CN102879700B - 高压隔离开关合闸到位的声表面波检测装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高压隔离开关合闸到位的声表面波检测装置与方法。监测方法是：在动触片或者静触杆上安装声表面波传感器；接收声表面波传感器无线信号；对接收到的信号进行处理，比较所述信号与设定值，若信号小于设定值，则判断合闸未完成，在此结束信号进行判断，若在合闸时间内，所述信号大于或等于设定值，则判断合闸成功，若在合闸时间内，所述信号一直小于设定值，则判断合闸未到位。本发明提高了判断高压隔离开关刀闸闭合到位的准确性和高压隔离开关设备运行的可靠性，杜绝了人为判断主观因素造成的误判现象。
Description
技术领域
本发明涉及变电站中高压隔离开关领域，特别是一种高压隔离开关合闸到位的检测装置与方法。
背景技术
变电站中的高压隔离开关是发电厂和变电站电气系统中重要开关电器，它需与高压断路器配套使用。其主要功能是：保证高压电器及装置在检修工作时的安全，起隔离电压的作用，不能用于切断、投入负荷电流和开断短路电流，仅可用于不产生强大电弧的某些切换操作。
高压隔离开关刀闸是否闭合到位在很大程度上决定了高压隔离开关设备能否正常运行。然而，高压隔离开关在运行中受环境和气候条件以及设计制造的影响，容易产生机械或电气方面的故障。尤其是当高压隔离开关的动触片与静触杆不能良好接触，容易引起动触片与静触杆接触部位发热过热等缺陷，造成高压隔离开关损坏，电网大面积停电事故，不但给电力系统造成巨大的经济损失，而且对变电站运行人员的人身安全造成损害。因此，准确可靠地判断高压隔离开关合闸是否到位是解决变电站中高压隔离开关设备正常运行的关键问题。
现有技术中，主要是通过采用人工现场利用望远镜观测，然后凭个人经验判断是否出现合闸不到位的故障。但是很多合闸不到位情况不容易通过肉眼观测到，所以这种方法容易受到观测者的主观影响，而且显然观测效率不高。也有文献提到自动检测方法，其自动检测基于摄像机摄像，虽然节省了人力，但故障判断与肉眼判断相关，仍然准确率低下。
发明内容
本发明的目的是提供一种声表面波高压隔离开关合闸到位的检测装置与方法，用以解决现有检测方法准确率低、效率低的问题。
为实现上述目的，本发明的方案是：高压隔离开关合闸到位检测装置，包括安装在动触片或者静触杆上的声表面波传感器模块；声表面波传感器模块与信号发射电路、信号接收电路、数据控制处理单元构成声表面波传感器；信号发射电路触发传感器模块，传感器模块发射携带刀闸信息的无线信号，信号接收电路接收所述无线信号，所述信号接收电路连接数据控制处理单元。
所述数据处理单元连接过程层设备，过程层设备连接站控层的所述数据中心。
所述信号发射电路、信号接收电路和数据控制处理单元安装在现场设置的开关智能组件柜中。
所述传感器模块安装在动触片内侧、与静触杆接触的位置，动触片在所述位置开设有凹槽，所述传感器模块表面凸出所述凹槽。
一种要求1所述装置的检测方法，步骤如下：
1）在刀闸开始合臂时，信号发射电路向声表面波传感器模块发射与声表面波传感器模块频率对应的触发信号；声表面波传感器模块接收到所述触发信号后，将携带刀闸信息的无线信号发射；信号接收电路接收到所述携带刀闸信息的无线信号后送至数据控制处理单元；
2）数据处理单元对所述无线信号处理后与设定值进行比较，若处理后的信号小于设定值，则判断合闸未完成，并且重复步骤1），若在合闸时间内，所述处理后的信号大于或等于设定值，则判断合闸成功，若在合闸时间内，所述处理后的信号一直小于设定值，则判断合闸未到位。本发明的合闸到位检测方法，根据合闸时动触片与静触杆之间压力能够反映合闸到位程度的原理，通过将声表面波传感器的敏感元件（传感器模块）安装在动触片或静触杆上，传感器模块感受动触片或者静触杆之间压力，并将压力信息无线传送出去，从而分析判断高压隔离开关是否合闸到位。
声表面波传感器的具体原理如下：
在数字控制处理模块的控制下，信号收发模块（信号发射电路与信号接收电路）向传感器模块发射无线信号；传感器模块接收到无线脉冲查询信号后，传感器的换能器将无线脉冲查询信号转变成声信号，声信号受到外界的压力、温度等物理信号影响后，波长、相位或者传输速率发生改变，被左右的周期性栅条反射到传感器的换能器，换能器再次将声信号转换成电信号发射出去，此时电信号携带外界压力、温度等参数信息，与接收到的电信号在相位、频率或者波长方面存在差异。信号收发模块切换到接收状态接收声表面波传感器的回波信号，将信号解调后，由数字控制处理模块的A/D采集，根据采集的数据与压力以及温度的关系，由核心处理器处理计算出刀闸对声表面波的压力及刀闸的温度，并根据温度对精度的影响，对得到的压力值进一步校准，使得到的结果更精确，将最终处理得到的压力值与设定的压力阈值进行比较，
开关智能组件柜是现有设备，其中包括合并单元、其他监控装置和刀闸智能单元等，刀闸智能单元能够通过智能刀闸机构箱控制隔离开关动作。本发明的监测系统将高压隔离开关的合闸到位检测装置安装在现场的开关智能组件柜中，由开关智能组件柜将信号传输到过程层、站控层。本发明合理利用了现有设备，利用开关智能组件柜容纳合闸到位检测的相关设备，不占用额外的空间，节省了占地面积。
本发明采用声表面波传感器，无需供电，不仅可以解决传统有源传感器供电困难，维护周期短的问题，还能判断刀闸是否到位并接触可靠。同时，本发明抗干扰能力强，安装方便，防水防尘，可适用于任意规格和形式的刀闸，通用性强，可广泛应用于各种智能变电站的刀闸监测。
综上所述，本发明提高了判断高压隔离开关刀闸闭合到位的准确性和高压隔离开关设备运行的可靠性，杜绝了人为判断主观因素造成的误判现象，保证了电站工作人员的安全性和电网运行的可靠性，解决不能准确判断高压隔离开关动触片、静触杆接触不良或无接触造成的电网事故问题。
附图说明
图1是刀闸到位监测系统示意图；
图2是声表面波传感器的结构图；
图3是传感器模块安装示意图；
图4是合闸未到位示意图；
图5是合闸到位示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
检测装置实施例
声表面波高压隔离开关合闸到位检测装置包括安装在动触片或者静触杆上的声表面波传感器；声表面波传感器包括传感器模块，信号发射电路、信号接收电路和数据控制处理单元；信号发射电路触发传感器模块，传感器模块发射携带刀闸信息的无线信号，信号接收电路进行接收并送至数据控制处理单元，数据处理单元连接数据中心。信号发射电路、信号接收电路和数据控制处理单元安装在现场设置的开关智能组件柜中，数据控制处理单元连接过程层设备，过程层设备连接站控层的所述数据中心。
如图2，声表面波传感器包括（声表面波）传感器模块，信号发射电路、信号接收电路（信号发射电路、信号接收电路构成信号收发模块）和数据控制处理单元。传感器模块，用于将环境参数的变化转换成电信号的变化，并将该参数的变化发射出去；信号收发模块，用于向所述传感器模块发射无线信号，接收并处理来自传感器模块的信号，然后发送给数字控制处理模块；数字控制处理模块通过逻辑控制电路控制系统工作的逻辑与时序，包括射频开关的收发状态，接收传感器信号的隔离开关以及A/D采样的控制电路，根据查询到的信息与环境参数的关系得出刀闸的压力、温度等参数信息，最终判断刀闸是否到位并可靠接触。
传感器模块，由SAW（声表面波）传感器、阻抗匹配网络和天线组成。其中，SAW传感器用于将环境参数的变化转换成电信号的变化，所述的SAW传感器包含延迟线型SAW传感器、谐振型SAW传感器等类型；天线用于无线信号的接收和携带环境参数的无线信号的发射；阻抗匹配网络则用于天线和SAW传感器的阻抗变换，实现信号和能量的最佳传输。
信号收发模块，由信号发射电路、信号接收电路、射频开关、天线组成；其中，信号发射电路包含信号发生器、带通滤波器、放大器，信号发生器用于产生与传感器频率对应的无线查询脉冲信号，经过放大器放大后，通过天线发射；信号接收电路由放大器、隔离开关和解调器组成，由天线接收的传感器信号经射频开关进入放大器放大信号，再经过用于降低干扰的隔离开关输出到解调器解调；射频开关由数字控制处理模块控制，用于改变信号收发模块的收发状态。
数字控制处理模块，由核心处理器、逻辑控制电路、A/D采样电路组成，其中， A/D采样电路用于接收所述解调器的输出信号，将其转换成数字信号后发送到核心处理器；逻辑控制电路用于产生控制射频开关状态和信号发生器输出的控制信号；核心处理器用于产生信号发生器的本振输入信号，接收并处理A/D采样电路的数字信号，然后上传到上位机。
核心处理器为DSP-C5XXX系列处理器；A/D转换选AD66XX系列，差动输入，具有很高的转换精度和转换速度；射频开关选微波单刀双掷开关，插入损耗小于1.0 dB，带宽为0.3~1000MHz,隔离度为60dB，传输功率为30dBmw；SAW传感器根据材料的不同工作频率也不同，本实施例中选工作在433MHz的谐振型SAW传感器；信号发生器采用硬件合成的方法，产生433MHz的信号源。
在刀闸开始合臂时，信号发射电路向传感器模块发射与传感器模块频率对应的无线信号，接收电路准备进行接收；传感器模块接收到无线信号后，将携带刀闸信息的无线信号发射；信号接收电路接收到所述携带刀闸信息的无线信号后送至数据控制处理单元。
如图3，传感器模块安装在动触片内侧、与静触杆3接触的位置，动触片在位置开设有凹槽，传感器模块1表面凸出凹槽。在本实施案例中，动触片2为长方形的凹形槽，传感器模块1安装在凹形槽内，并将声表面波压力敏感元件露出凹形槽边缘适当长度。当刀闸开关闭合时，刀闸动触片与声表面波压力敏感元件接触并将其挤压到凹形槽内，传感器模块在检测动触片压力的同时不妨碍动触片与静触杆接触良好。如图4、5 所示， 当刀闸未到位时，刀闸对传感器模块的压力小于阈值F0；当刀闸到位时，刀闸对传感器模块的压力大于等于阈值F0。
检测方法实施例
1）在刀闸开始合臂时，信号发射电路向声表面波传感器模块发射与声表面波传感器模块频率对应的触发信号；声表面波传感器模块接收到所述触发信号后，将携带刀闸信息的无线信号发射；信号接收电路接收到所述携带刀闸信息的无线信号后送至数据控制处理单元；
2）数据处理单元对所述无线信号处理后与设定值进行比较，若处理后的信号小于设定值，则判断合闸未完成，并且重复步骤1），若在合闸时间内，所述处理后的信号大于或等于设定值，则判断合闸成功，若在合闸时间内，所述处理后的信号一直小于设定值，则判断合闸未到位。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (3)
1.高压隔离开关合闸到位检测装置，其特征在于，包括安装在动触片上的声表面波传感器模块；声表面波传感器模块与信号发射电路、信号接收电路、数据控制处理单元构成声表面波传感器；信号发射电路触发传感器模块，传感器模块发射携带刀闸信息的无线信号，信号接收电路接收所述无线信号，所述信号接收电路连接数据控制处理单元；信号发射电路、信号接收电路和数据控制处理单元安装在现场设置的开关智能组件柜中；所述传感器模块安装在动触片内侧、与静触杆接触的位置，动触片在所述位置开设有凹槽，所述传感器模块表面凸出所述凹槽；刀闸开关闭合时，刀闸动触片与声表面波传感器模块接触并将其挤压到凹槽内，传感器模块在检测动触片压力的同时不妨碍动触片与静触杆接触良好。
2.根据权利要求1所述的高压隔离开关合闸到位检测装置，其特征在于，所述数据控制处理单元连接过程层设备，过程层设备连接站控层的数据中心。
3.一种使用权利要求1所述装置的检测方法，其特征在于，步骤如下：
1)在刀闸开始合臂时，信号发射电路向声表面波传感器模块发射与声表面波传感器模块频率对应的触发信号；声表面波传感器模块接收到所述触发信号后，将携带刀闸信息的无线信号发射；信号接收电路接收到所述携带刀闸信息的无线信号后送至数据控制处理单元；
2)数据控制处理单元对所述无线信号处理后与设定值进行比较，若处理后的信号小于设定值，则判断合闸未完成，并且重复步骤1)，若在合闸时间内，所述处理后的信号大于或等于设定值，则判断合闸成功，若在合闸时间内，所述处理后的信号一直小于设定值，则判断合闸未到位。
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