CN103178501A - 一种多功能开关柜智能保护测控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力自动化设备，特别是应用于电力开关柜使用的综合智能微机保护测控设备。包括多个多功能开关柜智能保护测控装置以及联接所述多功能开关柜智能保护测控装置的通讯系统，其特征在于，所述多功能开关柜智能保护测控装置是指可完成数字继电保护，测量仪表、智能操控、温湿度自动控制器、触头温度监测、人体保护、变送输出以及数字通讯等功能自动化设备；所述的多功能开关柜智能保护测控装置具有为完成上述功能而统一定义的信号输入输出端子；所述的多功能开关柜智能保护测控装置能够监测输入信号，并实时地按预定逻辑进行推理，完成自动保护控制。
Description
技术领域
本发明属于电力自动化设备，特别是应用于电力开关柜使用的一种多功能开关柜智能保护测控系统。
背景技术
在当今电力系统自动化水平发展日新月异的时代，应用于电力系统的自动化装置、系统越来越多，功能越来越复杂；例如：微机继电保护装置、智能操控仪、智能测控仪表、温湿度自动控制器、触头测温系统等；这对于供电系统及其设备的安全性、可靠性提供了强大的支持。但是，大量的这些设备同时应用于一台电力开关柜造成了诸多问题：
首先，多种装置都需要采集相同的信号，比如，微机继电保护装置、智能操控仪和智能测控仪表，它们都要采集三相电压和电流信号、状态信号，通过它们各自侧重的算法为开关柜提供不同的测量、监视和保护功能，造成开关的设计、生产、检测和维护的工作量成倍增加；
其次，由于这些智能设备都提供了通讯接口，以便集中监控，为这些设备的通讯，通常是要为每一类设备铺设一个或多个通讯网，这使得现场施工工作量巨大，通讯系统可靠性降低，维护难大幅提升；
再次，智能设备通常要安装在开关柜的仪表门上，而开关的外形尺寸是确定的，仪表门的尺寸也相当有限；越来越多的智能设备的出显，使得它们开关柜上的安装过程演变成了拼图挑战；对开关柜智能设备的集成化，成为主流需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种集数字继电保护、智能操控仪、智能测控仪表、温湿度自动控制器、触头测温系统为一体具有通讯功能的多功能开关柜智能保护测控装置。
本发明提供的技术方案如下：一种多功能开关柜智能保护测控系统，包括多个多功能开关柜智能保护测控装置以及联接所述多功能开关柜智能保护测控装置的通讯系统，其特征在于，所述多功能开关柜智能保护测控装置是指可完成数字继电保护，测量仪表、智能操控、温湿度自动控制器、触头温度监测、人体保护、变送输出以及数字通讯等功能自动化设备；所述的多功能开关柜智能保护测控装置具有为完成上述功能而统一定义的信号输入输出端子；所述的多功能开关柜智能保护测控装置能够监测输入信号，并实时地按预定逻辑进行推理，完成自动保护控制，产生输出信号；所述的多功能开关柜智能保护测控装置具有多种人机交互设备，至少包括：数码管显示、液晶显示、状态指示灯、按键、一次接线图。
所述的数字继电保护是实时监测供电设备中的电压互感器、专用保护电流互感器、以及状态传感器输出的信号，根据保护逻辑来识别供电系统故障并能够在瞬间切断故障点，从而实现对供电设备进行保护。
所述的测量仪表用于实时对供电设备中的电压互感器、专用测量电流互感器输出的信号进行采样，测量和计算出：频率、电压和电流有效值，有功功率、无功功率、相角、功率因数、各次谐波含量、有功电度量、无功电度量等信息。
所述的智能操作功能是指能够以大幅面动态一次模拟图的形式反映开关柜内各断路器和刀闸的合分状态，实时进行人体操作安全性监测，完成操作方式切换、以及就地分合闸；所述的温湿度自动控制功能是指通过实时监测在开关柜内安装的温度传感器和湿度传感器的输出信号，在必要时启动加热器、排风扇，从而实现开关柜内自动温湿度调节。
所述的触头测温功能是指通过无线接收安装在触头/电缆搭接头上的测温模块发送的实时温度信号，监测各测温点的温度信号，对温度过高的点实时告警。
所述的人体保护是指多功能开关柜智能保护测控装置可以检测到人体接近，当在高压带电状态下，检测到有人体接近，扬声器播放语音提示；所述的通讯系统是指通过数字或模拟调制解调芯片按照特定的通讯标准与在各设备之间完成信息交换。
