CN102033178B - 智能母线槽仿真监测分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能母线槽仿真监测分析系统，包括智能母线槽检测装置及与该装置连接的上位机，其特征在于：所述的智能母线槽检测装置包括采集母线槽相应数据并送给微处理器的温度传感器、湿度传感器、电压传感器以及电流传感器，所述的微处理器还连接有显示模块、报警电路、通信模块；所述的上位机设置有智能母线槽仿真、监测、分析系统，本发明不仅实现了母线槽的湿度检测，而且实现了母线槽智能检测、分析，更全面提高了母线槽的整体特性和运行水平。

Description

智能母线槽仿真监测分析系统

技术领域

本发明涉及一种智能母线槽仿真监测分析系统。

背景技术

由于母线槽具有传输电流大、安全性能好、结构紧凑、占空间小等特点，目前被广泛应用在多层厂房、标准厂房或设备较密集的车间，对工艺变化周期短的车间尤其适合。在楼宇、医院、体育馆、会议中心或机场、车站、商业广场等重要场合也大量使用，是传输强大电力的一个重要输送通道。

母线槽产品在20世纪50年代传入我国，当时仅有北京一两个生产厂进行小规模生产。到了20世纪80年代中期，遵义电气控制设备厂研制开发密集型绝缘母线槽，当时厂家仍然很少。近年来，母线槽产品得到广泛的重视和开发，母线槽企业如雨后春笋般迅速发展，母线槽产品的整体水平得到大幅度提高。但是，随着楼宇自动化、工业自动化水平的飞速发展，对母线槽的可靠性、安全性要求越来越高，传统的母线槽系统无法满足系统要求，必须研制具有监测和报警功能的智能母线槽系统，以提高整体控制系统的安全性和可靠性。

国内外的参考资料与文献中可以看出，大部分的研究都是针对母线槽产品的材料、选型、设计、加工、安装、温度场分析等领域进行的，对智能母线槽报道甚少，生产智能母线槽的厂家国内只有珠海光乐电力母线槽有限公司等少数几个厂家，实际使用量少。

对于母线槽系统来说，最重要的特性就是保证传输系统的可靠性，而反映可靠性的一个最重要的指标就是母线槽在传输强大电流中的温升状态。因为母线槽平时通过的电流从数百安培至数千安培不等，只要由于某个连接环节的材料、安装、接触面积压力或老化等原因，都将引起母线槽连接处的接触电阻增大，直接引起接触点的温升增加，温升一旦超过了国家标准规定的温升允许值时，将引发供电系统的重大事故。一个供电系统的母线槽的连接点往往有数百甚至上千个，只要有一处发生过热故障，就将带来重大的事故隐患。因此，智能化母线槽系统最重要的一个功能就是母线槽系统的温升点在线监测与显示、报警功能。

此外，由于母线槽为封闭式结构，在安装和长期运行过程中，南方多雨潮湿，或者用户使用不当，将造成母线槽内湿度增大，影响母线的绝缘性能，甚至造成短路等重大事故。因此，对母线槽系统进行湿度的监测也是一个迫在眉睫的问题。

因此，可以说随着智能网络、智能开关柜、智能监控系统的飞速发展，迫切需要研究和生产与现代化智能系统相配套的智能母线槽系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种智能母线槽仿真监测分析系统，不仅实现了母线槽的包括湿度在内的检测，而且实现了对母线槽系统的仿真、分析。

本发明采用以下方案实现：一种智能母线槽仿真监测分析系统，包括智能母线槽检测装置及与该装置连接的上位机，其特征在于：所述的智能母线槽检测装置包括采集母线槽相应数据并送给微处理器的温度传感器、湿度传感器、电压传感器以及电流传感器，所述的微处理器还连接有显示模块、报警电路、通信模块；所述的上位机设置有智能母线槽仿真、监测、分析系统，所述智能母线槽仿真、监测、分析系统包括数据采集模块，综合管理模块以及与该综合管理模块连接的信号调理模块，采用三维有限元设计计算温度场、电磁场、力场、接触电阻、母线槽寿命的数据库，波形分析模块，参数计算模块，报表打印模块，实时仿真模块和特性分析模块；所述的数据采集模块采集所述传感器探测的信号送入信号调理模块整理成能够真实反应现场参量的模拟信号；所述的综合管理模块负责各模块之间的转换及参数设定；所述的波形分析模块负责对系统三相电流、三相电压、线电压的波形分析与处理；所述的参数计算模块负责计算系统的接触电阻、接触电压、温度、湿度以判断系统的运行状况；所述的实时仿真模块将系统仿真的思路应用在系统中，用于实时监测整个系统运行中的温度、湿度、电压、电流、接触电阻参量的变化；所述的特性分析模块是在所述三维有限元计算的基础上，建立母线槽特性分析数据库，对其结构、接触电阻、材料、应力、温度场、电磁场、湿度场等情况进行分析与计算，结合现场测试参数分析母线槽运行的各项指标，进行寿命预测。

