CN106405411B - 数字积分法断路器介质损耗角正切值在线监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

数字积分法断路器介质损耗角正切值在线监测系统及方法,该系统包括监控主机、采样计算CPU、A/D转换单元、锁相环电路、隔离放大电路、低通滤波电路、电压互感器、A/D转换单元、隔离放大电路、低通滤波电路、电流互感器、断路器、键盘、显示单元、CAN通讯单元、存储器、报警单元、编程接口、时钟单元、复位单元、RS‑485通讯单元和中央控制室，运算过程只针对基波，相当于对基波进行滤波，排除了谐波对运算结果的影响。该技术具有结构简单、测量精度高、稳定性好、实时性好、抗干扰能力强等优点。

Description

数字积分法断路器介质损耗角正切值在线监测系统及方法

技术领域：

本发明属于断路器绝缘特性在线监测技术领域，特别涉及一种数字积分法断路器介质损耗角正切值在线监测技术。

背景技术：

绝缘在线监测损耗角的正切值计算过程依靠监测绝缘体的泄漏电流值及电压信号，通过计算电流与电压的相位角而得到介质损耗角的正切值。目前，介质损耗角正切值在线监测大部分采用高压电桥法和相位差法，两种方法在实际应用中都存在缺点。高压电桥法改变被监测设备的原有状态，需要附加保护来保证其安全性。相位差法容易受谐波干扰，监测结果精度低、可靠性差。在不改变设备现有绝缘状态的情况下，解决微弱电流的采样及电磁干扰问题是损耗角的正切值在线监测技术领域研究的热点。

发明内容：

发明目的：

本发明提供一种数字积分法断路器介质损耗角正切值在线监测系统及方法，其目的是解决以往所存在的问题。

技术方案：

数字积分法断路器介质损耗角正切值在线监测系统，该系统包括监控主机、采样计算CPU、A/D转换单元、锁相环电路、隔离放大电路、低通滤波电路、电压互感器、A/D转换单元、隔离放大电路、低通滤波电路、电流互感器、断路器、键盘、显示单元、CAN通讯单元、存储器、报警单元、编程接口、时钟单元、复位单元、RS-485通讯单元和中央控制室，其中电压互感器的测量端与断路器相连接，电压互感器的信号输出端口与锁相环电路、隔离放大电路的输入端相连接，隔离放大电路的输出端与低通滤波电路的信号输入端相连接，锁相环电路、低通滤波电路的信号输出端与A/D转换单元的输入端相连接，电流互感器的测量端与断路器相连接，电流互感器的信号输出端口与隔离放大电路的输入端相连接，隔离放大电路的输出端与低通滤波电路的信号输入端相连接，低通滤波电路的信号输出端与A/D转换单元的输入端相连接，A/D转换单元、A/D转换单元的输出端与采样计算CPU的信号输入端相连接，编程接口的输出端与采样计算CPU的编程信号输入端相连接，时钟单元的输出端与采样计算CPU的时钟信号输入端相连接，复位单元的输出端与采样计算CPU的复位信号输入端相连接，采样计算CPU的通讯接口经过CAN通讯单元与监控主机相连接，键盘的信号输出端与监控主机的信号输入端相连接，显示单元的、存储器和报警单元的信号输入端与监控主机的信号输出单元相连接，RS-485通讯单元的输入端与监控主机的信号输出单元相连接，RS-485通讯单元的输出端与中央控制室的信号输入单元相连接。

显示单元通过临时固定架固定，该固定架包括支撑盒、上V形支撑卡、下V形支撑卡和调整螺杆；在支撑盒的两端设置有限位滑道，限位滑道为沿支撑盒长度方向设置的条形滑道；

上V形支撑卡包括上卡臂和上随动臂，上卡臂和上随动臂通过扭簧连接形成V形结构；下V形支撑卡包括下卡臂和下随动臂，下卡臂和下随动臂通过另一个扭簧连接形成V形结构；两个扭簧均套在移动滚筒上，移动滚筒的中心设置有滚动轴，滚动轴的两端伸进限位滑道内并在使用时沿限位滑道移动；

