CN106959637A - 一种高压开关设备及其机械特性监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压开关设备及其机械特性监测装置，其中机械特性监测装置包括中央处理器、数据传输模块和休眠唤醒触发电路模块；中央处理器为长休眠模块，设置有用于接收在高压断路器操动机构箱内安装的行程传感器、小电流传感器和高压开关位置辅助开关的数字量检测信号的信号输入端；休眠唤醒触发电路模块设置有用于接收行程传感器的检测信号的端口，其输出端与所述中央处理器的唤醒触发端相连，用于行程传感器检测到高压开关行程信息时触发唤醒所述中央处理器。解决现有技术中高压开关机械特性监测系统结构复杂、能耗大、数据传输可靠性不高的问题。

Description

一种高压开关设备及其机械特性监测装置

技术领域

本发明涉及一种高压开关设备及其机械特性监测装置，主要用于高压开关设备运行过程中机械特性数据监测以及故障分析。

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重要的元件，其设备可靠性对电力系统运行可靠性有至关重要的影响。高压开关设备的机械状态，能够直接反应控制电路、操动机构和传动系统的整体状况。

现有高压开关机械特性监测系统结构复杂，每台断路器监测需配置1套传感器和1个监测装置，在电站站控层还需配置1个整站监测系统，且信号传输环节较多，处理时间较长，成本极高；常采用行程传感器和小电流传感器对高压开关的分合闸行程和线圈电流信号进行采集，通常传感器与监测装置间采用长距离电缆连接，通过电缆传输到过程层监测装置内，再进行信号数字化，以及分析和处理。由于监测装置与传感器通过电缆连接，距离较远，传感器信号极易衰减并受到电磁干扰，造成监测精度和评估效果不理想。

4G通信技术，即第4代移动通信技术，是目前公共移动通信网络的主流技术，具有较强的传输可靠性。借助于4G技术，通过移动客户端可实现数据的实时远程交互，方便地实现对设备状态实时远程监测和分析判断，为电力设备状态检修提供有力的技术支撑。

通过将具有分析功能的模块集成在监测装置中，实现就地化处理，实时在线监测高压开关设备行程状态信息，就地分析处理故障原因，并利用无线通信技术，直接上送分析结果。但是在设备状态监测过程中，分析处理模块始终处于工作状态，因此，需要长时间可靠供电，电量消耗较大。监测装置长时间持续性工作无疑增大了能量损耗，增大了其电能供应负担，另一方面，监测处理模块与传感器设备距离较大时，传感器采集到的数据受到电磁干扰的影响较大，高压开关设备的机械性能参数的传输可靠性低。

因此，如何解决现有技术中高压开关机械特性监测系统存在的能耗大、数据传输可靠性不高的问题，成为高压开关设备行程监测过程中的重要研究内容。

发明内容

本发明目的在于提供一种高压开关设备及其机械特性监测装置，用以解决现有技术中由于处理器模块一直处于工作状态而造成的高压开关监测装置能耗大的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种高压开关设备机械特性监测装置，技术方案包括：

监测装置方案一：该监测装置包括中央处理器、数据传输模块和休眠唤醒触发电路模块；

所述中央处理器为长休眠模块，所述中央处理器设置有用于接收在高压断路器操动机构箱内安装的行程传感器、小电流传感器和高压开关位置辅助开关的数字量检测信号的信号输入端；所述数据传输模块与所述中央处理器的信号输出端相连；

所述休眠唤醒触发电路模块设置有用于接收行程传感器的检测信号的端口，所述休眠唤醒触发电路模块的输出端与所述中央处理器的唤醒触发端相连，用于行程传感器检测到高压开关行程信息时触发唤醒所述中央处理器。

监测装置方案二：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。

监测装置方案三：在监测装置方案二的基础上，所述无线传输模块为4G或4G以上的传输模块。

监测装置方案四：在监测装置方案一的基础上，所述中央处理器为单片机。

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中央处理器其中一个端口相连，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中央处理器相连；所述中央处理器与所述对时电路模块进行对时，将时间标签加入到数字量检测信号；所述数据存储模块用于存储加入了时间标签的数字量检测信号。

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：为所述中央处理器供电的电池供能电路。

监测装置方案八：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，所述中央处理器通过所述A/D转换模块连接在高压断路器操动机构箱内安装的行程传感器、小电流传感器。

监测装置方案九：在监测装置方案八的基础上，所述监测装置还包括：滤波调理模块和光耦电路模块，所述A/D转换模块通过所述滤波调理模块连接在高压断路器操动机构箱内安装的行程传感器、小电流传感器；所述中央处理器通过光耦电路模块连接所述高压开关位置辅助开关。

本发明还提供了一种带有机械特性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断路器操动机构箱内的安装的行程传感器、小电流传感器和高压开关位置辅助开关，所述高压开关本体上设置有智能监测装置，该智能监测装置包括中央处理器、数据传输模块和休眠唤醒触发电路模块；

