一種高壓gis在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高壓GIS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括傳感器、機(jī)械狀態(tài)采集模塊、溫度狀態(tài)采集模塊、隔離模塊、主控模塊、通訊模塊及為各個(gè)模塊進(jìn)行供電的電源模塊；所述傳感器包括霍爾電流傳感器、光電編碼器和紅外溫度傳感器；所述機(jī)械狀態(tài)采集模塊包括依次相連的放大電路、濾波電路和AD轉(zhuǎn)換電路；所述溫度狀態(tài)采集模塊包括輸入保護(hù)電路與I?IC總線電路；所述隔離模塊包括數(shù)字隔離芯片和磁耦隔離芯片；所述主控模塊與隔離模塊相連，主控模塊接收經(jīng)隔離模塊隔離后的信號(hào)，所述主控模塊通過通訊模塊與上位機(jī)通信連接；所述電源模塊為高壓GIS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供電。
【專利說明】—種高壓GIS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力開關(guān)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種高壓GIS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。【背景技術(shù)】
[0002]GIS是氣體絕緣金屬封閉組合電器，是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，如果在運(yùn)行過程中發(fā)生故障又得不到及時(shí)處理，可能給電網(wǎng)運(yùn)行帶來嚴(yán)重的危害。因此GIS，尤其是高壓GIS運(yùn)行的可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，增加高壓GIS的故障檢測(cè)手段，對(duì)發(fā)現(xiàn)潛在故障、降低電力系統(tǒng)運(yùn)行成本、提高電力系統(tǒng)安全性和可靠性具有非常重要的意義。近年來隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的繁榮發(fā)展，電力系統(tǒng)容量與能量的需求隨之增加，對(duì)電力系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性提出了越來越高的要求。以高壓GIS為例，近十年的統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，每次高壓開關(guān)設(shè)備事故平均損失電量達(dá)數(shù)百萬千瓦，它所導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失為其本身價(jià)格的數(shù)千倍甚至數(shù)萬倍。因此，從安全生產(chǎn)的角度來講，電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定至關(guān)重要。
[0003]對(duì)斷路器而言，操動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械性能的失效和電氣控制回路、輔助回路的故障往往會(huì)引起嚴(yán)重的機(jī)械故障。為避免斷路器出現(xiàn)拒動(dòng)和誤動(dòng)等嚴(yán)重機(jī)械故障，通常以在線的方式對(duì)開關(guān)設(shè)備的機(jī)械性能進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在高壓GIS運(yùn)行過程中，機(jī)械振動(dòng)、觸頭燒蝕等原因都可能造成母線連接處溫度升高引起氧化，使接觸電阻進(jìn)一步增加，溫度進(jìn)一步上升，進(jìn)而出現(xiàn)局部熔焊或產(chǎn)生火花甚至電弧放電，殃及周圍絕緣材料，可能導(dǎo)致設(shè)備絕緣出現(xiàn)放大性破壞，設(shè)備出現(xiàn)故障。因此，對(duì)電力設(shè)備的溫度特性進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，是避免重大故障發(fā)生以及控制故障惡化的有效手段。
[0004]電力設(shè)備機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品工作的環(huán)境一般都是強(qiáng)電磁干擾環(huán)境，監(jiān)測(cè)信號(hào)極易受到干擾，導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確，甚至誤報(bào)警、誤動(dòng)作的情況發(fā)生。本發(fā)明所涉及的高壓GIS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從抗電磁干擾的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了有效的信號(hào)調(diào)理電路，并采用了數(shù)字隔離芯片與磁耦隔離芯片，降低了電磁干擾對(duì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的影響。電力系統(tǒng)中電力設(shè)備的型號(hào)、電壓等級(jí)、參數(shù)種類非常多，不同的設(shè)備有不同的監(jiān)測(cè)要求，現(xiàn)在市場(chǎng)上的在線監(jiān)測(cè)產(chǎn)品大多只針對(duì)某種型號(hào)產(chǎn)品適用，且功能有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種高壓GIS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0006]一種高壓GIS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:傳感器、機(jī)械狀態(tài)采集模塊、溫度狀態(tài)采集模塊、隔離模塊、主控模塊、通訊模塊及為各個(gè)模塊進(jìn)行供電的電源模塊，其特征在于:
