CN106706853A - 一种高压开关设备及其气体状态监测装置 - Google Patents

一种高压开关设备及其气体状态监测装置 Download PDF

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李艳艳
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Abstract

本发明涉及一种高压开关设备及其气体状态监测装置,其中的气体状态监测装置包括处理器模块、数据传输模块和休眠唤醒触发模块;该处理器模块为长休眠模块,设置有用于接收气体参数采集模块的检测信号的信号输入端以及与数据传输模块相连的信号输出端;该休眠唤醒触发模块设置有用于接收气体参数采集模块的检测信号的端口,其输出端与处理器模块的唤醒触发端相连,用于在气体状态信号变化超过设定阈值时触发唤醒处理器模块。在本发明中,当气体参数数据变化较大时,休眠唤醒触发模块触发处理器模块由休眠状态切换到工作状态,有效降低了在高压开关气体状态监测过程中处理器模块的能量消耗,相应提高了处理器模块的能量利用率。

Description

一种高压开关设备及其气体状态监测装置
技术领域
本发明涉及一种高压开关设备及其气体状态监测装置,属于气体监测技术领域。
背景技术
目前,国内正在大力推广电力设备状态检修工作,高压开关设备作为电力系统的重要元件,其设备可靠性对电力系统运行可靠性有至关重要的影响。SF6气体以其电气绝缘、灭弧性能优异等特点而被广泛应用于高压开关设备中,但是,SF6气体状态如压力、温度、密度和湿度等因素会直接影响到高压开关设备的运行性能。为了保证电力设备的稳定运行,需要对高压开关设备中的SF6气体状态进行实时监测。
为了实现高压开关设备中SF6气体状态的监测,公告号为CN 203116765U的中国实用新型专利公布了一种SF6气体智能监测控制装置,通过采用气体状态传感器对高压开关中SF6气体的压力、密度和微水进行采集,然后将采集到的气体状态信息传输到预处理模块进行处理。当SF6气体指标发生变化时,可以在终端实时监测SF6气体状态变化及数据分析,通过LED显示器显示SF6气体的状态,并通过蜂鸣器或远程无线报警器进行报警提示,整个监测过程安全可靠,无需停电监测,实时在线监测。但是,在气体状态的整个监测过程中,预处理模块始终处于工作状态,因此需要长时间可靠供电,电量消耗量较大。由于气体状态异常属于小概率事件,而高压开关设备气体监测的关键在于监测在气体状态异常情况下的气体状态信息,因此在气体状态正常的情况下,长时间持续性处于工作状态无疑增大了预处理模块的能量损耗,增大了其电能供应负担。另一方面,当预处理模块与采用气体状态传感器的距离较大时,传感器采集到的数据受到电磁干扰的影响较大,气体状态参数的传输可靠性降低。
因此,如何在实现高压开关设备SF6气体状态可靠监测的同时,降低处理模块的能量损耗,提高其能量有效利用率,成为高压开关设备SF6气体状态的监测过程中的重要研究内容。
发明内容
本发明的目的是提供一种高压开关设备及其气体状态监测装置,用于解决在高压开关气体状态监测过程中,由于处理器模块一直处于工作状态而造成能耗较大的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种气体状态监测装置,主要包括以下方案:
监测装置方案一:该监测装置包括处理器模块、数据传输模块和休眠唤醒触发模块;
所述处理器模块为长休眠模块,所述处理器模块设置有用于接收在高压开关设备触头室内安装的气体参数采集模块的检测信号的信号输入端;所述数据传输模块与所述处理器模块的信号输出端相连;
所述休眠唤醒触发模块设置有用于接收在高压开关设备触头室内安装的气体参数采集模块的检测信号的端口,所述休眠唤醒触发模块的输出端与所述处理器模块的唤醒触发端相连,用于在气体状态信号变化超过设定阈值时触发唤醒所述处理器模块。
