CN106814313B - 断路器操作回路的智能化监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种断路器操作回路的智能化监测系统，包括跳闸位置继电器TWJ、第一霍尔电流传感器HL1、第一附加监测电阻R1、第三断路器常开辅助触点QF3、合闸位置继电器HWJ、第二霍尔电流传感器HL2、第二附加监测电阻R2、第四断路器常闭辅助触点QF4、霍尔电压传感器A和霍尔电压传感器B，霍尔电压传感器B装设在跳闸出口压板靠近负母线的一端，用以监测跳闸出口压板是否发生内部故障；霍尔电压传感器A装设在跳闸出口压板靠近正母线的一端，用以监测保护出口接点位置状态信号并用来进行保护功能的校验。

Description

断路器操作回路的智能化监测系统
技术领域
本发明涉及一种断路器操作回路的智能化监测系统。
背景技术
断路器在电力系统中起着保护与控制双重作用，是最重要的电力设备之一。断路器故障会造成电网事故或扩大事故范围，甚至引起连锁故障导致系统瓦解。断路器操作回路在切断一次回路中起着重要的辅助作用，是断路器重要的控制、监视和保护回路。相关研究指出，断路器操作回路故障已成为断路器故障的重要原因之一，对断路器操作回路进行有效监视和预警是减少断路器拒动、误动，避免大停电事故发生的重要手段。跳/合闸回路、压板和保护出口接点是断路器操作回路的重要组成部分，但运行中仍可见跳/合闸回路接触不良、回路断线和元件烧毁等故障，压板状态的不可监测和保护出口接点的粘连也都给断路器操作回路的在线监测带来了困难。
智能变电站的主要标志是能够实现一次设备和回路的智能化控制、监测和保护，断路器操作回路的智能化监测，对推进我国智能变电站的建设具有十分重要的意义。文献《直流操作回路在线监视与预警》改进了现有跳/合闸回路，实现了断路器跳/合闸回路的全工况监视和保护，但是该方案未考虑断路器跳/合闸回路在保护装置、操作箱和机构箱的实际走线情况，仅在理论上可行。文献《基于光电检测原理的压板状态检测及防误系统》介绍了目前压板状态监测的常用方法，并给出了一种利用反射式光纤传感器监测压板状态的方法，但是该传感器抗干扰能力较差，可能误判压板状态。文献《一种保护跳闸出口压板测量装置的研制》设计了一种快速测量多个保护出口接点状态的装置，但是该装置不具备智能化监视功能。
发明内容
针对断路器操作回路中跳/合闸回路、压板和保护出口接点等回路薄弱环节缺乏监测的不足，本发明提供一种能够实现跳/合闸回路的全工况监视和保护的检测系统。本发明利用霍尔电流传感器监测操作回路电流的数值变化，分析断路器跳/合闸回路的运行状态，设计了基于现场数字量信息采集的断路器操作回路智能化监测系统，可以实现跳/合闸回路的全工况监视和保护，通过在断路器操作回路中装设非接触位置传感器和霍尔电压传感器，亦可以实现压板和保护出口接点的状态监测。本发明的技术方案如下：
一种断路器操作回路的智能化监测系统，所监测的断路器操作回路包括合闸回路和跳闸回路以及压板和保护出口接点。其中，
合闸回路包括相互串联的合闸操作支路和合闸支路，合闸操作支路为：合闸时间继电器常开触点HTJ1、自动合闸触点ZHJ与手动合闸触点SHJ并联后，与合闸时间继电器HTJ、防跳继电器触点TTJ1、合闸时间继电器延时常闭触点HTJ2相互串联，合闸支路为：第一断路器常闭辅助触点QF1和合闸线圈HQ相互串联；
跳闸回路包括相互串联的跳闸操作支路和跳闸支路，跳闸操作支路为：为：跳闸时间继电器常开触点TTJ2、自动跳闸触点ZTJ与手动跳闸触点STJ并联后，与跳闸时间继电器TTJ、跳闸时间继电器延时常闭触点TTJ3相连，跳闸支路为：第二断路器常开辅助触点QF2和跳闸线圈TQ串联；