[0007](I)所述傳感器
[0008]采集高壓GIS控制回路分、合閘線圈電流，以及采集儲(chǔ)能電機(jī)電流的霍爾電流傳感器；
[0009]采集高壓GIS主軸角位移信號(hào)的增量式光電編碼器；
[0010]采集高壓GIS母線連接處溫度信號(hào)的紅外溫度傳感器；[0011]所述霍爾電流傳感器、光電編碼器分別進(jìn)一步連接所述機(jī)械狀態(tài)采集模塊；所述機(jī)械狀態(tài)采集模塊包括依次相連的放大電路、濾波電路和AD轉(zhuǎn)換電路，用于將采集的信號(hào)經(jīng)放大、濾波、AD轉(zhuǎn)換后以數(shù)字信號(hào)的形式通過所述隔離模塊以隔離輸出的方式輸出給所述主控模塊；
[0012]所述紅外溫度傳感器進(jìn)一步連接所述溫度狀態(tài)采集模塊；所述溫度狀態(tài)采集模塊包括I IC總線電路與輸入保護(hù)電路，其中紅外溫度傳感器與I IC總線電路相連，用于將溫度數(shù)據(jù)通過所述隔離模塊以隔離輸出的方式輸出給所述主控模塊；輸入保護(hù)模塊對(duì)進(jìn)入溫度狀態(tài)采集模塊的高電壓與干擾脈沖進(jìn)行吸收，保護(hù)后端電路各個(gè)模塊免受過電壓沖擊；
[0013](2)所述主控模塊
[0014]接收經(jīng)隔離模塊隔離后的信號(hào)，并通過通訊模塊進(jìn)一步將采集到的信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)和液晶屏。
[0015]優(yōu)選的，所述主控模塊包括定時(shí)器，所述主控模塊以通過定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)編碼器模式以接收隔離后的光電編碼器信號(hào)。
[0016]優(yōu)選的，所述放大電路選用儀表運(yùn)算放大器，通過放大電阻阻值的選擇達(dá)到不同的放大要求，且在運(yùn)放的同相輸入端和反向輸入端之間連接一個(gè)瞬態(tài)抑制二極管，抑制浪涌，保護(hù)后級(jí)電路。
[0017]所述濾波電路通過運(yùn)算放大器構(gòu)建Sallen-Key結(jié)構(gòu)的四階巴特沃斯低通濾波器，去除信號(hào)頻帶中的無用部分和噪聲，保留有用的信號(hào)；。
[0018]所述機(jī)械狀態(tài)采集模塊進(jìn)一步包括絕對(duì)值電路，其用于對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行絕對(duì)值處理，所述絕對(duì)值電路采用運(yùn)算放大器來構(gòu)成絕對(duì)值電路。
[0019]優(yōu)選的，所述輸入保護(hù)電路包括高壓瓷片電容與瞬態(tài)電壓抑制器。
[0020]優(yōu)選的，所述主控模塊使用基于ARM的STM32F407系列微控制器，運(yùn)行RT-Thread嵌入式操作系統(tǒng)且所述在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用多線程處理多路信號(hào)。
[0021 ] 所述通訊模塊包括RS485接口、CAN總線接口、FSMC接口。
[0022]優(yōu)選的，所述隔離模塊包括數(shù)字隔離芯片與磁耦隔離芯片，數(shù)字隔離芯片輸入端連接機(jī)械狀態(tài)采集模塊，磁耦隔離芯片輸入端連接溫度狀態(tài)采集模塊。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:由于采用了非接觸測(cè)量方法，以及數(shù)字隔離與磁耦隔離，使得系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，由于采用了濾波電路和高精度AD使得測(cè)量精度提高，由于采用了嵌入式系統(tǒng)和多線程技術(shù)，使得處理速度提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明為一種高壓GIS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括傳感器、機(jī)械狀態(tài)采集模塊、溫度狀態(tài)采集模塊、隔離模塊、主控模塊、通訊模塊，以及電源模塊。下面分別對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)介紹。
[0027]所述傳感器包括霍爾電流傳感器，光電編碼器，紅外溫度傳感器。[0028]GIS的控制回路通過分、合閘線圈電流來控制斷路器的分合，電流的大小、波形能夠反映斷路器的機(jī)械狀態(tài)是否正常，使用霍爾電流傳感器采集電流信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量，響應(yīng)快，測(cè)量精度高。
