，采用星型網(wǎng)絡(luò)，利用Zigbee協(xié)議自組網(wǎng)技術(shù)完成裝 置通訊工作。本實用新型是針對以上問題，提出的一種SF6高壓斷路器動作時間特性的在線 監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)裝置。下位機監(jiān)控中心對整個斷路器監(jiān)控點實時監(jiān)控。并將監(jiān)控數(shù)據(jù)實時通過 Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊或者RS485有線網(wǎng)絡(luò)通訊方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機監(jiān)控中心，在上位 機實現(xiàn)設(shè)備的健康綜合管理。本實用新型的具體優(yōu)點和有益效果如下1.系統(tǒng)采用多接口選通方式技術(shù)實現(xiàn)對SF6高壓斷路器動作時間特性的在線監(jiān) 控，系統(tǒng)通用性好；2.系統(tǒng)采用Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊和RS485通訊兩種接口方式進行通訊，可選擇性 通訊接口方式，靈活性高。3.通過接口以及通訊方式選取單元采用的多路撥動開關(guān)、Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊 和RS485通訊等實現(xiàn)了該系統(tǒng)的低成本要求。4.系統(tǒng)通Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)模塊組網(wǎng)，可以實現(xiàn)免費頻段的自組網(wǎng)通訊方式，并且 本身的低功耗等特點使該裝置擁有低功耗、可靠性高等特點。5.系統(tǒng)接線簡單，安裝方便，占地空間小，具有高可靠、長壽命、強抗電磁干擾功 能。


圖1本發(fā)明硬件結(jié)構(gòu)方框示意圖；圖2 CPU與Zigbee無線通訊模塊連接圖；圖3多路開關(guān)選通控制結(jié)構(gòu)圖；圖4方式選通流程圖；圖5主程序流程圖；圖6系統(tǒng)中斷流程圖；圖7上位機軟件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明如圖1所示，本實用新型涉及一種六氟化硫高壓斷路器動作時間特性在線監(jiān)控 裝置，其特征在于所述裝置包括下位機和上位機兩部分；所述下位機包括控制及處理單 元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元及下位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元，數(shù)據(jù)采集單元、數(shù) 據(jù)存儲單元及下位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元均連接控制及處理單元；所述上位機包括 監(jiān)控中心服務(wù)器單元和上位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元，監(jiān)控中心服務(wù)器單元與上位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元進行通訊連接；所述下位機和上位機兩部分通過下位機Zigbee 無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元和上位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元進行通訊連接。其中，下位機硬件負 責接口和通訊方式的選通、數(shù)據(jù)的采集、處理及傳輸，也就是說接口以及通訊方式選取單元 完成接口連接方式和通訊方式的選通工作，控制及處理單元控制數(shù)據(jù)采集單元采集數(shù)據(jù)， 并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲單元，存儲完畢后，調(diào)用數(shù)據(jù)存儲單元的數(shù)據(jù)進行處理及推理，將處 理后的數(shù)據(jù)通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元傳送到上位機。相應(yīng)的，軟件結(jié)構(gòu)也分為下位 機和上位機兩部分。下位機軟件負責驅(qū)動下位機的硬件完成開關(guān)狀態(tài)和動作時間的數(shù)據(jù) 采集，對采集的數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)提取及結(jié)合時間修正算法，實現(xiàn)動作特性時間參數(shù)的監(jiān)控；最 后，下位機軟件通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元將監(jiān)測處理結(jié)果發(fā)送到上位機監(jiān)控中心。上 位機軟件負責與下位機的數(shù)據(jù)通訊，并建立人機交互界面和實現(xiàn)監(jiān)測信息的管理，建立開 關(guān)動作時間特性參數(shù)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)顯示、存儲、查詢、打印等功能。