CN103457351B - 一体化开关柜智能操控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体化开关柜智能操控系统，装置包括下列八大模块：开关柜状态指示模块、温湿度在线监测模块、智能操控模块、弧光保护模块、保护测控模块、断路器在线监测模块以及通信模块、人机接口模块。本发明通过上述模块，集成解决变电站中开关柜的开关柜在线监测、温湿度自动监控、电动手及车地刀自动控制、弧光保护、保护测控、五防联闭锁、真空度在线监测功能，以满足一次设备智能化、可视化的要求，有力的保证一次设备的安全运行和电网的安全运行，降低设备的维护费用，这对电网的运行和实现对设备的精益化管理都具有非常重要的意义。

Description

一体化开关柜智能操控系统

技术领域

本发明涉及电工技术领域，尤其涉及一种智能开关柜的操作系统。

背景技术

电力开关柜是电力领域最为常用的设备之一，其可靠性直接影响电力系统的安全运行和可靠性。但是也存在着操控上的一些问题和安全问题：开关柜在运行过程中柜门始终是封闭的，运行人员无法知道柜内主接线，开关柜表面的一次主接线无法动态指示开关柜内各种元器件的实际工作状态；凝露问题在绝缘事故中占相当大的比例，高压开关柜内的温湿度控制也是不容忽略的；设备状态及寿命无法及时准确的了解，不得不需要电力管理者对现场进行人工定时检修，有些故障隐患还不能被及时发现，这也是多年来困扰电力安全生产的问题；在开关柜的设计上如有语音防误将更方便运行人员的操作。

目前，传统上为了满足上述需求，配备了各种操作开关、温湿度控制器、测量仪表、带电显示装置、模拟牌等设备，不仅造价较高，而且设备接线复杂，资源配置重复，维护和检修困难。因此，设计一种高度智能化、高度集成化的一体化开关柜智能操控系统，对提高电力系统的可靠性和安全性具有重大的意义。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足而提供一种一体化开关柜智能操控系统，集成开关柜在线监测、温湿度自动监控、电动手车及电动接地刀自动控制、弧光保护、保护测控、五防联闭锁、真空度在线监测功能，替代开关柜内单独配置的状态指示单元、温湿度控制单元、智能操控单元、保护测控装置、计量单元、在线状态监测单元等设备。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一体化开关柜智能操控系统，其分为八大模块，分别为开关柜状态指示模块1、温湿度在线监测模块2、智能操控模块3、弧光保护模块4、保护测控模块5、断路器在线监测模块6、通信模块7以及人机接口模块8。所有模块集成在一台装置内，集中实现开关柜在线监测功能、温湿度自动监控功能、电动手车及电动接地刀自动控制功能、弧光保护功能、保护测控功能、五防联闭锁功能及真空度在线监测功能；弧光保护模块4与保护测控模块5信息共享，提高了保护的可靠性和选择性；智能操控模块3具备对开关柜内断路器、电动手车及电动接地刀三种设备的智能控制和保护功能，且开关柜状态指示模块1、智能操控模块3及断路器在线监测模块6基于统一的信息平台，共同全面监控开关柜的状态信息，从整体的角度实现开关柜操作控制功能。

其中开关柜状态指示模块1，实时采集开关柜状态信息，并以一次回路动态模拟指示牌形式模拟显示开关分合闸指示、储能指示、预分预合指示、电动手车状态指示、电动接地刀状态指示，还通过高压带电监视电路进行高压带电监视，并以LED指示高压带电，同时以红外线感应人体接近开关柜，并以语音示警。

温湿度在线监测模块2，包括温湿度传感器、采集模块、主控单元，通过接地安放温湿度传感器，探测环境温湿度，并实时以无线通信传送给采集模块，再通过RS485传送给主控单元；温湿度在线监测模块还具备温湿度自动调节功能，能提供越限报警功能，其温湿度自动监控操作原理如下：

1)将温湿度的上下限值分别设置为温度上限值A1，温度下限值A2；湿度上限值B1，湿度回差B2；

2)低温低湿：当湿度≤B1，且温度≤A2时，启动加热控制输出，温升至A2+2时，停止加热；

3)高温低湿：当湿度≤B1，且温度≥A1时，启动风机控制输出，温降至A1-2时，停止加热，关闭风机；

4)高温高湿：当湿度≥B1，且温度≥A2+0.75*(A1-A2)时，启动风机；如在此过程中温度≤A2+2，转为启动加热，如此过程中温度≥A1-2，再次启动风机，反复执行上述动作直到湿度≤B1-B2；

5)低温高湿：当湿度≥B1，且温度＜A2+0.75*(A1-A2)时，启动加热，如在此过程中温度≥A1-2，启动风机；如在此过程中温度≤A2+2，转为启动加热，反复执行上述动作直到湿度≤B1-B2。