[0029]光電編碼器安裝在GIS斷路器主軸上，采集主軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的信號(hào)，利用光柵衍射原理實(shí)現(xiàn)位移-數(shù)字變換，通過光電轉(zhuǎn)換，將主軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)字量。
[0030]紅外溫度傳感器用于測(cè)量GIS母線連接處的溫升，是非接觸式測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)高低壓隔離。
[0031 ] 機(jī)械狀態(tài)采集模塊包括依次相連的放大電路、濾波電路和AD轉(zhuǎn)換電路，放大電路選用儀表運(yùn)算放大器，通過放大電阻阻值的選擇達(dá)到不同的放大要求。在運(yùn)放的同相輸入端和反向輸入端之間連接一個(gè)瞬態(tài)抑制二極管，抑制浪涌，保護(hù)后級(jí)電路。濾波電路通過運(yùn)算放大器構(gòu)建Sallen-Key結(jié)構(gòu)的四階巴特沃斯低通濾波器，去除信號(hào)頻帶中的無用部分和噪聲，保留有用的信號(hào)。濾波后對(duì)信號(hào)進(jìn)行絕對(duì)值處理，使用運(yùn)算放大器構(gòu)成絕對(duì)值電路，滿足后級(jí)電路模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的要求。
[0032]AD轉(zhuǎn)換模塊將經(jīng)過放大濾波后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，AD轉(zhuǎn)換模塊可以使用多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC128S102，ADC128S102的串行數(shù)據(jù)輸出兼容SPI，QSPI，MICROff-1RE等標(biāo)準(zhǔn)。主控芯片支持采用這些標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸，這樣就可以方便的將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳輸給主控芯片。
[0033]溫度狀態(tài)采集模塊包括IIC總線電路與輸入保護(hù)電路，紅外溫度傳感器與IIC總線電路相連，發(fā)送溫度數(shù)據(jù)。輸入保護(hù)模塊對(duì)進(jìn)入模塊的高電壓與干擾脈沖等進(jìn)行吸收，保護(hù)后端電路各個(gè)模塊免受過電壓沖擊，使被保護(hù)模塊能夠安全的、穩(wěn)定的工作，例如可以采用高壓瓷片電容與瞬態(tài)電壓抑制器，通過高壓瓷片電容濾除信號(hào)中的干擾脈沖，通過瞬態(tài)電壓抑制器抑制高電壓以保護(hù)后續(xù)電路。
[0034]隔離模塊包括數(shù)字隔離芯片與磁耦隔離芯片，數(shù)字隔離芯片輸入端連接機(jī)械狀態(tài)采集模塊，磁耦隔離芯片輸入端連接溫度狀態(tài)采集模塊，可以破壞干擾途徑、切斷干擾耦合通道，使信號(hào)更加可靠。兩個(gè)隔離芯片的輸出端都連接主控芯片。采取以上抗干擾措施，本發(fā)明所涉及的電力設(shè)備機(jī)械狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)模塊電路通過了電磁兼容4級(jí)測(cè)試。
[0035]主控模塊與隔離模塊相連，主控模塊接收隔離后的信號(hào)。主控模塊使用基于ARM的STM32F407系列微控制器，運(yùn)行RT-Thread嵌入式操作系統(tǒng)，采用多線程處理各路信號(hào)，系統(tǒng)響應(yīng)快，實(shí)時(shí)性好。主控模塊包括定時(shí)器，配置為編碼器模式，接收隔離后的光電編碼器信號(hào)。
[0036]通訊模塊包括RS485接口、CAN總線接口。主控模塊通過通訊模塊可與上位機(jī)通信連接，可上傳溫度參數(shù)、機(jī)械參數(shù)、錄波等信息，上位機(jī)也可以通過CAN總線或RS485接口向下位機(jī)發(fā)送指令，例如可以向主控模塊下發(fā)參數(shù)設(shè)置命令、對(duì)時(shí)或修改主控模塊內(nèi)的程序等。
[0037]可選的，所述主控模塊通過通訊模塊與液晶屏相連，液晶顯示屏可以實(shí)時(shí)的顯示采集到的溫度或機(jī)械狀態(tài)信息?？蛇x的，主控模塊通過FSMC將監(jiān)測(cè)過程中的各種參數(shù)存儲(chǔ)于外部的存儲(chǔ)器內(nèi)，例如可以是非易失性存儲(chǔ)器，這樣當(dāng)主控模塊失電后系統(tǒng)所存儲(chǔ)的關(guān)鍵參數(shù)或程序也不會(huì)丟失。
[0038]綜上所述，本發(fā)明所述的高壓GIS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn):(I)采用了高精度傳感器和完善的信號(hào)采集裝置，精度高，可靠性好；(2)使用高性能微控制器并運(yùn)行多線程操作系統(tǒng)，響應(yīng)快，實(shí)時(shí)性好；⑶采用霍爾電流傳感器，非接觸式紅外溫度傳感器，并在電路中增加了隔離芯片，高低壓側(cè)沒有直接的電氣連接，兩側(cè)相互獨(dú)立，高低壓側(cè)隔離性好；
(4)抗電磁干擾能力強(qiáng)，采用軟硬件相結(jié)合的方式消除電磁干擾；(5)豐富的接口，可連接上位機(jī)、液晶顯示屏；(6) (7)可根據(jù)不同需求修改功能，滿足不同設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)需求。總而言之，本發(fā)明所述的裝置適用性廣，測(cè)量精確度高，測(cè)量范圍廣，高低壓側(cè)隔離性好，抗電磁干擾能力強(qiáng)，容易實(shí)現(xiàn)，適合于工程實(shí)際應(yīng)用。