监测装置方案二:在监测装置方案一的基础上,所述处理器模块为单片机。
监测装置方案三:在监测装置方案一的基础上,所述数据传输模块为无线传输模块。
监测装置方案四:在监测装置方案三的基础上,所述无线传输模块为4G或4G以上的传输模块。
监测装置方案五:在监测装置方案一的基础上,所述监测装置还包括:串口通信模块,所述串口通信模块的一端与所述处理器模块其中一个端口相连,另一端用于输入控制参数。
监测装置方案六:在监测装置方案一的基础上,所述监测装置还包括:对时电路模块和数据存储模块,所述对时电路模块和数据存储模块分别与所述处理器模块相连;所述处理器模块与所述对时电路模块进行对时,将时间标签加入到气体状态信号;所述数据存储模块用于存储加入了时间标签的气体状态信号。
监测装置方案七:在监测装置方案一的基础上,所述监测装置还包括:为所述处理器模块供电的蓄电池电源以及通过储能电路为所述处理器模块供电的太阳能电池电源。
监测装置方案八:在监测装置方案七的基础上,所述太阳能电池电源为薄膜太阳能电池电源。
监测装置方案九:在监测装置方案一的基础上,所述监测装置还包括:A/D转换模块,所述处理器模块通过所述A/D转换模块连接在高压开关设备触头室内安装的气体参数采集模块。
监测装置方案十:在监测装置方案九的基础上,所述监测装置还包括:滤波调理模块,所述A/D转换模块通过所述滤波调理模块连接在高压开关设备触头室内安装的气体参数采集模块。
本发明还提供了一种带有气体状态监测装置的高压开关设备,包括以下方案:
高压开关设备方案一:该高压开关设备包括高压开关设备本体以及设置在高压开关设备本体触头室内的气体参数采集模块,所述高压开关设备本体上还设置有气体状态监测装置,该气体状态监测装置包括处理器模块、数据传输模块和休眠唤醒触发模块,所述处理器模块为长休眠模块,所述处理器模块的信号输入端与所述气体参数采集模块相连,所述处理器模块的信号输出端与所述数据传输模块相连;所述休眠唤醒触发模块的检测信号的端口与所述气体参数采集模块相连,所述休眠唤醒触发模块的输出端与所述处理器模块的唤醒触发端相连,用于在气体参数变化超过设定阈值时触发唤醒所述处理器模块。
高压开关设备方案二:在高压开关设备方案一的基础上,所述处理器模块为单片机。
高压开关设备方案三:在高压开关设备方案一的基础上,所述数据传输模块为无线传输模块。
高压开关设备方案四:在高压开关设备方案三的基础上,所述无线传输模块为4G或4G以上的传输模块。
高压开关设备方案五:在高压开关设备方案一的基础上,所述监测装置还包括:串口通信模块,所述串口通信模块的一端与所述处理器模块其中一个端口相连,另一端用于输入控制参数。
高压开关设备方案六:在高压开关设备方案一的基础上,所述监测装置还包括:对时电路模块和数据存储模块,所述对时电路模块和数据存储模块分别与所述处理器模块相连;所述处理器模块与所述对时电路模块进行对时,将时间标签加入到气体状态信号;所述数据存储模块用于存储加入了时间标签的气体状态信号。
高压开关设备方案七:在高压开关设备方案一的基础上,所述监测装置还包括:为所述处理器模块供电的蓄电池电源以及通过储能电路为所述处理器模块供电的太阳能电池电源。
高压开关设备方案八:在高压开关设备方案七的基础上,所述太阳能电池电源为薄膜太阳能电池电源。
高压开关设备方案九:在高压开关设备方案一的基础上,所述监测装置还包括:A/D转换模块,所述处理器模块通过所述A/D转换模块与所述气体参数采集模块相连。
高压开关设备方案十:在高压开关设备方案九的基础上,所述监测装置还包括:滤波调理模块,所述A/D转换模块通过所述滤波调理模块与所述气体参数采集模块相连。
高压开关设备方案十一:在高压开关设备方案一的基础上,所述气体参数采集模块包括压力传感器、温度传感器和微水传感器。
本发明的有益效果是:
通过在监测装置中加入休眠唤醒触发模块,该触发模块对气体参数采集模块发送的气体状态参数数据变化情况进行判断,当气体状态信号变化较大时触发处理器模块由休眠状态切换到工作状态。由于在气体状态信号变化较小时处理器模块始终处于休眠状态,仅在气体状态参数数据变化较大即气体状态异常的情况下,处理器模块才切换到正常的工作状态,有效降低了处理器模块的能量损耗,提高了能量利用率,在能量供应一定的情况下,相应延长了监测装置的工作周期,保证了监测装置的运行可靠性。
另外,通过将气体状态监测装置设置在高压开关设备本体上,缩短了气体参数采集模块与处理器模块之间的距离,相应降低了传感器采集到的数据受到电磁干扰的影响,提高了气体状态参数的传输可靠性。
附图说明
图1是气体状态监测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
气体状态监测装置实施例:
该气体状态监测装置包括处理器模块、数据传输模块和休眠唤醒触发模块。其中,该处理器模块设置有用于接收在高压开关设备触头室内安装的气体参数采集模块的检测信号的端口,并通过该检测信号的端口与气体参数采集模块相连。该处理器模块为长休眠模块,在气体参数即气体状态信息无异常的情况下始终处于休眠状态,当检测到气体参数可能异常的情况下触发唤醒。数据传输模块与处理器模块的信号输出端相连,用于传输气体状体参数数据以及报警信息。休眠唤醒触发模块也设置有用于接收在高压开关设备触头室内安装的气体参数采集模块的检测信号的端口,并通过该检测信号的端口与气体参数采集模块相连,休眠唤醒触发模块的输出端与处理器模块的唤醒触发端相连,用于在气体参数变化超过设定阈值时触发唤醒处理器模块。
如图1所示,在高压开关设备触头室内安装的气体参数采集模块包括压力传感器、温度传感器和微水传感器,用于采集高压开关设备中SF6气体的压力、温度和微水等数据信息。作为一种具体的实施方式,在气体状态监测装置中,处理器模块采用单片机,对接收到的压力、温度和微水等数据信息进行处理、存储和传输,且当SF6气体状态异常时发出报警。
上述气体状态监测装置还包括一个串口通信模块,该串口通信模块的一端与单片机的一个端口相连,串口通信模块的另一端用于输入控制参数。在监测装置工作开始之前,采用PC机通过该串口通信模块向单片机输入控制参数,主要包括单片机从休眠状态切换到工作状态时各种气体状态参数如压力、温度和微水等状态量相对应的触发阈值,气体状态异常时各种气体状态参数的报警阈值以及单片机对各个传感器进行数据采样的频率等。单片机将接收到的各种气体状态参数的触发阈值下发给休眠唤醒触发模块,作为其他的实施方式,各种气体状态参数的触发阈值也可以直接在休眠唤醒触发模块中设置。
为降低数据信号在传输过程所受到的电磁干扰,该监测装置中的数据传输模块采用无线传输方式,可通过在单片机中安装有相应的SIM卡,用于气体状态数据和报警信息的4G传输。当然,在保证了数据传输所受干扰较少的情况下,该监测装置也可采用ZigBee、WiFi以及4G以上等通信方式。
在该监测装置中,单片机采用太阳能电池电源以及蓄电池电源两种供电模式,其中太阳能电池具体采用薄膜太阳能电池,该薄膜电池贴在监测装置外壳上,并通过一个储能电路与单片机连接。通常情况下,单片机采用薄膜太阳能电池供电,当遇到持续阴雨天气,或检测到薄膜太阳能电池供电功率不足时,则自动切换到蓄电池供电,两种供电方式可实现无缝切换。另外,上述蓄电池采用可充电电池,可以由上述的薄膜太阳能电池进行充电,也可在卸载后进行充电。
在监测装置工作过程中,压力传感器、温度传感器和微水传感器将检测的SF6气体压力、温度和微水等数据信息发送给监测装置的休眠唤醒触发模块,休眠唤醒触发模块对所接收到的数据信息进行比较判断,若气体状态各传感器输出数据变化均不超过设定触发阈值,则单片机一直处于低功耗状态;若气体状态任意一种传感器输出数据值超过对应的设定触发阈值,则休眠唤醒触发模块会触发单片机由休眠低功耗状态切换到正常工作状态。
