CN106872884A - 一种隔离开关的监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔离开关的监测装置及监测方法，该监测装置包括电路板，所述电路板上安装有压力传感器、MCU、通信模块、加速度传感器和供电模块，所述压力传感器、温度传感器和供电模块均与MCU电性连接；所述压力传感器用于将测量到隔离开关开合闸的压力信号传输至MCU；所述MCU用于将接收到的振动信号和压力信号传输至通信模块；所述供电模块用于给该监测装置供电。本发明能够在隔离开关进行开合闸的时候实时获取相应的压力数据从而可以进一步判断隔离开关开合闸的状态；并且通过设置加速度传感器可以有效提高该监测装置的使用时间。

Description

一种隔离开关的监测装置及监测方法

技术领域

本发明属于高压隔离开关在线监测技术领域，尤其涉及一种隔离开关的监测装置及监测方法。

背景技术

随着城网、农网改造的进行及变电站自动化技术的推广，无人值守变电站越来越多。其中隔离开关是变电站中非常重要、数量最多的一次设备，其是电力系统中执行开合、转换线路、对电力系统进行控制和保护的可操作式电器设备。在运行中受环境、气候条件、设备制造以及严重超载运行等原因影响，容易产生机械或电气方面的故障。尤其是当隔离开关的动触头与静触杆闭合不到位、过位以及触点松动等问题，易引起动触杆与静触头接触部位发热过热缺陷，触头发热后接触面氧化造成接触电阻进一步增大,触头发热加剧,最终造成电器设备的损坏甚至停电等重大事故。因此，能准确监测隔离开关开合闸是否到位和触点接触温度是解决变电站中高压电器设备正常运行的关键。

隔离开关状态远程监测是监测判别设备运行状态和变化趋势的技术或过程，通过记录采集故障特征信号，判断设备存在的缺陷和隐患。远程监测系统由传感器、数据采集单元、信号处理和数据传送以及数据显示和报警单元组成，它可以实时监测设备的状态，是理想的状态监测方式。

目前对隔离开关监测主要有监测开关动静触头接触处的温度和判断开关开合闸是否到位这两个方面。现有隔离开关监测装置只是对其中单一方面进行监测，并没有设计出集成这两方面监测设备，所以以此为基础，也为了满足市场需求，开发出既能监测隔离开关开合闸状态又能监测开关动静触头接触端温度的在线监测装置。

隔离开关温度监测方面：传统的测温方式为接触式测量，不适应于高电压、大电流环境下工作的部件。目前，国内外非接触式测温主要有光纤光栅测温和红外摄像头测温。光纤测温将光纤缠绕在隔离开关动触指或者静触杆的表面，通过光纤信号把高压开关触点的温度信息传给监测中心。光纤测温是有线通信方式，对于户外高压开关而言，存在安全隐患，虽然其测量误差小，但其价格高，性价比相对较低，没能得到广泛应用。红外温度传感器价格相对便宜，但测温视角较大，红外线穿透力有限，通信距离短，易受周围环境的干扰无法准确测量体积较小的物体温度。

现有对隔离开关开合闸状态在线监测主要有：测距法、光学法和图像法。光学和图像法监测设备较贵，安装和维护不方便，且测量也存在较大的误差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种隔离开关的监测装置，其能解决隔离开关状态监测的技术问题。

本发明的目的之二在于提供一种隔离开关的监测方法，其能解决隔离开关状态监测的技术问题。

本发明的目的之一采用以下技术方案实现：

一种隔离开关的监测装置，包括电路板，所述电路板上安装有压力传感器、MCU、通信模块、温度传感器和供电模块，所述压力传感器、温度传感器和供电模块均与MCU电性连接；