上随动臂与下随动臂通过活动轴活动连接，活动轴连接带有螺纹的拉动杆，拉动杆沿与限位滑道垂直的方向穿过支撑盒并通过螺纹与支撑盒螺纹配合；

在上卡臂的上部设置有用于在水平方向压住的显示单元边缘的横向固定压片。

在上卡臂上沿上卡臂的长度方向依次设置多个横向限位孔，在横向限位孔前端端设置有与横向限位孔同轴且连通的横向限位套，横向固定压片上连接有横杆，该横杆穿过横向限位孔及横向限位套并能在横向限位孔及横向限位套内左右移动，在横向限位孔的前端设置有能左右移动的顶帽，顶帽的尾端端连接拉紧弹簧的前端，拉紧弹簧的后端伸进横向限位套内并与横向限位套的侧壁连接，拉紧弹簧套在横固定压片的横杆的前端。

利用上述的数字积分法断路器介质损耗角正切值在线监测系统所实施的在线监测方法，其特征在于：电压互感器和电流互感器采集高压断路器电压与电流信号，经过隔离放大、低通滤波后发送给采样计算CPU，采样运算CPU对电压、电流信号进行运算处理得到具体的电压、电流值并反馈给监控主机，监控主机降电压、电流矢量与参考适量进行比较，得到电压、电流与参考信号的相位差及/>再对/>进行运算得到两者相位差/>即：

根据介质损耗角正切的定义，得：

利用采样计算CPU和监控主机的高速运算能力，能够实现对断路器绝缘介质损耗角正切值变化情况的实时监控。

优点效果：

本发明提供一种数字积分法断路器介质损耗角正切值在线监测系统及方法，该数字积分法断路器介质损耗角正切值在线监测技术通过数字运算得到介质损耗角正切值，计算机运算保证运算的准确定性，避免运算硬件带来的诸多误差。运算过程只针对基波，相当于对基波进行滤波，排除了谐波对运算结果的影响。该技术具有结构简单、测量精度高、稳定性好、实时性好、抗干扰能力强等优点。

附图说明：

图1数字积分法断路器介质损耗角正切值在线监测系统原理图；

图2为固定架的结构示意图；

图3为图2的A部放大图。

1、监控主机；2、采样计算CPU；3、A/D转换单元；4、锁相环电路；5、隔离放大电路；6、低通滤波电路；7、电压互感器；8、A/D转换单元；9、隔离放大电路；10、低通滤波电路；11、电流互感器；12、断路器；13、键盘；14、显示单元；15、CAN通讯单元；16、存储器；17、报警单元；18、编程接口；19、时钟信号；20、复位单元；21、RS-485通讯单元；22、中央控制室。

具体实施方式：

本发明提供一种数字积分法断路器介质损耗角正切值在线监测系统及方法，数字积分法断路器介质损耗角正切值在线监测系统原理如图1所示，系统包括监控主机1、采样计算CPU2、A/D转换单元3、锁相环电路4、隔离放大电路5、低通滤波电路6、电压互感器7、A/D转换单元8、隔离放大电路9、低通滤波电路10、电流互感器11、断路器12、键盘13、显示单元14、CAN通讯单元15、存储器16、报警单元17、编程接口18、时钟单元19、复位单元20、RS-485通讯单元21、中央控制室22，其中电压互感器7的测量端与断路器12相连接，电压互感器7的信号输出端口与锁相环电路4、隔离放大电路5的输入端相连接，隔离放大电路5的输出端与低通滤波电路6的信号输入端相连接，锁相环电路4、低通滤波电路6的信号输出端与A/D转换单元3的输入端相连接，电流互感器11的测量端与断路器12相连接，电流互感器11的信号输出端口与隔离放大电路9的输入端相连接，隔离放大电路9的输出端与低通滤波电路10的信号输入端相连接，低通滤波电路10的信号输出端与A/D转换单元8的输入端相连接，A/D转换单元3、A/D转换单元8的输出端与采样计算CPU2的信号输入端相连接，编程接口18的输出端与采样计算CPU2的编程信号输入端相连接，时钟单元19的输出端与采样计算CPU2的时钟信号输入端相连接，复位单元20的输出端与采样计算CPU2的复位信号输入端相连接，采样计算CPU2的通讯接口经过CAN通讯单元15与监控主机1相连接，键盘13的信号输出端与监控主机1的信号输入端相连接，显示单元的14、存储器16、报警单元17的信号输入端与监控主机1的信号输出单元相连接，RS-485通讯单元21的输入端与监控主机1的信号输出单元相连接，RS-485通讯单元21的输出端与中央控制室22的信号输入单元相连接。

