CN100568010C

CN100568010C - Sf6断路器气体在线监测仪

Info

Publication number: CN100568010C
Application number: CNB2006101131689A
Authority: CN
Inventors: 胡晓光; 孙来军
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2006-09-18
Filing date: 2006-09-18
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2026-09-18
Also published as: CN101149420A

Abstract

一种SF6断路器气体检测在线监测仪，涉及到气体温度、压力和湿度检测。它是利用SF6断路器充气接口与气体导出接头相接导出气体，监测仪安装后气体导出接头自动顶开SF6断路器本体充气接口内的逆止阀，气体进入气腔，经温度传感器、压力传感器、湿度传感器分别监测后再经电路处理显示各参数，并可做报警、通信等扩展处理。本监测仪可以实现在线监测，提高设备检修的自动化程度，及时发现异常，避免恶性故障的发生。

Description

SF6断路器气体在线监测仪

技术领域

本发明属于电力系统领域，涉及到SF6断路器气体在线监测仪，特别涉及到气体温度、压力和湿度检测。

背景技术

在电力系统一次设备当中，高压断路器是仅次于发电机和变压器的大型电力设备，而需要的数量与安装投资的规模排在二者之前。高压断路器自身的健康状况、运行的可靠性直接关系到电力系统的安全与稳定，许多重大的设备损坏、停电等事故很多都是由于高压断路器的运行失常所致。随着社会生产生活的发展，人们对电网运行的稳定性要求越来越高，这也促使电力生产运营单位越来越关注电力设备运行的健康状况，其中SF6断路器作为用量比较大的一类电力设备，对它本身健康状况的关注也与日俱增。在SF6断路器的检修中最关注的莫过于对SF6气体的湿度测量，因为SF6气体的湿度直接关系到断路器本身的绝缘与灭弧性能的好坏。目前比较通用的监测SF6断路器气体湿度的方法就是在每年春检、秋检时，定期从SF6断路器充气口导出气体到专用的露点仪等湿度测试仪器，利用这些仪器检测气体湿度。该方法检测湿度比较准确，但还存在以下几个主要缺点：1、需要SF6断路器停运，不能设备在线操作，检测实时性差，这对于正在运行的断路器是不适合的；2、这种检测方法由于操作过程繁琐，技巧性强，需要有经验的专业技术人员操作；3、该方法在操作时会浪费大量气体，同时也造成环境污染。

在SF6断路器的检测中其它最为关注的就是SF6气体温度、压力了。传统检测温度和压力的方法就是分别利用在断路器腔体上打洞安装的温度、压力仪表测试，这种方法检测准确，但监测仪表的安装破坏了断路器本体，同时还可能会造成气体泄漏，带来很多负面影响。

发明内容

本发明的目的在于设计专用的接口监测仪器，在不破坏断路器本体的情况下同时检测SF6气体的湿度、温度和压力等多个参数，并可在各参数出现异常时自动报警，实现SF6断路器气体参数的自动监测，同时还可以实现多种数传方式，便于监测数据读取。

本发明一种SF6断路器气体在线监测仪，它含有SF6断路器气室、SF6断路器本体充气接口、气体导出接头、温度传感器、压力传感器、湿度传感器、气腔、处理电路、充气接口、遥控器，其中：

该SF6断路器输出端与SF6断路器本体充气输入接口相接，该SF6断路器本体充气接口输出端与气体导出接头输入端相接，该气体导出接头输出端与气腔输入端相接，电路处理接于所述气腔上部，该气腔与电路处理间通过密封支架安装有温度传感器、压力传感器、湿度传感器，该气腔的输出端与充气接口相连，该处理电路通过红外接口与遥控器相接。

其中，所述的处理电路含有，单片机、EPROM、报警器、显示器、红外芯片、日历时钟、CAN总线、信号调理板，其中：信号调理板，其输入信息为所监测的温度、压力、湿度；单片机，该单片机输入信号接口与信号调理板的输出端相连，该单片机的红外接口与红外芯片互连，该单片机的显示接口与显示器的输入端相连，该单片机的报警接口与报警器互连，该单片机的存储接口与EPROM互连，该单片机的监测接口与日历时钟互连，该单片机的CAN总线接口与CAN总线互连。

其中，所述遥控器含有，单片机、显示器、红外芯片、纽扣电池、键盘、EPROM，其中：该单片机的键盘输入接口与键盘输出端相接，该单片机的显示接口与显示器输入端相接，该单片机的电源接口与纽扣电池互连，该单片机的存储接口与EPROM的输出端相连。