所述下位機內(nèi)還設(shè)置有接口以及通訊方式選取單元和RS485通信單元，下位機 Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元通過接口以及通訊方式選取單元連接至控制及處理單元，RS485 通信單元也通過接口以及通訊方式選取單元連接至控制及處理單元。監(jiān)控中心服務(wù)器單元與上位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元通過RS232串口進行通 訊連接。所述數(shù)據(jù)采集單元為時間測量電路單元。所述下位機還包括控制輸出單元、數(shù)碼顯示單元和報警指示單元；所述控制輸出 單元、數(shù)碼顯示單元和報警指示單元均連接至控制及處理單元。該方案可以在不破壞斷路器本體的情況下用于SF6高壓斷路器動作時間特性的在 線監(jiān)測。該裝置由硬件結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)兩大部分構(gòu)成。該硬件結(jié)構(gòu)分為下位機和上位機兩 部分，其之間的關(guān)系是下位機安裝在現(xiàn)場SF6高壓斷路器機構(gòu)柜臺下，上位機安裝在主控 室電力測量柜臺上，它們之間通過Zigbee無線通訊模塊實現(xiàn)通訊；本實用新型是實現(xiàn)斷路器實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備，采用低成本的8位AVR單片 機系統(tǒng)，整體硬件電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。該裝置以ATMEGAU8單片機為主控CPU，它負責 完成整體信號的采集、處理、存儲和各種接口控制。信號采集模塊完成合分間開關(guān)動作的 在線監(jiān)測，通過主控CPU對狀態(tài)的采集和存儲芯片對狀態(tài)的存儲完成合分間時間的計量工 作，利用SF6高壓斷路器輔助常開和常閉接點監(jiān)測開關(guān)的狀態(tài)及動作時間參數(shù)，在單片機程 序中通過軟件算法求取開關(guān)動作的時間，然后用數(shù)碼管實時顯示該值并將數(shù)據(jù)發(fā)送至上位 機。通過設(shè)定閾值，當檢測儀檢測到的時間特征參數(shù)超過預(yù)設(shè)閥值時會報警提示通知相關(guān) 技術(shù)人員進行處理。而在通訊接口方面，監(jiān)測裝置可以選擇下位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單 元和RS485通訊兩種方式和上位機服務(wù)器完成通訊工作，主控CPU和Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊 模塊通過串口連接，連接圖如圖2所示。當選擇Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊傳輸數(shù)據(jù)時，采用星 型結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，在下位機和上位機同時安裝Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)，上位 機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊以串口形式實現(xiàn)與監(jiān)控管理機的鏈接。當采用RS485通信實 現(xiàn)組網(wǎng)時，網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)組建，監(jiān)控中心采用RS485轉(zhuǎn)RS232轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)與上位機的鏈 接。該裝置是多功能監(jiān)測裝置，它可以完成與多種不同接口裝置的連接，而接口的選擇則是 通過多路撥動開關(guān)來控制的。通過對多路撥動開關(guān)的控制完成多種接口方式的選通控制。 同時，通訊方式也是通過多路撥動開關(guān)來選擇的，利用多路開關(guān)實現(xiàn)了多功能裝置通訊方式和連接方式的選取工作，實現(xiàn)了此設(shè)備的經(jīng)濟、高效以及實用性等特點。下面就對各個功 能單元進行詳細介紹。所述接口以及通訊方式選取單元是由多路撥動開關(guān)來來完成測量裝置接口方式 和監(jiān)測裝置通訊方式的選取工作的，其選通工作示意圖如圖3所示。通常，三相電線路合分 線圈和監(jiān)測儀的連接方式有整體是連接、分散式連接和單獨式連接。在此監(jiān)測裝置中利用 三路撥動開關(guān)完成三相電線路合分線圈三種連接方式的控制，當這三位中某一位是高電平 的時候就代表選取對應(yīng)的連接方式。例如，當撥動開關(guān)設(shè)置為100時則表示選取整體式連 接方式，即三路電力線由一路開關(guān)控制，當撥動開關(guān)設(shè)置為001時則表示選取單獨式連接 方式測量，即三路電力線由三路開關(guān)分別進行控制。同理，第四路開關(guān)控制通訊方式的選取 工作，如果置1，則表示選用Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊方式，否則選用RS485通訊方式。合分閘 動作時會產(chǎn)生220V觸發(fā)電壓，+12V電源接入輔助常開和常閉接點的一端，同時，將另一端 的輸出經(jīng)過光耦和濾波電路接入單片機輸入引腳實現(xiàn)對開關(guān)狀態(tài)的監(jiān)測。