所述压力传感器用于将测量到隔离开关开合闸的压力信号传输至MCU；所述温度传感器用于将测量到该隔离开关的温度信号传输至MCU；

所述MCU用于将接收到的温度信号和压力信号传输至通信模块；所述通信模块用于将接收到的振动信号和压力信号传输至一后台服务器；所述供电模块用于给该监测装置供电。

优选的，所述MCU用于根据温度信号得到该温度下压力传感器的温度补偿系数，并对压力信号进行修正。

优选的，还包括加速度传感器，所述加速度传感器与MCU电性连接，该加速度传感器用于将振动信号传输至MCU。

优选的，所述压力传感器采用Flexiforce传感器。

优选的，所述压力传感器的数量有一个或者多个。

优选的，所述温度传感器为红外探头。

优选的，还包括一壳体，该壳体上设置有通孔，该红外探头设置于该通孔内，且该红外探头上方设置有锗玻璃。

优选的，所述通信模块为无线通信模块。

优选的，所述供电模块为锂电池或者太阳能供电模块。

优选的，还包括壳体，该电路板设置于该壳体内。

优选的，还包括底部金属板和电路安装板，该电路板设置于该电路安装板上，该电路板安装于壳体内，所述底部金属板安装于壳体底部。

优选的，所述底部金属板与电路板之间安装有金属导体。

本发明的目的之二采用以下技术方案实现：

一种隔离开关的监测方法，包括以下步骤：

S1：根据接收到的温度信号得到该温度下压力传感器的温度补偿系数；

S2：根据温度补偿系数对接收到的压力信号进行修正。

优选的，在步骤S1之前还包括步骤S0：根据接收到的振动信号来启动该监测装置。

优选的，在步骤S2之后还包括步骤S3：将温度信号和修正后的压力信号传输至一后台服务器进行显示。

优选的，在步骤S2之后还包括步骤S4：判断该修正后的压力信号是否处于预设阈值内，如果否，则进行报警。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明能够在隔离开关进行开合闸的时候实时获取相应的压力数据从而可以进一步判断隔离开关开合闸的状态；并且通过设置加速度传感器可以有效提高该监测装置的使用时间。

附图说明

图1为本发明的隔离开关的监测装置的分解示意图；

图2为本发明的隔离开关的监测装置的电路结构图；

图3为本发明的隔离开关的监测装置的结构示意图；

图4为安装于隔离开关的监测装置的结构图；

图5为安装于钳式隔离开关的监测装置的结构图；

图6为本发明的隔离开关的监测方法的流程图。

附图标记：1、MCU；2、压力传感器；3、加速度传感器；4、红外探头；5、无线通信模块；6；电路板；7、壳体；8、绝缘杆套；9、绝缘杆；10、锗玻璃；11、电路安装板；12、底部金属板；13、监测装置；14、弹簧；15、隔离开关。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图1、图2和图3所示，本发明提供了一种隔离开关的监测装置，包括壳体、电路板、电路安装板和底部金属板，该电路板设置于该电路安装板上，该电路板安装于壳体内，所述底部金属板安装于壳体底部，底部金属板通过螺丝与壳体配合，底部金属板后部有圆形的凸台，主要用于水平面上的限位。由于该传感器使用在高压电气场合，就要求监测装置在遇到高压电场时，不会被电压击坏，所以要求电路板与使用环境形成一个等势电位体，要求内部电路板通过金属导体与底部金属板接触，以使底部金属板与电路板形成一个等势体，该金属导体可以是顶针；由于压力传感器具有一定的压力测量面，所以底部金属板上有压力传感器限位固定槽，固定槽表面保证一定平面度，防止由于表面不平整，导致压力面受压时压力不均匀而影响测量准确性；电路安装板主要用于内部电路模块固定与限位使用，能对压力传感器起到一定限位作用。

所述壳体上方设置有一通孔；所述电路板上安装有压力传感器、MCU、通信模块、加速度传感器、红外探头和供电模块，所述压力传感器、红外探头、加速度传感器和供电模块均与MCU电性连接；该红外探头设置于该通孔内，且该红外探头上方设置有锗玻璃。壳体是传感器主要外形结构，起到保护内部电路作用，该壳体使用尼龙加玻纤材料，具有阻燃和耐腐蚀功能。壳体上端开有小孔，主要用于安装锗玻璃，锗玻璃用于内部电路板上的红外探头的滤光，锗玻璃可以滤除外部可见光，只让一定波长范围内的红外线可以透过，提高温度测量精度。

绝缘杆是高压隔离开关自带结构，它安装于螺旋弹簧的两端，在开关中起到绝缘的作用，避免弹簧因通流退火的现象发生。配合监测装置的使用时，需把绝缘杆与压力传感器接触端面加工平整，该端面主要用于对压力传感器传递弹簧的压力，绝缘杆接触面大小要小于压力传感器有效测力面。