所述的数字通讯至少包括RS485接口；所述的变送输出至少包括4~24mA模拟输出；所述的统一定义的信号输入输出端子是指需要的输入输出信号在接入装置主体的接线端时不重复，不同功能需要的信号，在装置上统一定义，共同使用。
所述的输入信号包括：从电压互感器输出的电压信号、从测量专用电流互感器输出的电流信号、从保护专用电流互感器输出的电流信号、从零序电流互感器输出的电流信号、温度传感输出的模拟信号、湿度传感器输出的模拟信号、触头温度数据、断路器状态信号、刀闸状态信号。
所述的输出信号包括：断路器控制信号、电磁机构闭锁信号、加热器控制信号、排风扇控制信号、报警信号、可编程的输出信号。
所述的信息交换对于模拟通讯指单向的可将测量结果调制为4~10mA电流环信号；所述的信息交换对于数字通讯指Modbus-RTU或EC60870-5-103:1997中约定的通讯过程。
本发明的优点是：提供一种多功能的电力开关柜智能保护测控装置，简化了开关柜智能保护测控装置的生产和现场通讯网络的建设，大幅度降低开关柜在生产、测试、安装、调试和维护等环节的工作量；克服了当前开关柜生产过程中因智能测控设备种类和数量繁多，测试、安装、调试、维护工作量大这一问题；尤其是当前电力设备竞争越来越激烈，优化开关柜的设计、制造、测试、安装、调试和维护成本，提高系统的可靠性，是提高设备制造企业竞争力的一条捷径。
附图说明
图1为本发明的实施结构示意图；
图2为本发明的交互面板结构示意图；
图3为本发明的装置主机结构示意图；
图4为本发明的装置主机接口示意图；
图5为本发明的应用举例示意图。
附图图号说明：
1--交互面板，2--联接电缆，3--装置主机，4--仪表室，5--背板，6--仪表室门，101--交互面板前壳体，102--交互面板后壳体，103--交互面板七段数码管显示区，104--液晶显示器，105--交互面板扬声器，106--按键矩阵，107--电加热控制开关，108--远方就地选择开关，109--一次接线图，110--人体感应传感器，111--开关状态指示灯，112--分合闸开关，113--储能启动开关，114--状态指示灯，301--装置主机安装板，302--装置主机前板，303--接线端子，304--装置主机安装孔，305--装置主机安装挂钩，306--无线通讯天线，A—接线面，B—安装面。
具体实施方式：
具体实施方式：
下面结合具体实例来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，一种多功能开关柜智能保护测控系统，包括交互面板1、联接电缆2以及装置主机3；交互面板装置安装在高压开关柜4的仪表室门6上；装置主机3安装在高压柜4仪表室4的背板5上；交互面板1和装置主机3之间通过联接电缆2连接。
所述的交互面板1用于人机交互，包含如下部件：
1) 交互面板前壳体101固定在高压开关柜仪表室门6外；
2) 交互面板后壳体102穿过高压开关柜仪表室门6上的开孔伸入高压柜仪表室4内；
3) 交互面板七段LED数码管显示区103用于高亮度地显示主要电参数；
4) 交互面板液晶显示区104是装置内信息的主要显示设备，通过功能菜单，可查询、检索装置中的各种信息和事件记录，并能够配置工作参数；
5) 交互面板扬声器105用于语音提示异常状态；
6) 交互面板按键矩阵106用于操作液晶显示器；
7) 交互面板手动电加热控制开关107用于手动启动电加热器；
8) 交互面板远方就地选择开关108用于切换装置的受控状态；交互面板一次接线图109用于标识装置所在关开柜的柜内接线方式；
9) 交互面板人体感应传感器110用于检测是否有人接近；
10) 交互面板开关状态指示灯111用于指示是开关柜内各断路器及刀闸的分合状态；
11) 交互面板手动分合闸开关112用于手动操纵断路器完成分合闸操作；
12) 交互面板手动储能启动开关113用于手动扣操纵断路器完成执行机构线圈充电储能；
13) 交互面板状态指示灯114用于指示装置监测到的各种状态信息，如：各相带电状态、储能状态、通讯状态、装置故障、各种保护的动作状态等。
所述的装置主机3如图3A、图3B所示，装置主机3用于信号接入、信号输出，与后台系统通讯：为此包括：
1) 装置主机安装板301用于将装置主机3固定在高压开关柜仪表室4的背板5上；
2) 装置主机前板302用于布置信号接线端子303；
3) 信号接线端子303用于联接各种信号，完成信号采集、控制输出及通讯等功能；
