CN105575724A - 一种真空断路器的真空度在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种真空断路器的真空度在线监测系统，包括三相真空灭弧室(1)、三个电场探头、位于电场探头内部的感应电路(2)、控制电路(3)和中央处理模块(4)；三个电场探头位于三相真空灭弧室(1)的内部，且分别与控制电路(3)连接，控制电路(3)通过RS485总线和中央处理模块(4)连接。本发明通过将三个探头的信号做矢量求和，再通过单片机做数字滤波，去除高频谐波，就可以清晰的发现三相真空灭弧室中一相或两相泄漏，克服仅通过监测局放或监测屏蔽罩的电位变化的方式在真空灭弧室完全泄漏气压达到大气压时，无法区分真空灭弧室是否泄漏的缺点。
Description
技术领域
本发明属于配网自动化技术领域，具体涉及一种真空断路器的真空度在线监测系统。
背景技术
据统计10kV、35kV配电系统中，真空断路器占有率在逐年提高，同时真空断路器正在往大容量、大电流方向发展，并已取得了较大的进步。当断路器发生故障时，直接的危害是被其保护的线路、设备受损，电量损失；间接的危害则是造成电网事故或扩大事故，用户大面积停电，影响正常的生活、生产甚至社会稳定，造成很大的经济损失及社会影响。
在我国的电力行业中，目前断路器等电气设备的维护基本上采用定期检修制度。这种检修体制既费时间，费用也很高，而且解体和重新装配会引起更多的新的缺陷。随着电力系统的大容量化、高电压化和结构复杂化及当今科学的发展，对电力系统安全可靠指标的要求也越来越高，这种传统的检修方法已越来越不适应需要。
随着科技的飞速发展，在线监测越来越符合人们的检测需求。所谓在线监测，是指设备处于运行的状态，对其特定的参数进行不间断的监测，将采集到的信号量进行加工处理，通过实时提取故障的特征信号，为故障诊断打下基础。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种真空断路器的真空度在线监测系统，通过将三个探头的信号做矢量求和，再通过单片机做数字滤波，去除高频谐波，就可以清晰的发现三相真空灭弧室中一相或两相泄漏，克服仅通过监测局放或监测屏蔽罩的电位变化的方式在真空灭弧室完全泄漏气压达到大气压时，无法区分真空灭弧室是否泄漏的缺点。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种真空断路器的真空度在线监测系统，包括三相真空灭弧室(1)、三个电场探头、位于电场探头内部的感应电路(2)、控制电路(3)和中央处理模块(4)；三个电场探头位于三相真空灭弧室(1)的内部，且分别与控制电路(3)连接，所述控制电路(3)通过RS485总线和中央处理模块(4)连接。
所述感应电路(2)包括信号采集单元(21)、信号调理单元(22)和信号转换单元(23)，所述信号采集单元(21)采集所述真空灭弧室(1)中屏蔽罩上的交流工频电位变化信息和高频脉冲电位变化信息，经所述信号调理单元(22)进行平衡运算后输入所述信号转换单元(23)。
所述信号采集单元(21)包括相连接的金属基板J1、金属基板J3、电容C1、电阻R5以及运算放大器U1A，屏蔽罩上的交流工频电位变化信息和高频脉冲电位变化信息引起金属基板J1和金属基板J3电荷重新分布，通过检测电容C1上的电压则可反映出屏蔽罩上电位的变化，电阻R5、电容C1、金属基板J1和金属基板J3组成电容分压电路，运算放大器U1A起到电压跟随器的作用，以便于后续信号处理。
所述信号调理单元(22)包括相连接的电容C2、电容C3、电容C5、电容C6、电容C7、电阻R2、电阻R3和电阻R6；
所述信号转换单元(23)包括相连接的运算放大器U1B、转换器U2、电容C4、电阻R1、电阻R4和金属基板J2；运算放大器U1B和电容C4共同调节信号的高频响应，运算放大器U1B输出的电压改变流过电阻R1和电阻R4的电流，再由电阻R4反馈到运算放大器U1B的输入端，转换器U2将电压信号转为电流信号以便于传输时抗干扰。