其特征在于，所述的智能化监测系统包括跳闸位置继电器TWJ、第一霍尔电流传感器HL1、第一附加监测电阻R1、第三断路器常开辅助触点QF3、合闸位置继电器HWJ、第二霍尔电流传感器HL2、第二附加监测电阻R2、第四断路器常闭辅助触点QF4、霍尔电压传感器A和霍尔电压传感器B，
跳闸位置继电器TWJ并联在合闸操作支路上，第一霍尔电流传感器HL1串联在合闸回路上，第一附加监测电阻R1与第三断路器常开辅助触点QF3串联后与第一断路器常闭辅助触点QF1并联；
合闸位置继电器HWJ并联在跳闸操作支路上，第二霍尔电流传感器HL2串联在跳闸回路上，第二附加监测电阻R2与第四断路器常闭辅助触点QF4串联后与第二断路器常开辅助触点QF2并联。
霍尔电压传感器B装设在跳闸出口压板靠近负母线的一端，用以监测跳闸出口压板是否发生内部故障；霍尔电压传感器A装设在跳闸出口压板靠近正母线的一端，用以监测保护出口接点位置状态信号并用来进行保护功能的校验。
作为优选实施方式，第一霍尔电流传感器HL1和第二霍尔电流传感器HL2均采用磁平衡式霍尔电流传感器。第一附加监测电阻R1取值范围为其中Rc表示合闸线圈HQ电阻，Rω表示跳闸位置继电器TWJ内阻，α和β均为小于1的正数，第二附加监测电阻R2取值范围为其中Rd表示跳闸线圈TQ电阻，Re表示合闸位置继电器HWJ内阻，δ和均为小于1的正数。所述的智能化监测系统还包括电感式接近开关，固定在压板投入位置正下方保护屏柜表面的开孔处并将其监测端面置于屏柜表面；压板投入，压板金属面位于监测端面前方，接近开关输出压板投入信号；压板退出，监测端面前方无金属，接近开关输出压板退出信号。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)改进了现有跳/合闸回路，并给出了回路中元件的选型与参数整定依据，能够实现跳/合闸回路的全工况监视和保护。
(2)在压板投入位置正下方保护屏柜表面的开孔处安装电感式接近开关监测压板状态，实现压板误操作报警。
(3)在跳闸出口压板靠近负母线的一端安装霍尔电压传感器，监测造成跳闸出口压板内阻增大的腐蚀、损坏、虚接等压板内部故障；
(4)在跳闸出口压板靠近正母线的一端装设霍尔电压传感器，监测保护出口接点位置状态信号；
(5)利用LABVIEW软件搭建能监测断路器操作回路中跳/合闸回路，压板和保护出口接点等薄弱环节的智能化监测系统，具有跳/合闸回路全工况监视与保护，压板和保护出口接点状态监测，压板误操作和内部故障报警，保护出口接点故障报警，状态显示、数据存储及人机交互等功能。
附图说明
图1是本发明实施例中改进后的跳/合闸回路结构图；
图2是本发明实施例中安装电感式接近开关后的压板投/退结构图,(a)为退出图，(b)为投入图。
图3是本发明实施例中安装霍尔电压传感器装设位置结构图。
图4是本发明实施例中断路器操作回路智能化监测系统结构图
图中标号说明：
合闸时间继电器常开触点HTJ1；自动合闸触点ZHJ；手动合闸触点SHJ；合闸时间继电器HTJ；防跳继电器触点TTJ1；合闸时间继电器延时常闭触点HTJ2；第一霍尔电流传感器HL1；第一断路器常闭辅助触点QF1；第三断路器常开辅助触点QF3；跳闸位置继电器TWJ；第一附加监测电阻R1；合闸线圈HQ；跳闸时间继电器常开触点TTJ2；自动跳闸触点ZTJ；手动跳闸触点STJ；跳闸时间继电器TTJ；跳闸时间继电器延时常闭触点TTJ3；合闸位置继电器HWJ；第二霍尔电流传感器HL2；第二断路器常开辅助触点QF2；第四断路器常闭辅助触点QF4；第二附加监测电阻R2；跳闸线圈TQ。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。
