CN103138400B - 一种触摸式人机交互开关柜检测监测一体化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种触摸式人机交互开关柜监测一体化装置，包括：触摸控制仪和无线发射采集模块，所述触摸控制仪包括信息处理模块、控制模块和通讯模块；所述信息处理模块、控制模块和通讯模块相互连接，所述信息处理模块分别连接温湿度监测模块、接收模块、状态检测模块、电能质量模块、机械特性模块、电源模块和人体感应单元；所述控制模块分别连接存储单元和触摸屏；所述通讯模块分别设有网接口和485接口；所述信息处理模块通过继电器与报警输出模块相接；通过对高压开关柜在线数据的实时采集，将数据通过通讯模块上传到上位机进行实时监控，完成现场开关柜在线监测基础之上的状态诊断和故障预警。

Description

一种触摸式人机交互开关柜检测监测一体化装置

技术领域

本发明涉及一种高压电气设备的触摸式一体化盒，具体涉及一种主要安装于开关柜仪表室中的集智能型触摸式操作、逼真的动态画面运行监控状态、机械特性、温度及湿度进行监控比较、状态检修的触摸式人机交互开关柜检测监测一体化装置。

背景技术

高压开关柜是输配电系统中的重要设备，承担着开断和关合电力线路、线路故障保护、监测运行电量数据等重要作用，在电力系统中获得了日益广泛的运用。随着现代电力向着高电压、大机组、大容量的迅速发展，对电力系统设备可靠性也提出了越来越高的要求。电缆接头、开关设备、变压器、断路器等高压电力设备连接部分都是金属器件，由于气候冷热变化，设备基础变化，在长期运行过程中表面氧化，加工工艺等原因使连接部分压接不紧，压力不够，触头间的接触部分发生变化等引起接触电阻增大。在大电流作用下，接头温度升高，接触电阻进一步增大，恶性循环造成隐患，严重的还能触发电弧短路，烧坏设备，扩大设备损坏范围，降低设备使用寿命。尤其是隔离开关、开关柜活动的动、静触头部分、主变引线、电缆头发热现象比较突出，故障率高，每年都有许多此类问题发生。由于这些设备是高压（6KV以上）带电设备，发热点不便检测且难以发现，其发热将严重影响电力系统的安全运行和可靠供电。

目前市场对高压开关柜监测主要表现在只对温度检测或者只对开关柜状态显示不做任何相关处理，而且没有考虑开关柜的负荷、环境参量等状态信息，因此，这些装置无法对电触头的工作状态进行诊断，只能对异常的温度做出报警，而当出现异常温度时，开关柜已经处于或接近于故障状态。因而，以上装置都属于电力设备故障检修的范畴，因此现有检测系统已经不能满足我国发展数字变电站的要求；并且由于检测原理和方式的局限，只孤立地测量触头的温度，无法对开关柜内的温度整体分布做出判断，因而无法对开关柜内可能发生的部件过热故障做出准确预警。由于电力系统中对电力设备的检修正在由故障检修、预防性检修向状态检修过渡，作为输配电系统中广泛运用的高压开关柜，对其实施状态检修是非常必要的。因此，研究开发一种新型高精度、高可靠性的高压开关柜在线监测及故障诊断系统具有重大的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型触摸式人机交互开关柜检测监测一体化装置，采用开关柜内合理布置的数字式温度传感器检测6点断路器触头温度、3点母线排温度、3点电缆出线接头温度获得高压开关柜内发热点实时检测，结合从开关柜获得的状态机械特性电压电流运行数据以及数据库中的历史数据，对高压开关柜进行横向和纵向的比较分析，实现在线监测基础之上的状态诊断和故障预警。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种触摸式人机交互开关柜监测一体化装置，包括：触摸控制仪和无线发射采集模块，所述触摸控制仪包括信息处理模块、控制模块和通讯模块；其中：