另外,由于传感器输出的气体状态参数为模拟量,不能直接输送给单片机,该监测装置还包括一个A/D转换模块。气体参数采集模块通过该A/D转换模块与处理器模块相连,用于将气体状态参数模拟量转换成数据量。若单片机自身带有A/D模块,这里的A/D转换模块也可以采用单片机内部自带的A/D模块。为了消除噪声信号,监测装置还包括一个滤波调理模块,气体参数采集模块通过该滤波调理模块与A/D转换模块相连。
当任意一种气体参数状态发生异常,单片机受休眠唤醒触发模块触发切换到正常工作状态,由压力传感器、温度传感器和微水传感器采集到的气体压力、温度和微水等状态量的模拟信号经过滤波调理模块进行滤波处理,再经过A/D转换模块转变为数字信号后发送给单片机。为了标明气体状态参数发生变化的时间以及实现气体状态参数信息的存储,上述气体状态监测装置还包括一个对时电路模块和一个数据存储模块,对时电路模块和数据存储模块均与单片机相连。单片机采用SNTP、B码、IEEE 1588等对时方式与对时电路模块进行对时,将时间标签加入到气体状态参数数字信号中,然后将加入了时间标签的气体参数数字信号存放于数据存储模块中,以备查询。同时,单片机将气体状态各参数数字信号与其对应设定的报警阈值进行对比。当任意一种气体状态参数超过其对应的报警设定阈值时,就自动通过4G传输模块向指定IP地址的移动终端发送加入了时间标签的气体状态各参数信号以及报警信息,以供高压电器设备维护人员的信息查阅和检修。
在降低单片机能量损耗的情况下,为了保证气体状态的监测质量,休眠唤醒触发模块中气体状态各参数的触发阈值的设定以及单片机中气体状态各参数的报警阈值的设定应遵循以下规律:休眠唤醒触发模块触发单片机由休眠状态切换到正常工作状态的条件必须低于单片机发送气体状态异常报警信息的条件,即当气体状态异常需要报警时,必须保证休眠唤醒触发模块已经触发单片机由休眠状态切换到正常工作状态。
另外,上述气体状态监测装置还具有自检功能,当检测到自身硬件出现故障时,能够主动通过4G传输模块向上级设备发送故障信息。
带有气体状态监测装置的高压开关设备实施例:
该高压开关设备包括高压开关设备本体、设置在高压开关设备本体触头室内的气参数采集模块以及一个气体状态监测装置。其中,气体参数采集模块包括压力传感器、温度传感器和微水传感器,用于采集高压开关设备中SF6气体的压力、温度和微水等数据信息。该气体参数采集模块将采集到的高压开关设备中SF6气体的压力、温度和微水等数据信息发送给气体状态监测装置,在气体参数出现异常的情况下,气体状态监测装置向外发送气体参数和报警信息。
由于在体状态监测装置实施例中已对上述体状态监测装置的结构和工作原理进行了详细介绍,此处不再赘述。
另外,在该高压开关设备中,由于气体状态监测装置以及气体参数采集模块均设置在高压开关设备上,气体参数采集模块与气体状态监测装置中的处理器模块之间的距离较小,在传感器采集到的气体状态参数数据向气体状态监测装置传输的过程中,信号衰减以及受到电磁干扰的影响较小,提高了气体状态参数的传输可靠性。

Claims (21)

1.一种气体状态监测装置,其特征在于,包括处理器模块、数据传输模块和休眠唤醒触发模块;
所述处理器模块为长休眠模块,所述处理器模块设置有用于接收在高压开关设备触头室内安装的气体参数采集模块的检测信号的信号输入端;所述数据传输模块与所述处理器模块的信号输出端相连;
所述休眠唤醒触发模块设置有用于接收在高压开关设备触头室内安装的气体参数采集模块的检测信号的端口,所述休眠唤醒触发模块的输出端与所述处理器模块的唤醒触发端相连,用于在气体状态信号变化超过设定阈值时触发唤醒所述处理器模块。
2.根据权利要求1所述的气体状态监测装置,其特征在于,所述处理器模块为单片机。
3.根据权利要求1所述的气体状态监测装置,其特征在于,所述数据传输模块为无线传输模块。
4.根据权利要求3所述的气体状态监测装置,其特征在于,所述无线传输模块为4G或4G以上的传输模块。