由于产品外在使用环境，要求该监测装置具有一定防水防尘功能，所以在该监测装置的一些可能进水部位进行一些防水设计。在绝缘杆上端套上绝缘套，绝缘套使用一些例如硅胶等软质具有防水功能的绝缘塑料。壳体上端安装锗玻璃小孔内部需要加O型圈，进行防水处理。底部金属板设计两个通孔，用于监测装置的器件整个装配完成以后，从两个小孔进行灌胶处理，防止水从底部金属板渗入。

该监测装置的内部电路主要有前端信号采集模块，后端数据处理和发送模块；直接可以把采集模块集成在该测量装置的电路板上，其测量装置的功能分别为压力传感器测量开关开合闸时弹簧形变的压力值；红外探头对动静触头接触端温度的监测；以及加速度传感器对隔离开关每次开合闸状态的识别；后端数据处理即该监测装置MCU和外围电路单元，所述MCU用于将接收到的振动信号和压力信号传输至通信模块；所述通信模块用于将接收到的振动信号和压力信号传输至一后台服务器，所述通信模块为无线通信模块；所述供电模块用于给该监测装置供电，所述供电模块为锂电池或者太阳能供电模块；整个电路模块集成在一个电路板上，并通过电路安装板固定，最后安装于壳体中。

高压隔离开关合闸时，静触头对动触头的夹紧压力是由触头之间弹簧提供。对于不同电压电流等级隔离开关，在合闸状态下，动静触头间接触压力大小要求不同，所以要求对提供加紧力弹簧的结构或者弹簧使用数量也不同。对隔离开关测量压力时，前端压力采集可设为单点或多点测压的形式，也即是可以设置为一个或者多个压力传感器，高压隔离开关在每次开闸、合闸到位状态下，隔离开关上的弹簧压缩量都是一定的。故而在选择压力薄膜片时，要考虑该压力传感器的有效测量压力范围。隔离开关使用在高压大电流下，对自身的设计要求较高，开关动静触头间夹紧压力要求较高。压力过小时，开关动静触头的接触电阻过大，容易发热；压力过大时，可能让开关的开合闸变得很困难。所以再设计该传感器时，要考虑在已装配好的高压隔离开关上安装传感器时，不要改变开关开合闸状态下弹簧的压缩量。所以要求测力传感器的厚度要很薄，该压力传感器使用了Flexiforce传感器，其厚度为0.253mm，其压力量程选择多，对温度漂移较小。压力传感器原理是其在不同压力传感器输出电导不同，电导即是电阻倒数；为了不增加弹簧压缩量，也不影响结构强度，可以适当修改绝缘杆的厚度，以保证安装传感器后弹簧压缩行程不变。

温度监测使用热电堆红外测温传感器直接感应热辐射，并可以在红外探头上安装锗玻璃，减少外界环境的干扰，为非接触温度测量提供完美的解决方案。它能适用于高压隔离开关触头温度在线非接触式监测，实现了在不影响设备运行的情况下对隔离开关触头温度的实时在线监测。

另外在该监测装置上增加了加速度传感器模块，通过其测量振动幅值曲线，判断隔离开关每次的开合闸动作状态，排除外来碰撞或敲击误判带来信号干扰，触发压力传感器对动静触头之间压力值的测量，判断隔离开关是否处于完全开或合的状态。该监测手段可以有效降低监测设备使用功耗，延长设备的使用寿命。高压隔离开关静触头端会随着每次动触头的开合闸移动，促使弹簧压缩量的变化，当开关合闸到位时，触头触指间压力达到最大值。通过直接测量动静触头间夹紧压力值或判断分合闸状态下压力的变化量，就可以判断隔离开关开合闸到位情况。

隔离开关合闸时，动静触头接触端为线接触，接触面很小，通过非接触式热电堆红外测温传感器对准该接触段测量此接触处的温度，或者测量动静触头接触附近触指的温度，再对测量的绝对温度值进行修正，进而反馈隔离开关触头接触端的实际温度对隔离开关温度，达到对隔离开关温度在线实时的监测。

如图4所示，为传感器在某型号的隔离开关上的安装示意图。对于不同类型隔离开关，其弹簧结构和数量可能都有不同，对传感器的外形结构设计略有不同，但基本的设计原理基本相同。如图5所示，为传感器在另一种隔离开关监测安装，该隔离开关为钳式隔离开关，该监测装置可安装于隔离开关的静触头单侧或两侧，也可对每一侧进行单点或多点压力测量，但要必须考虑安装后的传感器不影响开关上弹簧的压缩行程。