本发明具有如下特点：

（1）建立含温湿度测试功能的智能母线槽监测装置。该装置提出监测母线槽湿度的思路是其他监测系统中没有的，通过湿度传感器、温度传感器、电压传感器、电流传感器等现场测试器件，把信号传到基于微处理器的智能处理模块中，判断并显示母线槽运行状况，具有故障报警功能；

（2）具有无线通信和有线通信两种通信方式。通过有线通信方式，将采集到的湿度、温度、电压、电流等现场信号送入上位机系统，建立基于LabVIEW的母线槽智能监测系统；还可以通过无线通信方式实现手机报警功能；

（3）在LabVIEW数据采集系统基础上，建立实时仿真监测系统，可以实时监测整个母线槽系统运行中的参数变化情况；

（4）建立完整的母线槽影响参数分析数据库。通过三维有限元分析软件的引入，建立特性分析数据库，通过大量的计算得出影响母线槽的关键参数、优化母线槽结构，并通过现场监测数据，分析系统运行状况；

 该系统将全面提高母线槽的整体特性和运行水平。

附图说明

图1是本发明实施例子的智能母线槽检测装置结构示意图。

图2是本发明实施例子的智能母线槽仿真、监测、分析系统的模块原理连接示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明提供一种智能母线槽仿真监测分析系统，包括智能母线槽检测装置及与该装置连接的上位机，其特征在于：所述的智能母线槽检测装置包括采集母线槽相应数据并送给微处理器的温度传感器、湿度传感器、电压传感器以及电流传感器，所述的微处理器还连接有显示模块、报警电路、通信模块；所述的上位机设置有智能母线槽仿真、监测、分析系统，所述智能母线槽仿真、监测、分析系统包括数据采集模块，综合管理模块以及与该综合管理模块连接的信号调理模块，采用三维有限元设计计算温度场、电磁场、力场、接触电阻、母线槽寿命的数据库，波形分析模块，参数计算模块，报表打印模块，实时仿真模块和特性分析模块；所述的数据采集模块采集所述传感器探测的信号送入信号调理模块整理成能够真实反应现场参量的模拟信号；所述的综合管理模块负责各模块之间的转换及参数设定；所述的波形分析模块负责对系统三相电流、三相电压、线电压的波形分析与处理；所述的参数计算模块负责计算系统的接触电阻、接触电压、温度、湿度以判断系统的运行状况；所述的实时仿真模块将系统仿真的思路应用在系统中，用于实时监测整个系统运行中的温度、湿度、电压、电流、接触电阻参量的变化；所述的特性分析模块是在所述三维有限元计算的基础上，建立母线槽特性分析数据库，对其结构、接触电阻、材料、应力、温度场、电磁场、湿度场等情况进行分析与计算，结合现场测试参数分析母线槽运行的各项指标，进行寿命预测。

