CN103675668A - 高压断路器状态监测系统 - Google Patents

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刘海锋
李强
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国家电网公司
国网河北省电力公司检修分公司
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本发明涉及高压断路器状态监测系统,包括第一至第三SF6传感器、第一至第三位移传感器、第一至第四电流传感器、断路器状态监测IED、站控层交换机和一体化监测平台;所述断路器状态监测IED包括FPGA模块、PPC模块、A/D模块、信号调理模块、保护模块、第一至第三RS485接口、光隔和光纤以太网接口;其有益效果在于可以实时在线监测断路器的机械特性,能反映断路器运行的基本状态;能捕捉设备动作时的环境和实时数据,能确保系统能捕获到有效的数据,实现了多系统基于网络的信息共享,克服了当前主流技术存在的数据监测盲区问题,能够直观地、实时地发现断路器在运行过程中出现的问题。

Description

高压断路器状态监测系统
技术领域
[0001] 本发明属于电力系统高压断路器在线监测系统,特别涉及高压断路器状态监测系统。
背景技术
[0002] 众所周知,断路器与其他电气设备相比,机械部分零部件特别多,加之这些部分动作频繁,因此造成故障的可能性就较多。我国电科院对全国6kV以上高压开关故障原因统计分析中看出,在拒动、误动故障中因操动机构及其传动系统导致的机械故障占41.63%。国际大电网会议(CIGRE)调查了 1988年以后运行的高压断路器,涉及到22个国家的132家电力公司的70708台.年,操作机构故障占43.5%,列在首位;列在第二、第三位占20%至30%的是SF6气体的泄漏和附件及二次回路的故障。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种可监测断路器实时运行状态的智能化的高压断路器状态监测系统。
[0004] 为解决上述技术问题所采取的技术方案是:一种高压断路器状态监测系统,包括第一至第三SF6传感器、第一至第三位移传感器、第一至第四电流传感器、断路器状态监测IED、站控层交换机和一体化监测平台;所述断路器状态监测IED包括FPGA模块、PPC模块、A/D模块、信号调理模块、保护模块、第一至第三RS485接口、光隔和光纤以太网接口 ;
所述第一 SF6传感器的输入端接被测断路器的数字远传表A相输出端;所述第一 SF6传感器的输出端经第一 RS485接口与所述PPC模块的第一 RS485接口端R1双向连接;所述第二 SF6传感器的输入端接被测断路器的数字远传表B相输出端;所述第二 SF6传感器的输出端经第二 RS485接口与所述PPC模块的第二 RS485接口端R2双向连接;所述第三SF6传感器的输入端接被测断路器的数字远传表C相输出端;所述第三SF6传感器的输出端经第三RS485接口与所述PPC模块的第三RS485接口端R3双向连接;
所述第一位移传感器的输入端接被测断路器的传动机构A相端口 ;所述第一位移传感器的输出端接所述FPGA模块的相应输入端;所述第二位移传感器的输入端接被测断路器的传动机构B相端口 ;所述第二位移传感器的输出端接所述FPGA模块的相应输入端;所述第三位移传感器的输入端接被测断路器的传动机构C相端口 ;所述第三位移传感器的输出端接所述FPGA模块的相应输入端;
所述第一电流传感器的输入端接被测断路器的二次线圈A相端口 ;所述第一电流传感器的输出端依次经所述保护模块、调理信号模块、A/D模块接所述FPGA的相应输入端;所述第二电流传感器的输入端接被测断路器的二次线圈B相端口 ;所述第二电流传感器的输出端依次经所述保护模块、调理信号模块、A/D模块接所述FPGA模块的相应输入端;所述第三电流传感器的输入端接被测断路器的二次线圈C相端口 ;所述第三电流传感器的输出端依次经所述保护模块、调理信号模块、A/D模块接所述FPGA模块的相应输入端;所述第四电流传感器的输入端接被测断路器的保护感应线圈;所述第四电流传感器的输出端依次经所述保护模块、调理信号模块、A/D模块接所述FPGA模块的相应输入端;