4) 安装孔304用于将装置主机3固定在高压开关柜仪表室4的背板5上；
5) 安装挂钩305用于简化将装置主机3固定在高压开关柜仪表室4的背板5上的过程；
6) 无线通讯天线306用于完成装置主机与触头测温模块之间无线通讯。
所述的装置主机3用于：
1) 保护的电流和电压经二次互感器和信号调理电路后，经AD转换器，由CPU计算出二次保护电压和二次保护电流值，使用这些数值以及数字输入信号的状态，经各种逻辑过程，判定所在供电回路的状态，及时分辨出故障状态，并在指定的时间内激发断路器跳闸，从而实现隔离所在供电回路的故障；
2) 用于测量的电流和电压经二次互感器和信号调电路后，由专用芯片处理为高精度的测量和计量数据，这些数据可以指定到交互面板1上的七段LED数码管103做高亮度显示，各相的带电状态可驱动交互面板1上的带电状态指示灯114；
3) 数字输入回路的信号经隔离和信号调理电路后，经CPU识别，一方面用于各种保护逻辑过程中的限定或判据，另一方面用于驱动交互面板1上的各种状态指示灯114；
4) 装置主机3可接收两组温度测量信号，经信号经隔离和信号调理电路后，转换为高压开关柜内不同部位的环境温度；该温度值可以在交互面板1的液晶显示器104上显示，还分别用于驱动两组自动控制电加热器升温或驱动排风扇降温；
5) 装置主机3可接收两组湿度测量信号，经信号经隔离和信号调理电路后，转换为高压开关柜内不同部位的环境湿度；该湿度值可以在交互面板1的液晶显示器104上显示，还分别用于驱动两组自动控制电加热器和排风扇完成除湿；
6) 装置主机3可通过无线通讯天线306接收6个安装在开关柜内不同位置上的电缆接头上的测温模块测量的触头温度数据，这些温度值可以在交互面板1的液晶显示器104上显示；在异常状态下，可启动报警输出并驱动交互面板1上的触头过热状态指示灯114；
7) 装置主机1有三组断路器控制输出，分别用于合、分闸和保护跳闸；后台主机可通过数据通讯遥控装置输出分、合闸信号，实际远程控制；装置主机1中的保护功能在识别所在回路异常时，自动驱动跳闸信号使跳断路器跳闸；
8) 装置主机1有两组电加热器控制输出，分别对应两组温湿度传感器所在区域内布置的电加热器，用于对高压开关柜自动升温和除湿；
9) 装置主机1有一组排风控制输出，用于对高压开关柜自动降温和除湿；
10) 装置主机1有一组电磁闭锁信号输出，用于在这满足装置装置主机1有两组报警信号输出，分别用于在报警和事故状态下驱动警笛和警铃；
11) 装置主机1有五组可编程信号输出，可在交互面板1的液晶显示器104上指定使用哪些信号驱动这些继电器；
12) 装置主机1提供两组4~20mA模拟信号输出，可在交互面板1的液晶显示器104上分别指定两个测量数据通过该接口变送输出；
13) 装置主机1上提供一路RS485通讯接口与后台主机或自动化主站完成通讯，该数字通讯口可在交互面板1的液晶显示器104上指定通讯协议为Modbus-RTU或IEC60870-5-103:1997；
14) 联接电缆2中包含供电回路和隔离的通讯回路，分别用于给交互面板供电和完成交互面板1与装置主机3之间的信息交流；
15) 交互面板1上的液晶显示器104和按键矩阵106用于查询、检索装置的参数、工作状态，并可设定装置的工作参数；
16) 交互面板1上的七段LED数码管显示区103用于显示指定的测量数据，该显示区上可指定一个数据固定显示，也可指定多个数据滚动显示；
17) 交互面板1上的扬声器105用于播放语音提示；当装置检测到异常状态时，播放中文语音提示信息，提醒操作人员所在回路的异常状态，或提醒操作人员处于危险状态；
18) 交互面板1上的状态指示灯114包含四个类别的状态指示：
(1) 带电指示：分别用于指示A,B,C三相的带电状态；
(2) 输出指示：分别各电加热器和排风扇的工作状态；
(3) 报警指示：分别指示装置故障、继电保护启动、温湿度异常状态、触头温度异常状态；
(4) 工作状态：分别指示通讯收发状态、电能计量脉冲等。
19) 交互面板1上的一次接线图109用于标识装置所在关开柜的柜内接线方式，根据现场的接线方式不同，该接线图可以更换为与现场接线方式一致的一次接线图形识别出当前状态不满足带电条件时，驱动电磁闭锁机构，禁止所在回路通电；交互面板1上的开关状态指示灯111用于指示装置所在回路上断路器和各刀闸的合分状态，实时反映装置所在回路的工作状态；
