CN105866587B - 一种电力开关柜状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电力开关柜状态监测系统，其包括上位机、控制模块、温度采集模块和电流采集模块；温度采集模块包括多个用于采集开关柜温度监测关键点温度信号的温度传感器，各温度传感器输出端连接控制模块；电流采集模块包括电流采集电路和角位移传感器分别用于采集断路器分合闸电流数据和断路器分合闸行程数据，并传输至控制模块；上位机向控制模块发送信号采集命令，控制模块将接收到的温度数据、电流数据以及断路器分合闸行程数据传输至上位机。本发明不仅能够监测电力开关柜内关键点的温度信息，同时也能够采集断路器分合闸时的相关状态信息，以更加全面的对电力开关柜状态进行监测。

Description

一种电力开关柜状态监测系统

技术领域

本发明涉及电器设备在线监测技术领域，特别是一种电力开关柜状态监测系统。

背景技术

电力开关柜是电力系统中至关重要的输配电装置，因此对开关柜的运行进行实时监控，及时了解开关柜的运行状态十分重要。开关柜经常放置在高电压、大电流、强电磁干扰环境中，国内的开关柜多采用散热条件较差的封闭式结构，导致人工巡查等方式无法实施，也为常规测温方法的实施增加了困难。例如热敏电阻测温，受到高压电力设备电磁及温度的影响，接触元件易老化，稳定性差。光纤测温方式虽然具有利用光纤整段测温的特点，但很难实现开关柜内接触点的温度在线测量。红外测温技术不仅可以在远距离对目标进行非接触的在线监测，而且响应迅速，能够快速地获取被测设备的状态信息。同时，它还具有抗电磁干扰，安全稳定，性价比高等优点，并且可以在不干扰被测设备运行的条件下进行故障的诊断分析。因此，红外测温技术已逐渐成为电力开关柜在线监测的有效技术手段。

目前的开关柜监测系统往往只针对开关柜内的设备关键点进行温度监测，却常常忽略了开关柜的其他状态量的监测。单一的温度监测不能反映出电力开关柜的综合状态信息，不利于及时发现开关柜的故障隐患。例如开关柜内部有很复杂的开关结构存在于其中，由于这些开关结构长期进行机械重复性的闭合动作，因而造成了开关触点位置出现一定程度的磨损状况，对断路器分合闸电流波形进行监测诊断，可以探索真空断路器在分合闸运行过程中存在的一系列的问题，如辅助开关动作接触不良、铁芯合闸初期卡涩、操作机构卡涩等情况。因此，需要设计一种能够对电力开关柜的多种状态量进行监测的系统。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：提供一种电力开关柜状态监测系统，能够监测电力开关柜内关键点的温度信息，同时也能够采集断路器分合闸时的相关状态信息，以更加全面的对电力开关柜状态进行监测。

本发明采取的技术方案具体为：一种电力开关柜状态监测系统，包括上位机、控制模块、温度采集模块和电流采集模块；

所述温度采集模块包括多个设置于开关柜温度监测关键点的温度传感器，各温度传感器的温度信号输出端分别连接控制模块；

所述电流采集模块包括电流采集电路和角位移传感器；电流采集电路包括电流传感器和信号调理电路，电流传感器采集开关柜内断路器的分合闸电流数据，并将采集到的数据经信号调理电路传输至控制模块；角位移传感器采集开关柜内断路器分合闸行程数据，并将采集到的数据传输至控制模块；

上位机向控制模块发送信号采集命令，控制模块将接收到的温度数据、电流数据以及断路器分合闸行程数据传输至上位机。

本发明的电流采集模块中，电流采集电路中的电流传感器采用霍尔电流传感器。信号调理电路的工作为，将霍尔电流传感器采集的分合闸线圈电流信号经滤波处理后再转换为电压信号，然后通过隔离放大电路将此信号放大到控制模块输入端可以接受的电压。

进一步的，本发明上位机包括电流信息诊断模块；电流信息诊断模块根据接收到的电流数据和断路器分合闸行程数据，获取断路器分合闸电流波形；

然后根据断路器分合闸电流波形数据，求取包括断路器开关操动机构的启动时间、拉杆运动时间和线圈通电时间的参数数据，再将求取到的参数数据与断路器开关自身参数范围进行对比，进而诊断断路器开关的机械故障信息。

具体的，上位机在接收到霍尔传感器采集的电流信号和角位移传感器采集的操动机构触头位移信号后，利用现有技术，综合两者数据可以确定开关柜断路器分合闸时，开关处于不同位置处的电流信息，进而通过两者与时间的关系，可描绘出断路器分合闸电流波形。

更进一步的，本发明上位机还包括温度报警模块，温度报警模块中预设有温度阈值，温度报警模块将接收到的温度数据与温度阈值进行对比，当温度数据超出温度阈值时，则输出报警信号。报警信号的输出方式可采用声光报警。

