一種用于12kV固體絕緣開(kāi)關(guān)柜的在線絕緣和溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于12kV固體絕緣開(kāi)關(guān)柜的在線絕緣和溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。包括智能控制器、泄漏電流檢測(cè)裝置、紅外溫度檢測(cè)裝置、環(huán)境溫濕度檢測(cè)裝置；所述泄漏電流檢測(cè)裝置：包括引流環(huán)、信號(hào)處理器，所述引流環(huán)設(shè)置在開(kāi)關(guān)柜絕緣拉桿和信號(hào)處理器之間，信號(hào)處理器后端連接智能控制器；所述紅外溫度檢測(cè)裝置：包括紅外溫度傳感器和調(diào)理電路，安裝在母排的前端，所述紅外溫度檢測(cè)裝置和母排之間設(shè)有凸透鏡；所述環(huán)境濕度檢測(cè)裝置：包括SHTxx數(shù)字溫濕度傳感器。采用本發(fā)明的技術(shù)方案后，可以對(duì)開(kāi)關(guān)柜的各項(xiàng)性能進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，無(wú)需停電即可進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的檢測(cè)，保證了開(kāi)關(guān)柜的安全性能，降低了事故發(fā)生的概率。
【專利說(shuō)明】一種用于12kV固體絕緣開(kāi)關(guān)柜的在線絕緣和溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
[0001]本發(fā)明涉及一種用于12kV固體絕緣開(kāi)關(guān)柜的在線絕緣和溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，屬于電力設(shè)備控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣性能和母排溫度是電力設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的兩項(xiàng)重要參數(shù)，開(kāi)關(guān)柜在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中，受到環(huán)境等因素的影響，設(shè)備自身的絕緣性能和導(dǎo)電性能會(huì)隨之下降，如果不及時(shí)檢修，會(huì)對(duì)設(shè)備和電網(wǎng)系統(tǒng)造成很大損害。
[0003]12kV固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜因?yàn)槭?2kV高壓環(huán)境，絕緣性能檢測(cè)方法是停電檢修時(shí)候?qū)υO(shè)備進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)，無(wú)法在設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中對(duì)設(shè)備的絕緣性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不能做到早發(fā)現(xiàn)早治理，往往等事故出現(xiàn)了才能發(fā)現(xiàn)，母排溫度的檢測(cè)也因?yàn)?2kV高壓等原因不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決12kV固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜不能在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力設(shè)備絕緣性能和母排溫度的問(wèn)題，降低設(shè)備及系統(tǒng)損壞的幾率，提高供電可靠性。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:本發(fā)明包括智能控制器、泄漏電流檢測(cè)裝置、紅外溫度檢測(cè)裝置、環(huán)境溫濕度檢測(cè)裝置；
所述泄漏電流檢測(cè)裝置:包括引流環(huán)、信號(hào)處理器，所述引流環(huán)設(shè)置在開(kāi)關(guān)柜絕緣拉桿和信號(hào)處理器之間，信號(hào)處理器后端連接智能控制器；
所述紅外溫度檢測(cè)裝置:包括紅外溫度傳感器MLX90614和調(diào)理電路，安裝在母排的前端，所述紅外溫度檢測(cè)裝置和母排之間設(shè)有凸透鏡；
所述環(huán)境濕度檢測(cè)裝置:包括SHTxx數(shù)字溫濕度傳感器，將得到的溫度濕度數(shù)據(jù)通過(guò)I2C總線傳輸?shù)秸{(diào)理單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再經(jīng)串口通信將處理后的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度濕度數(shù)據(jù)的保存，分析處理；
