一種高壓斷路器機械特性狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高壓斷路器機械特性狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括若干設置在高壓斷路器端的數(shù)據(jù)采集單元、監(jiān)測執(zhí)行單元和遠程服務器：數(shù)據(jù)殘疾單元包括電流傳感器、電壓傳感器、位移傳感器和帶有高速高精度模擬量、數(shù)字量輸入和輸出功能的電路控制板，電流傳感器、電壓傳感器、位移傳感器與電路控制板連接；監(jiān)控執(zhí)行單元包括數(shù)據(jù)存儲模塊、顯示終端、FPGA處理器和通訊模塊，電路控制板與FPGA處理器連接，F(xiàn)PGA處理器同時與數(shù)據(jù)存儲模塊、顯示終端、通訊模塊連接；若干監(jiān)控執(zhí)行單元通過通訊模塊與遠程服務器連接。本發(fā)明的高壓斷路器機械特性狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)具有實時性強、準確度高、抗干擾能力強、可靠性高和成本低廉的特點。
【專利說明】
一種高壓斷路器機械特性狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及斷路器機械特性狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)技術領域，具體是指一種高壓斷路器機械特性狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著我國電力事業(yè)的迅速發(fā)展和電力自動化系統(tǒng)的突飛猛進，電力系統(tǒng)供電設備的定期檢修工作越來越不適應電力生產(chǎn)實際的需要。實行設備狀態(tài)在線監(jiān)測逐漸引入了電力系統(tǒng)生產(chǎn)研究領域。
[0003]斷路器是電力系統(tǒng)的重要執(zhí)行元件，是僅次于發(fā)電機和變壓器的大型電力設備，正常運行時它完成倒換運行操作，把設備或線路接入電網(wǎng)或退出運行，起運行控制作用；當設備和線路發(fā)生故障時能快速切斷故障線路，保證無故障部分正常運行，起運行保護作用。但是，斷路器也是集故障、檢修、參數(shù)測量頻次最多的一種重要電力設備，運行過程中有很高的故障率，易引起電網(wǎng)事故，造成較大的經(jīng)濟損失，因此對其可靠性提出了非常高的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種高壓斷路器機械特性狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，對高壓斷路器的異常進行實時預警，具有實時性強、準確度高、抗干擾能力強、可靠性高和成本低廉的特點。
[0005]本發(fā)明可以通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0006]本發(fā)明公開了一種高壓斷路器機械特性狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括若干設置在高壓斷路器端的數(shù)據(jù)采集單元、監(jiān)測執(zhí)行單元和遠程服務器:所述數(shù)據(jù)殘疾單元包括電流傳感器、電壓傳感器、位移傳感器和帶有高速高精度模擬量、數(shù)字量輸入和輸出功能的電路控制板，所述電流傳感器、電壓傳感器、位移傳感器與所述電路控制板連接;所述監(jiān)控執(zhí)行單元包括數(shù)據(jù)存儲模塊、顯示終端、FPGA處理器和通訊模塊，所述電路控制板與所述FPGA處理器連接，所述FPGA處理器同時與數(shù)據(jù)存儲模塊、顯示終端、通訊模塊連接;所述若干監(jiān)控執(zhí)行單元通過所述通訊模塊與遠程服務器連接。
[0007]進一步地，所述電流傳感器、電壓傳感器、位移傳感器設置在高壓斷路器的每相線路中。
[0008]進一步地，所述電流傳感器為安裝在開關執(zhí)行機構的線圈側的驅動信號電流互感器。
[0009]進一步地，所述電壓傳感器為安裝在開關的站端側和線路側的電壓互感器。
[0010]進一步地，所述位移傳感器為安裝在開關上的開關行程信號傳感器。
[0011 ]進一步地，所述通訊模塊為基于Internet的以太通訊網(wǎng)絡或基于無線信號傳輸?shù)囊苿油ㄓ嵕W(wǎng)絡。
[0012]進一步地，所述顯示終端為LED顯示屏或LED顯示屏。
[0013]進一步地，所述電流傳感器還包括設置在儲能電機的驅動信號電流互感器。
[0014]本發(fā)明一種高壓斷路器機械特性狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，具有如下的有益效果:
[0015]第一、實時性強，與離線式測量設備相比，在線式測量更加容易對被測量設備建立起一個專家數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)庫分析實時對設備狀態(tài)及老化程度進行分析，特別是偶發(fā)性異常狀態(tài)的監(jiān)測，及時預警；
[0016]第二、準確度高，在線式測量設備所有的測量信號來源于實際的工作負載，比離線式設備的模擬負載能更加真實的反應測試設備的運行狀態(tài)，提高測量準確度；
[0017]第三、抗干擾能力強，綜合考慮在線式設備的所處的高壓，強輻射等環(huán)境因素的影響，輸入與輸出信號全部采用高速光電隔離的方式來設計，采用高可靠性FPGA處理器來完成數(shù)據(jù)的采集于分析；
[0018]第四、可靠性高，所述在線監(jiān)測系統(tǒng)同時采集電流、電壓和唯一信號對斷路器的狀態(tài)進行異常監(jiān)控，采集數(shù)據(jù)源廣，異常監(jiān)測結果準確，有效避免預警的錯誤，提高了系統(tǒng)的可靠性；
[0019]第五、成本低廉，整個在線監(jiān)控系統(tǒng)采用遠程服務器同時連接若干個監(jiān)控執(zhí)行單元和數(shù)據(jù)采集單元，采用通訊方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互監(jiān)控預警，有效減少人力物力的損耗，有效降低了高壓斷路器的維護成本。
【附圖說明】
[0020]附圖1為本發(fā)明一種高壓斷路器機械特性狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的原理框圖。
【具體實施方式】
[0021]為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合實施例及附圖對本發(fā)明產(chǎn)品作進一步詳細的說明。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明公開了本發(fā)明公開了一種高壓斷路器機械特性狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括若干設置在高壓斷路器端的數(shù)據(jù)采集單元、監(jiān)測執(zhí)行單元和遠程服務器:所述數(shù)據(jù)殘疾單元包括電流傳感器、電壓傳感器、位移傳感器和帶有高速高精度模擬量、數(shù)字量輸入和輸出功能的電路控制板，所述電流傳感器、電壓傳感器、位移傳感器與所述電路控制板連接;所述監(jiān)控執(zhí)行單元包括數(shù)據(jù)存儲模塊、顯示終端、FPGA處理器和通訊模塊，所述電路控制板與所述FPGA處理器連接，所述FPGA處理器同時與數(shù)據(jù)存儲模塊、顯示終端、通訊模塊連接;所述若干監(jiān)控執(zhí)行單元通過所述通訊模塊與遠程服務器連接。所述電流傳感器、電壓傳感器、位移傳感器設置在高壓斷路器的每相線路中。所述電流傳感器為安裝在開關執(zhí)行機構的線圈側的驅動信號電流互感器。所述電壓傳感器為安裝在開關的站端側和線路側的電壓互感器。所述位移傳感器為安裝在開關上的開關行程信號傳感器。所述通訊模塊為基于Internet的以太通訊網(wǎng)絡或基于無線信號傳輸?shù)囊苿油ㄓ嵕W(wǎng)絡。所述顯示終端為LED顯示屏或LED顯示屏。所述電流傳感器還包括設置在儲能電機的驅動信號電流互感器。
[0023]在具體功能上，數(shù)據(jù)采集單元、監(jiān)測執(zhí)行單元和遠程服務器具有如下作用:
[0024]數(shù)據(jù)采集單元是整個監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源，數(shù)據(jù)采集單元的性能直接決定了整個監(jiān)測系統(tǒng)的性能。
[0025]監(jiān)測執(zhí)行單元是現(xiàn)場側的監(jiān)測執(zhí)行設備，每臺高壓斷路器配置一臺數(shù)據(jù)采集單元。監(jiān)測執(zhí)行單元采集來自數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)，存儲數(shù)據(jù)并實時以直觀的方式顯示在顯示終端上，分析采樣的特性信號，實時與特征數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行比對分析，當數(shù)據(jù)存在突發(fā)異常時能夠快速處置，并對各種特性數(shù)據(jù)的趨勢進行分析，當特性趨勢超出設定的范圍時及時預警。同時該監(jiān)測執(zhí)行單元起著也起著通訊橋梁的作用，負責把各類原始數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程服務器進行進一步數(shù)據(jù)處理，接收來自遠程服務器的控制命令。