智能操控模3，可实现对断路器、电动手车及电动接地刀的分合操作，具有就地和远方两种操作模式，并有防误操作闭锁功能，配置误操作语音提示；智能操控模块3在电动手车及电动接地刀驱动电机运转受阻达到保护条件时立即对电机制动，并逆向驱动电机解除闷车卡死状态，达到保护设备的目的，其控制逻辑如下：

1)当电动手车处于非工作位和非试验位置时，电动手车电机只允许摇出动作；

2)当所有的联锁信号都满足，且控制器无故障时，控制器的就绪灯才会点亮，控制器才允许操作；

3)当电动手车摇入过程发生堵转时，停止当前操作，并驱动电动手车电机返回试验位，返回过程中再次发生堵转，停止电动手车电机运行；

4)当电动手车摇出过程发生堵转时，停止当前操作，并反向驱动电动手车电机运行200ms-400ms；

5)当电动手车发生超时未到达指定位置情况时，应退回试验位；

6)电动手车电机到达试验位后延时300ms-500ms，再反向运行20ms-50ms；

7)电动接地刀分合闸操作过程中，输入分/合闸指令，控制器仍执行原操作；

8)电动接地刀分合闸操作过程中，按下复位/急停按扭，或联锁信号无效，控制器将停止操作；

9)电动接地刀电动机构操作到位后延时2s-3s，再反转0.3s-0.5s，如果到位后控制器掉电未反转，则重新上电后，需判断电动接地刀是否处于原来相应的分合闸位置，若处于原来相应的分合闸位置则需重新反转；

10)电动接地刀堵转保护条件满足，控制器在停止电动接地刀电动机构动作后将电动接地刀电动机构机构反转1.5s-2s。

弧光保护模块4，通过在电缆室安装弧光探头监视出线侧弧光信息，以FT3格式向弧光保护模块4发送弧光采样信息，结合采样电流，与保护测控模块5配合实现弧光保护，并提供快速跳闸接点。

保护测控模块5，通过集成配置的模拟量采集单元和开入单元采集所保护的一次设备的电压、电流信息及开关量信息，实时计算电流、电压、功率及电度，完成采样值计算、故障录波、遥测计算及电能计量功能，通过逻辑判断程序实现三段式方向复合过流保护、反时限过流保护、零序过流保护、零序过压保护、低电压保护、重合闸和后加速保护。

断路器在线监测模块6，可实现真空度在线监测、动静触头温度在线监测、断路器在线监测功能，真空度在线监测是以非接触方式在线定性监测真空度，在真空度下降的情况下进行闭锁操作，发出告警信号；动静触头温度在线监测通过实时监测电动手车动静触头及电缆头、母线头温度，来监测动静触头之间的接触电阻及动静触头氧化情况，避免动静触头氧化严重起弧烧损；断路器在线监测，通过实时监测断路器分合闸回路电压及断路器分闸时间、开断时间、操作机构动作时间、燃弧时间，来监测断路器的设备状况，包括监测主动静触头受损情况，监测操作机构是否存在分闸线圈工作异常、脱扣器卡涩、润滑不良、元件的连接问题轴承磨损或滞塞、储能系统泄压，监测断路器的熄弧能力及切除故障电流能力，从而达到断路器的机械性能和灭弧性能在线监测的目的，更好地实现状态检修。

通信模块7及人机接口模块8，负责组成人机交互界面，完成参数整定、信息显示、调试试验三种人机交互功能。

有益效果：本发明所涉及的一体化开关柜智能操控系统，不仅能动态模拟开关分合闸指示、储能指示、预分预合指示、电动手车状态指示、电动接地刀状态指示，还具备显示柜内温湿度及自动除湿和温度控制、高压带电显示及电磁闭锁、人体接近语音提示功能，同时实现开关柜智能操控功能、保护测控功能和在线监测功能，实现了一次设备的智能化和可视化，从而有力的保证了电气设备的安全运行和电网安全运行。同时采用一体化的设备，简化了二次接线，使得运行检修人员的操作更为简单，降低了误操作几率，提高了系统可靠性，且节省了维护工作量和维护成本，这对电网运行和实现设备精细化管理都具有非常重要的意义。

附图说明

图1为本发明一体化开关柜智能操控系统的模块结构图。

具体实施方式：

为进一步揭示本发明的技术方案，兹结合附图详细说明本发明的实施方式。如图1所示，本发明主要包括开关柜状态指示模块1、温湿度在线监测模块2、智能操控模块3、弧光保护模块4、保护测控模块5、断路器在线监测模块6、通信模块7以及人机接口模块8，负责一次电气设备的状态采集、环境温湿度检测、动静触头温度监测、电流电压采集、弧光探测及真空度探测，完成相应的开关柜在线监测、温湿度自动监控、电动手车及电动接地刀自动控制、弧光保护、保护测控、五防联闭锁、真空度在线监测功能。同时与调度系统、后台监控系统进行信息传送，并进行有效的信息互动。