所述中央处理器为长休眠模块，所述中央处理器的信号输入端与所述行程传感器、小电流传感器和高压开关位置辅助开关相连；所述数据传输模块与所述中央处理器的信号输出端相连；所述休眠唤醒触发电路模块的检测信号的端口与所述行程传感器相连，所述休眠唤醒触发电路模块的输出端与所述中央处理器的唤醒触发端相连，用于行程传感器检测到高压开关行程信息时触发唤醒所述中央处理器。

高压开关设备方案二：在高压开关设备方案一的基础上，所述数据传输模块为无线传输模块；

高压开关设备方案三：在高压开关设备方案二的基础上，所述无线传输模块为4G或4G以上的传输模块。

高压开关设备方案四：在高压开关设备方案一的基础上，所述中央处理器为单片机。

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中央处理器其中一个端口相连，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中央处理器相连；所述中央处理器与所述对时电路模块进行对时，将时间标签加入到数字量检测信号；所述数据存储模块用于存储加入了时间标签的数字量检测信号。

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：为所述中央处理器供电的电池供能电路。

高压开关设备方案八：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，所述中央处理器通过所述A/D转换模块连接在高压断路器操动机构箱内安装的行程传感器、小电流传感器。

高压开关设备方案九：在高压开关设备方案八的基础上，所述监测装置还包括：滤波调理模块和光耦电路模块，所述A/D转换模块通过所述滤波调理模块连接在高压断路器操动机构箱内安装的行程传感器、小电流传感器；所述中央处理器通过光耦电路模块连接所述高压开关位置辅助开关。

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电路模块，该触发模块对行程传感器发送的高压开关行程信息进行判断，当检测到高压开关行程时触发处理器模块由休眠状态切换到工作状态。由于高压开关不进行操作时中央处理器始终处于休眠状态，仅在开始进行操作的情况下，中央处理器才切换到正常的工作状态，有效降低了中央处理器的能量损耗，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，通过将监测装置设置在高压开关设备本体上，缩短了传感器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，提高了高压开关机械特性参数的传输可靠性。

附图说明

图1为本发明高压开关设备机械特性监测装置原理图；

图2为本发明机械特性异常判别方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

智能监测装置实施例：

如图1所示为本发明高压开关设备及其机械特性监测装置原理图，该监测装置包括中央处理器、数据传输模块和休眠唤醒触发电路模块。

该中央处理器为长休眠模块，在高压开关无动作信息的情况下始终处于休眠状态，一旦检测到高压开关动作行程信息时触发唤醒。中央处理器设置有用于接收在高压断路器操动机构箱内安装的行程传感器、小电流传感器和高压开关位置辅助开关的数字量检测信号的信号输入端，并通过所述A/D转换模块连接在高压断路器操动机构箱内安装的行程传感器、小电流传感器。数据传输模块为无线传输模块，与所述中央处理器的信号输出端相连。休眠唤醒触发电路模块设置有用于接收行程传感器的检测信号的端口，休眠唤醒触发电路模块的输出端与所述中央处理器的唤醒触发端相连，用于行程传感器检测到高压开关行程信息时触发唤醒所述中央处理器。

其中，小电流传感器用于采集线圈电流信号，行程传感器用于采集高压开关分合闸行程，高压开关位置辅助开关，提供辅助开关的变位信息。

作为一种具体实施方式，在该监测装置中，处理器模块采用单片机，对接收到的高压开关行程信息，线圈电流和辅助开关变位等数据进行分析处理、存储和传输。

上述智能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中央处理器的一个端口相连，串口通信模块的另一端用于输入控制参数。监测装置安装前，首先用PC机通过串口通信模块对传感器的各项工作参数进行设定，主要包括触发阈值、采样率等，而且通过串口，可输入标准行程波形，存储于装置内，可与采集到的数据波形进行对比，分析采集到的波形是否存在异常。中央处理器将接受到的数字量参数的触发阈值下发给休眠唤醒触发电路模块，作为其他实施方式，高压开关行程信息的触发阈值也可以直接在休眠唤醒触发电路模块中设置。

为降低数据信号在传输过程中所受到的干扰，本实施例中在所述监测装置中安装相应的无线通信模块，例如SIM卡，用于4G通信。借助于4G技术，通过移动客户端可实现数据的实时远程交互，方便地实现对设备状态实时监测和分析判断，为电力设备状态检修提供有力的技术支撑。本专利无线通信模块不仅局限于4G通信，也可采用ZigBee、WiFi以及4G以上等通信方式。装置正常运行过程中，可通过接收终端向装置发送相应的操作代码，查询分、合闸行程波形信息，装置还具有自检功能，当出现故障时，能够主动向上级设备报送故障信息。

本实施例还包括电池供能电路，为装置提供工作电源。电源采用电池供电，减少了通过电源线耦合的电磁干扰，提高了装置的可靠性。

在监测过程中，休眠唤醒触发电路连接行程传感器和中央处理器，用于控制装置切换至休眠状态或正常工作状态，在高压开关设备不进行工作时，使装置处于休眠状态，装置处于低功耗状态，可通过移动终端对其发送相应的操作代码查询其工作状态、内部参数和存储的机械特性信息，当进行操作时，通过唤醒触发电路，使装置切换到正常工作状态，开始采集行程信号。采用休眠唤醒触发电路能够使监测装置在无需耗电的情况下进入低功耗状态，节约了电能。

