CN102891533B - 一种800kV智能断路器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种800kV智能断路器，包括断路器本体、保护测控系统，800kV智能断路器还包括状态监测系统，状态监测系统包括：与断路器本体分离、就地设置有汇控柜，汇控柜内安装有状态监测主IED，在每一相机构箱内安装有对应相的状态监测子IED，各状态监测子IED与状态监测主IED通讯连接；状态监测主IED通过光纤连接主控室中的状态监测后台系统。本发明的智能断路器能够全面监控设备状态，不用像传统设备那样不管设备是否故障都必须定时检修，可以根据系统采集信息获得的评估结果，合理安排检修方案，实现状态检修。所采用的系统方案结构简单，具有普遍性，可以广泛应用于其他电压等级的智能开关设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能断路器，特别是800kV智能断路器。
背景技术
传统的断路器系统如图1所示，由现场的传统高压开关设备、保护室和主控室构成。传统高压开关设备中的二次信号和其他信号（如隔离刀闸辅助触头的开关量信息）通过电缆连接到保护室的保护柜和测控柜。保护柜安装相关保护设备，负责对断路器进行保护，同时将信息通过光纤上传到主控室中的后台系统。测控柜主要用于采集二次信号，上传给后台系统，并且接受后台系统的命令，控制断路器分合闸。
未来的高压智能开关系统如图2所示，主要趋势是通过各种新技术将保护与测控设备就地化，后台系统通过IEC61850规约与高压智能开关通讯、控制连接。采用电子式电压电流互感器替代电磁式电压电流互感器测量一次电压电流，用IEC61850规约替代各个装置厂家采用私有通信协议。逐步满足坚强智能电网的要求。
申请号为201110004758.9的中国专利申请，披露了一种HGIS智能化开关，其对于传统HGIS的改进主要在于，将传统互感器替换为电子式电流电压互感器，并在传统HGIS开关设备上安装智能组件柜，智能组件柜中包括：智能控制器、开关在线监测装置和数字化电能表三部分。
所述智能控制器包括保护功能模块、测控功能模块、合并单元模块和操作箱模块，其中合并单元模块连接并接收分相组合式电子电流电压互感器一次侧的电流和电压信号，并进行各相电流和电压值的数据同步；保护功能模块通过接合并单元功能模块获取一次侧的电流和电压信号进行保护算法处理；测控功能模块通过合并单元功能模块获取一次侧的电流和电压信号进行数值运算；操作箱模块通过内部总线从保护和测控模块获取命令然后进行相关断路器和刀闸的控制，并通过开入插件获取断路器和刀闸的状态信息；
开关在线监测装置是物理独立的开关在线监测装置，包括安装的位移传感器、SF6微水压力温度传感器和电流传感器是对开关行程曲线、跳闸速度、合闸速度、跳闸时间、合闸时间、SF6微水指标、SF6压力指标、SF6密度指标、SF6温度指标、开关跳圈电流、开关合圈电流、开关储能电机电流、开关隔刀电机电流、开关地刀电机电流多项指标监视的传感器，并同智能控制器一起进行开关自我诊断；物理独立的数字化电能表通过多模光纤和所述智能控制器的合并单元模块连接，从合并单元模块获取电压电流信号进行计量方面的相关运算。
上述方案的HGIS是三相一体设备，而且由于电压等级低，设备较小，可以将智能化组件柜集成并就地安装。但是，在于800kV智能断路器中，由于电压等级太高，每相之间距离很大，智能组件不能采用上述安装方式，现在也没有适合800kV智能断路器的安装方式。而且，上述方案中的在线监测装置涉及多种传感器，但在800kV智能断路器中，仍然不够完善。
发明内容
本发明的目的是提供一种800kV智能断路器，用以解决现在尚没有超高压等级的智能断路器，也没有成熟的智能组件安装方式的问题。
为实现上述目的，本发明的方案是：一种800kV智能断路器，包括断路器本体、保护测控系统和状态监测系统，状态监测系统包括各相机构箱内设置的传感器，传感器包括操作线圈电流传感器、储能电机电流传感器、位移传感器、气体微水密度传感器和机构箱内温度传感器；状态监测系统还包括：与断路器本体分离、就地设置的汇控柜，汇控柜内安装有状态监测主IED，在每一相机构箱内安装有对应相的状态监测子IED，状态监测子IED连接所述机构箱内设置的传感器；各相的状态监测子IED与状态监测主IED通讯连接；状态监测主IED通过光纤连接主控室中的状态监测后台系统。
所述状态监测系统还包括用于监测每相隔离刀闸状态的红外探测成像装置，红外探测成像装置安装在断路器本体的罐体观察窗处，各相的红外探测成像装置与对应相的状态监测子IED连接。
所述状态监测系统还包括，每一相的机构箱中，在操动机构储压器上安装有用于监测操动机构液压系统的油压的液压传感器，各相的液压传感器与对应相的状态监测子IED连接。
所述状态监测系统还包括，各相的、用于检测高频电磁波以判断漏电的局放传感器，局放传感器安装在灭弧室罐体把口处或者绝缘盆子的外缘，各相的局放传感器与对应相的状态监测子IED连接。