所述控制电路(3)包括依次串联的信号输入单元(31)、运算放大单元(32)、滤波单元(33)和信号输出单元(34)，所述信号输入单元(31)接收三个电场探头输出的感应信号SIGA、SIGB和SIGC，并输入所述运算放大单元(32)，通过所述运算放大单元(32)进行矢量求和后输出至所述滤波单元(33)，所述滤波单元(33)对经所述信号运算单元(32)计算后的数值进行低通数字滤波和放大后送入信号输出单元(34)。
所述信号输入单元(31)包括三个分别接收电场探头输出的感应信号SIGA、SIGB和SIGC的第一接收子单元、第二接收子单元和第三接收子单元，三个接收子单元均与所述信号运算单元(32)并联；
所述第一接收子单元包括电容C408和与其串联的电阻R422A；
所述第二接收子单元包括电容C409和与其串联的电阻R422B；
所述第三接收子单元包括电容C410和与其串联的电阻R422C。
所述运算放大单元(32)包括运算放大器U400A以及与所述运算放大器U400A相连接的电阻R410、电阻R423、电阻R407、电容C411和电容C406；所述运算放大器U400A对三个接收子单元接收的感应信号SIGA、SIGB和SIGC进行矢量求和，同时进行放大后输入至所述滤波单元(33)。
所述滤波单元(33)包括相连接的运算放大器U401A、运算放大器U401B、电容C407、电阻R420、电阻R424和电阻R425；所述运算放大器U401A和运算放大器U401B对所述运算放大单元(32)输出的信号进行两次低通滤波后输入至信号输出单元(34)；电容C408、电容C409和电容C410作为隔直电容滤除直流分量，运算放大器U400A、电阻R423和R410组成了同相输入的求和电路，电阻R423和电阻R407确定放大倍数，电容C406和电容C411用于消除频率及相位失真，运算放大器U401A和运算放大器U401B组成双运放的低通滤波器，截止频率设定为500Hz。
运算放大器U401A进行低通滤波后的信号通过所述信号输出单元(34)送入中央处理模块(4)做AD采样分析。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明通过将三个探头的信号做矢量求和，再通过单片机做数字滤波，去除高频谐波，就可以清晰的发现三相真空灭弧室中一相或两相泄漏，克服仅通过监测局放或监测屏蔽罩的电位变化的方式在真空灭弧室完全泄漏气压达到大气压时，无法区分真空灭弧室是否泄漏的缺点；
2.本发明排除了系统电压幅值变化以及平衡度变化对电场监测的干扰，实现了灭弧室真空度处于0.1Pa到环境大气压范围内的真空状态估计；
3.利用灭弧室周边电场信号中谐波分量评估其真空度是否处于0.1～200Pa的范围的监测方法，该方法降低了数模转换采样频率，降低了数据的处理量，避免了采用数学工具提取信号特征，从而大幅度降低了监测装置的造价。
附图说明
图1是本发明实施例中真空断路器的真空度在线监测系统整体结构示意图；
图2是本发明实施例中感应电路拓扑结构图；
图3是本发明实施例中控制电路拓扑结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明提供一种真空断路器的真空度在线监测系统，(如图1)包括三相真空灭弧室(1)、三个电场探头、位于电场探头内部的感应电路(2)、控制电路(3)和中央处理模块(4)；三个电场探头位于三相真空灭弧室(1)的内部，且分别与控制电路(3)连接，所述控制电路(3)通过RS485总线和中央处理模块(4)连接。
如图2，所述感应电路(2)包括信号采集单元(21)、信号调理单元(22)和信号转换单元(23)，所述信号采集单元(21)采集所述真空灭弧室(1)中屏蔽罩上的交流工频电位变化信息和高频脉冲电位变化信息，经所述信号调理单元(22)进行平衡运算后输入所述信号转换单元(23)。
所述信号采集单元(21)包括相连接的金属基板J1、金属基板J3、电容C1、电阻R5以及运算放大器U1A，屏蔽罩上的交流工频电位变化信息和高频脉冲电位变化信息引起金属基板J1和金属基板J3电荷重新分布，通过检测电容C1上的电压则可反映出屏蔽罩上电位的变化，电阻R5、电容C1、金属基板J1和金属基板J3组成电容分压电路，运算放大器U1A起到电压跟随器的作用，以便于后续信号处理。