被测断路器的辅助触点接所述光隔的输入端;所述光隔的输出端与所述FPGA模块的相应输入端双向连接;
所述FPGA通过并行总线与所述PPC模块双向连接;所述PPC模块的以太网接口经所述光纤以太网接口与所述站控层交换机双向连接;所述一体化监测平台的输入端与所述站控层交换机的输出端双向连接。
[0005] 所述第一至第三SF6传感器的型号均为WP-WPGS-100 ;所述第一至第三位移传感器的型号均为Baumer G1355 ;所述第一至第三电流传感器的型号均为SC04-A ;所述第四电流传感器的型号为SC04-AM。
[0006] 所述FPGA模块的型号为EPM570 ;所述PPC模块的型号为MPC8315 ;所述光纤以太网接口的型号为HFBR5801。
[0007] 所述A/D模块的型号为AD7606 ;所述信号调理模块的型号为0P282 ;所述保护模块的型号为SPX350F ;所述光隔的型号为PS2801。
[0008] 所述站控层交换机的型号为MIER-4226MT16 ;所述一体化监测平台为PC服务器。
[0009] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于:
1、本发明可以实时地在线监测断路器的机械特性,包括分合闸线圈电流、SF6气室状态,当断路器出现异常趋势时,本发明能及时提示检修信息;
2、本发明通过对采集数据的分析,能反映断路器运行的基本状态;
3、本发明能捕捉设备动作时的环境和实时数据,并对采集到的数据进行分析诊断,为确定发生故障的部位和原因提供科学依据;
4、本发明能提供完善的网络平台,实现对断路器状态的远程监测和管理;
5、本发明选择第三代Cyclone FPGA芯片实现对各相数据的同步高速采集,并能实时分析出当前设备的运行状态,确保系统能捕获到有效的数据,通过该方法解决了以往技术中不同相数据同步难、存储难的问题;
6、本发明选择具有双千兆以太网的MPC8315高性能网络处理器,不但解决了当前状态监测系统中数据通讯速率的瓶颈问题,也将到站控层的通讯网络和到间隔层的网络进行了分离,提高了网络的效率和稳定性;
7、本发明在断路器监测方面首次实现多系统基于网络的信息共享,能将数据实时转发到网络上,将数据分享给其它系统,同时也能分享其它系统的数据,如局放信号数据等,实现基于更多参量的分析和判断;
8、本发明将当前采集到的所有信号临时放到几个缓冲区,每个通道采用循环保存的方法,确保一段时间内的数据暂存;当该数据缓冲区的数据满足条件需要上传时,系统将切换到另外一个缓冲区,保证系统能不间断地捕获到异常情况下的数据,不会出现数据监测的盲区;本发明克服了当前主流技术存在的数据监测盲区问题,对于智能电网高压断路在线连续监测的实现具有重要的意义,为国内首创;
9、本发明波形曲线的形状与断路器的运行状态密切相关,它能够反映断路器动作的机械特性;断路器状态监测IED通过前述各类传感器获取信号并形成波形文件通过内置的算法,把这些波形文件和与正常波形比对分析处理;IED把分析处理结果通过网络上传到一体化监测平台,使得能够直观地、实时地发现断路器在运行过程中出现的问题,大大节省了相关工作的人力物力。
[0010] 因此,本发明能够全面、科学、准确地监测断路器的实时运行状态并有效避免强大的电磁干扰,完整安全地把数据传送至监视终端,是一种高可靠性的在线监测系统。系统能不间断地捕获到异常情况下的数据,不会出现数据监测的盲区,克服了当前主流技术存在的数据监测盲区问题,对于智能电网高压断路在线连续监测的实现具有重要的意义。本发明完成了以往必须通过停电才能完成的工作,大大方便了相关的工作人员,并节省了时间和金钱,对于全国大面积的智能电网高压断路器而言,有很强的现实意义。
[0011] 通过安装该系统,为高压断路器的日常运行、日常维护提供实时、可靠、便捷的技术手段,为设备状态检修和事故分析处理等提供及时、全面、翔实的技术支持,这是电网发展的需要,也是技术进步的必然趋势。
[0012] 高压断路器状态监测系统是对高压断路器设备的重要参数进行长期连续的在线监测系统,可分析高压断路器变化趋势,及时发现其故障前兆,防止事故发生,确保设备安全可靠。本发明的使用不仅克服了定期维修的盲目性,减少检修次数,降低检修费用,而且提高断路器运行的可靠性,进而提高了电网的安全性,最大限度地扩展了检修周期,提高了设备的投运率,为开展状态维修提供了科学依据和专家决策建议,具有重要的经济效益和社会效益。
附图说明
[0013] 图1为本发明的原理框图。
[0014] 图2为本发明的监测方法流程图。
具体实施方式
[0015] 由图1-2所示的实施例可知,本实施例包括第一至第三SF6传感器、第一至第三位移传感器、第一至第四电流传感器、断路器状态监测IED、站控层交换机和一体化监测平台;所述断路器状态监测IED包括FPGA模块、PPC模块、A/D模块、信号调理模块、保护模块、第一至第三RS485接口、光隔和光纤以太网接口 ;
所述第一 SF6传感器的输入端接被测断路器的数字远传表A相输出端;所述第一 SF6传感器的输出端经第一 RS485接口与所述PPC模块的第一 RS485接口端R1双向连接;所述第二 SF6传感器的输入端接被测断路器的数字远传表B相输出端;所述第二 SF6传感器的输出端经第二 RS485接口与所述PPC模块的第二 RS485接口端R2双向连接;所述第三SF6传感器的输入端接被测断路器的数字远传表C相输出端;所述第三SF6传感器的输出端经第三RS485接口与所述PPC模块的第三RS485接口端R3双向连接;
所述第一位移传感器的输入端接被测断路器的传动机构A相端口 ;所述第一位移传感器的输出端接所述FPGA模块的相应输入端;所述第二位移传感器的输入端接被测断路器的传动机构B相端口 ;所述第二位移传感器的输出端接所述FPGA模块的相应输入端;所述第三位移传感器的输入端接被测断路器的传动机构C相端口 ;所述第三位移传感器的输出端接所述FPGA模块的相应输入端;
所述第一电流传感器的输入端接被测断路器的二次线圈A相端口 ;所述第一电流传感器的输出端依次经所述保护模块、调理信号模块、A/D模块接所述FPGA的相应输入端;所述第二电流传感器的输入端接被测断路器的二次线圈B相端口 ;所述第二电流传感器的输出端依次经所述保护模块、调理信号模块、A/D模块接所述FPGA模块的相应输入端;所述第三电流传感器的输入端接被测断路器的二次线圈C相端口 ;所述第三电流传感器的输出端依次经所述保护模块、调理信号模块、A/D模块接所述FPGA模块的相应输入端;所述第四电流传感器的输入端接被测断路器的保护感应线圈;所述第四电流传感器的输出端依次经所述保护模块、调理信号模块、A/D模块接所述FPGA模块的相应输入端;被测断路器的辅助触点接所述光隔的输入端;所述光隔的输出端与所述FPGA模块的相应输入端双向连接;
所述FPGA通过并行总线与所述PPC模块双向连接;所述PPC模块的以太网接口经所述光纤以太网接口与所述站控层交换机双向连接;所述一体化监测平台的输入端与所述站控层交换机的输出端双向连接。
[0016] 所述第一至第三SF6传感器的型号均为WP-WPGS-100 ;所述第一至第三位移传感器的型号均为Baumer G1355 ;所述第一至第三电流传感器的型号均为SC04-A ;所述第四电流传感器的型号为SC04-AM。
[0017] 所述FPGA模块的型号为EPM570 ;所述PPC模块的型号为MPC8315 ;所述光纤以太网接口的型号为HFBR5801。
[0018] 所述A/D模块的型号为AD7606 ;所述信号调理模块的型号为0P282 ;所述保护模块的型号为SPX350F ;所述光隔的型号为PS2801。
[0019] 所述站控层交换机的型号为MIER-4226MT16 ;所述一体化监测平台为PC服务器。
[0020] 高压断路器监测系统工作过程如下:
传感器输入设备采集SF6温度、密度、湿度、压力、露点、微水、分合闸线圈电流、主回路电流、储能电流、位移参量等,传感器采集到的数据传输到断路器状态监测IED ;断路器状态监测IED主要负责数据的采集和数据通讯以及报警等功能,接口包括RS232光纤接口、485接口,断路器状态监测IED可以实现断路器就地基本状态查询及参数设置工作,该装置为就地安装,所以对该装置EMC的要求就显得更高,断路器状态监测IED负责将该站的数据进行采集和分析,并通过总线将数据传输到一体化监测平台。
[0021] SF6传感器用来采集断路器六氟化硫气室中的温度、密度、压力、露点、湿度、微水等的测量值;
位移传感器用来采集断路器操动机构的运动特征,行程、分合闸位置等。
[0022] 保护模块用来限压和限流作用,避免主板被损坏;
信号调理模块起到滤波和平滑信号作用,滤除信号中工作频带以外的噪声,并且使信号幅度处于便于A/D模块采集的合理范围;
A/D模块用来将信号由模拟量变为数字量,供FPGA模块进行处理;
FPGA模块用来收集存储来自A/D模块的信号进行预处理;根据PPC模块设定的触发条件判断断路器是否确实产生动作;如果断路器确实产生动作,通知PPC模块读取之前存储的来自A/D模块的信息。
[0023] PPC模块可根据用户设定的触发条件设置FPGA ;读取FPGA采集的断路器动作信息(行程、分合闸线圈电流、储能电流、主回路电流、SF6、辅助接点);生成相应的波形文件(行程、分合闸线圈电流、储能电流、主回路电流、辅助接点)和告警消息(动作告警、SF6气体告警);计算断路器状态参数(分合闸速度、时间、刚分刚合点);将波形文件和告警消息通过多模光纤经站控层交换机上传到一体化监测平台。行程监测量见表1。
[0024] 一体化监测平台是用户图形界面,显示断路器状态波形、状态数据;也是用户设置界面。
[0025] 表1行程监测量。
Figure CN103675668AD00071
[0026] 高压断路器状态监测系统对高压断路器的运行状态进行实时监测。通过对断路器SF6、分和闸电流及主触头行程机械特性等状态信息进行监测、综合判断,以诊断其机械特性及运行状态,实时给出明确的状态信息,并实现本地数字化、远程网络化、监测与预警自动化,从而提高断路器运行的可靠性。高压断路器状态监测系统采用了当今先进的通讯技术、微处理器技术、数字化传感技术,该系统的开发研制是与高压断路器制造厂家经多次反复试验、攻关才得以完善,该系统能够全面、科学、准确的监测断路器的实时运行状态并有效避免了强大的电磁干扰,完整安全地把数据传送至监视终端,因此,该系统是一种高可靠性的在线监测系统。
[0027] 本发明采用先进的网络通讯、微处理器、传感器、数据库管理等技术,实时在线监测断路器的运行状态,通过提取断路器的动作参数、SF6气体状态、避雷器状态和GIS局放状态参量等,建立标准的断路器监测模型和完整的专家诊断系统,对采集到的数据进行分析诊断,对每一个波形数据提供完美的评价体系等。同时,利用IEC61850协议,通过以太网把数据传送到数据服务器,实现本地数字化、远程网络化、监测与预警自动化,快速而又精准的对断路器的问题进行定位,为运行调度和检修人员提供快速、准确的信息,推动智能电网升级改造。它既可为高压断路器在线监测提供全套解决方案,也可与第三方集成为全站智能化系统解决方案。
[0028] 本发明将当前采集到的所有信号临时放到几个缓冲区,每个通道采用循环保存的方法,确保一段时间内的数据暂存。当该数据缓冲区的数据满足条件需要上传时,系统将切换到另外一个缓冲区,保证系统能不间断的捕获到异常情况下的数据,不会出现数据监测的盲区。此项技术克服了当前主流技术存在的数据监测盲区问题,对于智能电网高压断路在线连续监测的实现具有重要的意义,为国内首创。
[0029] 本发明的波形曲线的形状与断路器的运行状态密切相关,它能够反映断路器动作的机械特性。通过传感器设备获取相关的波形曲线,通过一定的算法,把这些波形和与正常波形比对分析处理,把分析处理结果通过网络反映到PC机客户端,使得能够直观的、实时的发现断路器在运行过程中出现的问题,从而大大节省了相关工作的人力物力。

Claims (5)

1.一种高压断路器状态监测系统,其特征在于:包括第一至第三SF6传感器、第一至第三位移传感器、第一至第四电流传感器、断路器状态监测IED、站控层交换机和一体化监测平台;所述断路器状态监测IED包括FPGA模块、PPC模块、A/D模块、信号调理模块、保护模块、第一至第三RS485接口、光隔和光纤以太网接口 ;所述第一 SF6传感器的输入端接被测断路器的数字远传表A相输出端;所述第一 SF6传感器的输出端经第一 RS485接口与所述PPC模块的第一 RS485接口端R1双向连接;所述第二 SF6传感器的输入端接被测断路器的数字远传表B相输出端;所述第二 SF6传感器的输出端经第二 RS485接口与所述PPC模块的第二 RS485接口端R2双向连接;所述第三SF6传感器的输入端接被测断路器的数字远传表C相输出端;所述第三SF6传感器的输出端经第三RS485接口与所述PPC模块的第三RS485接口端R3双向连接;所述第一位移传感器的输入端接被测断路器的传动机构A相端口 ;所述第一位移传感器的输出端接所述FPGA模块的相应输入端;所述第二位移传感器的输入端接被测断路器的传动机构B相端口 ;所述第二位移传感器的输出端接所述FPGA模块的相应输入端;所述第三位移传感器的输入端接被测断路器的传动机构C相端口 ;所述第三位移传感器的输出端接所述FPGA模块的相应输入端;所述第一电流传感器的输入端接被测断路器的二次线圈A相端口 ;所述第一电流传感器的输出端依次经所述保护模块、调理信号模块、A/D模块接所述FPGA的相应输入端;所述第二电流传感器的输入端接被测断路器的二次线圈B相端口 ;所述第二电流传感器的输出端依次经所述保护模块、调理信号模块、A/D模块接所述FPGA模块的相应输入端;所述第三电流传感器的输入端接被测断路器的二次线圈C相端口 ;所述第三电流传感器的输出端依次经所述保护模块、调理信号模块、A/D模块接所述FPGA模块的相应输入端;所述第四电流传感器的输入端接被测断路器的保护感应线圈;所述第四电流传感器的输出端依次经所述保护模块、调理信号模块、A/D模块接所述FPGA模块的相应输入端;被测断路器的辅助触点接所述光隔的输入端;所述光隔的输出端与所述FPGA模块的相应输入端双向连接;所述FPGA通过并行总线与所述PPC模块双向连接;所述PPC模块的以太网接口经所述光纤以太网接口与所述站控层交换机双向连接;所述一体化监测平台的输入端与所述站控层交换机的输出端双向连接。
2.根据权利要求1所述的高压断路器状态监测系统,其特征在于:所述第一至第三SF6传感器的型号均为WP-WPGS-100 ;所述第一至第三位移传感器的型号均为Baumer G1355 ;所述第一至第三电流传感器的型号均为SC04-A ;所述第四电流传感器的型号为SC04-AM。
3.根据权利要求2所述的高压断路器状态监测系统,其特征在于:所述FPGA模块的型号为EPM570 ;所述PPC模块的型号为MPC8315 ;所述光纤以太网接口的型号为HFBR5801。
4.根据权利要求3所述的高压断路器状态监测系统,其特征在于:所述A/D模块的型号为AD7606 ;所述信号调理模块的型号为0P282 ;所述保护模块的型号为SPX350F ;所述光隔的型号为PS2801。
5.根据权利要求4所述的高压断路器状态监测系统,其特征在于:所述站控层交换机的型号为MIER-4226MT16 ;所述一体化监测平台为PC服务器。
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