为了让一般技术人员更好的理解本发明，这里我们以采集14路现场信号为例进行说明，请继续参照图1，本实施例子中所述的14路现场信号包括1-5为电压信号（三个相电压信号、两个线电压信号，可以根据需要安装传感器或取开关柜中的电压信号）；6-8为电流信号（三个相电流信号）；9-11为温度信号（三相电路中母线连接处的温度信号）；12-14为湿度信号（根据需要选取信号，可以选取母线的连接处，或者选取容易渗水的母线槽盒体内部）。这里要说明的是，本发明湿度信号的采集根据传感器的选择可以有两种方式：（1）可采用具有温湿度采集功能的温湿度一体传感器，这样在采集温度的同时，各节点的湿度信号也可以一并采集上来，集成度高、体积小、价格便宜，温湿度集中一个芯片测试，安装方便；（2）分别采用温度传感器和湿度传感器来采集现场的温湿度情况，此方案更加灵活，尤其是对母线槽的湿度监测特别有利。可以将湿度传感器安装在需要监测的位置，不一定放在母线的连接处，而温度传感器则一定要放置在母线连接处的，因为，温升是母线性能指标中最具代表性的指标之一，一旦温升升高加速材料老化，母线槽寿命大幅度下降。在母线中温升最高处一般就在母线的连接处，连接处除导体电阻以外还存在着附加电阻，即电器中称之为接触电阻，接触电阻直接反应接触区域的工作状况，这个电阻由收缩电阻和表面膜电阻组成，一旦母线接触不好，将引起接触区域温度升高，温度升高以后，接触电阻将大大增加，这是一个恶性循环的过程。因此，监控母线接触区域的温升状况，是非常重要的，即温度传感器一定要安装在母线的连接处，而湿度传感器则不一定要安装在母线连接处，可以安装在母线槽中容易渗水的位置。将温度传感器和湿度传感器分开的安装方案更加灵活。

图1中，U为电压传感器模块，该模块具有电压传感器所需要的工作电源、抗干扰器件、外围工作电路等；I为电流传感器模块，该模块具有电流传感器所需要的工作电源、抗干扰器件、外围工作电路等；W为温度传感器模块，该模块根据不同的传感器设置配套电路；X为湿度传感器模块，如果采用方案（1），即采用温湿度共用的传感器，那W和X模块可以合并。

14路现场信号送入数据处理模块D，数据处理模块分别对电压信号、电流信号、温度信号、湿度信号根据要求进行处理，然后将信号送入微处理器模块M中；P为微处理器的电源模块，可采用体积小、性能优良的开关电源控制模块；S为显示模块；微处理器模块对现场采集的信号进行分析、计算与判断，当系统发生故障时，微处理器发出报警信号；E1为有线通信模块，通信接口可采用RS485或CAN等总线通信方式，接口控制芯片可采用MAX1487或MCP2510，采用光纤传输。微处理器M可通过总线将母线状态数据上传给计算机并可以接收计算机指令实现远程监控，与主控计算机实现双向通信功能；E2为无线通信模块，利用单片机控制GSM模块通信，实现手机无线通信，直接将报警信号发到工作人员手机上，实现无线报警功能；C为功能扩展模块，根据系统的需求设置，扩展接口可采用标准排线插座或光纤接口，A为脱扣模块，可以直接控制系统断路器的脱扣装置，在必要的时刻切断电路实现保护功能，B为报警模块，可以发出报警指示信号。

请参照图2，14路现场信号被送到数据采集模块R中，数据采集模块分别对电压信号、电流信号、温度信号、湿度信号进行判断和整理；然后将信号送入信号调理模块T中，信号调理模块将信号进行处理，如电压、电流信号必须整理成能够真实反应现场参量的模拟信号，在波形分析模块、参数计算模块、报表打印等模块中使用，温度信号和湿度信号可以与后台数据库数据相比较，在分析模块中结合接触电阻、三维温度场计算结果、三维电磁场计算结果等，寻找关键参数以便模拟仿真、故障报警时使用；O为综合管理模块，该模块具有界面切换、模块转换、参数设定等综合管理功能，起动该监测系统，即首先就进入管理功能界面，然后才起动监测程序；H为采用三维有限元设计计算的温度场、电磁场、力场、接触电阻、母线槽寿命分析等数据库，该数据库可综合分析不同材料、不同工作条件、不同型号母线槽系统的整体性能指标，由此寻找影响母线槽运行的主要影响因素，其关键参数将与实测参数进行分析比较，关键参数送入管理模块O中，然后与实测参数比较，由模块K来进行分析；F为波形分析模块，通过对系统三相电流、三相电压、线电压的波形分析与处理，实现运算处理，如电压与电流的最大值、最小值、方均根值、                                                