显示单元14通过临时固定架固定，该固定架包括支撑盒111、上V形支撑卡、下V形支撑卡和调整螺杆888；在支撑盒111的两端设置有限位滑道666，限位滑道666为沿支撑盒111长度方向设置的条形滑道；

上V形支撑卡包括上卡臂333和上随动臂333-1，上卡臂333和上随动臂333-1通过扭簧连接形成V形结构；下V形支撑卡包括下卡臂222和下随动臂222-1，下卡臂222和下随动臂222-1通过另一个扭簧444连接形成V形结构；两个扭簧均套在移动滚筒上，移动滚筒的中心设置有滚动轴555，滚动轴555的两端伸进限位滑道666内并在使用时沿限位滑道666移动；

上随动臂333-1与下随动臂222-1通过活动轴777活动连接，活动轴777连接带有螺纹999的拉动杆888，拉动杆888沿与限位滑道666垂直的方向穿过支撑盒111并通过螺纹999与支撑盒111螺纹配合；

在上卡臂333的上部设置有用于在水平方向压住的显示单元边缘的横向固定压片000。

在上卡臂333上沿上卡臂的长度方向依次设置多个横向限位孔001，在横向限位孔001前端端设置有与横向限位孔001同轴且连通的横向限位套002，横向固定压片000上连接有横杆，该横杆穿过横向限位孔001及横向限位套002并能在横向限位孔001及横向限位套002内左右移动，在横向限位孔001的前端设置有能左右移动的顶帽004，顶帽004的尾端端连接拉紧弹簧003的前端，拉紧弹簧003的后端伸进横向限位套002内并与横向限位套002的侧壁连接，拉紧弹簧003套在横固定压片000的横杆的前端。

固定架使用时，将拉动杆888向内旋拧(也就是图中的右上方向)，使得上卡臂333与下卡臂222之间向外张开，然后将上卡臂333与下卡臂222分别置于被固定位置的上表面和下表面，将待固定物置于垂直固定压片000底部，然后反向旋拧动杆888，使得上卡臂333与下卡臂222之间向内收拢并逐渐夹紧被固定物，使得待固定的装置与被固定的位置紧密接触完成操作，卸下或更换传感器时重复旋拧拉动杆888的动作即可。

而在夹紧时，横向固定压片000的横杆穿过横向限位套002并顶起顶帽004，进而拉伸拉紧弹簧003，这样一来，被夹紧物就始终保持一种弹性的压紧，使得压紧更加的稳固，使得被夹紧物与被固定位置之间的接触为柔性连接，避免硬性连接带来的对被夹紧物的损坏及当被固定位置不平时所带来的夹紧配合不可调整的问题。

而多个横向限位孔001可以满足调整夹紧位置的需求。

数字积分法断路器介质损耗角正切值在线监测原理：电压互感器和电流互感器采集高压断路器电压与电流信号，经过隔离放大、低通滤波后发送给采样计算CPU，采样运算CPU对电压、电流信号进行运算处理得到具体的电压、电流值并反馈给监控主机，监控主机降电压、电流矢量与参考适量进行比较，得到电压、电流与参考信号的相位差及/>再对/>进行运算得到两者相位差/>即：

根据介质损耗角正切的定义，得：

利用采样计算CPU和监控主机的高速运算能力，能够实现对断路器绝缘介质损耗角正切值变化情况的实时监控。

Claims (2)