如图1所示，本发明所述改进的合闸回路具体结构如下：
(1)合闸时间继电器常开触点HTJ1、自动合闸触点ZHJ与手动合闸触点SHJ并联后，与所述合闸时间继电器HTJ、防跳继电器触点TTJ1、合闸时间继电器延时常闭触点HTJ2、第一霍尔电流传感器HL1、第一断路器常闭辅助触点QF1和合闸线圈HQ依次串联，第一附加监测电阻R1与第三断路器常开辅助触点QF3串联后与第一断路器常闭辅助触点QF1并联，跳闸位置继电器TWJ一端连接直流操作电源，另一端经第一断路器常闭辅助触点QF1连接合闸线圈HQ。
(2)跳闸位置继电器TWJ、第一霍尔电流传感器HL1、第一附加监测电阻R1、第三断路器常开辅助触点QF3与合闸线圈HQ依次串联构成所述合闸回路合闸后的监测支路；跳闸位置继电器TWJ、第一霍尔电流传感器HL1、第一断路器常闭辅助触点QF1与合闸线圈HQ依次串联构成所述合闸回路跳闸后的监测支路。以上共同构成对合闸回路的全工况监视。
(3)合闸时间继电器常开触点HTJ1能够满足合闸动作的自保持要求同时合闸时间继电器延时常闭触点HTJ2可在第一断路器常闭辅助触点QF1拒动时切断合闸回路，避免回路元件长时间流过动作电流而烧毁，实现合闸回路的保护。
如图1所示，本发明所述改进的跳闸回路具体结构如下：
(1)跳闸回路中跳闸时间继电器常开触点TTJ2、自动跳闸触点ZTJ与手动跳闸触点STJ并联后，与所述跳闸时间继电器TTJ、跳闸时间继电器延时常闭触点TTJ3、第二霍尔电流传感器HL2、第二断路器常开辅助触点QF2和跳闸线圈TQ依次串联，第二附加监测电阻R2与第四断路器常闭辅助触点QF4串联后与第二断路器常开辅助触点QF2并联，合闸位置继电器HWJ一端连接直流操作电源，另一端经第二断路器常开辅助触点QF2连接跳闸线圈。
(2)合闸位置继电器HWJ、第二霍尔电流传感器HL2、第二附加监测电阻R2、第四断路器常闭辅助触点QF4与跳闸线圈TQ依次串联构成所述跳闸回路跳闸后的监测支路；合闸位置继电器HWJ、第二霍尔电流传感器HL2、第二断路器常开辅助触点QF2与跳闸线圈TQ依次串联构成所述跳闸回路合闸后的监测支路。以上共同构成对跳闸回路的全工况监视。
(3)跳闸时间继电器常开触点TTJ2能够满足跳闸动作的自保持要求同时跳闸时间继电器延时常闭触点TTJ3可在第二断路器常开辅助触点拒动时切断跳闸回路，避免回路元件长时间流过动作电流而烧毁，实现跳闸回路的保护。
图1中所述第一霍尔电流传感器HL1和第二霍尔电流传感器HL2均采用磁平衡式霍尔电流传感器。第一附加监测电阻R1取值范围为其中Rc表示合闸线圈HQ电阻，Rω表示跳闸位置继电器TWJ内阻，α和β均为小于1的正数。第二附加监测电阻R2取值范围为其中Rd表示跳闸线圈TQ电阻，Re表示合闸位置继电器HWJ内阻，δ和均为小于1的正数。
如图2所示，选择非接触位置传感器中的圆柱形电感式接近开关监测保护柜压板投/退操作的实际情况。电感式接近开关安装在压板投入位置正下方保护屏柜表面的开孔处并将圆形监测端面置于屏柜表面。压板投入，压板金属面位于监测端面前方，接近开关输出压板投入信号；压板退出，监测端面前方无金属，接近开关输出压板退出信号。
