CN105092058A - 一种高压开关柜的温度在线监测系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种高压开关柜的温度在线监测系统及其监测方法，该系统包括红外传感器、数字温度传感器、数据采集器、通讯控制器、监控中心总机和协议转换器；其中的红外传感器、数字温度传感器分别与数据采集器相连，数据采集器与通讯控制器、监控中心总机、协议转换器依次相连。本发明的优势在于：对高压开关柜进行智能诊断，对其内部的部件进行状态评估和电寿命预测，从而对变电站运行提出指导，为电力调度提供参考，对有可能发生的故障作出预警；可为高压开关柜由故障检修、预防性检修过渡到状态检修提供有效手段，提高了高压开关柜的运行水平，降低事故率，保障变电站的安全可靠的运行。

Description

一种高压开关柜的温度在线监测系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及一种在线监控系统及其监测方法，特别是一种高压开关柜的温度在线监测系统及其监测方法。

背景技术

高压开关柜用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用，高压开关柜按作电压等级在3.6kV～550kV的电器产品，高压隔离开关与接地开关、高压负荷开关、高压自动重合与分段器，高压操作机构、高压防爆配电装置和高压开关柜等几大类。其对使用环境的有较高的要求，如周围空气温度的上限不超过+40℃；周围空气温度24h的平均值不超过+35℃；周围空气温度的下限不低于-5℃或-25℃。各种元器件大多是A级绝缘，它们在长期运行时的极限允许温升为65℃。开关柜内的高温，使低压电器在运行中的内部热量难以向外散发，所以经过一定时间因绝缘老化而烧坏；塑料绝缘导线也将会受热老化击穿；开关柜内的电子产品如剩余电流动作保护器、电子型计量表，在高温下运行时就会严重影响到产品的使用寿命，还会影响到保护器性能的稳定性和动作的可靠性以及计量的准确性；在高温下运行的无功补偿电容器、熔断器也会缩短寿命；开关柜在室外运行，它不但受到阳光的直接照射产生高温，同时运行中自身也会产生热量，所以在盛夏高温季节，柜体内的温度将会达到+60℃以上，这时的温度大大超过了这些电器《国标》中规定的环境温度，因而会引起开关柜的故障。

就目前的技术现状而言，对高压开关柜的监测大都基于人工巡检，用手持式红外测温仪获得开关柜内的温度数据，但是由于开关柜内的结构越来越复杂，元件遮挡的影响使得红外测温仪往往无法获得精准的温度数据；同时人工操作中的失误不可能完全避免，且巡检时间间隔相对于故障发展时间来说也过长。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度，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、更可靠的高压开关柜在线监测及故障诊断系统，对开关柜等电器设备的安全运行具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供的一种高压开关柜的温度在线监测系统及其监测方法，可以高精度、高可靠性、廉价的进行在线监测及故障诊断，可为高压开关柜由故障检修、预防性检修过渡到状态检修提供有效手段，从而提高高压开关柜的运行水平，降低事故率，保障变电站的安全可靠运行。

本发明的技术方案是：一种高压开关柜的温度在线监测系统，包括：

红外传感器，用来检测开关触头温度，判断开关接触状态；

数字温度传感器，用于对柜内空间温度场的测量；

数据采集器，采集红外传感器和数字温度传感器的信号，再转换为温度值；

通讯控制器，将数据采集器采集的数据进行组网通讯把温度数据上传，一方面与数据采集器组网通讯，巡回收集各数据采集器信号，另一方面向监控中心总机连续发送各开关柜温度数据。

监控中心总机，对多台高压开关柜的实时温度进行横向比较，以及对某一开关柜的温度监测值进行纵向比较，智能诊断高压开关柜，对开关柜内部部件进行状态评估和电寿命预测，从而对变电站运行提出指导，为电力调度提供参考，对有可能发生的故障作出预警；

协议转换器，用于将数据转换之后，实现监控中心总机与变电站的数据连接；

其中的红外传感器、数字温度传感器分别与数据采集器相连，数据采集器与通讯控制器、监控中心总机、协议转换器依次相连。

进一步的，所述红外传感器、数字温度传感器和数据采集器设置分布在高压开关柜的内部；

进一步的，所述数字温度传感器设置分布在高压开关柜内，分前后三层布置，每层五个，安装在矩形高压开关柜的四个角和中心点，完成柜内空间温度场的测量；

进一步的，所述通讯控制器采用RS485总线方式与系统相连；

进一步的，所述协议转换器采用RS9794型号；

进一步的，所述监控中心总机包括智能诊断模块、数据库模块、通信模块、人机界面模块，其中的人机界面模块包括报警显示装置；

进一步的，所述监控中心总机通过协议转换器与变电站的数据采集与监视控制系统SCADA进行通讯连接。

本发明的系统对温度的监测方法包括以下步骤：

1)监控中心总机通过红外传感器和数字温度传感器获得多台高压开关柜运行状态的温度参数，进行在线监测；

2)监控中心总机对多台同级的高压开关柜温度采集值进行横向数据比较；处于同级的高压开关柜，其工作电流基本相等，环境温度一致，其所测温度应相等或相差不大；如果检测到的温度出现异常，则就某一个异常的高压开关柜进行重点监测，从而调出该柜的各点温度监测值，确定实际的温度异常点；