當合分閘動作時 會觸發(fā)ATMEGAU8中斷。響應(yīng)狀態(tài)采集由一組常開常閉開關(guān)控制并接入主控CPU，當合分閘 產(chǎn)生合分動作時，常閉開關(guān)斷開，此時產(chǎn)生中斷，開始讀取常閉開關(guān)狀態(tài)并且存入存儲芯片 中。最后，通過讀取存儲芯片中的狀態(tài)變量就可以計算出合分閘時間特征參數(shù)。所述接口控制方式選通單元電路是一個四路撥動開關(guān)，其結(jié)構(gòu)控制圖如圖3所 示，所控制量分別對應(yīng)接口選通種類和通訊方式選取接口。時間測量單元電路由常閉開 關(guān)、合閘電阻測量電路、線圈電流測量電路及數(shù)字信號調(diào)理電路組成，負責采集合分閘的動 作信號。通過對觸電狀態(tài)的測量來判斷合分閘的狀態(tài)，如果合分閘動作則會帶動此電路的 一系列動作從而會觸發(fā)ATMEGA128的中斷信號。數(shù)據(jù)存儲單元由AT45DB642D存儲芯片 和ATMEGAU8通過SPI 口連接組成。AT45DB642D存儲器容量為64Mbit，存儲器配置8192 頁，時鐘頻率66MHz，電源電壓范圍為2. 7V到3. 6V，工作最低溫度為-40° C，最高溫度為 85° C。AT45DB642D還包含兩個SRAM，緩沖區(qū)允許接收數(shù)據(jù)，而會在主存儲器頁重新規(guī) 劃，并且可讀寫連續(xù)數(shù)據(jù)流。此存儲芯片對數(shù)據(jù)的處理包含的三個方面讀取、修改、寫操 作，該芯片在商業(yè)和工業(yè)方面都有很重要的應(yīng)用。所述基于ATmegaUS的控制及處理單元具有如下特點128K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash(具有在寫的過程中還可以讀的能力，S卩Rffff)、4K字節(jié)的EEPR0M、4K字節(jié)的SRAM、 53個通用I/O 口線、32個通用工作寄存器、實時時鐘RTC、4個靈活的具有比較模式和 PWM功能的定時器/計數(shù)器(T/C)、兩個USART、面向字節(jié)的兩線接口 TWI、8通道10位 ADC(具有可選的可編程增益)、具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器、SPI串行端口、 與IEEE 1149.1規(guī)范兼容的JTAG測試接口(此接口同時還可以用于片上調(diào)試)，以及 六種可以通過軟件選擇的省電模式。所述存儲單元完成對常閉開關(guān)狀態(tài)的存取工作，本裝置中采用的是AT45DB642D 存儲芯片，其完成功能主要是對常閉開關(guān)開合狀態(tài)的存取工作，數(shù)據(jù)按照標準存儲格式進 行存儲以便進行數(shù)據(jù)的查詢和處理工作。利用斷路器輔助常開和常閉接點監(jiān)測開關(guān)的狀態(tài) 及延時的控制，在單片機程序中通過狀態(tài)提取計算開關(guān)動作的時間參數(shù)，用數(shù)碼管實時顯 示并將其發(fā)送至上位機處理，如果監(jiān)測到動作時間參數(shù)超過預(yù)設(shè)閥值時會報警，監(jiān)控儀通 過LED指示報警狀態(tài)，并將結(jié)果在上位機進行顯示且輸出報警信息。使用Zigbee無線網(wǎng)絡(luò) 通訊和RS485通訊方式進行數(shù)據(jù)傳輸，費用比較低，可靠性高、接線方式靈活、能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸，滿足系統(tǒng)的要求。根據(jù)現(xiàn)場情況，可以選擇兩種通信方式中的一種。所述Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元由上位機通信線程和下位機通信組成，Zigbee和 下位機的連接是通過串口連接方式實現(xiàn)，而上位機服務(wù)器和Zigbee之間是通過232連接接 口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收工作。它們之間通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)相連，下位機通信負責下位機數(shù)據(jù) 的發(fā)送和接受。上位機負責接受下位機傳來的數(shù)據(jù)及發(fā)送上位機控制命令；上位機和下位 機通信線程間采用Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速可靠傳輸。整個裝置的工作過程是下位機中的基于ATMEGA128的控制及處理單元控制數(shù)據(jù) 采集單元，并將常閉開關(guān)開合狀態(tài)存儲在數(shù)據(jù)存儲單元中，控制單元調(diào)用數(shù)據(jù)存儲單元的 狀態(tài)參數(shù)進行信號特征采集并完成時間特征參數(shù)的計算，同時，通過對時間特征參數(shù)預(yù)設(shè) 閥值的控制實現(xiàn)對SF6高壓斷路器工作情況的判斷，再將最后所得到的數(shù)據(jù)信息傳送到上 位機，進行推理與控制，綜合評估設(shè)備性能及壽命。本發(fā)明是一種SF6高壓斷路器動作時間特性在線監(jiān)控多功能裝置，軟件設(shè)計分為 下位機和上位機兩個部分。