为了方便工作人员能够更直观的了解开关柜的运行状态，本发明上位机还包括人机交互界面，人机交互模界面与温度报警模块和电流信息诊断模块分别连接通讯。当温度超出阈值报警时，人机交互界面也将出现相应报警信息，电流信息诊断模块的诊断数据也可通过人机交互界面进行显示。人机交互界面可利用现有技术，由Visual Basic 6.0程序开发环境编写。人机交互界面可以显示所监测开关柜的状态信息的同时，工作人员通过人机交互界面也可对信息采集工作以及状态评估进行控制。

本发明所述控制模块包括通过总线连接通讯的主控制器和从控制器；各温度传感器分别包括片选端口，主控制器连接各温度传感器的片选端口，各温度传感器的温度信号输出端分别连接从控制器；电流采集模块中，角度位移传感器及电流采集电路的输出端连接主控制器。本发明双控制器的形式可弥补单控制器I/O口较少的缺陷。在应用时，主控制器可通过片选端口使能选择需要获取温度监测值的温度传感器，相应温度传感器将所采集到的温度信号通过从控制器传输至主控制器中。

优选的，上述主控制器采用C8051F350单片机，从控制器采用STC89S52单片机。从控制器的任务为，在主控制器的指令控制下，读取主控制器选定的温度传感器数据。

优选的，本发明所述角位移传感器采用旋转式电位器，其主轴连接高压断路器操动机构的主轴。由此，角位移传感器即采集断路器分合闸触头的行程信息，进而传输至控制模块。旋转式电位器为现有产品。

本发明中温度传感器可基于MLX90614非接触式红外测温模块进行设计，可以同时测量环境温度和目标温度。

本发明所述开关柜温度监测关键点包括开关柜内母线与断路器连接处，电缆接头和开关触点处。

本发明的有益效果为：可以对开关柜关键点的温度和断路器分合闸电流两种状态进行监测，更加全面地反映电力开关柜的状态信息。其中角度位移传感器与电流采集电路的配合，可以获取断路器分合闸电流波形，进行为断路器故障状态的诊断提供依据。双控制器的结构既能发挥C805F350单片机运算速度高，并自带AD转换器等优点，又利用STC89S52单片机丰富的I/O资源，弥补了C805F350中I/O口较少的不足。

附图说明

图1所示为本发明原理结构示意图；

图2所示为本发明具体实施例结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步描述。

结合图1和图2，本发明的电力开关柜状态监测系统，包括上位机、控制模块、温度采集模块和电流采集模块；

所述温度采集模块包括多个设置于开关柜温度监测关键点的温度传感器，各温度传感器的温度信号输出端分别连接控制模块；

所述电流采集模块包括电流采集电路和角位移传感器；电流采集电路包括电流传感器和信号调理电路，电流传感器采集开关柜内断路器的分合闸电流数据，并将采集到的数据经信号调理电路传输至控制模块；角位移传感器采集开关柜内断路器分合闸触头行程数据，并将采集到的数据传输至控制模块；断路器分合闸行程数据的获取用于确定断路器分合闸时，断路器开关具体的位置，由此可以获得断路器分合闸时开关具体位置处的电流信息，以便对开关的机械故障进行判断；

上位机向控制模块发送信号采集命令，控制模块将接收到的温度数据、电流数据以及断路器分合闸行程数据传输至上位机。

本发明中，温度传感器的设置位置，即开关柜温度监测关键点主要指开关柜内母线与断路器连接处，电缆接头和开关触点处。

电流采集模块中，电流传感器采用霍尔电流传感器。信号调理电路的工作为，将霍尔电流传感器采集的分合闸线圈电流信号经滤波处理后再转换为电压信号，然后通过隔离放大电路将此信号放大到控制模块输入端可以接受的电压。

实施例

如图1所示的实施例，上位机包括电流信息诊断模块、温度报警模块和人机交互界面。

上位机在接收到霍尔传感器采集的电流信号，和角位移传感器采集的操动机构触头位移信号后，综合两者数据可以确定开关柜断路器分合闸时，开关处于不同位置处的电流信息，进而通过两者与时间的关系，可描绘出断路器分合闸电流波形；

电流信息诊断模块根据断路器分合闸电流波形数据，求取包括断路器开关操动机构的启动时间、拉杆运动时间和线圈通电时间的参数数据，然后将求取到的数据与断路器开关自身参数范围进行对比，从而判断操动机构的运行状态，即可诊断出断路器机械操动机构的故障，如辅助开关动作接触不良、铁芯合闸初期卡涩、操作机构存在卡涩等情况。

温度报警模块预设有对应不同温度监测关键点的温度阈值，当温度传感器采集到温度数据超出预设的相应位置温度阈值时，上位机将通过温度报警模块输出报警。

人机交互界面可方便工作人员能更直观的了解开关柜的运行状态，人机交互模界面与温度报警模块和电流信息诊断模块分别连接通讯。当温度超出阈值报警时，人机交互界面也将出现相应报警信息，电流信息诊断模块的诊断数据也可通过人机交互界面进行显示。本实施例中人机交互界面利用上位机显示器，由Visual Basic 6.0程序开发环境编写。人机交互界面可以显示所监测开关柜的状态信息的同时，工作人员通过人机交互界面也可对信息采集工作以及状态评估进行控制。

