CN103869239A - 一种高压断路器在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高压断路器在线监测装置，包括传感器模块和高压断路器在线监测单元，高压断路器在线监测单元包括单片机模块、通信模块、人机交互模块、报警模块，单片机模块为一功能模块，集成有数据放大模块、滤波模块、A/D转换模块、微处理器模块、故障诊断模块、接口模块；本发明通过对断路器的分合闸电流及主触头行程机械特性等状态信息进行实时监测，实时给出明确的状态信息，并实现本地数字化、远程网络化、监测与预警自动化，从而提高了断路器运行的可靠性；该装置能够全面、科学、准确的在线监测高压断路器的实时运行状态，并有效避免了强大的电磁干扰，完整、安全地把数据传动至监视终端。

Description

一种高压断路器在线监测装置

技术领域

本发明属于电力行业中断路器在线监测技术领域，尤其涉及一种高压断路器在线监测装置。 

背景技术

今年来，国内一些单位和厂家也在开展断路器机械特性监测和故障诊断方面的工作。1992年吉林电业局曾立项“断路器机械特性的监测”；中国电科院开关研究所1994年已研制成功KZC-1型高压断路器在线监测仪；1995年清华大学高压教研室研制了CBA-1高压断路器机械参数测量分析系统，该系统可以监测合/分闸线圈电流、行程-时间特性曲线及振动信号，此时的研究工作主要是围绕着断路器状态检修进行的。随着研究的深入，都先后生产了自己需要的高压断路器机械特性在线监测装置，不过都存在着只能对其中的一个或几个机械特性参量进行监测的问题，监测结果的适用性和部分项目的监测方法仍然很不理想。总之，从国内现状来看，断路器还没有形成比较完善的在线监测系统。 

传统的高压断路器在线监测装置主要是对断路器机械操作次数、开关累计运行时间等参数的监测，多数监测装置的功能比较单一，仅对一种设备或多种设备的同类参数进行监测，没有很好的将故障诊断技术和在线监测技术结合起来，而分析诊断仅限于超标报警，具体详细的分析诊断基本上由实验员完成，准确性不高，效率低。 

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种高可靠性的高压断路器在线监测装置，并将故障诊断技术与在线监测技术结合起来。 

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高压断路器 在线监测装置，包括传感器模块和高压断路器在线监测单元，传感器模块与高压断路器在线监测单元连接，高压断路器在线监测单元包括单片机模块、通信模块、人机交互模块、报警模块，单片机模块通过通信模块与人机交互模块、报警模块连接，所述单片机模块为一功能模块，集成有数据放大模块、滤波模块、A/D转换模块、微处理器模块、故障诊断模块、接口模块。 

进一步的，所述传感器模块包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器、电流传感器、振动传感器、光电行程传感器、SF6微水传感器、密度传感器中的一种或几种的组合。 

进一步的，所述通信模块包括现场总线，所述现场总线可选为CAN总线、ZigBee或RS-422/485总线。 

进一步的，所述故障诊断模块包括高压断路器智能故障诊断专家系统。 

进一步的，所述人机交互模块包括显示屏、键盘。 

进一步的，所述接口模块可为SPI接口模块、UART接口模块中的一种模块或两种模块的组合。 

本发明具有的优点和积极效果是：本发明通过对断路器SF6、分合闸电流及主触头行程机械特性等状态信息对高压断路器的运行状态进行实时监测、综合判断，以诊断其机械特性及运行状态，实时给出明确的状态信息，并实现本地数字化、远程网络化、监测与预警自动化，从而提高了断路器运行的可靠性；该装置能够全面、科学、准确的在线监测高压断路器的实时运行状态，并有效避免了强大的电磁干扰，完整、安全地把数据传动至监视终端。 

附图说明

图1是高压断路器在线监测单元组图 

图2是单片机模块组图 

图3是高压断路器在线监测原理图 

具体实施方式

本发明提供一种高压断路器在线监测装置，包括传感器模块和高压断路器在线监测单元，传感器模块与高压断路器在线监测单元连接；如图1所示，高压断路器在线监测单元包括单片机模块、通信模块、人机交互模块、报警模块，单片机模块通过通信模块与人机交互模块、报警模块连接；如图2所示，单片机模块为一功能模块，集成有数据放大模块、滤波模块、A/D转换模块、微处理器模块、故障诊断模块、接口模块。 

本实施例中，传感器模块包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器、电流传感器、光电行程传感器、SF6微水传感器、密度传感器；现场总线选择RS-485总线；故障诊断模块安装有高压断路器智能故障诊断专家系统；人机交互模块包括显示屏、键盘，接口模块为SPI接口模块何UART接口模块的组合。 