、功率因数等值的计算，同时，对采集到的波形进行单通道/全通道的放大、缩小或对指定区域进行缩放处理，可以自动读出通流时间以及光标间指定的波形数据，具有友好的人机界面，操作方便、功能完善；G为参数计算模块，该模块具有数据显示界面的参数显示功能，区别于波形显示的图形显示方式，可以将电压、电流、温度、湿度测试参数直接显示出来，并且可以与设定的阈值相比较，根据公式可以计算接触电阻、接触压力、温度、湿度等相关参数，以判断系统的运行状况，一旦发生故障，立即报警；J为报表打印模块，该模块具有自动报表功能：通过预先设置的参数（运行条件、产品信息、运行时间等），可设定时间自动生成报告，记录发生故障时刻，并且输出故障状况；Q为实时仿真模块，该模块将系统仿真的思路应用到母线槽监测系统中，可以实时监测整个母线槽系统运行中的温度、湿度、电压、电流、接触电阻等各量的变化情况，尤其是湿度、温度、接触电阻等参数，在模拟仿真系统中，各参量形象的显示在界面上，完成智能母线槽监测与分析；K为特性分析模块，在有限元计算的基础上，建立母线槽特性分析数据库，对其结构、接触电阻、材料、应力、温度场、电磁场、湿度场等情况进行分析与计算，结合现场测试参数分析母线槽运行的各项指标，进行寿命预测，在节能减排的今天，尤为重要。

本发明建立含温度、湿度、电压、电流等参数监测的智能母线槽仿真分析系统，在监测现场参量的同时，通过实时仿真监测系统完成系统监测与报警，尤其是结合后台的特性分析模块，可对母线槽的各项性能指标进行分析与判断，优化母线槽系统，全面提高母线槽的各项性能指标。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种智能母线槽仿真监测分析系统，包括智能母线槽检测装置及与该装置连接的上位机，其特征在于：所述的智能母线槽检测装置包括采集母线槽相应数据并送给微处理器的温度传感器、湿度传感器、电压传感器以及电流传感器，所述的微处理器还连接有显示模块、报警电路、通信模块；所述的上位机设置有智能母线槽仿真、监测、分析系统，所述智能母线槽仿真、监测、分析系统包括数据采集模块，综合管理模块以及与该综合管理模块连接的信号调理模块，采用三维有限元设计计算温度场、电磁场、力场、接触电阻、母线槽寿命的数据库，波形分析模块，参数计算模块，报表打印模块，实时仿真模块和特性分析模块；所述的数据采集模块采集所述温度传感器、湿度传感器、电压传感器以及电流传感器探测的信号送入信号调理模块整理成能够真实反应现场参量的模拟信号；所述的综合管理模块负责各模块之间的转换及参数设定；所述的波形分析模块负责对智能母线槽仿真监测分析系统三相电流、三相电压、线电压的波形分析与处理；所述的参数计算模块负责计算智能母线槽仿真监测分析系统的接触电阻、接触电压、温度、湿度以判断智能母线槽仿真监测分析系统的运行状况；所述的实时仿真模块将系统仿真的思路应用在智能母线槽仿真监测分析系统中，用于实时监测整个智能母线槽仿真监测分析系统运行中的温度、湿度、电压、电流、接触电阻参量的变化；所述的特性分析模块是在所述三维有限元计算的基础上，建立母线槽特性分析数据库，对其结构、接触电阻、材料、应力、温度场、电磁场、湿度场情况进行分析与计算，结合现场测试参数分析母线槽运行的各项指标，进行寿命预测。

2.根据权利要求1所述的智能母线槽仿真监测分析系统，其特征在于：所述的通信模块的无线报警功能是通过无线通信模块实现，而通信模块与上位机的通信是通过有线通信模块实现。

3.根据权利要求1所述的智能母线槽仿真监测分析系统，其特征在于：所述的微处理器还连接有能直接控制智能母线槽仿真监测分析系统断路器的脱扣模块。

4.根据权利要求1所述的智能母线槽仿真监测分析系统，其特征在于：所述的微处理器还连接有功能扩展模块，其扩展接口采用标准排线插座或光纤接口。

5.根据权利要求1所述的智能母线槽仿真监测分析系统，其特征在于：所述的湿度传感器设于母线的连接处或者容易渗水的母线槽盒体内部。

6.根据权利要求1所述的智能母线槽仿真监测分析系统，其特征在于：所述的智能母线槽检测装置采集的数据包括分别采集母线槽不同点的三个相电压信号、两个线电压信号、三个相电流信号、三个温度信号以及三个湿度信号。

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