[0026]遠程服務器是整個監(jiān)控系統(tǒng)的大腦所在，一套遠程服務器可以與多個監(jiān)測執(zhí)行單元連接，同時管理多個監(jiān)測執(zhí)行單元。來自各個數(shù)據(jù)采集單元不同型號的高壓斷路器的機械特性數(shù)據(jù)匯集與此，形成完整的專家數(shù)據(jù)庫分析模塊。通過該遠程服務器操控人員也可以實時下達操控命令給各個監(jiān)測執(zhí)行單元，實現(xiàn)人機互動。
[0027]在實際的應用過程中，本監(jiān)測系統(tǒng)主要功能是對高壓斷路器開關特性進行實時分析，監(jiān)控各類突發(fā)事件，對斷路器的開關特性趨勢提供一個合理的預判標準，主要對以下幾個特性來分析:
[0028]a)對斷路器各相的分合閘速度、分合閘時間、三相過沖等進行自動分析；
[0029]b)自動標注斷路器主要運行參數(shù)；
[0030]c)監(jiān)測操作線圈電流，繪制電流-時間曲線，可有效地分析判斷操動機構的狀態(tài)，通過對線圈電流的監(jiān)測可以了解斷路器操動機構的情況，根據(jù)測得的電流波形計算操動機構啟動時間、線圈通電時間等。根據(jù)斷路器自身參數(shù)范圍，比較判斷操動機構是否出現(xiàn)鐵芯空行程、彈簧卡澀、匝間短路等故障；
[0031]d)可以監(jiān)測斷路器儲能狀態(tài)，對于液壓機構還可以記錄儲能次數(shù)、儲能時間以及儲能頻率，分合閘、儲能電機電流傳感器。
[0032]與離線式測量設備相比，本發(fā)明所述在線式監(jiān)控系統(tǒng)可以利用真實的系統(tǒng)負載為高壓斷路器提供一個連續(xù)的監(jiān)測服務，采用真實的環(huán)境能夠更加清晰的反應開關在高壓狀態(tài)下的實際工作狀態(tài)。
[0033]就本發(fā)明所述監(jiān)控系統(tǒng)而言，其基本原理為:以每個高壓斷路器的單相為例，在開關的站端側和線路側各安裝一套電流電壓互感器，實時監(jiān)控開關兩側電路的負荷狀況，在開關執(zhí)行機構的線圈側安裝驅動信號電流互感器，監(jiān)控驅動信號的狀態(tài)，同時在開關上安裝開關行程信號傳感器用于監(jiān)控開關光行程數(shù)據(jù)。系統(tǒng)上電就緒后處于運行狀態(tài)，開關動作及開關特性處于監(jiān)控狀態(tài)。
[0034]在監(jiān)控系統(tǒng)的具體運行過程中，開關特性監(jiān)控功能從功能上來劃分可以分為四種功能監(jiān)控:
[0035]第一.緊急異常特性分析
[0036]緊急異常特性分析是指開關處于正常(即開關閉合)工作狀態(tài)時的開關異常特性分析，數(shù)據(jù)采集單元實時監(jiān)控電壓電流傳感器，行程傳感器以及執(zhí)行機構電流傳感器的工作狀態(tài)，實時對開關兩側的電壓電流的突變監(jiān)控提供報警信息，記錄開關是否存在偷跳等現(xiàn)象。
[0037]第二、靜態(tài)特性分析
[0038]靜態(tài)特性分析是指開關處于正常(即開關閉合)工作狀態(tài)時的觸點接觸特性分析，此時主要分析指的是開關導通時觸電的接觸情況。電壓電流互感器實時監(jiān)控開關兩側的負載狀況以及執(zhí)行機構的信號狀況，通過數(shù)據(jù)采集單元采集這幾個信號繪制實時曲線圖，高速計算單元實時分析數(shù)據(jù)頻譜圖判斷是否由于開關觸點存在缺陷，比如觸點接觸不良而照成異常的電壓電流波形等
[0039]第三、動態(tài)特性分析
[0040]動態(tài)特性分析是指開關處于開啟或閉合工作狀態(tài)時的特性分析，此時主要分析行程、平均速度、剛分、剛和速度、儲能狀態(tài)、分和閘電流、三項同期、彈跳次數(shù)及時間等參數(shù)，這部分工作主要是在數(shù)據(jù)終端上完成。
[0041 ]在具體事項過程中，行程分析邏輯分析程序為:
[0042]數(shù)據(jù)采集單元上電就緒后，高速采集來自行程傳感器的信號，當高壓開關執(zhí)行機構得到動作指令后，開始動作，此時行程分析程序開始動作記錄下動作前行程位置，穩(wěn)定后行程位置，以及超行程位置等信息。
[0043]電壓電流記錄程序邏輯分析:
[0044]數(shù)據(jù)采集單元上電就緒后，高速采集來自電壓電流傳感器的信號，以開關執(zhí)行機構的電流傳感器為參考點，記錄下連續(xù)的電壓/時間時域信號，電流/時間時域信號
[0045]時間記錄程序邏輯分析:
[0046]數(shù)據(jù)采集單元上電就緒后，數(shù)據(jù)采集單元處于就緒狀態(tài)，數(shù)據(jù)采集單元監(jiān)測到電流，電壓及行程信號傳感器動作后，數(shù)據(jù)采集單元處于工作狀態(tài)，記錄下分閘，合閘等動作時間，以備下一步用，時間精度為lus。
[0047]參數(shù)計算程序邏輯分析:
[0048]根據(jù)采集到的電壓，電流以及行程信號，計算子程序可以判斷出該斷路器是處于合閘，還是分閘過程。通過行程傳感器可以分析計算斷路器的和分閘過程中的總行程，開距，超程等參數(shù)。通過時間記錄程序可以分析計算斷路器的和分閘時間，彈跳時間等時間參數(shù)。通過已記錄的和分閘行程與和分閘時間的關系利用公式:V0 = AS/AT(1)即可計算各個速度參數(shù)。通過記錄斷路器兩側電流電壓傳感器信號可以記錄開關彈跳次數(shù)等參數(shù)。
[0049]第四.開關趨勢特性分析開關特性分析是指在上述實時分析的基礎上，通過一定的數(shù)據(jù)的累積以及原始的經(jīng)驗數(shù)據(jù)得到的專家數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，這部分工作主要是在遠程服務器中實現(xiàn)。通過實時分析開關的特性狀態(tài)，對開關特性變化的情況設定一個限值，當系統(tǒng)檢測到開關特性超過這個設定值時，系統(tǒng)提出一個提示性信息，提醒用戶可能存在的安全隱患，避免事故的進一步擴大，減少損失
[0050]以上，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制;凡本行業(yè)的普通技術人員均可按說明書附圖所示和以上而順暢地實施本發(fā)明；但是，凡熟悉本專業(yè)的技術人員在不脫離本發(fā)明技術方案范圍內(nèi)，可利用以上所揭示的技術內(nèi)容而作出的些許更動、修飾與演變的等同變化，均為本發(fā)明的等效實施例；同時，凡依據(jù)本發(fā)明的實質技術對以上實施例所作的任何等同變化的更動、修飾與演變等，均仍屬于本發(fā)明的技術方案的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種高壓斷路器機械特性狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包括若干設置在高壓斷路器端的數(shù)據(jù)采集單元、監(jiān)測執(zhí)行單元和遠程服務器: 所述數(shù)據(jù)殘疾單元包括電流傳感器、電壓傳感器、位移傳感器和帶有高速高精度模擬量、數(shù)字量輸入和輸出功能的電路控制板，所述電流傳感器、電壓傳感器、位移傳感器與所述電路控制板連接； 所述監(jiān)控執(zhí)行單元包括數(shù)據(jù)存儲模塊、顯示終端、FPGA處理器和通訊模塊，所述電路控制板與所述FPGA處理器連接，所述FPGA處理器同時與數(shù)據(jù)存儲模塊、顯示終端、通訊模塊連接； 所述若干監(jiān)控執(zhí)行單元通過所述通訊模塊與遠程服務器連接。2.根據(jù)權利要求1的高壓斷路器機械特性狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述電流傳感器、電壓傳感器、位移傳感器設置在高壓斷路器的每相線路中。3.根據(jù)權利要求2的高壓斷路器機械特性狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述電流傳感器為安裝在開關執(zhí)行機構的線圈側的驅動信號電流互感器。4.根據(jù)權利要求3的高壓斷路器機械特性狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述電壓傳感器為安裝在開關的站端側和線路側的電壓互感器。5.根據(jù)權利要求4的高壓斷路器機械特性狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述位移傳感器為安裝在開關上的開關行程信號傳感器。6.根據(jù)權利要求5的高壓斷路器機械特性狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述通訊模塊為基于Internet的以太通訊網(wǎng)絡或基于無線信號傳輸?shù)囊苿油ㄓ嵕W(wǎng)絡。7.根據(jù)權利要求6的高壓斷路器機械特性狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述顯示終端為LED顯示屏或LED顯示屏。8.根據(jù)權利要求7的高壓斷路器機械特性狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述電流傳感器還包括設置在儲能電機的驅動信號電流互感器。
【文檔編號】G01M13/00GK105823983SQ201610298960
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月6日
【發(fā)明人】張傳剛, 李崇巖, 牛忠成, 王成金, 王中華, 賈越博
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)吉林省電力有限公司遼源供電公司, 南京廣創(chuàng)科技有限公司