所述信号调理单元(22)包括相连接的电容C2、电容C3、电容C5、电容C6、电容C7、电阻R2、电阻R3和电阻R6；
所述信号转换单元(23)包括相连接的运算放大器U1B、转换器U2、电容C4、电阻R1、电阻R4和金属基板J2；运算放大器U1B和电容C4共同调节信号的高频响应，运算放大器U1B输出的电压改变流过电阻R1和电阻R4的电流，再由电阻R4反馈到运算放大器U1B的输入端，转换器U2将电压信号转为电流信号以便于传输时抗干扰。
如图3，所述控制电路(3)包括依次串联的信号输入单元(31)、运算放大单元(32)、滤波单元(33)和信号输出单元(34)，所述信号输入单元(31)接收三个电场探头输出的感应信号SIGA、SIGB和SIGC，并输入所述运算放大单元(32)，通过所述运算放大单元(32)进行矢量求和后输出至所述滤波单元(33)，所述滤波单元(33)对经所述信号运算单元(32)计算后的数值进行低通数字滤波和放大后送入信号输出单元(34)。
所述信号输入单元(31)包括三个分别接收电场探头输出的感应信号SIGA、SIGB和SIGC的第一接收子单元、第二接收子单元和第三接收子单元，三个接收子单元均与所述信号运算单元(32)并联；
所述第一接收子单元包括电容C408和与其串联的电阻R422A；
所述第二接收子单元包括电容C409和与其串联的电阻R422B；
所述第三接收子单元包括电容C410和与其串联的电阻R422C。
所述运算放大单元(32)包括运算放大器U400A以及与所述运算放大器U400A相连接的电阻R410、电阻R423、电阻R407、电容C411和电容C406；所述运算放大器U400A对三个接收子单元接收的感应信号SIGA、SIGB和SIGC进行矢量求和，同时进行放大后输入至所述滤波单元(33)。
所述滤波单元(33)包括相连接的运算放大器U401A、运算放大器U401B、电容C407、电阻R420、电阻R424和电阻R425；所述运算放大器U401A和运算放大器U401B对所述运算放大单元(32)输出的信号进行两次低通滤波后输入至信号输出单元(34)；电容C408、电容C409和电容C410作为隔直电容滤除直流分量，运算放大器U400A、电阻R423和R410组成了同相输入的求和电路，电阻R423和电阻R407确定放大倍数，电容C406和电容C411用于消除频率及相位失真，运算放大器U401A和运算放大器U401B组成双运放的低通滤波器，截止频率设定为500Hz。
运算放大器U401A进行低通滤波后的信号通过所述信号输出单元(34)送入中央处理模块(4)做AD采样分析。
中央处理模块(4)将AD采样取得的数值做IIR低通数字滤波。中央处理模块(4)中的MCU(MicroControlUnit)中文名称为微控制单元，又称单片微型计算机(SingleChipMicrocomputer)或者单片机，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。电路里面的模拟信号转换为数字信号的电路简称AD电路。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种真空断路器的真空度在线监测系统，其特征在于：所述系统包括三相真空灭弧室(1)、三个电场探头、位于电场探头内部的感应电路(2)、控制电路(3)和中央处理模块(4)；三个电场探头位于三相真空灭弧室(1)的内部，且分别与控制电路(3)连接，所述控制电路(3)通过RS485总线和中央处理模块(4)连接。
2.根据权利要求1所述的真空断路器的真空度在线监测系统，其特征在于：所述感应电路(2)包括信号采集单元(21)、信号调理单元(22)和信号转换单元(23)，所述信号采集单元(21)采集所述真空灭弧室(1)中屏蔽罩上的交流工频电位变化信息和高频脉冲电位变化信息，经所述信号调理单元(22)进行平衡运算后输入所述信号转换单元(23)。