如图3所示，本实施例中，高压断路器在线监测装置的原理为：传感器模块采集现场信息数据，如温度、压力、湿度等，并将这些现场信息进行放大、滤波，然后通过模数转换模块将现场信息数据转化成单片机模块能够识别的数据，此时微处理器模块对数据进行分析，进而判断设备当前继续工作的风险程度，并将分析结果显示在显示屏上，如果出现异常事件，由报警装置报警，并得出具体的故障原因与位置。该在线监测装置作为Modbus的一个子站，程序运行之初已经开启了串行数据接收中断，以便接收Modbus主站上的取数指令。 

一、本发明的传感器安装原理 

（1）了解断路器工作的详细过程以及其在正常和非正常情况下的表现形式，为数据的判断做好基础； 

（2）了解断路器气室传感器的安装方法及评判标准； 

（3）了解断路器驱动机构的机械构成，并设计出几套灵活的软支架， 在软支架上，通过调节三维位置来布置安装所需传感器。 

二、传感器的信号调理 

（1）完成电流、电压、信号的幅度调整，确保信号能以最大分辨率的状态下被传送到模数转换接口中，同时考虑到这些信号可能会受到严重的干扰，故该部分信号需要做隔离、过滤、过压等保护。 

保护电路原理：由于输入的信号可能会串入高电压信号，这样容易击穿芯片，所以通过限制输入电压或光隔离方法来限制串入高压信号进入电路中，进而保护电路。 

控制系统的抗干扰能力设计原理：让软件运行在一个最平衡状态，进而确保系统不会由于意外的信号而进入一个死循环。 

电源的抗干扰能力设计原理：由于电源输入可能会存在干扰信号，而导致电源控制的回路有问题，所以对采集的输入信号加以限制，把不符合要求的信号过滤掉。 

（2）数据的采集及分析 

根据电路设计AD的采样精度以及满量程时设定的电压，将输入的信号在满足最小分辨率的同时，通过对信号的放大和缩小来提高信号的采样精度； 

内置部分：保证断路器的三相同步采样，并由硬件实现实时分析，将有效数据保存起来，通过多通道多路缓冲技术对设备进行监测，得出基本判断； 

网络接口数据部分：通过RS-485总线完成对SF6微水、密度等数据的采集，通过光纤以太网从MU上所安装的IEC618509-2标准获取一次回路电流； 

数据传输部分：数据的报文结构按照IEC61850规范的要求作为服务器，随时响应站控层的要求，并支持基于ＭＭＳ的文件服务； 

智能化的管理软件部分：通过以太网按照IEC61850规范的要求作为客 户端来获取现场数据，通过高智能化的数据处理以及灵活的数据分析实现准确、及时的报警；通过文件服务功能完成各对现场波形数据的召唤，并对所召唤的数据进行更多层次的精确分析。 

综上所述，本发明与传统的在线监测装置相比，本在线监测装置是一个完整的监测系统，在通讯完全中断的情况下，此装置依然可以自成体系，脱离对上位机的依赖，完成对高压断路器的在线监测功能；同时，本在线监测装置还保留了传统在线监测装置的优势，即在上位机召唤时，可以实时传递上位机所需的数据，也可以只传递单片机模块的诊断结果。 

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。 

Claims (5)

1.一种高压断路器在线监测装置，包括传感器模块和高压断路器在线监测单元，传感器模块与高压断路器在线监测单元连接，所述高压断路器在线监测单元包括单片机模块、通信模块、人机交互模块、报警模块，单片机模块通过通信模块与人机交互模块、报警模块连接，其特征在于：所述单片机模块为一功能模块，集成有数据放大模块、滤波模块、A/D转换模块、微处理器模块、故障诊断模块、接口模块。

2.根据权利要求1所述的高压断路器在线监测装置，其特征在于：所述传感器模块包括温度传感器、压力传感器、湿度传感器、电流传感器、振动传感器、光电行程传感器、SF6微水传感器、密度传感器中的一种或几种的组合。

3.根据权利要求1所述的高压断路器在线监测装置，其特征在于：所述通信模块包括现场总线，所述现场总线可选为CAN总线、ZigBee或RS-422/485总线。

4.根据权利要求1所述的高压断路器在线监测装置，其特征在于：所述人机交互模块包括显示屏、键盘。

5.根据权利要求1所述的高压断路器在线监测装置，其特征在于：所述接口模块可为SPI接口模块、UART接口模块中的一种模块或两种模块的组合。

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