如图3所示，在跳闸出口压板靠近负母线的一端安装霍尔电压传感器B，监测造成跳闸出口压板内阻增大的腐蚀、损坏、虚接等压板内部故障。当保护出口接点闭合，跳闸出口压板投入后，若霍尔电压传感器B输出电压值比正母线电压小很多，说明跳闸出口压板内阻增大，判断跳闸出口压板可能发生内部故障。在跳闸出口压板靠近正母线的一端装设霍尔电压传感器A，监测保护出口接点位置状态信号。若霍尔电压传感器A输出母线电压，判断保护出口接点处于闭合状态，系统给出接点位置状态信号，避免操作人员误操作造成断路器动作跳闸。在跳闸出口压板靠近正母线的一端装设的霍尔电压传感器A除了能监视保护出口接点位置状态信息，还能实现保护功能的校验，根据该霍尔电压传感器A是否有正电压突变实现保护功能的校验，而不需要断路器实际动作跳闸，避免了校验保护功能时因频繁开合断路器而降低其使用寿命。
如图4所示，断路器操作回路的智能化监测系统采用霍尔电流传感器、电感式接近开关及霍尔电压传感器等底层传感器采集断路器操作回路现场信息，采用单片机实现采集信号的处理和上传，采用LabVIEW编写系统后台应用程序，具有跳/合闸回路全工况监视与保护，压板和保护出口接点状态监测，压板误操作和内部故障报警，保护出口接点故障报警，状态显示、数据存储及人机交互等功能。

Claims (3)

1.一种断路器操作回路的智能化监测系统，所监测的断路器操作回路包括合闸回路和跳闸回路以及压板和保护出口接点，其中，
合闸回路包括相互串联的合闸操作支路和合闸支路，合闸操作支路为：合闸时间继电器常开触点HTJ1、自动合闸触点ZHJ与手动合闸触点SHJ并联后，与合闸时间继电器HTJ、防跳继电器触点TTJ1、合闸时间继电器延时常闭触点HTJ2相互串联，合闸支路为：第一断路器常闭辅助触点QF1和合闸线圈HQ相互串联；
跳闸回路包括相互串联的跳闸操作支路和跳闸支路，跳闸操作支路为：跳闸时间继电器常开触点TTJ2、自动跳闸触点ZTJ与手动跳闸触点STJ并联后，与跳闸时间继电器TTJ、跳闸时间继电器延时常闭触点TTJ3依次相串联，跳闸支路为：第二断路器常开辅助触点QF2和跳闸线圈TQ串联；
其特征在于，所述的智能化监测系统包括跳闸位置继电器TWJ、第一霍尔电流传感器HL1、第一附加监测电阻R1、第三断路器常开辅助触点QF3、合闸位置继电器HWJ、第二霍尔电流传感器HL2、第二附加监测电阻R2、第四断路器常闭辅助触点QF4、霍尔电压传感器A和霍尔电压传感器B，
跳闸位置继电器TWJ并联在合闸操作支路上，第一霍尔电流传感器HL1串联在合闸回路上，第一附加监测电阻R1与第三断路器常开辅助触点QF3串联后与第一断路器常闭辅助触点QF1并联；
合闸位置继电器HWJ并联在跳闸操作支路上，第二霍尔电流传感器HL2串联在跳闸回路上，第二附加监测电阻R2与第四断路器常闭辅助触点QF4串联后与第二断路器常开辅助触点QF2并联；
霍尔电压传感器B装设在跳闸出口压板靠近负母线的一端，用以监测跳闸出口压板是否发生内部故障；霍尔电压传感器A装设在跳闸出口压板靠近正母线的一端，用以监测保护出口接点位置状态信号并用来进行保护功能的校验；
第一附加监测电阻R1取值范围为其中Rc表示合闸线圈HQ电阻，Rω表示跳闸位置继电器TWJ内阻，α和β均为小于1的正数，第二附加监测电阻R2取值范围为其中Rd表示跳闸线圈TQ电阻，Re表示合闸位置继电器HWJ内阻，δ和均为小于1的正数。
2.根据权利要求1所述的智能化监测系统，其特征在于，第一霍尔电流传感器HL1和第二霍尔电流传感器HL2均采用磁平衡式霍尔电流传感器。
3.根据权利要求1所述的智能化监测系统，其特征在于，所述的智能化监测系统还包括电感式接近开关，固定在压板投入位置正下方保护屏柜表面的开孔处并将其监测端面置于屏柜表面；压板投入，压板金属面位于监测端面前方，接近开关输出压板投入信号；压板退出，监测端面前方无金属，接近开关输出压板退出信号。
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