信息处理模块，用于将系统中接收模块接收的信息、状态监测数据、机械特性在线监测值和温湿度传感器及人体感应单元感应的信息进行信息处理，并输送至控制模块；

控制模块，用于将人触摸输入的信息，进行数据分类筛选转换为标准通讯协议下发到数据处理模块进行数据处理，输出控制信号；

通讯模块，用于实现在线监测数据的实时上传和数据存储；

所述信息处理模块、控制模块和通讯模块相互连接，所述信息处理模块分别连接温湿度监测模块、接收模块、状态监测模块、电能质量模块、机械特性模块、电源模块和人体感应单元；所述控制模块分别连接存储单元和触摸屏；所述通讯模块分别设有网接口和485接口；所述信息处理模块通过继电器与报警输出模块相接；

通过无线发射采集模块对高压开关柜在线数据的实时采集，将数据通过触摸控制仪中通讯模块上传到上位机进行实时监控。

进一步地，所述无线发射采集模块安装在断路器触臂上，断路器触臂的端部设有梅花爪头，在断路器触臂上还设锂电池；所述采集模块分别通过传输线与封装在断路器触臂上的锂电池和温度传感器相接。

进一步地，所述锂电池通过热缩管封装在断路器触臂上。

进一步地，所述无线发射采集模块包括与温度传感器相接的信息处理模块，所述信息处理模块分别与发射模块、拨码开关和保护模块相接，保护模块接电源模块，电源模块接CT线圈，通过CT线圈感应取电。

进一步地，所述电源模块接锂电池，通过锂电池低功耗供电。

该系统无线发射采集模块采用CT感应取电及锂电池低功耗供电两种方式，保证采集终端正常工作，将无线发射采集模块采集到的处理数据无线发射通讯仪表，通过通讯仪表接收模块接收采集数据，并将自身采集模块采集到的数据一并交给信息处理模块进行数据分类处理存储上报，并且将数据通过控制模块上传到触摸屏采用可视化图形显示实时动态图形和数据，以上采集到的数据也可通过转发通过网口或者串口上传到上位机实现数据存储到服务器，通过上位机调用数据库查询控制，并且兼有手机版通过访问服务器数据走局域网实现数据交互。

本发明的特点是：为解决现有在线监测装置不够人性化、表达不清晰及不能状态检修的问题，该装置采取触摸控制仪和无线发射采集模块配合使用，其结构简单、安装方便、具有触摸式逼真动态画面、监测效果好等特点。

本发明的有益效果是：实现数据库存储，方便现场人员查询历史信息，可以从装置接口快速读取大量实时数据，长期存储状态信息，做到不限时长、不限类型、存储报警及操作数据，对开关柜操作数据的存储、监视和分析，通过对历史数据和现状数据的对比分析，从而实现变电所开关柜的日常维护工作。当开关柜操作错误或发生故障时，该装置有自动报警功能，提供设备报警级别、报警权限功能和报警信息的记录、维护和管理功能；提供系统产生报警，记录相关报警、事件、时间及相关的大量信息。提供事故分析和管理功能，用户可以根据权限进行事故管理的设定、修改、取消等。

本发明还提供数据库在线及自动备份功能，能实现及增量备份，提供数据库的数据冗余功能，实现磁盘镜像或磁盘阵列。提供数据库的恢复功能，在实时数据库系统崩溃时，提供紧急恢复功能。提供实时数据库服务器、采集站的集中监控，能远程实现实时数据库服务器、采集站的重配置、启动、停止、切换等管理任务。提供标准化的通信接口让用户可接入其它系统。该系统打破了传统数字或液晶显示开关状态的信息瓶劲，改变了原有的数据流程和监控管理模式，实现了管控一体化的转变。

本发明对事故检修和定期检修，在线状态监测，通过各种信号处理方法和状态识别手段，发现故障的早期征兆，对故障部位、故障严重程度及发展趋势做出判断，从而确定最佳的检修时间。这样就避免了定期检修的盲目性，延长了维护间隔，改善各种电器设备运行的安全可靠性，同时也为智能电网提供更为完全和丰富的数字化信息，进一步提高了系统的整体性能。