如图2所示，本实施例中控制模块包括通过总线连接通讯的主控制器和从控制器；各温度传感器分别包括片选端口，主控制器连接各温度传感器的片选端口，各温度传感器的温度信号输出端分别连接从控制器；电流采集模块中，角度位移传感器及电流采集电路的输出端连接主控制器。双控制器的形式可弥补单控制器I/O口较少的缺陷。在应用时，主控制器可通过片选端口使能选择需要获取温度监测值的温度传感器，相应温度传感器将所采集到的温度信号通过从控制器传输至主控制器中。

上述主控制器采用C8051F350单片机，从控制器采用STC89S52带SPI总线的51单片机。从控制器的任务为，在主控制器的指令控制下，读取主控制器选定的温度传感器数据。

温度传感器通过RS485通讯接口与主、从控制器进行通信，电流采集模块通过RS485通讯接口与主控制器进行通信，上位机通过RS232转RS485模块与主控制器进行通信。

角位移传感器采用旋转式电位器，其主轴连接高压断路器操动机构的主轴。由此，角位移传感器即采集断路器分合闸触头的形成信息，进而传输至控制模块。旋转式电位器为现有产品。

温度传感器可基于MLX90614非接触式红外测温模块进行设计，可以同时测量环境温度和目标温度。

本实施例在应用时，通过主控制器对多组执行温度采集的温度传感器进行选择，选定温度传感器后，由从控制器控制选定的温度传感器进行温度采集，并将采集到的温度传输给主控制器。主控制器将采集到的温度和电流信息通过RS485总线传输至上位机。

上位机对采集到的数据信息进行分析处理。由温度报警模块对采集的温度数据进行分析，如果温度超过设定阈值时，将进行声光报警，通知工作人员进行检查。电流信息诊断模块根据采集到的电流波形，结合断路器本身的参数范围，对断路器机械操动机构系统的故障进行诊断，进而将诊断结果传输至上位机和人机交互界面，以便工作人员及时获知故障情况。

本发明可以对开关柜关键点的温度和断路器分合闸电流两种状态进行监测，更加全面地反映电力开关柜的状态信息。其中角度位移传感器与电流采集电路的配合，可以获取断路器分合闸电流波形，进行为断路器故障状态的诊断提供依据。双控制器的结构既能发挥C805F350单片机运算速度高，并自带AD转换器等优点，又利用STC89S52单片机丰富的I/O资源，弥补了C805F350中I/O口较少的不足。

Claims (6)

1.一种电力开关柜状态监测系统，其特征是，包括上位机、控制模块、温度采集模块和电流采集模块；

所述温度采集模块包括多个设置于开关柜温度监测关键点的温度传感器，各温度传感器的温度信号输出端分别连接控制模块；

所述电流采集模块包括电流采集电路和角位移传感器；电流采集电路包括电流传感器和信号调理电路，电流传感器采集开关柜内断路器的分合闸电流数据，并将采集到的数据经信号调理电路传输至控制模块；角位移传感器采集开关柜内断路器分合闸行程数据，并将采集到的数据传输至控制模块；

上位机向控制模块发送信号采集命令，控制模块将接收到的温度数据、电流数据以及断路器分合闸行程数据传输至上位机；

上位机包括电流信息诊断模块；电流信息诊断模块根据接收到的电流数据和断路器分合闸行程数据，获取断路器分合闸电流波形；

然后根据断路器分合闸电流波形，求取包括断路器开关操动机构的启动时间、拉杆运动时间和线圈通电时间的参数数据，再将求取到的参数数据与断路器开关自身参数范围进行对比，进而诊断断路器开关的机械故障信息；

控制模块包括通过总线连接通讯的主控制器和从控制器；各温度传感器分别包括片选端口，主控制器连接各温度传感器的片选端口，各温度传感器的温度信号输出端分别连接从控制器；电流采集模块中，角度位移传感器及电流采集电路的输出端连接主控制器。

2.根据权利要求1所述的电力开关柜状态监测系统，其特征是，上位机还包括温度报警模块，温度报警模块中预设有温度阈值，温度报警模块将接收到的温度数据与温度阈值进行对比，当温度数据超出温度阈值时，则输出报警信号。

3.根据权利要求1所述的电力开关柜状态监测系统，其特征是，上位机还包括人机交互界面，人机交互模界面与温度报警模块和电流信息诊断模块分别连接通讯。

4.根据权利要求1至3任一项所述的电力开关柜状态监测系统，其特征是，主控制器采用C8051F350单片机，从控制器采用STC89S52单片机。

5.根据权利要求1至3任一项所述的电力开关柜状态监测系统，其特征是，开关柜温度监测关键点包括开关柜内母线与断路器连接处，电缆接头和开关触点处。

6.根据权利要求1至3任一项所述的电力开关柜状态监测系统，其特征是，角位移传感器采用旋转式电位器，其主轴连接高压断路器操动机构的主轴。