汇控柜内设置有汇控柜内温度传感器，机构箱外设置有环境温度传感器。
所述状态监测主IED和状态监测子IED通过RS485总线连接。
各相互感器包括电子式互感器与光学互感器，分别安装在进线侧与出线侧；电子式互感器通过光纤连接主控室中的合并单元，光学互感器通过用于信号转换的电气箱连接所述合并单元。由于与HGIS不同，相间距离很远，从安全性、可靠性方面考虑，同时为了不浪费每相机构箱的空间，在每相机构箱中安装子IED，汇控柜与断路器本体分离，就地安装在安全距离以外的地面上，汇控柜内设置主IED，子IED与主IED通讯连接。这种安装方式既能够保证三相中，每相就地信息采集，并且保证主IED与每相距离不会过远，其意义在于：如果不将主IED与子IED分离设置，则采集量太大，需要大量的引线引出，同时浪费了每相的空间；如果主IED也安装在某相机构箱内，当需要检修主IED时必须关闭断路器。将主IED安装在安全距离以外的汇控柜内，便于对主IED的检修测试。
传统的断路器中，监测隔离刀闸的闭合、打开主要是通过辅助开关触头提供开关状态量。由于隔离刀闸与其辅助开关触头之间仅仅是机械连接关系，往往并不能真实反映隔离刀闸的状态。本发明中采用红外探测成像真实地反映隔离刀闸的动作情况，进而能够实现“顺序控制”——即在后台系统发出命令之后，获得真实的状态反馈，再发出下一步命令。如果获得的状态反馈符合命令要求，则继续，如果不符合，则进行报警。
本发明采用了测量驱动机构油压的油压传感器，实时监测液压系统的油压。
本发明采用了检测高频电磁波以判断漏电的局放传感器，局放传感器通常安装在灭弧室罐体把口（安装分子筛的位置称为把口）处或者绝缘盆子的外缘。
本发明的监测系统相对于保护、测控系统独立，并不直接参与断路器的控制与保护，这样设计的原因是：在电网、特别是高压领域，为了安全考虑，各种新技术从开发到真正应用，往往需要很长时间的验证，即使是我们熟知的继电保护技术，也是经历了十几年到二十多年的磨练，才逐步成熟应用的电网中。智能断路器仍不成熟，必须经过长时间的试验和试运行，才能够最终毫无顾虑地使用。所以，现阶段的智能断路器的重要任务还包括，将采集的大量数据采集起来，送入后台系统进行分析和设备状态评估，并将评估结果与实际运行情况相比较，以考察监测系统的可靠性与稳定性，为了智能断路器进一步的发展，参与控制和保护做准备。
本发明的智能断路器能够全面监控设备状态，不用像传统设备那样不管设备是否故障都必须定时检修，可以根据系统采集信息获得的评估结果，合理安排检修方案，实现状态检修。系统中的通讯部分使用了国际通用的通信协议，减轻了安装调试的工作量。所采用的系统方案结构简单，具有普遍性，可以广泛应用于其他电压等级的智能开关设备。
附图说明
图1是传统断路器结构示意图；
图2是智能断路器结构要求；
图3是本发明的800kV智能断路器系统图；
图4是本发明的800kV智能断路器传感器布置结构图；
图5是本发明的外观图；
图6是局放传感器原理图；
图3、图4中，IC—操作线圈电流传感器；IM—储能电机电流传感器；OP—油压传感器；DPE—位移传感器；PTM—气体微水密度传感器； TI—机构箱内温度传感器； PD—局放传感器；TO—环境温度传感器；OLM2或者S_IED—状态监测子IED；M_IED—状态监测主IED； M—操动机构；ISC—开关设备控制器。
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。
如图3，一种800kV智能断路器，包括断路器本体、保护测控系统， 800kV智能断路器还包括状态监测系统，状态监测系统包括各相机构箱内的各种传感器，如：操作线圈电流传感器；储能电机电流传感器；位移传感器；气体微水密度传感器；机构箱内温度传感器；本发明的特点在于，状态监测系统还包括：与断路器本体分离、就地设置有汇控柜，汇控柜内安装有状态监测主IED，在每一相机构箱内安装有对应相的状态监测子IED，各状态监测子IED与状态监测主IED通讯连接；上述各种传感器与对应相的状态监测子IED连接；状态监测主IED通过光纤连接主控室中的状态监测后台系统。如图5所示，汇控柜40安装在正对中间一相处，保证与中间一相距离最短，与其他两相距离相同。中间一相为B相断路器20，其它为A相断路器10与C相断路器30，11为A相机构箱，12为A相状态监测子IED，如图3所示，汇控柜40通过电缆与光缆连接各自断路器的相应设备以及主控室。
状态监测系统还包括用于监测每相隔离刀闸状态的红外探测成像装置，各相的红外探测成像装置与对应相的状态监测子IED连接。每一相的机构箱中，在操动机构储压器组连接块上安装有用于监测操动机构液压系统的油压的液压传感器，各相的液压传感器与对应相的状态监测子IED连接。