3.根据权利要求2所述的真空断路器的真空度在线监测系统，其特征在于：所述信号采集单元(21)包括相连接的金属基板J1、金属基板J3、电容C1、电阻R5以及运算放大器U1A，屏蔽罩上的交流工频电位变化信息和高频脉冲电位变化信息引起金属基板J1和金属基板J3电荷重新分布，通过检测电容C1上的电压则可反映出屏蔽罩上电位的变化，电阻R5、电容C1、金属基板J1和金属基板J3组成电容分压电路，运算放大器U1A起到电压跟随器的作用，以便于后续信号处理。
4.根据权利要求2所述的真空断路器的真空度在线监测系统，其特征在于：所述信号调理单元(22)包括相连接的电容C2、电容C3、电容C5、电容C6、电容C7、电阻R2、电阻R3和电阻R6；
所述信号转换单元(23)包括相连接的运算放大器U1B、转换器U2、电容C4、电阻R1、电阻R4和金属基板J2；运算放大器U1B和电容C4共同调节信号的高频响应，运算放大器U1B输出的电压改变流过电阻R1和电阻R4的电流，再由电阻R4反馈到运算放大器U1B的输入端，转换器U2将电压信号转为电流信号以便于传输时抗干扰。
5.根据权利要求1所述的真空断路器的真空度在线监测系统，其特征在于：所述控制电路(3)包括依次串联的信号输入单元(31)、运算放大单元(32)、滤波单元(33)和信号输出单元(34)，所述信号输入单元(31)接收三个电场探头输出的感应信号SIGA、SIGB和SIGC，并输入所述运算放大单元(32)，通过所述运算放大单元(32)进行矢量求和后输出至所述滤波单元(33)，所述滤波单元(33)对经所述信号运算单元(32)计算后的数值进行低通数字滤波和放大后送入信号输出单元(34)。
6.根据权利要求5所述的真空断路器的真空度在线监测系统，其特征在于：所述信号输入单元(31)包括三个分别接收电场探头输出的感应信号SIGA、SIGB和SIGC的第一接收子单元、第二接收子单元和第三接收子单元，三个接收子单元均与所述信号运算单元(32)并联；
所述第一接收子单元包括电容C408和与其串联的电阻R422A；
所述第二接收子单元包括电容C409和与其串联的电阻R422B；
所述第三接收子单元包括电容C410和与其串联的电阻R422C。
7.根据权利要求5或6所述的真空断路器的真空度在线监测系统，其特征在于：所述运算放大单元(32)包括运算放大器U400A以及与所述运算放大器U400A相连接的电阻R410、电阻R423、电阻R407、电容C411和电容C406；所述运算放大器U400A对三个接收子单元接收的感应信号SIGA、SIGB和SIGC进行矢量求和，同时进行放大后输入至所述滤波单元(33)。
8.根据权利要求7所述的真空断路器的真空度在线监测系统，其特征在于：所述滤波单元(33)包括相连接的运算放大器U401A、运算放大器U401B、电容C407、电阻R420、电阻R424和电阻R425；所述运算放大器U401A和运算放大器U401B对所述运算放大单元(32)输出的信号进行两次低通滤波后输入至信号输出单元(34)；电容C408、电容C409和电容C410作为隔直电容滤除直流分量，运算放大器U400A、电阻R423和R410组成了同相输入的求和电路，电阻R423和电阻R407确定放大倍数，电容C406和电容C411用于消除频率及相位失真，运算放大器U401A和运算放大器U401B组成双运放的低通滤波器，截止频率设定为500Hz。
9.根据权利要求8所述的真空断路器的真空度在线监测系统，其特征在于：运算放大器U401A进行低通滤波后的信号通过所述信号输出单元(34)送入中央处理模块(4)做AD采样分析。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN111916305A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-11-10 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 一种高压真空断路器中真空度监测方法和装置 |
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2014
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