所述泄露電流檢測(cè)裝置、紅外溫度檢測(cè)裝置、環(huán)境溫濕度檢測(cè)裝置檢測(cè)的數(shù)據(jù)均傳輸至智能控制器處理。
[0006]所述開(kāi)關(guān)柜絕緣拉桿的泄漏電流引出線選用單芯同軸屏蔽電線，屏蔽電纜中心線直連引流環(huán)并固定。
[0007]設(shè)置電流互感器隔離開(kāi)關(guān)柜高低電位。
[0008]所述信號(hào)處理器包括電流/電壓轉(zhuǎn)換器、信號(hào)放大器、信號(hào)濾波器和多路開(kāi)關(guān)。
[0009]所述紅外溫度檢測(cè)裝置由MLX90614傳感器、高壓瓷片電容及瞬態(tài)抑制二極管構(gòu)成，傳感器的3 口輸入+5V電壓為其供電；在使用SMbus輸出模式的情況下分別使用傳感器的2 口和3 口輸出傳感器的數(shù)字信號(hào)及串行時(shí)鐘信號(hào)；2、3 口連接上拉電阻，傳感器的4 口用于接地。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:采用本發(fā)明的技術(shù)方案后，可以對(duì)開(kāi)關(guān)柜的各項(xiàng)性能進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，無(wú)需停電即可進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的檢測(cè)，保證了開(kāi)關(guān)柜的安全性能，降低了事故發(fā)生的概率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明泄漏電流信號(hào)調(diào)理板電路結(jié)構(gòu)圖。
[0012]圖2為本發(fā)明溫度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3為本發(fā)明溫度傳感器電路示意圖。
[0014]圖4為本發(fā)明ADuM1250外圍電路設(shè)計(jì)圖。
[0015]圖5為本發(fā)明開(kāi)入量監(jiān)測(cè)電路原理圖。
[0016]圖6為本發(fā)明系統(tǒng)框圖。
[0017]圖中I為透鏡、2為熱電堆、3為殼體、4為母排、5為調(diào)理電路。
[0018]具體實(shí)現(xiàn)方式:
絕緣傳感器檢測(cè)電力設(shè)備絕緣件絕緣泄露電流，通過(guò)絕緣功能板傳送給控制器，控制器將接受到泄露電流信息轉(zhuǎn)換成可識(shí)別信息輸出顯示到控制器的液晶顯示屏或者通過(guò)485總線輸出到上位機(jī)。
[0019]紅外溫度傳感器監(jiān)測(cè)到母排監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度，通過(guò)溫度功能板將采集到溫度信號(hào)傳送到控制器，控制器將接受到泄露電流信息轉(zhuǎn)換成可識(shí)別信息輸出顯示到控制器的液晶顯示屏或者通過(guò)485總線輸出到上位機(jī)。
[0020]溫濕度傳感器將監(jiān)測(cè)到環(huán)境溫濕度，通過(guò)溫度功能板將采集到溫度信號(hào)傳送到控制器，控制器將接受到泄露電流信息轉(zhuǎn)換成可識(shí)別信息輸出顯示到控制器的液晶顯示屏或者通過(guò)485總線輸出到上位機(jī)。
[0021]開(kāi)關(guān)量信息通過(guò)IO功能板，將監(jiān)測(cè)到電力設(shè)備的開(kāi)關(guān)量信息傳送給控制器，控制器將接受到泄露電流信息轉(zhuǎn)換成可識(shí)別信息輸出顯示到控制器的液晶顯示屏或者通過(guò)485總線輸出到上位機(jī)。
[0022]控制器除了可以將監(jiān)測(cè)到的以上溫濕度信息和開(kāi)入量信息顯示到下位機(jī)液晶屏或?qū)?shù)據(jù)通過(guò)485總線傳送到上位機(jī)，還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，可以通過(guò)IO功能板
發(fā)出告警信號(hào)。
[0023]下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明:
一、絕緣泄露電流的在線提取
12kV固體絕緣開(kāi)關(guān)柜絕緣性能主要是開(kāi)關(guān)柜A、B、C三相絕緣拉桿對(duì)地的絕緣狀況。絕緣特性的表征可以通過(guò)很多參量來(lái)實(shí)現(xiàn)，如局部放電、介質(zhì)損耗角正切、泄漏電流等。和前兩種方法比較，在考慮成本和性能的基礎(chǔ)上，本發(fā)明確定的絕緣特性監(jiān)測(cè)對(duì)象為開(kāi)關(guān)設(shè)備三相絕緣拉桿的泄露電流，方法簡(jiǎn)單容易實(shí)行，比較適用。為此，需開(kāi)發(fā)3組傳感器進(jìn)行絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)。