5.根据权利要求1所述的气体状态监测装置,其特征在于,所述监测装置还包括:串口通信模块,所述串口通信模块的一端与所述处理器模块其中一个端口相连,另一端用于输入控制参数。
6.根据权利要求1所述的气体状态监测装置,其特征在于,所述监测装置还包括:对时电路模块和数据存储模块,所述对时电路模块和数据存储模块分别与所述处理器模块相连;所述处理器模块与所述对时电路模块进行对时,将时间标签加入到气体状态信号;所述数据存储模块用于存储加入了时间标签的气体状态信号。
7.根据权利要求1所述的气体状态监测装置,其特征在于,所述监测装置还包括:为所述处理器模块供电的蓄电池电源以及通过储能电路为所述处理器模块供电的太阳能电池电源。
8.根据权利要求7所述的气体状态监测装置,其特征在于,所述太阳能电池电源为薄膜太阳能电池电源。
9.根据权利要求1所述的气体状态监测装置,其特征在于,所述监测装置还包括:A/D转换模块,所述处理器模块通过所述A/D转换模块连接在高压开关设备触头室内安装的气体参数采集模块。
10.根据权利要求9所述的气体状态监测装置,其特征在于,所述监测装置还包括:滤波调理模块,所述A/D转换模块通过所述滤波调理模块连接在高压开关设备触头室内安装的气体参数采集模块。
11.一种带有气体状态监测装置的高压开关设备,包括高压开关设备本体以及设置在高压开关设备本体触头室内的气体参数采集模块,其特征在于,所述高压开关设备本体上还设置有气体状态监测装置,该气体状态监测装置包括处理器模块、数据传输模块和休眠唤醒触发模块,所述处理器模块为长休眠模块,所述处理器模块的信号输入端与所述气体参数采集模块相连,所述处理器模块的信号输出端与所述数据传输模块相连;所述休眠唤醒触发模块的检测信号的端口与所述气体参数采集模块相连,所述休眠唤醒触发模块的输出端与所述处理器模块的唤醒触发端相连,用于在气体参数变化超过设定阈值时触发唤醒所述处理器模块。
12.根据权利要求11所述的带有气体状态监测装置的高压开关设备,其特征在于,所述处理器模块为单片机。
13.根据权利要求11所述的带有气体状态监测装置的高压开关设备,其特征在于,所述数据传输模块为无线传输模块。
14.根据权利要求13所述的带有气体状态监测装置的高压开关设备,其特征在于,所述无线传输模块为4G或4G以上的传输模块。
15.根据权利要求11所述的带有气体状态监测装置的高压开关设备,其特征在于,所述监测装置还包括:串口通信模块,所述串口通信模块的一端与所述处理器模块其中一个端口相连,另一端用于输入控制参数。
16.根据权利要求11所述的带有气体状态监测装置的高压开关设备,其特征在于,所述监测装置还包括:对时电路模块和数据存储模块,所述对时电路模块和数据存储模块分别与所述处理器模块相连;所述处理器模块与所述对时电路模块进行对时,将时间标签加入到气体状态信号;所述数据存储模块用于存储加入了时间标签的气体状态信号。
17.根据权利要求11所述的带有气体状态监测装置的高压开关设备,其特征在于,所述监测装置还包括:为所述处理器模块供电的蓄电池电源以及通过储能电路为所述处理器模块供电的太阳能电池电源。
18.根据权利要求17所述的带有气体状态监测装置的高压开关设备,其特征在于,所述太阳能电池电源为薄膜太阳能电池电源。
19.根据权利要求11所述的带有气体状态监测装置的高压开关设备,其特征在于,所述监测装置还包括:A/D转换模块,所述处理器模块通过所述A/D转换模块与所述气体参数采集模块相连。
20.根据权利要求19所述的带有气体状态监测装置的高压开关设备,其特征在于,所述监测装置还包括:滤波调理模块,所述A/D转换模块通过所述滤波调理模块与所述气体参数采集模块相连。
21.根据权利要求11所述的带有气体状态监测装置的高压开关设备,其特征在于,所述气体参数采集模块包括压力传感器、温度传感器和微水传感器。
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