该传感器体积结构小，不会影响隔离开关原有机构操作，也便于安装，相对市场现有类似传感器成本较低，并集成了压力和温度同时监测功能。传感器整个控制电路可以使用锂电池供电，其使用了低功耗控制系统，该无线监控器完全可以再不跟换纽扣电池的情况下使用超过10年。考虑到隔离开关工作在户外，可以对该传感器采用太阳能供电，或锂电池和太阳能并行供电系统，大大提高供电可靠性，也减少直接供电接线的麻烦。

如图6所示，本发明提供了一种隔离开关的监测方法，包括以下步骤：

S0：根据加速度传感器接收到的振动信号启动该监测装置进行监测；在没有进行隔离开关的开合闸的时候，压力传感器每隔五分钟对当前的压力值进行一次检测，当加速度传感器检测到有一个加速度的时候，会控制启动压力传感器进行工作，实时对隔离开关的使用状态进行监测；

S1：接收红外探头测量的温度信号，并根据该温度信号得到该温度下压力传感器的温度补偿系数；由于压力传感器对环境温度存在漂移，在设计中，通过需要事先测量不同温度下的压力值与实际压力值进行比较，从而在在设计程序时对压力的测量增加一个温度补偿系数，以使得测量得到的压力值更加的准确，从而能够提高对隔离开关开合闸状态的判断；

S2：根据温度补偿系数对接收到的压力信号进行修正，根据压力传感器实时得到该隔离开关弹簧的压力值。在得到相对准确的压力的时候，怎样对得到的数据进行判断也会变得比较关键；在此举出两种不同的判断形式；

第一、在步骤S2之后还包括S3：并将得到的压力值通过无线通信模块传输至后台服务器，在后台服务器处对该数据进行显示监测；后台不仅显示压力数据，也会显示相应的温度数据，为用户提供全方位的监测。

第二、在步骤S2之后还包括S4：判断该修正后的压力信号是否处于预设阈值内，如果否，则进行报警。直接通过在该装置安装蜂鸣器来进行报警，从而告知操作人员隔离开关的没有安装到位。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种隔离开关的监测装置，其特征在于，包括电路板，所述电路板上安装有压力传感器、MCU、通信模块、温度传感器和供电模块，所述压力传感器、温度传感器和供电模块均与MCU电性连接；

所述压力传感器用于将测量到隔离开关开合闸的压力信号传输至MCU；所述温度传感器用于将测量到该隔离开关的温度信号传输至MCU；

所述MCU用于将接收到的温度信号和压力信号传输至通信模块；所述通信模块用于将接收到的振动信号和压力信号传输至一后台服务器；所述供电模块用于给该监测装置供电。

2.如权利要求1所述的隔离开关的监测装置，其特征在于，所述MCU用于根据温度信号得到该温度下压力传感器的温度补偿系数，并对压力信号进行修正。

3.如权利要求1所述的隔离开关的监测装置，其特征在于，还包括加速度传感器，所述加速度传感器与MCU电性连接，该加速度传感器用于将振动信号传输至MCU。

4.如权利要求1所述的隔离开关的监测装置，其特征在于，还包括一壳体，该壳体上设置有通孔，该温度传感器设置于该通孔内，且该温度传感器上方设置有锗玻璃。

5.如权利要求4所述的隔离开关的监测装置，其特征在于，还包括底部金属板和电路安装板，该电路板设置于该电路安装板上，该电路板安装于壳体内，所述底部金属板安装于壳体底部。

6.如权利要求5所述的隔离开关的监测装置，其特征在于，所述底部金属板与电路板之间安装有金属导体。

7.一种隔离开关的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据接收到的温度信号得到该温度下压力传感器的温度补偿系数；

S2：根据温度补偿系数对接收到的压力信号进行修正。

8.如权利要求7所述的隔离开关的监测方法，其特征在于，在步骤S1之前还包括步骤S0：根据接收到的振动信号来启动该监测装置。

9.如权利要求7所述的隔离开关的监测方法，其特征在于，在步骤S2之后还包括步骤S3：将修正后的压力信号传输至一后台服务器进行显示。

10.如权利要求7或9所述的隔离开关的监测方法，其特征在于，在步骤S2之后还包括步骤S4：判断该修正后的压力信号是否处于预设阈值内，如果否，则进行报警。