附图说明

图1是本发明触摸一体化装置原理图。

图2是本发明无线发射采集模块安装图。

图3是本发明无线发射采集模块CT感应原理图。

图4是本发明监测一体化装置系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明触摸式人机交互开关柜监测一体化装置，包括触摸控制仪和无线发射采集模块。

图1所示为触摸控制仪结构示意图，该触摸控制仪包括：信息处理模块、控制模块和通讯模块；其中：信息处理模块，用于将系统中接收模块接收的信息、状态监测数据、机械特性在线监测值和温湿度传感器及人体感应单元感应的信息进行信息处理，并输送至控制模块；控制模块，用于将人触摸输入的信息，进行数据分类处理按照不同控制信号进行数据转换为标准的通讯协议，并且由处理模块进行数据存储转发或者输出控制信号。通讯模块，用于实现在线监测数据的实时上传和数据存储，处理485接口485通讯协议及网口网络通讯协议的处理保护，或者通过网口进行网络通讯协议的数据处理。信息处理模块、控制模块和通讯模块相互连接，所述信息处理模块分别连接温湿度传感器、接收模块、状态检测模块、电能质量模块、机械特性模块、电源模块和人体感应单元；所述控制模块分别连接存储单元和触摸屏（触摸屏上设可视化图形）；通讯模块分别设有网接口和485接口；信息处理模块通过继电器与报警输出模块相接；通过无线发射采集模块对高压开关柜在线数据的实时采集，将数据通过触摸控制仪中通讯模块上传到上位机进行实时监控。

如图2所示，为无线发射采集模块安装示意图，无线发射采集模块安装在断路器触臂上，断路器触臂端部设有梅花爪头，在断路器触臂上还设有锂电池，无线发射采集模块分别通过传输线与封装在断路器触臂上的锂电池和温度传感器相接。锂电池通过热缩管封装在断路器触臂上。

如图3所示，为无线发射采集模块CT感应原理图，无线发射采集模块包括与温度传感器相接的信息处理模块，信息处理模块分别与发射模块、拨码开关和保护模块相接，保护模块接电源模块，电源模块接CT线圈，通过CT线圈感应取电。本发明电源模块还可以接锂电池，通过锂电池低功耗供电。

该无线发射采集模块中感应线圈采用饱和取电方式将采集到的电流传给电源模块，电源模块将感应线圈感应的电流信号转换为电压信号，为信息处理模块、拨码开关、发射模块提供电源。温度传感器将采集的温度和湿度信号传输给包括中央处理器的信息处理模块，中央处理器处理后的相关数据经无线发射器发射至一体化装置。

本发明开关柜上通过人触摸输入信息，实现人机之间交换信息、对话方式、交互技术等。人们通过不同的人机交互方式实际完成人向计算机输入信息及计算机向人输出信息，并通过触摸操作完成确定任务。用户操作简单，具有良好的人机交互界面。

下面分别对上述触摸控制仪的模块功能做出说明。

状态监测模块，对开关柜高压带电显示、加热提示、故障指示、闭锁指示、人体感应提示、超限语音提示、储能开关操作、分/合闸转换开关操作等相关检测。

温湿度传感器，将监测断路器6点、母线排3点及电缆出线3点发热点的温度，并对采集盒的电池电压实时上报到变电站后台或远程主站系统进行显示、存储和越上下限预报警处理。当现场的接头温度和温升上升速度过快时，温度传感器会立即主动上报紧急告警信息到站内后台或远程主站系统，由系统给出声报警并发出短信，通知运行值班人员处理。