3)监控中心总机对每个高压开关柜的温度监测值进行纵向数据比较；如果某一开关柜出现异常，其温度值的变化率会发生变化，当开关柜某点温度变化率出现异常，则可推断该点是否出现故障，并通过监控中心总机的智能诊断模块分析其是否超出某一故障点的上限，从而判断开关柜是否故障；

4)监控中心总机根据开关柜数据采集器所采集的状态参量数据比较和变电站提供的开关柜运行数据对开关柜内触头及其他重要部件运行状态进行综合智能分析，从而对开关柜内部的部件进行状态评估和电寿命预测，对变电站运行提出指导，为电力调度提供参考，对有可能发生的故障作出预警和报警。

本系统的工作过程及原理主要是：通过数字温度传感器对高压开关柜运行状态的温度参数进行在线监测，监控中心总机对多台高压开关柜的实时温度进行横向比较，以及对某一开关柜的温度监测值进行纵向比较：1.对同级的高压开关柜温度采集值进行横向比较，因为他们处于同级，其工作电流基本相等，环境温度一致，其所测温度应相等或相差不大。如果检测到的温度出现异常，则就某一个异常的高压开关柜进行重点监测，从而调出该柜的各点温度监测值，确定实际的温度异常点。2.对每个高压开关柜的温度监测值进行纵向比较，因为如果某一开关柜出现异常，其温度值的变化率会发生变化，当开关柜某点温度变化率出现异常，则可推断该点是否出现故障，并通过智能诊断软件分析其是否超出某一故障点的上限，从而判断开关柜是否故障。

开关柜内的传感器获得表征高压开关柜运行的温度参量值。数据采集器采集开关柜内所有传感器的信号，并将初步处理后的数据汇总并传送至监控中心总机。数据采集器有两个作用：第一，采集红外传感器和柜内环境温度传感器的信号，再转换为温度值；第二，通过RS485总线与上位机通信，接收上位机的指令，并向上位机发送各开关柜温度数据。监控中心总机接收所有开关柜数据采集器发来的数据，所有的数据都存入数据库供时候分析及制作报表输出；监控中心总机通过RS485总线经由RS9794协议转换器与变电站的数据采集与监视控制系统SCADA相连，获得开关柜的有关运行数据；监控中心总机根据开关柜数据采集器所采集的状态参量数据和变电站的数据采集与监视控制系统SCADA提供的开关柜运行数据对开关柜内触头及其他重要部件运行状态进行综合智能分析。监控中心总机包括智能诊断模块、数据库模块、通信模块、人机界面模块，其中智能诊断模块和数据库模块为核心模块。利用监控中心总机的智能诊断模块对高压开关柜进行诊断，并对开关柜内部部件进行状态评估和电寿命预测，从而对变电站运行提出指导，为电力调度提供参考，对有可能发生的故障作出预警。

由以上本发明的技术方案可知，本发明的系统与传统的工作系统相比，其具有以下优势和有益的效果：

1)采用通讯技术进行远程数据采集和在线监控，即方便了用户在不同地方进行远距离监控高压开关柜的温度。

2)利用本系统的对高压开关柜进行智能诊断，对开关柜内部部件进行状态评估和电寿命预测，从而对变电站运行提出指导，为电力调度提供参考，对有可能发生的故障作出预警。

3)本系统可为高压开关柜由故障检修、预防性检修过渡到状态检修提供有效手段，从而提高高压开关柜的运行水平，降低事故率，保障变电站的安全可靠运行。

4)本系统具有高精度、高可靠性、运行成本低、运用领域广泛等特点，人机界面友好，直观形象，操作简便。

附图说明

图1是本发明的一种高压开关柜的温度在线监测系统结构示意图，其中：

101-数据采集器；102-红外传感器；103-数字温度传感器；104-通讯控制器；105-监控中心总机；106-协议转换器；107-变电站；

图2是数据采集器、红外传感器和数字温度传感器的连接示意图，其中：

101-数据采集器，102-红外传感器；103-数字温度传感器；

图3是监控中心总机的内部模块连接示意图，其中：

108-人机界面模块；109-智能诊断模块；110-数据库模块；111-通信模块；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明；

