CN101441249A - 中压电网中的断路器基于dsp的在线监测与诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中压电网中的断路器基于DSP的在线监测与诊断方法，包括上位机和下位机分别进行自检和初始化操作、下位机向上位机报告系统的可用资源情况、上位机进行测试输入和输出设置操作、上位机启动测试并向下位机传送控制和配置信息、测试开始同时上位机进入通信备用状态、上位机读取下位机的测试结果、上位机进行测试结果分析并进行输出处理操作。采用该种中压电网中的断路器基于DSP的在线监测与诊断方法，能够及时给出故障和变化的预警信息，并及时给出正确的预防措施，将因故障引发的事故和损失降到最低，为检修断路器提供指导，使用方便快捷，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛，为中压电网中的断路器技术的进一步发展奠定了坚实的基础。

Description

中压电网中的断路器基于DSP的在线监测与诊断方法

技术领域

本发明涉及中压电网监测技术领域，特别涉及中压电网中的断路器状态监控技术领域，具体是指一种中压电网中的断路器基于DSP的在线监测与诊断方法。

背景技术

现代生产生活中，断路器是电力系统中最重要的控制与保护设备，其故障带来的后果十分严重。直接危害是被断路器所保护的线路、设备受损，电量损失；间接危害则造成用户大面积停电，影响正常的生活、生产甚至社会稳定。同时，断路器尤其是中压和高压断路器又是数量多、检修量大、费用高的设备。

目前的现有技术中，对断路器主要实行的是定期检修制度，其本身盲目性大，且容易引入新的故障隐患，降低设备的可靠性。因此，对高压断路器状态实行在线监测，为设备的检修提供依据是非常必要的，同时也是现代中压断路器监测和诊断技术的发展方向。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够实时对断路器的工作状态进行实时监测和诊断、使用方便快捷、工作性能稳定可靠、适用范围较为广泛的中压电网中的断路器基于DSP的在线监测与诊断方法。

为了实现上述的目的，本发明的中压电网中的断路器基于DSP的在线监测与诊断方法如下：

该中压电网中的断路器基于DSP的在线监测与诊断方法，所述的中压电网中还包括有上位机和下位机，所述的上位机通过下位机与所述的断路器相连接，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

(1)上位机和下位机分别进行自检和初始化操作；

(2)下位机向上位机报告系统的可用资源情况；

(3)上位机进行测试输入和输出设置操作；

(4)上位机启动测试，并向下位机传送控制和配置信息；

(5)测试开始同时上位机进入通信备用状态；

(6)上位机读取下位机的测试结果；

(7)上位机进行测试结果分析，并进行输出处理操作。

该中压电网中的断路器基于DSP的在线监测与诊断方法中的上位机进行测试输入和输出设置操作，包括以下步骤：

(11)上位机根据用户操作输入测试对象的相关参数；

(12)上位机判断当前测试方案中所对应的输出控制参数是否存在；

(13)如果存在，则选择相应的输出控制参数；

(14)如果不存在，则重新选择测试方案，并返回上述步骤(12)。

该中压电网中的断路器基于DSP的在线监测与诊断方法中的步骤(2)之后还包括以下步骤：

(21)上位机检索和查看测试结果、测试对象以及测试文件；

(22)上位机进行测试对象、测试设置、测试结果的查看及修改操作；

(23)上位机进行测试结果分析，并进行输出处理操作。

该中压电网中的断路器基于DSP的在线监测与诊断方法中的输出处理操作，包括以下步骤：

(31)上位机输出报表信息；

(32)上位机进行打印输出操作。

采用了该发明的中压电网中的断路器基于DSP的在线监测与诊断方法，由于其中根据内部的诊断模式通过传感器将断路器动作的相关信息及时地分析、保存，形成历史数据，并通过建立数据库对所属变电站的断路器进行统一管理，自动形成历史趋势曲线，便于分析断路器的历史变化状况，及时给出故障和变化的预警信息，管理人员能够及时给出正确的预防措施，将因故障引发的事故和损失降到最低，为运行人员查看和检修断路器提供指导，同时使用方便快捷，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛，为中压电网中的断路器技术的进一步发展奠定了坚实的基础。