1.数字积分法断路器介质损耗角正切值在线监测系统，其特征在于：该系统包括监控主机(1)、采样计算CPU(2)、第一A/D转换单元(3)、锁相环电路(4)、隔离放大电路(5)、低通滤波电路(6)、电压互感器(7)、第二A/D转换单元(8)、隔离放大电路(9)、低通滤波电路(10)、电流互感器(11)、断路器(12)、键盘(13)、显示单元(14)、CAN通讯单元(15)、存储器(16)、报警单元(17)、编程接口(18)、时钟单元(19)、复位单元(20)、RS-485通讯单元(21)和中央控制室(22)，其中电压互感器(7)的测量端与断路器(12)相连接，电压互感器(7)的信号输出端口与锁相环电路(4)、隔离放大电路(5)的输入端相连接，隔离放大电路(5)的输出端与低通滤波电路(6)的信号输入端相连接，锁相环电路(4)、低通滤波电路(6)的信号输出端与第一A/D转换单元(3)的输入端相连接，电流互感器(11)的测量端与断路器(12)相连接，电流互感器(11)的信号输出端口与隔离放大电路(9)的输入端相连接，隔离放大电路(9)的输出端与低通滤波电路(10)的信号输入端相连接，低通滤波电路(10)的信号输出端与第二A/D转换单元(8)的输入端相连接，第一A/D转换单元(3)、第二A/D转换单元(8)的输出端与采样计算CPU(2)的信号输入端相连接，编程接口(18)的输出端与采样计算CPU(2)的编程信号输入端相连接，时钟单元(19)的输出端与采样计算CPU(2)的时钟信号输入端相连接，复位单元(20)的输出端与采样计算CPU(2)的复位信号输入端相连接，采样计算CPU(2)的通讯接口经过CAN通讯单元(15)与监控主机(1)相连接，键盘(13)的信号输出端与监控主机(1)的信号输入端相连接，显示单元的(14)、存储器(16)和报警单元(17)的信号输入端与监控主机(1)的信号输出单元相连接，RS-485通讯单元(21)的输入端与监控主机(1)的信号输出单元相连接，RS-485通讯单元(21)的输出端与中央控制室(22)的信号输入单元相连接；

显示单元(14)通过临时固定架固定，该固定架包括支撑盒(111)、上V形支撑卡、下V形支撑卡和拉动杆(888)；在支撑盒(111)的两端设置有限位滑道(666)，限位滑道(666)为沿支撑盒(111)长度方向设置的条形滑道；

上V形支撑卡包括上卡臂(333)和上随动臂(333-1)，上卡臂(333)和上随动臂(333-1)通过扭簧连接形成V形结构；下V形支撑卡包括下卡臂(222)和下随动臂(222-1)，下卡臂(222)和下随动臂(222-1)通过另一个扭簧(444)连接形成V形结构；两个扭簧均套在移动滚筒上，移动滚筒的中心设置有滚动轴(555)，滚动轴(555)的两端伸进限位滑道(666)内并在使用时沿限位滑道(666)移动；

上随动臂(333-1)与下随动臂(222-1)通过活动轴(777)活动连接，活动轴(777)连接带有螺纹(999)的拉动杆(888)，拉动杆(888)沿与限位滑道(666)垂直的方向穿过支撑盒(111)并通过螺纹(999)与支撑盒(111)螺纹配合；

在上卡臂(333)的上部设置有用于在水平方向压住的显示单元边缘的横向固定压片(000)；

在上卡臂(333)上沿上卡臂的长度方向依次设置多个横向限位孔(001)，在横向限位孔(001)前端端设置有与横向限位孔(001)同轴且连通的横向限位套(002)，横向固定压片(000)上连接有横杆，该横杆穿过横向限位孔(001)及横向限位套(002)并能在横向限位孔(001)及横向限位套(002)内左右移动，在横向限位孔(001)的前端设置有能左右移动的顶帽(004)，顶帽(004)的尾端端连接拉紧弹簧(003)的前端，拉紧弹簧(003)的后端伸进横向限位套(002)内并与横向限位套(002)的侧壁连接，拉紧弹簧(003)套在横固定压片(000)的横杆的前端。

2.利用权利要求1所述的数字积分法断路器介质损耗角正切值在线监测系统所实施的在线监测方法，其特征在于：电压互感器和电流互感器采集高压断路器电压与电流信号，经过隔离放大、低通滤波后发送给采样计算CPU，采样运算CPU对电压、电流信号进行运算处理得到具体的电压、电流值并反馈给监控主机，监控主机降电压、电流矢量与参考适量进行比较，得到电压、电流与参考信号的相位差及/>再对/>进行运算得到两者相位差即：

根据介质损耗角正切的定义，得：

利用采样计算CPU和监控主机的高速运算能力，能够实现对断路器绝缘介质损耗角正切值变化情况的实时监控。