如图1示，一种高压开关柜的温度在线监测系统，包括：

红外传感器102，用来检测开关触头温度，判断开关接触状态；

数字温度传感器103，用于对柜内空间温度场的测量；

数据采集器101，采集红外传感器102和数字温度传感器103的信号，再转换为温度值；

通讯控制器104，将数据采集器101采集的数据进行组网通讯把温度数据上传，一方面与数据采集器101组网通讯，巡回收集各数据采集器信号，另一方面向监控中心总机105连续发送各开关柜温度数据；

监控中心总机105，用于对多台高压开关柜的实时温度进行横向比较，以及对某一开关柜的温度监测值进行纵向比较，智能诊断高压开关柜，对开关柜内部部件进行状态评估和电寿命预测，从而对变电站运行提出指导，为电力调度提供参考，对有可能发生的故障作出预警；

协议转换器106，用于将数据转换之后，实现监控中心总机105与变电站107的数据的通讯连接；

其中的红外传感器102、数字温度传感器103分别与数据采集器101相连，数据采集器101与通讯控制器104、监控中心总机105、协议转换器106依次通讯连接。

进一步的，所述红外传感器102、数字温度传感器103和数据采集器101设置分布在高压开关柜的内部；

进一步的，所述数字温度传感器103设置分布在高压开关柜内，分前后三层布置，每层五个，安装在矩形高压开关柜的四个角和中心点，完成柜内空间温度场的测量；

进一步的，所述通讯控制器104采用RS485总线方式实现本系统的数据通讯连接；

进一步的，所述协议转换器106采用RS9794型号；

进一步的，所述监控中心总机105包括智能诊断模块109、数据库模块110、通信模块111和人机界面模块108；其中的人机界面模块108包括报警显示装置；

进一步的，所述监控中心总机105通过协议转换器106与变电站107的数据采集与监视控制系统SCADA通讯连接。

如图2所示，开关柜内的红外传感器102检测开关触头温度，判断开关接触状态；多个数字温度传感器103获得开关柜内各个位置的环境温度，传感器获得表征高压开关柜运行的温度参量值；数据采集器101采集开关柜内所有传感器的信号，并将初步处理后的数据汇总并传送至监控中心总机105。数据采集器101有两个作用：第一，采集红外传感器102和柜内环境温度的数字温度传感器103的信号，再转换为温度值；第二，通过RS485总线与上位机通信，接收上位机的指令，并向上位机发送各开关柜温度数据。

监控中心总机105接收所有开关柜数据采集器发来的数据，所有的数据都存入数据库供时候分析及制作报表输出；监控中心总机通过RS485总线经由RS9794型协议转换器106与变电站107相连，获得开关柜的有关运行数据；监控中心总机105根据开关柜数据采集器101所采集的状态参量数据和变电站107提供的开关柜运行数据对开关柜内触头及其他重要部件运行状态进行综合智能分析。

如图3所示，监控中心总机105包括智能诊断模块109、数据库模块110、通信模块111、人机界面模块108，其中智能诊断模块109和数据库模块110为核心模块；其中的智能诊断模块109与数据库模块110相连，智能诊断模块109、通信模块111和人机界面模块108依次闭环连接；人机界面模块108还包括报警显示装置。利用监控中心总机105的智能诊断模块109对高压开关柜进行诊断，并对开关柜内部部件进行状态评估和电寿命预测，从而对变电站运行提出指导，为电力调度提供参考，对有可能发生的故障作出预警。

本系统对温度的监测方法包括以下步骤：

1)监控中心总机105通过红外传感器102和数字温度传感器103获得多台高压开关柜运行状态的温度参数，进行在线监测；

2)监控中心总机105对多台同级的高压开关柜温度采集值进行横向数据比较；处于同级的高压开关柜，其工作电流基本相等，环境温度一致，其所测温度应相等或相差不大；如果检测到的温度出现异常，则就某一个异常的高压开关柜进行重点监测，从而调出该柜的各点温度监测值，确定实际的温度异常点；

3)监控中心总机105对每个高压开关柜的温度监测值进行纵向数据比较；如果某一开关柜出现异常，其温度值的变化率会发生变化，当开关柜某点温度变化率出现异常，则可推断该点是否出现故障，并通过监控中心总机的智能诊断模块分析其是否超出某一故障点的上限，从而判断开关柜是否故障；

4)监控中心总机105根据开关柜数据采集器101所采集的状态参量数据比较和变电站107提供的开关柜运行数据对开关柜内触头及其他重要部件运行状态进行综合智能分析，从而对开关柜内部的部件进行状态评估和电寿命预测，对变电站107运行提出指导，为电力调度提供参考，对有可能发生的故障作出预警和报警。