下位機軟件是基于ATMEGAU8芯片的控制及處理程序，負責控制下位機開關(guān)狀態(tài) 信號參數(shù)的采集，當合分間合分狀態(tài)或者分合狀態(tài)時都會控制常閉開關(guān)產(chǎn)生跳變電平，而 跳變電平端口用光耦將其與主控CPU信號隔離從而保護CPU工作在正常模式下。程序通過 硬件中斷完成合分間狀態(tài)數(shù)據(jù)的讀取和存儲工作，即當合分間開光狀態(tài)改變時會觸發(fā)電平 跳變從而使主控CPU觸發(fā)中斷。主程序流程圖如圖5所示，程序初始化并且設(shè)置中斷標識 位Temp為0，此時程序處于循環(huán)等待狀態(tài)，通過中斷標識位是否置位反復(fù)判斷是否完成狀 態(tài)的采集存儲工作，當狀態(tài)采集工作完成時中斷標識位Temp會置1，此時主程序會讀取存 儲器中的狀態(tài)數(shù)據(jù)并計算求取時間特征參數(shù)，并且進行相應(yīng)處理和判斷，發(fā)送至上位機進 行相應(yīng)處理。一旦超出閥值就進入報警模式。此裝置完成時間特征參數(shù)測試的方式主要是 通過硬件中斷觸發(fā)，當合分閘開關(guān)動作時會帶動此裝置中常閉開關(guān)的相應(yīng)動作，而開關(guān)和 主控CPU之間的連接選通方式為中斷觸發(fā)，當合分閘動作時會觸發(fā)中斷，從而進入中斷處 理程序，中斷觸發(fā)程序流程圖如圖6所示，在中斷觸發(fā)程序中主要通過定時器完成開關(guān)狀 態(tài)數(shù)據(jù)的讀取和存儲工作。動作時間時間特性的監(jiān)測所選用通訊方式可以為Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊和485通 訊兩種，485是電力工業(yè)中一種通用接口，這里便不作介紹，下面主要討論Zigbee無線網(wǎng)絡(luò) 通訊方式的特點和實現(xiàn)。選用Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊可以達到低功耗、低成本和自組網(wǎng) 等方面的優(yōu)點。它工作的主要流程為首先設(shè)置基本的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，由于考慮到降低功耗的目 的，我們要使節(jié)點能夠在空閑時進入帶內(nèi)存休眠模式，這需要設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè) 置完畢后要開始一系列的初始化工作，初始化系統(tǒng)、初始化指示燈、初始化傳感器，最后啟 動BOS —個小型的任務(wù)系統(tǒng)，然后我們的程序就在這個小型系統(tǒng)的調(diào)度下開始工作，進入 不同的事件處理函數(shù)，在這里主要完成時間特征參數(shù)的傳送工作。根據(jù)Zigbee協(xié)議棧，任 何Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都必須是Co-dinator，Router和End Device之一，這是一種網(wǎng)絡(luò)層概 念，決定了網(wǎng)絡(luò)的拓撲形式，根據(jù)三種節(jié)點類型的特點，以及我們的實際需要，我們設(shè)置該 裝置中的Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊為Co-dinator類型，與上位機服務(wù)器相連接的模塊為 End Device 類型。所述上位機軟件，采用VC++6. 0編寫，并利用SQL Server 2000開發(fā)后臺數(shù)據(jù)庫，它包括人機交互、Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊和數(shù)據(jù)庫三部分；其之間的關(guān)系是=Zigbee無線網(wǎng) 絡(luò)通訊模塊接受下位機數(shù)據(jù)，并將結(jié)果保存至數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)保存完畢后，系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)庫數(shù) 據(jù)進行智能推理，對故障結(jié)果進行報警提示，從而實現(xiàn)人機交互。人機交互功能允許操作人 員查看數(shù)據(jù)庫中設(shè)備運行的歷史數(shù)據(jù)及通過Zigbee無線線通訊模塊向下位機傳遞控制參 數(shù)實現(xiàn)對設(shè)備進行控制。上位機軟件結(jié)構(gòu)如圖7所示。該人機交互部分采用大液晶屏顯 示，支持鍵盤、鼠標及觸摸屏輸入，它負責數(shù)據(jù)及波形的顯示并提供控制參數(shù)設(shè)置窗口，實 現(xiàn)工作人員和系統(tǒng)的交互，Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。該數(shù)據(jù)庫部 分存儲監(jiān)測信息，并實現(xiàn)管理與查詢等功能。上位機軟件的工作流程是在管理人員登陸 后首先和指定編號的下位機進行連接，并向下位機發(fā)送管理人員設(shè)定的控制參數(shù)，對下位 機進行遠程配置；當斷路器不動作時，下位機將按照控制參數(shù)定時采集開關(guān)狀態(tài)信息，通過 Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)將時間特征參數(shù)發(fā)送到上位機，上位機將接收到的信息進行顯示并將信息 保存入數(shù)據(jù)庫。當斷路器動作時，下位機實時采集SF6高壓斷路器時間特征信息并將數(shù)據(jù) 在ATMEGA128中進行處理并存儲，最后通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到上位機，上位機將接收 到的參數(shù)計算結(jié)果和智能推理結(jié)果進行顯示并將信息保存入數(shù)據(jù)庫，同時，結(jié)合SF6高壓斷 路器歷史信息，采用設(shè)備評估理論，估算設(shè)備性能。斷路器動作時，下位機能實時智能監(jiān)測 設(shè)備的機械狀態(tài)和電氣狀態(tài)信息，并結(jié)合系統(tǒng)信息進行推理，從而實現(xiàn)對SF6高壓斷路器的 監(jiān)測與健康管理。