[0024]1.絕緣泄漏電流的提取方法
泄漏電流的提取采用接觸式引流環(huán)結(jié)構(gòu)，采用高性能進(jìn)口導(dǎo)電膠涂制成引流環(huán)3來(lái)收集泄漏電流，導(dǎo)電膠的主要成分是環(huán)氧樹(shù)脂和銀粉，引流環(huán)3寬10mm，厚1.5mm，泄漏電流的引出線選用單芯同軸屏蔽電纜引出，屏蔽電纜中心線直接連接引流環(huán)3，并通過(guò)導(dǎo)電膠與套管之間鉆孔固定。這種獨(dú)特的出線方式避免產(chǎn)生局部放電，也阻礙了空間電荷的進(jìn)入。[0025]由于引流環(huán)3是安裝在開(kāi)關(guān)柜的高電位端，為了保證整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性和安全性，采用電流互感器以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜高低電位的有效隔離，電流互感器采用穿芯式設(shè)計(jì)，變比為1:10?；ジ衅鞯碾姶篷詈显砑缺ＷC了高壓設(shè)備的正常運(yùn)行，不受電流互感器二次繞組外部回路的影響，也可以避免監(jiān)測(cè)裝置一次側(cè)高電壓對(duì)二次回路造成的損壞，起到了保護(hù)二次回路的作用。
[0026]一般情況下，開(kāi)關(guān)柜的絕緣泄漏電流只有幾個(gè)微安大小，是一種非常微弱的信號(hào)，如此小的電流信號(hào)，必須經(jīng)過(guò)信號(hào)預(yù)處理電路進(jìn)行必要的放大、濾波等處理，因此準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵問(wèn)題是小電流信號(hào)的放大和電磁抗干擾。泄漏電流信號(hào)調(diào)理板電路的功能包括電流電壓轉(zhuǎn)換、儀表放大器放大、低通濾波和多路選通。
[0027]二、母排溫升狀態(tài)的在線提取
對(duì)12kV固體絕緣環(huán)網(wǎng)柜母排溫度信號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)提取都是比較困難的，因?yàn)闇y(cè)溫點(diǎn)往往處于高電位，沿用普通的接觸式測(cè)溫方法很難解決傳感器的供電問(wèn)題，并且容易導(dǎo)致高壓部分沿傳感器信號(hào)傳輸路徑對(duì)地?fù)舸?，造成?yán)重的故障，因此在本項(xiàng)目中，采用基于熱輻射原理的非接觸式溫度傳感器即紅外溫度傳感器來(lái)通過(guò)捕獲母排電連接處輻射的紅外信號(hào)來(lái)測(cè)量該處的溫度。
[0028]根據(jù)上述種種原因，項(xiàng)目選用Melexis公司生產(chǎn)的新型數(shù)字紅外溫度傳感器MLX90614，由于是數(shù)字信號(hào)輸出避免了傳感器周圍過(guò)多的模擬電路，從而增強(qiáng)了抗干擾性降低了開(kāi)發(fā)成本。
[0029]1.母排溫升信號(hào)的提取方法
紅外溫度傳感器包括透鏡1、熱電堆2、殼體3和調(diào)理電路5，安裝在距離母排4D的位置(D必需大于絕緣安全距離)，處于低電位側(cè)，可方便供電和信號(hào)傳輸。紅外溫度傳感器一般具有較大的感測(cè)角度，使得測(cè)量范圍過(guò)大影響準(zhǔn)確度。因此，本項(xiàng)目采用透鏡I聚焦，使發(fā)散角度為α =10度，若安裝距離D選取18cm，則測(cè)量半徑約為3cm，小于母排4半寬度R。通過(guò)特殊的調(diào)制，安裝距離D變化對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較小，只要測(cè)量范圍不超出母排4半徑，可以保證測(cè)量準(zhǔn)確度不高于3度。測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)I2C總線形式傳輸給智能電子裝置，便于處理且抗干擾能力強(qiáng)。
[0030]傳感器電路主要用來(lái)檢測(cè)并輸出數(shù)字溫度信號(hào)，主要由MLX90614傳感器、高壓瓷片電容及瞬態(tài)抑制二極管(TVS管)構(gòu)成。傳感器的3 口輸入+5V電壓為其供電；在使用SMbus輸出模式的情況下分別使用傳感器的2 口和3 口輸出傳感器的數(shù)字信號(hào)及串行時(shí)鐘信號(hào)，因傳感器驅(qū)動(dòng)能力有限，為增加電路的穩(wěn)定性，提高其驅(qū)動(dòng)能力，我們有必要為2、3口連接上拉電阻，其大小由傳輸距離來(lái)具體確定；傳感器的4 口用于接地。
[0031]2.母排溫升信號(hào)的調(diào)理電路