电能质量模块，该模块主要对装置测量的电量包括三相交流电量，零序电压、零序电量等测量数据中心统筹处理，比如相电压、线电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率、视在功率等的数据进行分析计算，处理中转和控制功能。该模块还具有采样频率高、测量精度高、运算速度快、中转即时等特点。电能质量中心处理模块可以实时准确处理电网的供电和用电情况数据上报，尤其对超标数据即时掌握情况进行多通道上报尤为重要，为供电和用电企业提供方便监测。

机械特性模块，分/合闸速度传感器，机械特性在线检测,其监测的内容有:合/分闸线圈回路、合/分闸线圈电流、合/分闸线圈电压、断路器动触头行程、断路器触头速度、合闸弹簧状态、断路器动作过程中的机械振动、断路器操作次数统计等。

可视化图形，可视化图形中最重要的是动态逼真图形显示及实时历史数据库。它是一个高性能、高速度、高吞吐能力、可靠性强的数据库系统。产品支持C/S和B/S应用，它可以提供丰富的图标应用和工具，大容量支持图形显示应用，内部实现高压缩率，可实现数据的海量存储，灵活的扩展结构可满足各种需求，具备广泛的安全性和可跟踪性。

通讯模块，实现开关柜在线监测用B/S结构开发上位机，并实现在线监测数据的实时上传和数据存储，提供历史状态查询功能，可以查看开关柜以往的各种状态，并提供历史数据打印功能，以供日后查看分析之用。界面清晰明了、协调一致，同样功能用同样的图形，还有清楚的错误提示，误操作后，系统提供有针对性的提示。该通讯模块根据IEC61850规约制定RS-485通信协议来实现上位机与下位机之间通讯的高效性、可行性及提供监测参数自动存储功能，及时准确地将监测到的数据存放在数据库中。

通讯模块以先进的无线网络技术为基础，把嵌入式系统引入到电力系统设备温湿度监测、状态监测及机械特性操作中，实现综合的一体化装置监测是本项目的主要目标。该装置可实时监测高压电力设备的工作状态，发现设备的异常情况，对电力设备的温湿度及状态进行有效的实时监测及报警，以便及时采取预防措施，降低和避免设备故障，保障高压电力设备的正常稳定运行。

如图1中所述信息处理模块中的电能质量模块可以对柜体电压和电流功率进行集中数据计算，是对开关柜A母排、B母排、C母排上的电压及电流理想的采集处理单元，将分析数据通过一定算法在触摸屏上图形显示，并上报至上位机。

本发明采用一种智能型温度、湿度、电流、电压、功率、开关柜状态和机械特性在线实时监测装置，将无线发射采集模块安装于断路器静触头、动触头上，触摸控制仪设有触摸集成控制模块、温湿度监测模块、电能质量模块、状态监测模块、机械特性模块、信息处理模块、通讯模块及储存单元组成在线实时监测，数据通过网口或者485RTU上传到上位机进行监控。

下面通过各个模块的设置来进一步说明本发明。

第一部分：无线采集模块。在每个高压开关柜内放置6个断路器检测探头、3个母线排检测探头、3个电缆出线探头，分别采集柜内检测点的温度。通过数字传感器将温度数据上送至数据采集单元，数据采集单元负责将温度上报，同时通过无线形式上送至数据主控单元，数据主控单元将采集单元的信息汇总显示，设置报警参数，并在温度超限时报警，最后通过触摸屏图形化显示。

第二部分：状态检测及机械特性模块。要实现状态检测及机械特性检测，必须在一体化装置中配备状态显示及机械特性处理模块。可实现对开关柜高压带电显示、加热提示、故障指示、闭锁指示、人体感应提示、超限语音提示、储能开关操作、分/合闸转换开关操作等相关检测。

第三部分：触摸式制作。逼真的动态画面，可完成现场仿真流程画面、可实现状态图形显示指示功能、具备曲线分析、生产报表、报警、事件、用户管理等生产监控功能。内置的脚本容易扩展，该内嵌单元方便系统的数据获取、转发、上报及集成，该集成支持与第三方通讯，可以通过485线或者网口线等多种方式提供对外数据接口，内置数据库方便现场查询及参数设置，并且该系统还支持远程部署和在线修改参数。