其中开关柜状态指示模块1，实时采集开关柜状态信息，并以一次回路动态模拟指示牌形式模拟显示开关分合闸指示、储能指示、预分预合指示、电动手车状态指示、电动接地刀状态指示，还通过高压带电监视电路进行高压带电监视，并以LED指示高压带电，同时以红外线感应人体接近开关柜，并以语音示警。

温湿度在线监测模块2，通过接地安放温湿度传感器，探测环境温湿度，并实时以无线通信传送给采集模块，再通过RS485传送给主控单元。同时温湿度在线监测模块还具备温湿度自动调节功能，能提供越限报警功能。

智能操控模块3，可实现对断路器、电动手车及电动接地刀的分合操作，具有就地和远方两种操作模式，并有防误操作闭锁功能，配置误操作语音提示；智能操控模块3在电动手车及电动接地刀驱动电机运转受阻达到保护条件时立即对电机制动，并逆向驱动电机解除闷车卡死状态，达到保护设备的目的。

弧光保护模块4，通过在电缆室安装弧光探头监视出线侧弧光信息，以FT3格式向弧光保护模块4发送弧光采样信息，结合采样电流，与保护测控模块5配合实现弧光保护，并提供快速跳闸接点。

保护测控模块5，通过集成配置的模拟量采集单元和开入单元采集所保护的一次设备的电压、电流信息及开关量信息，实时计算电流、电压、功率及电度，完成采样值计算、故障录波、遥测计算及电能计量功能，通过逻辑判断程序实现三段式方向复合过流保护、反时限过流保护、零序过流保护、零序过压保护、低电压保护、重合闸和后加速保护。

断路器在线监测模块6，可实现真空度在线监测、动静触头温度在线监测、断路器在线监测功能，真空度在线监测是以非接触方式在线定性监测真空度，在真空度下降的情况下进行闭锁操作，发出告警信号；动静触头温度在线监测通过实时监测电动手车动静触头及电缆头、母线头温度，来监测动静触头之间的接触电阻及动静触头氧化情况，避免动静触头氧化严重起弧烧损；断路器在线监测，通过实时监测断路器分合闸回路电压及断路器分闸时间、开断时间、操作机构动作时间、燃弧时间，来监测断路器的设备状况，包括监测主动静触头受损情况，监测操作机构是否存在分闸线圈工作异常、脱扣器卡涩、润滑不良、元件的连接问题轴承磨损或滞塞、储能系统泄压，监测断路器的熄弧能力及切除故障电流能力，从而达到断路器的机械性能和灭弧性能在线监测的目的，更好地实现状态检修。

通信模块7及人机接口模块8，负责组成人机交互界面，完成参数整定、信息显示、调试试验三种人机交互功能。

以上阐述了本发明的基本结构和基本原理，但本发明绝不限于上述所列实施方式，凡是基于本发明技术方案所作的等同变化、改进及故意变劣等行为，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一体化开关柜智能操控系统，其特征在于：包括开关柜状态指示模块(1)、温湿度在线监测模块(2)、智能操控模块(3)、弧光保护模块(4)、保护测控模块(5)、断路器在线监测模块(6)、通信模块(7)以及人机接口模块(8)，所有模块集成在一台装置内，集中实现开关柜在线监测功能、温湿度自动监控功能、电动手车及电动接地刀自动控制功能、弧光保护功能、保护测控功能、五防联闭锁功能及真空度在线监测功能；弧光保护模块(4)与保护测控模块(5)信息共享，提高了保护的可靠性和选择性；智能操控模块(3)具备对开关柜内断路器、电动手车及电动接地刀三种设备的智能控制和保护功能，且开关柜状态指示模块(1)、智能操控模块(3)及断路器在线监测模块(6)基于统一的信息平台，共同全面监控开关柜的状态信息，从整体的角度实现开关柜操作控制功能；所述温湿度在线监测模块(2)包括温湿度传感器、采集模块、主控单元，通过接地安放温湿度传感器，探测环境温湿度，并实时以无线通信传送给采集模块，再通过RS485传送给主控单元；温湿度在线监测模块还具备温湿度自动调节功能，能提供越限报警功能，其温湿度自动监控操作原理如下：

1)将温湿度的上下限值分别设置为温度上限值A1，温度下限值A2；湿度上限值B1，湿度回差B2；

2)低温低湿：当湿度≤B1，且温度≤A2时，启动加热控制输出，温升至A2+2时，停止加热；

3)高温低湿：当湿度≤B1，且温度≥A1时，启动风机控制输出，温降至A1-2时，停止加热，关闭风机；

4)高温高湿：当湿度≥B1，且温度≥A2+0.75*(A1-A2)时，启动风机；如在此过程中温度≤A2+2，转为启动加热，如此过程中温度≥A1-2，再次启动风机，反复执行上述动作直到湿度≤B1-B2；