其中，所述的单片机的型号为ATMEGA128。

其中，所述日历时钟的型号为PCF8563。

其中，所述电路处理与遥控器间通过红外接口进行红外通信。

其中，所述EPROM的型号为AT24C64。

其中，所述充气接口内设有逆止阀。

其中，所述监测仪外壳为不锈钢。

其中，所述处理电路与密封支架之上的传感器外部有一个不锈钢罩。

其中，所述不锈钢罩与密封支架直接旋入连接。

其中，所述不锈钢罩上有透明玻璃窗口。

其中，所述的气体导出接头通过螺纹接头旋入SF6断路器本体充气接口。

其中，所述单片机的型号为ATMEGA16。

其中，所述的显示器的液晶为8*2低温液晶。

其中，所述的CAN总线芯片由SJA1000和80C250组成。

其中，所述的红外芯片由红外发射管和红外接收管组成。

本发明一种SF6断路器气体在线监测仪，其优点及达到的功效是：它使用后可以实现SF6断路器气体温度、压力和湿度的在线监测，提高设备检修自动化程度，及时发现异常，避免恶性故障发生；减少以往检测方法对人力和物力的浪费；避免漏气，防止造成大气污染。

附图说明

图1、为本发明的监测仪硬件电路结构图；

图2、为本发明的遥控器硬件电路结构图；

图3、为本发明的监测仪外结构图；

1、SF6断路器气室；2、SF6断路器本体充气接口；3、气体导出接头；4、温度传感器；5、压力传感器；6、湿度传感器；7、气腔；8、处理电路；9、充气接口。

图4、为本发明监测仪主控程序流程；

图5、为本发明数据包格式；

图6、为几种常见数据传输数据包格式；

a、为时间设置；b、为阈值设置；c、为巡检周期设置；d、为历史数据传输；e、为报警。

图7、为本发明中断处理程序；

图8、为本发明外观整体结构图。

具体实施方式

本发明的技术方案为利用断路器充气口监测气体湿度的监测仪，在不破坏断路器本体的情况下用于SF6断路器气体特性参数的在线监测。

下面结合附图进一步说明本发明。

1、如图1所示的监测仪硬件结构

监测仪以单片机(ATMEGA128)为主控CPU，它负责整体的信号采集、处理和各种接口控制。单片机(ATMEGA128)自带的12位AD转换器实现对温度、压力、湿度等信号转换，经过软件修正、补偿后送液晶本地显示。液晶为8*2低温液晶，可以工作于-30℃，实时的温度、压力和湿度三参数在液晶屏上循环滚动显示。测试仪扩展有CAN总线接口，该接口使用CAN总线专用芯片(SJA1000和80C250)实现，利用该接口方便了组网，将监测数据通过总线网络传输到上一层局域网，同时上一层局域网也可以对监测仪的内部参数：如报警阈值、巡检周期等进行设置，进而实现整个使用单位SF6断路器的集中监测。监测仪同时配有红外接口，该接口由红外发射管(SE303)和红外接收管(PIC12043)组成，在监测仪没有组网时可以通过该接口利用遥控器读取其中数据。日历时钟(PCF8563)主要用于记录监测日期，作时间基准。监测仪在监测到温度、压力或湿度超过(或有超过趋势)设定阈值时会通过报警器向工作人员报警，以引起注意。

所配套的遥控器硬件电路如图2所示。其整体上以ATMEGA16单片机为主控制器，外部扩展有：红外接口、纽扣电池、液晶显示、键盘和EEPROM。其中红外接口同样有由红外发射管(SE303)和红外接收管(PIC12043)组成，负责数据的发送与接收；EEPROM主要用于存储各巡检数据；遥控器使用纽扣电池供电。在监测仪器没有组网时，巡检人员可以使用遥控器从现场各SF6断路器监测仪上读取定期自动监测的历史数据，同时还可以使用遥控器设定监测仪各参数。

在图1、图2硬件基础上，设计的监测仪外观结构如图3所示。

监测仪在具体使用时，利用SF6断路器充气接口，设计气体导出接头3从断路器1上的充气接口2导出气体。气体导出接头3内部中空，监测仪安装后它可以通过气体导出接头3自动向前顶，打开充气口内部的逆止阀，使断路器内部的SF6气体进入监测仪气腔。在气腔7内利用温度传感器4、压力传感器5、湿度传感器6分别检测SF6气体温度、压力、湿度，经在8中电路处理后显示各参数，并可做报警、通信等扩展处理。9是与SF6断路器本体充气口2相同的接口，在断路器需要充气时，可以使用传统方法将充气装置连接于9直接充气。在9内设计有逆止阀，正常运行情况下逆止阀是关闭的，只有9中插入充气接头并且外部气体压力较大时才能自动打开。

监测仪整体为不锈钢设计，结构如附图8。上部为不锈钢罩，与主体直接旋入连接，罩上有透明玻璃钢窗口用于观察内部显示参量，还可以隔离外部雨、雪、灰尘等。各传感器穿过密闭支架安装在气腔里，与实际SF6气体接触。具体使用时利用图8左侧螺纹接头旋入断路器充气口，一直顶开其内部逆止阀。需要为断路器充气时可以直接将气瓶充气接头与监测仪(如图8)右侧接口直接连接即可。