權(quán)利要求1.一種六氟化硫高壓斷路器動作時間特性在線監(jiān)控裝置，其特征在于所述裝置包括 下位機和上位機兩部分；所述下位機包括控制及處理單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元及 下位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元，數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元及下位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò) 通訊單元均連接控制及處理單元；所述上位機包括監(jiān)控中心服務(wù)器單元和上位機Zigbee 無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元，監(jiān)控中心服務(wù)器單元與上位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元進行通訊連 接；所述下位機和上位機兩部分通過下位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元和上位機Zigbee無 線網(wǎng)絡(luò)通訊單元進行通訊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六氟化硫高壓斷路器動作時間特性在線監(jiān)控裝置，其 特征在于所述下位機內(nèi)還設(shè)置有接口以及通訊方式選取單元和RS485通信單元，下位機 Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元通過接口以及通訊方式選取單元連接至控制及處理單元，RS485 通信單元也通過接口以及通訊方式選取單元連接至控制及處理單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六氟化硫高壓斷路器動作時間特性在線監(jiān)控裝置，其特 征在于監(jiān)控中心服務(wù)器單元與上位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元通過RS232串口進行通訊 連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六氟化硫高壓斷路器動作時間特性在線監(jiān)控裝置，其特 征在于所述數(shù)據(jù)采集單元為時間測量電路單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種六氟化硫高壓斷路器動作時間特性在線監(jiān)控裝置，其特 征在于所述下位機還包括控制輸出單元、數(shù)碼顯示單元和報警指示單元；所述控制輸出 單元、數(shù)碼顯示單元和報警指示單元均連接至控制及處理單元。
專利摘要本實用新型提供一種六氟化硫高壓斷路器動作時間特性在線監(jiān)控裝置，所述裝置包括下位機和上位機兩部分；下位機包括控制及處理單元、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元及下位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元，數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)存儲單元及下位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元均連接控制及處理單元；上位機包括監(jiān)控中心服務(wù)器單元和上位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元，監(jiān)控中心服務(wù)器單元與上位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元進行通訊連接；下位機和上位機兩部分通過下位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元和上位機Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊單元進行通訊連接。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的健康管理。
文檔編號G01R31/327GK201852918SQ20102061251
公開日2011年6月1日 申請日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者劉志宇, 吳懷誠, 孫艷鶴, 張云鵬, 李文震, 趙新, 郭春志 申請人:東北電網(wǎng)有限公司沈陽超高壓局