附图说明

图1为本发明的中压电网中的断路器基于DSP的在线监测与诊断方法的流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1所示，该中压电网中的断路器基于DSP的在线监测与诊断方法，所述的中压电网中还包括有上位机和下位机，所述的上位机通过下位机与所述的断路器相连接，其中所述的方法包括以下步骤：

(1)上位机和下位机分别进行自检和初始化操作；

(2)下位机向上位机报告系统的可用资源情况；

该步骤(2)之后还包括以下步骤：

(a)上位机检索和查看测试结果、测试对象以及测试文件；

(b)上位机进行测试对象、测试设置、测试结果的查看及修改操作；

(c)上位机进行测试结果分析，并进行输出处理操作；

(3)上位机进行测试输入和输出设置操作，包括以下步骤：

(a)上位机根据用户操作输入测试对象的相关参数；

(b)上位机判断当前测试方案中所对应的输出控制参数是否存在；

(c)如果存在，则选择相应的输出控制参数；

(d)如果不存在，则重新选择测试方案，并返回上述步骤(b)；

(4)上位机启动测试，并向下位机传送控制和配置信息；

(5)测试开始同时上位机进入通信备用状态；

(6)上位机读取下位机的测试结果；

(7)上位机进行测试结果分析，并进行输出处理操作，包括以下步骤：

(a)上位机输出报表信息；

(b)上位机进行打印输出操作。

在实际使用当中，根据断路器在线监测系统的需要，系统以TMSLF2407 DSP芯片为核心，采用模块化设计方法，使各个子功能模块独立，以方便维护。该系统硬件部分主要包括：控制输出单元、时间测量单元、通用模拟测量单元、石墨喷口测量单元、中央管理控制单元、液晶显示、微型打印机、小键盘、通讯、内外同步等模块。

各主要分模块组成如下：

1、时间测量单元

时间通道的作用是测量断路器控制命令发出后断路器的响应时间，包括主断口，合闸电阻的动作时间，同时也可以测量断路器控制回路的辅助接点的动作时间。

工作原理如下：

断口测量：在回路上加1个30mA的电流源，就可以得到断口的电压变化，通过2个电压比较器(2V和18V)，就可以分别得到主断口和合闸断口的状态变化。

电压接点测量：对控制回路的电压进行分压，驱动三级管的基级，使30mA的恒流源通过给定的100Ω电阻得到一个电压，通过电压比较器，得到其状态变化。由于只有2个电压比较器，断口和电压接点不能同时测量，通过软件设置来区分。

判定条件如下

主断口：合闸时，回路电阻小于50Ω，通过30mA的电流后，断口两端的电压不会超过1.5V.2V的电压比较器就可以区分状态变化，低于2V断口处于合闸状态，高于2V断口处于分闸状态。

合闸电阻断口：合闸时，回路电阻小于500Ω，通过30mA的电流后，断口两端的电压不会超过1.5V.18V的电压比较器就可以区分状态变化，低于18V断口处于合闸状态，高于18V断口处于分闸状态。由于主断口和合闸断口并联，，则主断口合闸后，断口两端的电压会拉低，因此合闸断口要比主断口先合或后分才能区分它们的状态变化。

电压接点：合闸时，接点两端的电压降为0，三极管截止，电压为恒流源输出开路电压，而分闸时电压为3V，用2V的电压比较器就可以区分状态变化，低于2V断口处于合闸状态，高于2V断口处于分闸状态。

系统模块设计如下：

系统设计为3个输入模块，对应3相。每个模块4个通道，对应4个端口，每个通道有3个输入端口。动作时间的测量准确度达到0.1ms，同时要考虑将每个模块的第一通道作为相对应的相的速度测量时间计算基准，每个测量通道都有独立的电源，通道之间互相隔离。

输入端口保护设计如下：

每个端口对地加高耐压电容，电压比较器的输入端加瞬态抑制器。如果在端口对地加瞬态抑制器，就不能通过端口对机壳的绝缘电阻试验。端口可耐压10kV.每个端口通过继电器的常开触点接入到系统，测量时常开触点需闭合。

2、控制输出单元

采用电子开关，3分1合，共4路输出，每路最大通过电流30A，耐压可达500V.为了保证输出电压不超过250V，输出接点用瞬态抑制器进行保护。每路采用1个光隔离电源和1个手动开关，使电子开关的控制极与CPU的驱动信号隔离。使用时控制输出接点直接接到断路器的控制回路上，控制断路器的分合闸操作，可以完成对断路器的分、合、合-分、分-合、分-合-分，以及A、B、C的单相重合闸，分-合-分-合-分等各种操作循环，并可以根据设定的延时时间值，灵活地在设定的时间发出各种分合闸命令。

3、通用模拟量测量单元

通用模拟通道的主要功能是测量断路器动作时的相关模拟信号的波形，包括行程(直线、转角)、速度、线圈电流、回路电压等，用以分析断路器的机械特性及相关数据。通用模拟量测量单元设计为3个模拟通道，对应测量时的三相，每个通道都具备同样功能，测量通道之间互相独立、隔离，具备屏蔽等抗干扰设计。可以测量无源量(电阻直线、转角)、电流、电压(外置电量变送器)。电阻测量采用内部输出基准5V电压，通过5kΩ电阻测量中间抽头的电压。采用16位A/D，采样速率可达500K/s，存储数据时间小于2s。

4、石墨喷口测量单元

对于3AT、3AQ等类型的断路器，由于有一段石墨触头，行程传感器测量时的传动比特殊，一般的测量仪器无法测量动作时间及速度特性，是由于石墨触头断路器的特殊结构和断路器测试仪测试原理造成。首先，该石墨触头断路器的触头不是纯金属的，由2部分组成，其灭弧部分是半导体石墨成份。当断路器在刚分、刚合时，电弧主要通过石墨触头熄灭，以保护动、静触头的金属部分。在合闸或分闸过程中，金属导流桥和石墨触头的接触电阻值不恒定。因此，石墨的半导体特性造成测量误差。其次，测试仪器工作原理不同，普通断路器测试仪，对断路器石墨断口使用电压或电流信号采样，记录的是断路器通断信号。

一般通过光耦隔离采样。K1代表断路器的断口，当K1打开时，相当于断路器分闸状态，U1截止，光耦不通，计算机采样的是高电平；当K1闭合时，相当于断路器合闸状态，U1导通，计算机采样的是低电平，计算机可以判断开关的状态，从而记录分、合闸时间。但是，这种结构的电路只能测试通断状态，对石墨触头的动态过程无法记录，因为在断路器动作过程中静触头和动触头的接触电阻是变化的。且对于装配不是很好的断路器来说，三相触头的石墨部分不是同时

接触上的，所以，普通开关测试仪只用测通断的原理，无法准确测试石墨触头断路器的同期。系统采用的方法是给断口加入恒定电流激励，通过记录断路器断口两端的电压变换波形来分析其相关参量。断路器合闸过程中，当断口电压小于一定值后，系统才认为断路器的动触头真正完全接触到静触头的主触头部分；分闸时，当断口电阻大于一定值后，系统就认为是金属分闸点。因为动触头和静触头的金属部分是能可靠接触的，使用电压法测试触头的接触时间是很可靠的方法。

根据以上原理石墨喷口测量单元设计为3路可控的10A恒定电流源输出，每个恒流源互相独立、隔离，且具备反向保护能力，输出的电压为0.5～1.0V。3路模拟通道可记录电压波形，该模拟通道具备较强的抗干扰能力，测量电压范围有1V档和10V档2个量程可选，系统能够根据断口的电压变化，自动判别金属接触点，计算出合、分时间点。