第五部分：对一体化装置试验验证。整个网络的扩展性、稳定性特别高。对变电站这种复杂电磁干扰的环境具有强的兼容性。实现对一次设备的信息收集、保护、控制功能。其网络协议符合国际标准先进的IEC61850和485通讯协议，具有良好的开放性。

第六部分：上位机监控。可实现数据的自动采集、存储和监视。可在线存储每个监测点的实时数据。它提供了清晰、精确的操作情况画面，并通过网络转换器，可将RS-485网络与企业内局域网互联。采用TCP/IP通讯协议，局域网上的计算机也可以监测温度。

如图4所示，本发明触摸式人机交互开关柜监测一体化装置通过若干无线发射采集模块采集断路器静触头、动触头、母线排、电缆出线上的实时监测信息，并且包括主进线柜电压、电流的接入触摸屏后端子，来监测主进线柜电能质量的相关数据；无线发射采集模块将实时监测信息和主进线柜电能质量的相关数据通过发射模块传输至触摸控制仪中的接收模块，并通过触摸控制仪进行信息处理、并输送至控制模块，控制模块输出控制信号，触摸控制仪并分别通过485双屏蔽线或者采用网线通过交换机将监测实时数据输送至本地电脑和远程主站；本地电脑将该监测数据存储到本地供本地上位机软件调用查询监控。远程主站将该数据通过BS结构软件进行静态IP地址发布，可实现web权限登录浏览相关信息。

该装置还配手机安装软件一套可供局域网无线访问本地电脑或远程主站数据进行监控。

需要说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换。

Claims (1)

1.一种触摸式人机交互开关柜监测一体化装置，其特征在于，包括：触摸控制仪和无线发射采集模块，所述触摸控制仪包括信息处理模块、控制模块和通讯模块；其中：

信息处理模块，用于将触摸控制仪中接收模块接收的信息、状态监测数据、机械特性在线监测值和温湿度传感器及人体感应单元感应的信息进行信息处理，并输送至控制模块；

控制模块，用于将人触摸输入的信息，进行数据分类筛选转换为标准通讯协议下发到数据处理模块进行数据处理，输出控制信号；

通讯模块，用于实现在线监测数据的实时上传和数据存储；

所述信息处理模块、控制模块和通讯模块相互连接，所述信息处理模块分别连接温湿度传感器、接收模块、状态监测模块、电能质量模块、机械特性模块、电源模块和人体感应单元；所述控制模块分别连接存储单元和触摸屏；所述通讯模块分别设有网接口和485接口；所述信息处理模块通过继电器与报警输出模块相接；

所述机械特性模块，进行机械特性在线监测,其监测的内容有:合/分闸线圈电流、合/分闸线圈电压、断路器动触头行程、断路器触头速度、合闸弹簧状态、断路器动作过程中的机械振动和断路器操作次数统计；

通过无线发射采集模块对高压开关柜在线数据的实时采集，将数据通过触摸控制仪中通讯模块上传到上位机进行实时监控；

进一步将采集到的数据通过转发网接口或485接口上传到上位机实现数据存储至服务器，通过上位机调用数据库查询控制，并且兼有通过手机访问服务器数据，通过局域网实现数据交互；

所述无线发射采集模块安装在断路器触臂上，断路器触臂的端部设有梅花爪头，在断路器触臂上还设锂电池；所述无线发射采集模块分别通过传输线与封装在断路器触臂上的锂电池和温度传感器相接；

所述无线发射采集模块包括与温度传感器相接的信息处理模块，所述信息处理模块分别与发射模块、拨码开关和保护模块相接，保护模块接电源模块，电源模块接CT线圈，通过CT线圈采用饱和取电方式将采集到的电流传给电源模块感应取电。