各相设有用于检测高频电磁波以判断漏电的局放传感器，局放传感器安装在灭弧室罐体把口处或者绝缘盆子的外缘，各相的局放传感器与对应相的状态监测子IED连接。局放传感器原理如图6所示，探头深入灭弧室内的为UHF内置传感器61，探头安装在把口60上的为UHF外置传感器62。因导体69上的突出物66、壳体上的突出物65、悬浮微粒67、绝缘子上的微粒64、绝缘子中的气泡68、悬浮电极63等造成的放电，局放传感器都能够监测到。局放传感器上还留有接线端，用于与便携式局放监测仪连接，便于人工随时采集数据。
汇控柜内安装有汇控柜内温度传感器，机构箱外安装有环境温度传感器。
各相的互感器包括电子式互感器与光学互感器，分别安装在进线侧与出线侧，电子式互感器通过光纤连接主控室中的合并单元，光学互感器通过用于信号转换的电气箱连接所述合并单元。安装电学与光学传感器，提高了采集准确性。
状态监测主IED和状态监测子IED通过RS485总线连接，主IED与后台监控之间的协议采用IEC61850规约。电子式互感器（电学和光学）采集器与合并单元之间采用光缆（光学）或电缆（电学）实现通信，合并单元对外采用IEC61850规约。开关设备控制器通过普通电缆控制操动机构，对后台及测保装置采用IEC61850规约进行通信。如图，监测中心主机（即监测后台系统）运行状态监测和评估软件。
图4中，明确了传感器及各个装置的安装位置及系统结构。电子式互感器及采集器、操作线圈电流传感器（IC）、储能电机电流传感器（IM）、油压传感器（OP）、位移传感器（DPE）、气体微水密度传感器（PTM）、机构箱内温度传感器（TI）、局放传感器（PD）集成到断路器机构箱中。子IED（S_IED）安装在断路器机构箱内。状态监测主IED（M_IED）、开关设备控制器（ISC，双配）安装在断路器汇控柜内。合并单元安装在继电器室内。
Claims (5)
1.一种800kV智能断路器，包括断路器本体、保护测控系统和状态监测系统，状态监测系统包括各相机构箱内设置的传感器，传感器包括操作线圈电流传感器、储能电机电流传感器、位移传感器、气体微水密度传感器和机构箱内温度传感器；其特征在于，状态监测系统还包括：与断路器本体分离、就地设置的汇控柜，汇控柜内安装有状态监测主IED，在每一相机构箱内安装有对应相的状态监测子IED，状态监测子IED连接所述机构箱内设置的传感器；各相的状态监测子IED与状态监测主IED通讯连接；状态监测主IED通过光纤连接主控室中的状态监测后台系统；所述状态监测系统还包括用于监测每相隔离刀闸状态的红外探测成像装置，红外探测成像装置安装在断路器本体的罐体观察窗处，各相的红外探测成像装置与对应相的状态监测子IED连接；红外探测成像真实地反映隔离刀闸的动作情况，进而能够实现顺序控制；所述状态监测系统还包括，各相的、用于检测高频电磁波以判断漏电的局放传感器，局放传感器安装在灭弧室罐体把口处或者绝缘盆子的外缘，各相的局放传感器与对应相的状态监测子IED连接，局放传感器上还留有接线端，用于与便携式局放监测仪连接，便于人工随时采集数据。
2.根据权利要求1所述的一种800kV智能断路器，其特征在于，所述状态监测系统还包括，每一相的机构箱中，在操动机构储压器上安装有用于监测操动机构液压系统的油压的液压传感器，各相的液压传感器与对应相的状态监测子IED连接。
3.根据权利要求2所述的一种800kV智能断路器，其特征在于，汇控柜内设置有汇控柜内温度传感器，机构箱外设置有环境温度传感器。
4.根据权利要求3所述的一种800kV智能断路器，其特征在于，所述状态监测主IED和状态监测子IED通过RS485总线连接。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种800kV智能断路器，其特征在于，各相互感器包括电子式互感器与光学互感器，分别安装在进线侧与出线侧；电子式互感器通过光纤连接主控式中的合并单元，光学互感器通过用于信号转换的电气箱连接所述合并单元。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: South East of Pingdingshan city in Henan province 467001 No. 22 Applicant after: Pinggao Electric Co., Ltd., Henan Applicant after: Pinggao Group Co., Ltd. Applicant after: State Grid Corporation of China Address before: South East of Pingdingshan city in Henan province 467001 No. 23 Applicant before: Pinggao Electric Co., Ltd., Henan Applicant before: Pinggao Group Co., Ltd. Applicant before: State Grid Corporation of China |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |