CN104502840A - 断路器健康诊断仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力设备监测技术领域，尤其涉及断路器健康诊断仪。断路器监测装置，包括：数据采集模块，用于获取在线运行的断路器的运行参数；触发分析模块，用于依据运行参数判断断路器是否动作；当断路器发生动作时，依据运行参数确定断路器的动作状态和动作类型；数据存储模块，用于对采集的运行参数及确定出的断路器的动作状态和动作类型进行存储；数据交互模块，用于数据存储模块中存储的数据的本地交互。本发明的断路器健康诊断仪，能够降低断路器监测设备的成本。

Description

断路器健康诊断仪

技术领域

本发明涉及电力设备监测技术领域，具体而言，涉及断路器健康诊断仪。

背景技术

断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件下电流的开关装置。断路器是电力系统中重要的控制和保护设备，发电厂和变电所配电装置中大量使用高压断路器。断路器在电站设备中数量多、投资大，其性能的可靠性直接关系到电力系统的安全运行。因此，为了能够及早预测断路器故障，对断路器进行监测，意义重大。

相关技术中，对断路器进行监测的方式主要有巡检及在线检修，其中巡检是指在设定的检修时间范围内，断路器停机，利用巡检设备检测断路器的运行状态，此种方式下，断路器需要停机进行检测，无法检测出断路器完整的运行状态。在线检修是指在断路器运行过程中，获取断路器的运行参数，并通过通信传输模块将断路器的运行参数传输到后台服务器，由后台服务器对断路器的工作状态实时进行分析，此种检修方式，虽然能够实现对断路器的在线监测，但由于系统结构复杂，成本偏高。

由此看出，相关技术中断路器监测设备存在成本较高的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供断路器健康诊断仪，以降低断路器监测设备的成本。

本发明实施例提供了一种断路器监测装置，包括：

数据采集模块，用于获取在线运行的断路器的运行参数；

触发分析模块，用于依据所述运行参数判断所述断路器是否动作；当所述断路器发生动作时，依据所述运行参数确定所述断路器的动作状态和动作类型；

数据存储模块，用于对采集的所述运行参数及确定出的所述断路器的动作状态和动作类型进行存储；

数据交互模块，用于所述数据存储模块中存储的数据的本地交互。

优选地，所述数据采集模块中包括模数转换电路，用于将数据采集单元获取的模拟状态的断路器的运行参数转换为数字状态运行参数。

优选地，所述模数转换电路中，包括：用于对机械动作参数进行模数转换的第一模数转换通道及用于对触头行程进行模数转换的第二模数转换通道；

其中，所述机械动作参数包括合闸线圈电流、主分闸电流、副分闸电流、储能电机电流、A相测量电流互感器CT电流、B相测量CT电流及C相测量CT电流；

所述触头行程包括电阻动作行程或激光编码器动作行程。

优选地，所述第一模数转换通道中，包括：合闸线圈电流模数转换通道、主分闸电流模数转换通道、副分闸电流模数转换通道、储能电机电流模数转换通道、A相测量CT电流模数转换通道、B相测量CT电流模数转换通道以及C相测量CT电流模数转换通道。

优选地，所述模数转换电路中还包括编码器行程模数转换通道。

优选地，所述触发分析模块，包括：机械动作触发分析模块，用于判断采集的所述机械动作参数是否为有效参数，当所述机械动作参数为有效参数时，判断所述断路器的动作状态和动作类型，并将所述机械动作参数及该判断的结果存储至所述数据存储模块中；

储能触发分析模块，用于判断与所述断路器的储能电机相关的储能电机电流、触头行程数据是否为有效数据，当所述储能电机电流、触头行程数据为有效数据时，判断所述储能电机的运行状态，并将所述储能电机电流、触头行程数据存储至所述数据存储模块中。

优选地，所述数据存储模块为SD卡。

优选地，所述断路器监测装置，还包括：所述数据交互模块中包括RS485通信模块，用于与本地计算机进行通信。

本发明实施例还提供了一种断路器监测系统，包括上述断路器监测装置，还包括用于获取在线运行的断路器的运行参数的数据采集传感器。

优选地，所述数据采集传感器包括：第一电流传感器、第二电流传感器及行程传感器；

所述第一电流传感器，用于获取断路器的所述合闸线圈电流、主分闸电流、副分闸电流及储能电机电流；

所述第二电流传感器，用于获取所述A相测量CT电流、B相测量CT电流及C相测量CT电流；

所述行程传感器，用于获取所述断路器上的触头行程。

本发明实施例提供的断路器健康诊断仪，获取在线运行的断路器的运行参数，并依据断路器的运行参数判断断路器是否发生动作，且当断路器发生动作时，判断、记录断路器的动作状态和动作类型；断路器监测装置对获取的断路器的运行参数及分析判断出的断路器的动作状态和动作类型进行本地存储，并支持本地数据交互。由此看出本发明实施例的断路器监测装置能够实时获取断路器运行参数并进行分析存储，支持存储数据的本地交互，且该断路器监测装置中去掉了通信传输模块及后台服务器，简化了断路器监测装置的结构，降低了断路器监测装置的成本。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例断路器监测装置的结构示意图；

图2示出了本发明实施例断路器监测装置的工作原理；

图3示出了本发明实施例断路器监测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

鉴于相关技术中，在线式断路器监测装置结构复杂成本高，巡检式断路器监测装置无法检测出断路器完整的运行状态，本发明实施例中提供了一种断路器监测装置，能够简化断路器监测装置的结构，降低其成本，而且能够实时获取断路器的运行参数，得到断路器完整的运行状态。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的断路器监测装置如图1所示，主要结构包括：

数据采集模块11，用于获取在线运行的断路器的运行参数；

触发分析模块12，用于依据运行参数判断断路器是否动作；当断路器发生动作时，依据运行参数确定断路器的动作状态和动作类型；

数据存储模块13，用于对采集的运行参数及确定出的断路器的动作状态和动作类型进行存储；

数据交互模块14，用于数据存储模块中存储的数据的本地交互。

本发明实施例的上述断路器监测装置，通过数据采集模块能够获取在线运行的断路器的运行参数，触发分析模块能够依据断路器的运行参数判断断路器是否发生动作，且当断路器发生动作时，判断、记录断路器的动作状态和动作类型，并由数据存储模块对断路器的运行参数以及触发分析模块的分析结果进行存储，数据交互模块支持对数据存储模块中数据的本地交互读取，例如对数据存储模块中存储的数据进行本地导出等。

本发明进一步提供了断路器监测装置的优选实施方式，该断路器监测装置包括数据采集模块、触发分析模块、数据存储模块以及数据交互模块，其中各模块的主要功能与上述实施例中相同，此处不再赘述，以下将对该断路器监测装置的具体结构进行详细说明。

断路器采集装置中，数据采集模块接收到的断路器的运行参数为模拟状态的数据，数据干扰噪声较大，不易进行存储。本发明实施例的断路器监测装置，在数据采集模块中包括模数转换电路，通过模数转换电路能够将数据采集单元获取的模拟状态的断路器的运行参数转换为数字状态运行参数。

断路器监测装置中，数据采集模块获取的断路器的运行参数包括机械动作参数及触头行程，断路器监测装置中对上述运行参数分别进行处理。

如图2所示，在模数转换电路中，包括：用于对机械动作参数进行模数转换的第一模数转换通道(即AD1采样通道)及用于对触头行程进行模数转换的第二模数转换通道(即AD2采样通道)；

其中，机械动作参数包括合闸线圈电流、主分闸电流、副分闸电流、储能电机电流、A相测量电流互感器(Current transformer，简称CT)电流、B相测量CT电流及C相测量CT电流；触头行程包括电阻动作行程或激光编码器动作行程。

在第一模数转换通道中，包括：用于合闸电流模数转换的合闸线圈电流模数转换通道、用于主分闸电流模数转换的主分闸电流模数转换通道、用于副分闸电流模数转换的副分闸电流模数转换通道、用于储能电机电流模数转换的储能电机电流模数转换通道、用于A相测量CT电流模数转换的A相测量CT电流模数转换通道、用于B相测量CT电流模数转换的B相测量CT电流模数转换通道以及用于C相测量CT电流模数转换的C相测量CT电流模数转换通道。

如图2所示，在模数转换电路中还包括用于光栅编码器行程采集的编码器行程模数转换通道。

在触发分析模块中包括机械动作触发分析模块及储能触发分析模块；其中机械动作触发分析模块，用于判断采集的机械动作参数是否为有效参数，当机械动作参数为有效参数时，判断断路器的动作状态和动作类型，并将机械动作参数及该判断的结果存储至数据存储模块中，即将机械动作波形存储；

储能触发分析模块，用于判断与断路器的储能电机相关的储能电机电流、触头行程数据是否为有效数据，当储能电机电流、触头行程数据为有效数据时，判断储能电机的运行状态，并将储能电机电流、触头行程数据存储至数据存储模块中，即将储能波形存储。

本发明实施例中上述的数据存储模块可以为SD卡，利用SD卡存储断路器的运行参数及对断路器运行参数的分析结果，且用户可以根据实际需求，随时从SD卡中读取断路器的监测数据。

优选地，上述数据存储模块可以为静态随机存储器，其是一种具有静止存取功能的内存，不需要刷新电路即能保存自身内部存储的数据。

优选地，上述数据存储模块还可以为同步动态随机存储器，其中同步是指存储工作需要同步时钟，内部命令的发送与数据的传输以它为基准；动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失；随机是指数据不是线性依次存储，而是自由指定地址进行数据读写。

本发明实施例中，在断路器监测装置的数据交互模块中包括RS485通信模块，用于与本地计算机进行通信。

本发明实施例的断路器健康诊断仪基于Altera系列FPGA潜入NIOS II处理器的基本构架进行设计。

Flash存储器和2GB miniSD卡同时存储数据模式。RS485通信数据从flash读取传送。

本发明实施例的断路器监测装置能够实现被监测设备状态参量的采集、信号调理、模数转换和数据的预处理功能，实现监测参量就地数字化和缓存，监测结果可根据需要定期发至上一级控制单元，也可通过计算机本地提取，本装置对断路器进行监测的项目如下：主分副分及合闸线圈电流、合闸线圈电压、储能电机电流、触头行程(支持电阻、光栅编码器以及激光传感器)、主回路电流(A、B、C)、1路机构振动、开关分合闸辅助接点、储能状态，断口信号。

本发明实施例的断路器监测装置，能够对采集的断路器的动态数据进行准确可靠地本地储存，保证记录数据的安全性，不会因电源中断、快速或缓慢波动及跌落丢失已记录的动态数据，其中记录的数据包括每次动作的行程数据、操作线圈电流、储能电机电流、辅助接点、主回路电流、机构振动、分合闸动作次数和动作时间、储能次数，装置就地能够保存最近1024条的动作波形，以便在必要时可通过RS485主电子集成驱动器(Integrated Drive Electronics，简称IDE)或后台软件调用历史监测信息。

本发明实施例的断路器监测装置，主要通信方式为RS485通信，RS485终端匹配电阻可设置，通信波特率可以设置。

本发明实施例的断路器监测装置支持B码对时，同时支持三相同步。

本发明实施例还提供了一种断路器监测系统，如图3所示，包括上述断路器监测装置及用于获取在线运行的断路器的运行参数的数据采集传感器。

数据采集传感器包括：第一电流传感器、第二电流传感器及行程传感器；第一电流传感器，用于获取断路器的合闸线圈电流、主分闸电流、副分闸电流及储能电机电流；第二电流传感器，用于获取A相测量CT电流、B相测量CT电流及C相测量CT电流；行程传感器，用于获取断路器上的触头行程。

利用本发明实施例的断路器监测装置对断路器状态进行监测能够带来相当程度的安全效益、经济效益及社会效益。

利用本发明实施例的断路器对断路器的在线运行状态进行监测，能够及时对断路器的故障进行诊断，从而提高断路器运行的可靠性。此外，当断路器由定期维修转变为状态维修时，本发明实施例的断路器监测装置能够对断路器开关设备的重要参数进行长期连续的监测，不仅可以提供断路器现有的运行状态，而且还能分析各种重要参数的变化趋势，判断是否存在故障先兆，为断路器的状态维修提供依据，从而增大设备的维修保养周期，提高设备的利用率，有效保障人身、设备安全，减小事故发生的概率，提升供电可靠性，因此具有重要安全效益。

另外，据了解，110千伏常规变电站故障和检修停电时间每年约为144小时，例如一个500千伏常规变电站，每年检修时间应该更久，假设为160小时，停电时间比率为5.5％。由此，该站每年为企业减少检修及故障处理费用10.05万元，根据减少的停电事故概率，平均每年可减少停电损失16.3万元，减少日常维护人员2人，节省变电站的正常运行成本6万元，即利用了本发明实施例的断路器健康诊断仪的变电站比常规变电站每年可节约运行检修费用32.35万元。按照本发明实施例的断路器监测装置10年全寿命周期计算，本站共可节约运行维护成本323.5万元，因此，本发明实施例的断路器健康诊断仪具有客观的经济效益。

利用本发明实施例的断路器监测装置对断路器运行状态进行监测，减少了由于没有提前预知气体绝缘变电站(Gas InsulatedSubstation，简称GIS)故障，引起的电力事故，增加了电力系统的安全稳定，对社会的安全、稳定起到保障作用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.断路器监测装置，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于获取在线运行的断路器的运行参数；

触发分析模块，用于依据所述运行参数判断所述断路器是否动作；当所述断路器发生动作时，依据所述运行参数确定所述断路器的动作状态和动作类型；

数据存储模块，用于对采集的所述运行参数及确定出的所述断路器的动作状态和动作类型进行存储；

数据交互模块，用于所述数据存储模块中存储的数据的本地交互。

2.根据权利要求1所述的断路器监测装置，其特征在于，所述数据采集模块中包括模数转换电路，用于将数据采集单元获取的模拟状态的断路器的运行参数转换为数字状态运行参数。

3.根据权利要求2所述的断路器监测装置，其特征在于，所述模数转换电路中，包括：用于对机械动作参数进行模数转换的第一模数转换通道及用于对触头行程进行模数转换的第二模数转换通道；

其中，所述机械动作参数包括合闸线圈电流、主分闸电流、副分闸电流、储能电机电流、A相测量电流互感器CT电流、B相测量CT电流及C相测量CT电流；

所述触头行程包括电阻动作行程或激光编码器动作行程。

4.根据权利要求3所述的断路器监测装置，其特征在于，所述第一模数转换通道中，包括：

合闸线圈电流模数转换通道、主分闸电流模数转换通道、副分闸电流模数转换通道、储能电机电流模数转换通道、A相测量CT电流模数转换通道、B相测量CT电流模数转换通道以及C相测量CT电流模数转换通道。

5.根据权利要求3所述的断路器监测装置，其特征在于，所述模数转换电路中还包括编码器行程模数转换通道。

6.根据权利要求3所述的断路器监测装置，其特征在于，所述触发分析模块，包括：

机械动作触发分析模块，用于判断采集的所述机械动作参数是否为有效参数，当所述机械动作参数为有效参数时，判断所述断路器的动作状态和动作类型，并将所述机械动作参数及该判断的结果存储至所述数据存储模块中；

储能触发分析模块，用于判断与所述断路器的储能电机相关的储能电机电流、触头行程数据是否为有效数据，当所述储能电机电流、触头行程数据为有效数据时，判断所述储能电机的运行状态，并将所述储能电机电流、触头行程数据存储至所述数据存储模块中。

7.根据权利要求3所述的断路器监测装置，其特征在于，所述数据存储模块为SD卡。

8.根据权利要求3所述的断路器监测装置，其特征在于，还包括：所述数据交互模块中包括RS485通信模块，用于与本地计算机进行通信。

9.断路器监测系统，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的断路器监测装置，还包括用于获取在线运行的断路器的运行参数的数据采集传感器。

10.根据权利要求9所述的断路器监测系统，其特征在于，所述数据采集传感器包括：第一电流传感器、第二电流传感器及行程传感器；

所述第一电流传感器，用于获取断路器的所述合闸线圈电流、主分闸电流、副分闸电流及储能电机电流；

所述第二电流传感器，用于获取所述A相测量CT电流、B相测量CT电流及C相测量CT电流；

所述行程传感器，用于获取所述断路器上的触头行程。