5、中央控制处理单元

中央控制处理单元是整个装置的核心单元，它完成模数转换并实时采集模拟与开关量，输出控制动作等。CPU采用DSP芯片TMSLF2407处理器，采用3.3V电压供电，减少了控制器的功耗，40MIPS的执行速度，32K字节FLASH的程序存储器，1.5K字节的RAM，544字的双口RAM和2K字节的单口RAM。具有PWM通道，有捕获单元，A/D转换器，4级流水线技术和专门的16位硬件乘法器，有很高的处理速度，适合处理大运算量的实时任务。TMS320LF2407内部集成了大量的系统资源，可以降低开发成本。中央控制处理单元设计为具备自检功能，能够给出运行指示、出错警告，并支持外同步操作和掉电保护。另外还具有数据通信功能，能够通过RS-232通信接口进行实时通信，将下位机采集到的实时数据传送到上位机进行数据的处理、显示、诊断和保存。同时下位机也能够实时接收上位机的命令完成各种测试操作。

基于DSP的断路器在线监测与诊断系统能独立完成SF6断路器、真空断路器、石墨喷口断路器等的综合特性在线监测、分析数据、打印输出等功能。为便于对断路器进行统一管理，查询各断路器的历史状况，为监测和检修提供指导，本发明的方法的流程图如图1所示。

软件采用Visual C++和数据管理系统SQL SERVER 2000编写，数据通信接口为RS-232串口。其主要功能是接收由DSP通过串口送来的现场信号，显示被测参数及波形，并可以通过键盘查询或设定数值。此外上位机还可以通过RS-232实现断路器的远程控制，能够发送分、合等主机可以发送的命令，并可以及时地将主机采集到的数据传送到PC机进行处理、显示、分析、存储和打印。可以将开关的运动细分到μm级，描绘出开关运动的时间特性、速度特性、行程特性。减轻了测试人员的工作量，提高了仪器的可靠性和寿命。

采用了上述的中压电网中的断路器基于DSP的在线监测与诊断方法，由于其中根据内部的诊断模式通过传感器将断路器动作的相关信息及时地分析、保存，形成历史数据，并通过建立数据库对所属变电站的断路器进行统一管理，自动形成历史趋势曲线，便于分析断路器的历史变化状况，及时给出故障和变化的预警信息，管理人员能够及时给出正确的预防措施，将因故障引发的事故和损失降到最低，为运行人员查看和检修断路器提供指导，同时使用方便快捷，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛，为中压电网中的断路器技术的进一步发展奠定了坚实的基础。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是很显然仍可作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (4)

1、一种中压电网中的断路器基于DSP的在线监测与诊断方法，所述的中压电网中还包括有上位机和下位机，所述的上位机通过下位机与所述的断路器相连接，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(1)上位机和下位机分别进行自检和初始化操作；

(2)下位机向上位机报告系统的可用资源情况；

(3)上位机进行测试输入和输出设置操作；

(4)上位机启动测试，并向下位机传送控制和配置信息；

(5)测试开始同时上位机进入通信备用状态；

(6)上位机读取下位机的测试结果；

(7)上位机进行测试结果分析，并进行输出处理操作。

2、根据权利要求1所述的中压电网中的断路器基于DSP的在线监测与诊断方法，其特征在于，所述的上位机进行测试输入和输出设置操作，包括以下步骤：

(11)上位机根据用户操作输入测试对象的相关参数；

(12)上位机判断当前测试方案中所对应的输出控制参数是否存在；

(13)如果存在，则选择相应的输出控制参数；

(14)如果不存在，则重新选择测试方案，并返回上述步骤(12)。

3、根据权利要求1所述的中压电网中的断路器基于DSP的在线监测与诊断方法，其特征在于，所述的步骤(2)之后还包括以下步骤：

(21)上位机检索和查看测试结果、测试对象以及测试文件；

(22)上位机进行测试对象、测试设置、测试结果的查看及修改操作；

(23)上位机进行测试结果分析，并进行输出处理操作。

4、根据权利要求1至3中任一项所述的中压电网中的断路器基于DSP的在线监测与诊断方法，其特征在于，所述的输出处理操作，包括以下步骤：

(31)上位机输出报表信息；

(32)上位机进行打印输出操作。

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