信號(hào)調(diào)理板上包括了信號(hào)調(diào)理電路和中央處理單元，主要作用是接受數(shù)據(jù)采集板傳來(lái)的數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行調(diào)理、隔離、濾波后送入中央處理單元，由STC12C5A60S2單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和補(bǔ)償?shù)炔僮?，并?shí)現(xiàn)與主控板單片機(jī)的通信。
[0032]在后端電路中，數(shù)字溫度信號(hào)通過(guò)雙層屏蔽電纜傳輸，應(yīng)用中將電纜屏蔽層兩端接地，使其能具有較強(qiáng)的抗干擾能力。在通過(guò)TVS管的瞬態(tài)干擾保護(hù)和高壓瓷片電容的高頻干擾濾波信號(hào)進(jìn)入到雙向總線隔離器ADUM1250隔離器件進(jìn)行隔離，隔離的作用是隔斷與外接線路(信號(hào)線、電源線)地電位的連接，以抑制共模干擾。[0033]ADUM1250是一款能實(shí)現(xiàn)雙向信號(hào)隔離的無(wú)鎖存的磁隔離器，支持熱插拔，專門(mén)應(yīng)用于隔離成本敏感的I2C，SMBUS及PMBUS等雙向通信總線。消除了光耦隔離需把雙向信號(hào)分為單獨(dú)的接收或發(fā)送信號(hào)所帶來(lái)的不必要的麻煩，使電路板減少了大量空間。同時(shí)，由于隔離在設(shè)計(jì)上取消了光電耦合器中影響效率的光電傳輸環(huán)節(jié)，因此它的功耗僅為光電耦合器的1/16 —1/10。采用ADuM1250的雙向通信總線隔離電路非常簡(jiǎn)單，相比于光耦的雙向隔離電路，ADuMl250具有體積小，功耗低，外圍電路極其簡(jiǎn)單并且擁有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、時(shí)序精度和瞬態(tài)共模抑制能力等優(yōu)勢(shì)。
[0034]三、環(huán)境溫濕度狀態(tài)的在線提取
1.溫濕度傳感器的選取
本項(xiàng)目采用瑞士 Sensirion推出的SHTxx系列數(shù)字溫濕度傳感器,基于領(lǐng)先世界的CMOS數(shù)字傳感技術(shù)，具有極高的可靠性和卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器電源為5V供電，全量程標(biāo)定，兩線數(shù)字接口，可與單片機(jī)直接相連，大大縮短研發(fā)時(shí)間、簡(jiǎn)化外圍電路并降低費(fèi)用。此外，體積微小、響應(yīng)迅速(<4s)、低能耗(〈I μ W)、可浸沒(méi)、抗干擾能力強(qiáng)、溫濕一體，兼有露點(diǎn)測(cè)量，性價(jià)比高，使該產(chǎn)品能夠適于多種場(chǎng)合的應(yīng)用。
[0035]2.溫濕度傳感器的測(cè)量原理
本系統(tǒng)通過(guò)溫升信號(hào)調(diào)理板直接控制SHT11，將得到的溫度濕度數(shù)據(jù)通過(guò)I2C總線傳輸?shù)秸{(diào)理單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再經(jīng)串口通信將處理后的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度濕度數(shù)據(jù)的保存，分析處理。單片機(jī)和SHTll數(shù)據(jù)采集部分，兩者采用I2C接口。
[0036]四、開(kāi)關(guān)量的在線提取
監(jiān)測(cè)的開(kāi)關(guān)量輸入狀態(tài)主要有接地開(kāi)關(guān)分合位置、斷路器分合位置、手推車位置和隔離開(kāi)關(guān)位置。開(kāi)關(guān)量的在線監(jiān)測(cè)可以快速準(zhǔn)確的反應(yīng)開(kāi)關(guān)柜中開(kāi)關(guān)的分/合狀態(tài)，為技術(shù)人員提供開(kāi)關(guān)狀態(tài)的信號(hào)指示，使技術(shù)人員不致因開(kāi)關(guān)的誤動(dòng)作而產(chǎn)生不應(yīng)有的事故，開(kāi)關(guān)量的提取通過(guò)引出機(jī)械接點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即由開(kāi)關(guān)量輸入模塊的供電電源給不同接點(diǎn)供電，并通過(guò)單片機(jī)開(kāi)關(guān)量輸入口采集機(jī)械接點(diǎn)的電信號(hào)來(lái)判斷各開(kāi)關(guān)的關(guān)合/開(kāi)斷狀態(tài)，開(kāi)入量監(jiān)測(cè)電路原理如圖所示，DI ΙΝ04端與引出的待測(cè)機(jī)械接點(diǎn)相連，開(kāi)入量均采用+24V電源供電，當(dāng)接地開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，即待測(cè)機(jī)械接點(diǎn)閉合，DI ΙΝ04引腳為24V的電平信號(hào)，經(jīng)過(guò)光電耦合器耦合輸出的D104引腳信號(hào)為高電平，而后送入微處理器處理判斷機(jī)械接點(diǎn)的開(kāi)合狀態(tài)，并顯示在液晶管理界面上。