20) 交互面板1上的人体感应传感器110用于检测是否有人接近；在高压柜带电状态下，若装置通过该传感器检测到有人接近，将驱动交互面板1上的扬声器105播放语音警告；
21) 交互面板1上的手动电加热控制开关107、远方就地选择开关108、手动分合闸开关112、手动储能开关113直接接入控制回路，为操作者提供手动操作功能。
本领域的技术人员应该认识到，上述实例的具体实施方式只是示例性的，只是为了更好地使本领域的技术人员能够理解本权利，不能理解为是对本权利包括范围的限制，只要根据本权利所揭示的精神所作的任何等同变更或修饰，均落入本发明包括的范围。
Claims (10)
1.一种多功能开关柜智能保护测控系统，包括多个多功能开关柜智能保护测控装置以及联接所述多功能开关柜智能保护测控装置的通讯系统，其特征在于，所述多功能开关柜智能保护测控装置是指可完成数字继电保护，测量仪表、智能操控、温湿度自动控制器、触头温度监测、人体保护、变送输出以及数字通讯等功能自动化设备；所述的多功能开关柜智能保护测控装置具有为完成上述功能而统一定义的信号输入输出端子；所述的多功能开关柜智能保护测控装置能够监测输入信号，并实时地按预定逻辑进行推理，完成自动保护控制，产生输出信号；所述的多功能开关柜智能保护测控装置具有多种人机交互设备，至少包括：数码管显示、液晶显示、状态指示灯、按键、一次接线图。
2.根据权利要求1所述多功能开关柜智能保护测控装置，其特征在于，所述的数字继电保护是实时监测供电设备中的电压互感器、专用保护电流互感器、以及状态传感器输出的信号，根据保护逻辑来识别供电系统故障并能够在瞬间切断故障点，从而实现对供电设备进行保护。
3.根据权利要求1所述多功能开关柜智能保护测控装置，其特征在于，所述的测量仪表用于实时对供电设备中的电压互感器、专用测量电流互感器输出的信号进行采样，测量和计算出：频率、电压和电流有效值，有功功率、无功功率、相角、功率因数、各次谐波含量、有功电度量、无功电度量等信息。
4.根据权利要求1所述多功能开关柜智能保护测控装置，其特征在于，所述的智能操作功能是指能够以大幅面动态一次模拟图的形式反映开关柜内各断路器和刀闸的合分状态，实时进行人体操作安全性监测，完成操作方式切换、以及就地分合闸；所述的温湿度自动控制功能是指通过实时监测在开关柜内安装的温度传感器和湿度传感器的输出信号，在必要时启动加热器、排风扇，从而实现开关柜内自动温湿度调节。
5.根据权利要求1所述多功能开关柜智能保护测控装置，其特征在于，所述的触头测温功能是指通过无线接收安装在触头/电缆搭接头上的测温模块发送的实时温度信号，监测各测温点的温度信号，对温度过高的点实时告警。
6.根据权利要求1所述多功能开关柜智能保护测控装置，其特征在于，所述的人体保护是指多功能开关柜智能保护测控装置可以检测到人体接近，当在高压带电状态下，检测到有人体接近，扬声器播放语音提示；所述的通讯系统是指通过数字或模拟调制解调芯片按照特定的通讯标准与在各设备之间完成信息交换。
7.根据权利要求1所述多功能开关柜智能保护测控装置，其特征在于，所述的数字通讯至少包括RS485接口；所述的变送输出至少包括4~24mA模拟输出；所述的统一定义的信号输入输出端子是指需要的输入输出信号在接入装置主体的接线端时不重复，不同功能需要的信号，在装置上统一定义，共同使用。
8.根据权利要求1所述多功能开关柜智能保护测控装置，其特征在于，所述的输入信号包括：从电压互感器输出的电压信号、从测量专用电流互感器输出的电流信号、从保护专用电流互感器输出的电流信号、从零序电流互感器输出的电流信号、温度传感输出的模拟信号、湿度传感器输出的模拟信号、触头温度数据、断路器状态信号、刀闸状态信号。
9.根据权利要求1所述多功能开关柜智能保护测控装置，其特征在于，所述的输出信号包括：断路器控制信号、电磁机构闭锁信号、加热器控制信号、排风扇控制信号、报警信号、可编程的输出信号。
10.根据权利要求11所述多功能开关柜智能保护测控装置，其特征在于，所述的信息交换对于模拟通讯指单向的可将测量结果调制为4~10mA电流环信号；所述的信息交换对于数字通讯指Modbus-RTU或EC60870-5-103:1997中约定的通讯过程。
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