[0039]本文中對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上說明僅用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種高壓Gis在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:傳感器、機(jī)械狀態(tài)采集模塊、溫度狀態(tài)采集模塊、隔離模塊、主控模塊、通訊模塊及為各個(gè)模塊進(jìn)行供電的電源模塊，其特征在于: (1)所述傳感器 采集高壓Gis控制回路分、合閘線圈電流，以及采集儲(chǔ)能電機(jī)電流的霍爾電流傳感器； 采集高壓GIS主軸角位移信號(hào)的增量式光電編碼器； 采集高壓GIS母線連接處溫度信號(hào)的紅外溫度傳感器； 所述霍爾電流傳感器、光電編碼器分別進(jìn)一步連接所述機(jī)械狀態(tài)采集模塊；所述機(jī)械狀態(tài)采集模塊包括依次相連的放大電路、濾波電路和AD轉(zhuǎn)換電路，用于將采集的信號(hào)經(jīng)放大、濾波、AD轉(zhuǎn)換后以數(shù)字信號(hào)的形式通過所述隔離模塊以隔離輸出的方式輸出給所述主控模塊； 所述紅外溫度傳感器進(jìn)一步連接所述溫度狀態(tài)采集模塊；所述溫度狀態(tài)采集模塊包括I IC總線電路與輸入保護(hù)電路，其中紅外溫度傳感器與I IC總線電路相連，用于將溫度數(shù)據(jù)通過所述隔離模塊以隔離輸出的方式輸出給所述主控模塊；輸入保護(hù)模塊對(duì)進(jìn)入溫度狀態(tài)采集模塊的高電壓與干擾脈沖進(jìn)行吸收，保護(hù)后端電路各個(gè)模塊免受過電壓沖擊； (2)所述主控模塊 接收經(jīng)隔離模塊隔離后的信號(hào)，并通過通訊模塊進(jìn)一步將采集到的信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)和液晶屏。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓GIS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于: 所述主控模塊包括定時(shí)器，所述主控模塊通過定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)編碼器模式接收隔離后的光電編碼器信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓GIS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于: 所述放大電路選用儀表運(yùn)算放大器，通過放大電阻阻值的選擇達(dá)到不同的放大要求，且在運(yùn)放的同相輸入端和反向輸入端之間連接一個(gè)瞬態(tài)抑制二極管，抑制浪涌，保護(hù)后級(jí)電路； 所述濾波電路通過運(yùn)算放大器構(gòu)建Sallen-Key結(jié)構(gòu)的四階巴特沃斯低通濾波器，去除信號(hào)頻帶中的無用部分和噪聲，保留有用的信號(hào)； 所述機(jī)械狀態(tài)采集模塊進(jìn)一步包括絕對(duì)值電路，用于對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行絕對(duì)值處理，所述絕對(duì)值電路采用運(yùn)算放大器來構(gòu)成絕對(duì)值電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓GIS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于: 優(yōu)選的，所述輸入保護(hù)電路包括高壓瓷片電容與瞬態(tài)電壓抑制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓GIS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于: 所述主控模塊使用基于ARM的STM32F407系列型號(hào)的微控制器，運(yùn)行RT-Thread嵌入式操作系統(tǒng)且所述在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用多線程處理多路信號(hào)； 所述通訊模塊包括RS485接口、CAN總線接口、FSMC接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓GIS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于: 所述隔離模塊包括數(shù)字隔離芯片與磁耦隔離芯片，數(shù)字隔離芯片輸入端連接機(jī)械狀態(tài)采集模塊，磁耦隔離芯片輸入端連接溫度狀態(tài)采集模塊。
【文檔編號(hào)】G01R31/327GK104020411SQ201410264055
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】郝爽, 王小華, 李錫, 榮命哲, 任宏達(dá), 李銳海, 陳曉國(guó), 劉定新 申請(qǐng)人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 西安交通大學(xué)