综上所述，本发明的实施例的系统适用于各种类型的高压设备的温度在线监测，对高压开关柜进行智能诊断，对开关柜内部部件进行状态评估和电寿命预测，从而对变电站运行提出指导，为电力调度提供参考，对有可能发生的故障作出预警。本系统可为高压开关柜由故障检修、预防性检修过渡到状态检修提供有效手段，从而提高高压开关柜的运行水平，降低事故率，保障变电站的安全可靠运行。

以上说明书文字与附图仅为对本发明的解释和说明，不以任何形式对本发明构成限制和限定，本发明的范围以权利要求书为准，一切不超出本发明宗旨的显而易见的修改、变换和替代方案均在本发明范围内。

Claims (8)

1.一种高压开关柜的温度在线监测系统，其特征在于，包括：

红外传感器(102)，用来检测开关触头温度，判断开关接触状态；

数字温度传感器(103)，用于对柜内空间温度场的测量；

数据采集器(101)，用于采集红外传感器(102)和数字温度传感器(103)的信号，再转换为温度值；

通讯控制器(104)，用于将数据采集器(101)采集的数据进行组网通讯把温度数据上传，一方面与数据采集器(101)进行组网通讯，巡回收集各数据采集器信号，另一方面向监控中心总机(105)连续发送各开关柜温度数据；

监控中心总机(105)，用于对多台高压开关柜的实时温度进行横向比较，以及对某一开关柜的温度监测值进行纵向比较，智能诊断高压开关柜，对开关柜内部部件进行状态评估和电寿命预测，从而对变电站运行提出指导，为电力调度提供参考，对有可能发生的故障作出预警；

协议转换器(106)，用于将数据转换，实现监控中心总机(105)与变电站(107)的数据通讯连接；

其中的红外传感器(102)、数字温度传感器(103)分别与数据采集器(101)相连；另外，数据采集器(101)与通讯控制器(104)、监控中心总机(105)、协议转换器(106)依次相连接。

2.根据权利要求1所述的高压开关柜的温度在线监测系统，其特征在于：所述红外传感器(102)、数字温度传感器(103)和数据采集器(101)均设置安装分布在高压开关柜的内部空间。

3.根据权利要求2所述的高压开关柜的温度在线监测系统，其特征在于：所述数字温度传感器(103)设置分布在矩形的高压开关柜内，分前后三层布置，每层五个，安装在矩形高压开关柜的四个角和中心点，以完成柜内空间温度场的测量。

4.根据权利要求1所述的高压开关柜的温度在线监测系统，其特征在于：所述通讯控制器(104)采用RS485总线方式实现本系统的数据通讯连接。

5.根据权利要求1所述的高压开关柜的温度在线监测系统，其特征在于：所述协议转换器(106)采用的型号是RS9794型。

6.根据权利要求1所述的高压开关柜的温度在线监测系统，其特征在于：所述监控中心总机(105)包括智能诊断模块(109)、数据库模块(110)、通信模块(111)和人机界面模块(108)；其中的人机界面模块(108)包括报警显示装置。

7.根据权利要求1所述的高压开关柜的温度在线监测系统，其特征在于：所述监控中心总机(105)通过协议转换器(106)与变电站(107)的数据采集与监视控制系统SCADA进行通讯连接。

8.按照权利要求1所述的高压开关柜的温度在线监测系统的监测方法，其特征在于，该监测方法包括以下步骤：

1)监控中心总机通过红外传感器和数字温度传感器获得多台高压开关柜运行状态的温度参数，进行在线监测；

2)监控中心总机对多台同级的高压开关柜温度采集值进行横向数据比较；处于同级的高压开关柜，其工作电流基本相等，环境温度一致，其所测温度应相等或相差不大；如果检测到的温度出现异常，则就某一个异常的高压开关柜进行重点监测，从而调出该柜的各点温度监测值，确定实际的温度异常点；

3)监控中心总机对每个高压开关柜的温度监测值进行纵向数据比较；如果某一开关柜出现异常，其温度值的变化率会发生变化，当开关柜某点温度变化率出现异常，则可推断该点是否出现故障，并通过监控中心总机的智能诊断模块分析其是否超出某一故障点的上限，从而判断开关柜是否故障；

4)监控中心总机根据开关柜数据采集器所采集的状态参量数据比较和变电站提供的开关柜运行数据对开关柜内触头及其他重要部件运行状态进行综合智能分析，从而对开关柜内部的部件进行状态评估和电寿命预测，对变电站运行提出指导，为电力调度提供参考，对有可能发生的故障作出预警和报警。