[0037]開(kāi)出量的引出根據(jù)需要執(zhí)行的分合閘操作輸出相應(yīng)的高低電位，經(jīng)過(guò)光耦隔離后觸發(fā)控制繼電器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍電路的控制操作。根據(jù)繼電器驅(qū)動(dòng)能力的不同可以分為信號(hào)繼電器的控制(提供節(jié)點(diǎn)信息)以及分合閘繼電器(控制操作回路動(dòng)作)。繼電器選用日本松下的DSP2a-DC24V。此繼電器有兩個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)，體積小，容量高，靈敏度高，線圈電壓直流24V，2a型時(shí)的最大通斷容量750VA(5A 250V AC)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于12kv固體絕緣開(kāi)關(guān)柜的在線絕緣和溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括智能控制器、泄漏電流檢測(cè)裝置、紅外溫度檢測(cè)裝置、環(huán)境溫濕度檢測(cè)裝置； 所述泄漏電流檢測(cè)裝置:包括引流環(huán)、信號(hào)處理器，所述引流環(huán)設(shè)置在開(kāi)關(guān)柜絕緣拉桿和信號(hào)處理器之間，信號(hào)處理器后端連接智能控制器； 所述紅外溫度檢測(cè)裝置:包括紅外溫度傳感器MLX90614和調(diào)理電路，安裝在母排的前端，所述紅外溫度檢測(cè)裝置和母排之間設(shè)有凸透鏡； 所述環(huán)境濕度檢測(cè)裝置:包括SHTxx數(shù)字溫濕度傳感器，將得到的溫度濕度數(shù)據(jù)通過(guò)I2C總線傳輸?shù)秸{(diào)理單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再經(jīng)串口通信將處理后的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度濕度數(shù)據(jù)的保存，分析處理； 所述泄露電流檢測(cè)裝置、紅外溫度檢測(cè)裝置、環(huán)境溫濕度檢測(cè)裝置檢測(cè)的數(shù)據(jù)均傳輸至智能控制器處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于12kV固體絕緣開(kāi)關(guān)柜的在線絕緣和溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)柜絕緣拉桿的泄漏電流引出線選用單芯同軸屏蔽電線，屏蔽電纜中心線直連引流環(huán)并固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于12kV固體絕緣開(kāi)關(guān)柜的在線絕緣和溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)置電流互感器隔離開(kāi)關(guān)柜高低電位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于12kV固體絕緣開(kāi)關(guān)柜的在線絕緣和溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)處理器包括電流/電壓轉(zhuǎn)換器、信號(hào)放大器、信號(hào)濾波器和多路開(kāi)關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于12kV固體絕緣開(kāi)關(guān)柜的在線絕緣和溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述紅外溫度檢測(cè)裝置由 MLX90614傳感器、高壓瓷片電容及瞬態(tài)抑制二極管構(gòu)成，傳感器的3 口輸入+5V電壓為其供電；在使用SMbus輸出模式的情況下分別使用傳感器的2 口和3 口輸出傳感器的數(shù)字信號(hào)及串行時(shí)鐘信號(hào)；2、3 口連接上拉電阻，傳感器的4口用于接地。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK103900636SQ201410098420
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】谷昌瑞, 彭桂林 申請(qǐng)人:揚(yáng)州科宇電力有限公司