5)低温高湿：当湿度≥B1，且温度＜A2+0.75*(A1-A2)时，启动加热，如在此过程中温度≥A1-2，启动风机；如在此过程中温度≤A2+2，转为启动加热，反复执行上述动作直到湿度≤B1-B2。

2.根据权利要求1所述的一体化开关柜智能操控系统，其特征在于：所述的开关柜状态指示模块(1)实时采集开关柜状态信息，并以一次回路动态模拟指示牌形式模拟显示开关分合闸指示、储能指示、预分预合指示、电动手车状态指示、电动接地刀状态指示，还通过高压带电监视电路进行高压带电监视，并以LED指示高压带电，同时以红外线感应人体接近开关柜，并以语音示警。

3.根据权利要求1所述的一体化开关柜智能操控系统，其特征在于：所述智能操控模块(3)可实现对断路器、电动手车及电动接地刀的分合操作，具有就地和远方两种操作模式，并有防误操作闭锁功能，配置误操作语音提示；智能操控模块(3)在电动手车及电动接地刀驱动电机运转受阻达到保护条件时立即对电机制动，并逆向驱动电机解除闷车卡死状态，达到保护设备的目的，其控制逻辑如下：

1)当电动手车处于非工作位和非试验位置时，电动手车电机只允许摇出动作；

2)当所有的联锁信号都满足，且控制器无故障时，控制器的就绪灯才会点亮，控制器才允许操作；

3)当电动手车摇入过程发生堵转时，停止当前操作，并驱动电动手车电机返回试验位，返回过程中再次发生堵转，停止电动手车电机运行；

4)当电动手车摇出过程发生堵转时，停止当前操作，并反向驱动电动手车电机运行200ms-400ms；

5)当电动手车发生超时未到达指定位置情况时，应退回试验位；

6)电动手车电机到达试验位后延时300ms-500ms，再反向运行20ms-50ms；

7)电动接地刀分合闸操作过程中，输入分/合闸指令，控制器仍执行原操作；

8)电动接地刀分合闸操作过程中，按下复位/急停按扭，或联锁信号无效，控制器将停止操作；

9)电动接地刀电动机构操作到位后延时2s-3s，再反转0.3s-0.5s，如果到位后控制器掉电未反转，则重新上电后，需判断电动接地刀是否处于原来相应的分合闸位置，若处于原来相应的分合闸位置则需重新反转；

10)电动接地刀堵转保护条件满足，控制器在停止电动接地刀电动机构动作后将电动接地刀电动机构机构反转1.5s-2s。

4.根据权利要求1所述的一体化开关柜智能操控系统，其特征在于：所述弧光保护模块(4)通过在电缆室安装弧光探头监视出线侧弧光信息，以FT3格式向弧光保护模块(4)发送弧光采样信息，结合采样电流，与保护测控模块(5)配合实现弧光保护，并提供快速跳闸接点。

5.根据权利要求1所述的一体化开关柜智能操控系统，其特征在于：所述保护测控模块(5)，通过集成配置的模拟量采集单元和开入单元采集所保护的一次设备的电压、电流信息及开关量信息，实时计算电流、电压、功率及电度，完成采样值计算、故障录波、遥测计算及电能计量功能，通过逻辑判断程序实现三段式方向复合过流保护、反时限过流保护、零序过流保护、零序过压保护、低电压保护、重合闸和后加速保护。

6.根据权利要求1所述的一体化开关柜智能操控系统，其特征在于所述断路器在线监测模块(6)，可实现真空度在线监测、动静触头温度在线监测、断路器在线监测功能，真空度在线监测是以非接触方式在线定性监测真空度，在真空度下降的情况下进行闭锁操作，发出告警信号；动静触头温度在线监测通过实时监测电动手车动静触头及电缆头、母线头温度，来监测动静触头之间的接触电阻及动静触头氧化情况，避免动静触头氧化严重起弧烧损；断路器在线监测，通过实时监测断路器分合闸回路电压及断路器分闸时间、开断时间、操作机构动作时间、燃弧时间，来监测断路器的设备状况，包括监测主动静触头受损情况，监测操作机构是否存在分闸线圈工作异常、脱扣器卡涩、润滑不良、元件的连接问题、轴承磨损或滞塞、储能系统泄压，监测断路器的熄弧能力及切除故障电流能力，从而达到断路器的机械性能和灭弧性能在线监测的目的，更好地实现状态检修。

7.根据权利要求1所述的一体化开关柜智能操控系统，其特征在于所述通信模块(7)及人机接口模块(8)，负责组成人机交互界面，完成参数整定、信息显示、调试试验三种人机交互功能。