2、软件协议

测试仪的软件主要包括主控处理程序、CAN总线驱动程序、红外接口处理程序。其中主控处理程序主要进行温度、压力和湿度信号的采集、处理等。

如图4为监测仪主控程序流程图。

CAN总线和红外接口都是进行数据通信，两种类型数据通信都是按数据包传输，数据包长度由要发送的数据个数决定。数据包格式如图5。

数据包中，包头为两个字节的8位二进制数“0B 0C”标示；地址为要与上位机通讯的监测仪设定地址，0～255之间；性质为包中所要传输的数据的类型，数据传输的方向不同性质码所表示的意义也不同；个数是该包中发送的有用数据数目，而后续的数据才是真正要传输的有用内容；本发明数据传输中采用CRC16校验，校验码存够两个字节；数据包尾为“0A 0D”标示。

如图6为按照上述定义方式的几种常用数据传输数据包格式。

CAN总线驱动程序主要包括两部分，上位机主动监测仪被动和监测仪主动上位机被动。在上位机主动时，监测仪中断处理程序如图7。

而在使用红外巡检时，软件处理同监测仪被动一致。

Claims

1、一种SF6断路器气体在线监测仪，其特征在于：它含有SF6断路器气室、SF6断路器本体充气接口、气体导出接头、温度传感器、压力传感器、湿度传感器、气腔、处理电路、充气接口、遥控器，其中：

该SF6断路器输出端与SF6断路器本体充气输入接口相接，该SF6断路器本体充气接口输出端与气体导出接头输入端相接，该气体导出接头输出端与气腔输入端相接，处理电路接于所述气腔上部，该气腔与处理电路间通过密封支架安装有温度传感器、压力传感器、湿度传感器，该气腔的输出端与充气接口相连，该处理电路通过红外接口与遥控器相接。

2、如权利要求1所述的SF6断路器气体在线监测仪，其特征在于，所述处理电路含有，单片机、EPROM、报警器、显示器、红外芯片、日历时钟、CAN总线、信号调理板，其中：

信号调理板，其输入信息为所监测的温度、压力、湿度；

单片机，该单片机输入信号接口与信号调理板的输出端相连，该单片机的红外接口与红外芯片互连，该单片机的显示接口与显示器的输入端相连，该单片机的报警接口与报警器互连，该单片机的存储接口与EPROM互连，该单片机的监测接口与日历时钟互连，该单片机的CAN总线接口与CAN总线互连。

3、如权利要求1所述的SF6断路器气体在线监测仪，其特征在于，所述遥控器含有，单片机、显示器、红外芯片、纽扣电池、键盘、EPROM，其中：

该单片机的键盘输入接口与键盘输出端相接，该单片机的显示接口与显示器输入端相接，该单片机的电源接口与纽扣电池互连，该单片机的存储接口与EPROM的输出端相连。

4、如权利要求2所述的SF6断路器气体在线监测仪，其特征在于：所述单片机的型号为ATMEGA128。

5、如权利要求2所述的SF6断路器气体在线监测仪，其特征在于：所述日历时钟的型号为PCF8563。

6、如权利要求1所述的SF6断路器气体在线监测仪，其特征在于：所述处理电路与遥控器间通过红外接口进行红外通信。

7、如权利要求2或3所述的SF6断路器气体在线监测仪，其特征在于：所述EPROM的型号为AT24C64。

8、如权利要求1所述的SF6断路器气体在线监测仪，其特征在于：所述充气接口内设有逆止阀。

9、如权利要求1所述的SF6断路器气体在线监测仪，其特征在于：所述监测仪外壳为不锈钢。

10、如权利要求1所述的SF6断路器气体在线监测仪，其特征在于：所述处理电路与密封支架之上的传感器外部有一个不锈钢罩。

11、如权利要求10所述的SF6断路器气体在线监测仪，其特征在于：所述不锈钢罩与密封支架直接旋入连接。

12、如权利要求10所述的SF6断路器气体在线监测仪，其特征在于：所述不锈钢罩上有透明玻璃窗口。

13、如权利要求1所述的SF6断路器气体在线监测仪，其特征在于：所述的气体导出接头通过螺纹接头旋入SF6断路器本体充气接口。

14、如权利要求3所述的SF6断路器气体在线监测仪，其特征在于：所述单片机的型号为ATMEGA16。

15、如权利要求2所述的SF6断路器气体在线监测仪，其特征在于：所述的显示器的液晶为8*2低温液晶。

16、如权利要求2所述的SF6断路器气体在线监测仪，其特征在于：所述的CAN总线芯片由SJA1000和80C250组成。

17、如权利要求2或3所述的SF6断路器气体在线监测仪，其特征在于：所述的红外芯片由红外发射管和红外接收管组成。