另外，由于传感器输出为模拟量，不能直接输送给中央处理器，该监测装置还包括一个A/D转换模块。采集到的模拟量信息通过该A/D转换模块与处理器模块相连，用于将采集到的模拟数据转换成数字量信号。若中央处理器自身带有A/D模块，这里的A/D转换模块也可以采用中央处理器内部自带的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，传感器通过该滤波调理模块与A/D转换模块相连。行程传感器和小电流传感器的模拟信号经过滤波调理电路后，经过A/D转换模块变为数字信号，并传送至中央处理器，高压开关位置辅助开关的辅助开关位置信号经过光耦电路模块处理后，送入中央处理器。

本实施例还包括时钟电路模块，中央处理器采用SNTP、B码、IEEE 1588等对时方式与对时电路模块进行对时，中央处理器从时钟电路模块读取时间信号，在读取波形数据后将数字量信号加入时间标签并进行整理和分析，然后，存放于数据存储模块中，以备查询。高压开关每完成一次分合闸操作，装置的4G通信模块就自动向指定IP的移动终端发送相应的机械特性和故障信息。

当高压开关发生动作，中央处理器受休眠唤醒触发电路模块触发切换到正常工作状态，由行程传感器、小电流传感器、高压开关位置辅助开关采集到的行程信息、电流信息和辅助开关变位信号经过滤波调理电路模块进行滤波处理后，再经过A/D转换模块变为数字量信号后发送给中央处理器。为了标明高压开关各参数发生变化的事件以及实现各参数信息的存储，上述智能监测装置还包括休眠唤醒触发电路，所述休眠唤醒触发电路连接行程传感器和中央处理器，用于控制装置切换至休眠状态或正常工作状态，在高压开关设备不进行工作时，使装置处于休眠状态，装置处于低功耗状态，可通过移动终端对其发送相应的操作代码查询其工作状态、内部参数和存储的机械特性信息，当进行操作时，通过唤醒触发电路，使装置切换到正常工作状态，开始采集行程信号。

在中央处理器进行故障原因分析时，本实施例的中央处理器采用如图2所示的机械特性异常判别方法进行故障分析，主要根据辅助开关变位、行程曲线和小电流曲线的不同情况来判别不同的故障原因：

辅助开关有变位的情况下，若不能采集到行程曲线，则传感器或通信有问题，若采集到的行程曲线出现异常，则判断电流曲线是否发生异常，若存在异常，则检测电流关键点及时间等参量，当电流值远超出正常值、持续时间超出正常值，则判断为电磁铁或控制回路故障，若电流曲线正常，则检测行程关键点及速度、时间等参数，行程非0直线、速度低于正常值和时间变长，则为出现机构卡滞，行程曲线阶梯卡滞或整体后移，则出现缓冲器故障或卡涩；

辅助开关无变位的情况下，若行程曲线正常，则为辅助开关出现问题，若无行程曲线，检测电流曲线情况，若无电流曲线，则控制回路出现问题，若电流曲线正常，则判定为机械传动系统有问题，若电流曲线出现异常，则检测电流关键点及时间等参量，当电流值远超出正常值、持续时间超出正常值时，判断为电磁铁或控制回路故障。

处理后的机械特性数据和故障信息通过4G网络无线传输给接收终端，为变电站保护决策提供可靠的数据。

本发明装置在高压开关设备机构箱内即可完成开关机械特性分析和处理，能够实现就地对高压开关机械特性进行实时监测，并判断故障原因，将机械特性数据(包括分合闸时间、行程、速度等)和故障信息通过4G网络传送至站控层和高压开关设备厂家接收终端，接收终端也可随时查阅历史数据。为变电站保护决策提供可靠的数据，为电力设备状态检修提供有力的技术支撑。这样，站控层的监测设备可以取消掉，而且，还可以节省大量的光缆和电缆，另外，本发明装置的成本很低，也可有效提高高压开关设备的状态检修水平，降低因设备故障造成的损失。

带有高压开关机械特性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及一个智能监测装置，包括高压开关设备本体以及设置在高压断路器操动机构箱内的安装的行程传感器、小电流传感器和高压开关位置辅助开关。

由于在智能监测实施例中已对智能监测装置的结构和工作原理进行了详细介绍，这里不再赘述。

另外，在该高压开关设备中，由于该监测装置以及传感器部件均设置在高压开关设备上，传感器部件与监测装置中的处理器模块之间的距离较小，在传感器采集到的高压开关机械特性参数数据向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，提高了机械特性参数的传输可靠性。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (18)

1.一种高压开关设备机械特性监测装置，其特征在于，包括中央处理器、数据传输模块和休眠唤醒触发电路模块；

所述中央处理器为长休眠模块，所述中央处理器设置有用于接收在高压断路器操动机构箱内安装的行程传感器、小电流传感器和高压开关位置辅助开关的数字量检测信号的信号输入端；所述数据传输模块与所述中央处理器的信号输出端相连；

所述休眠唤醒触发电路模块设置有用于接收行程传感器的检测信号的端口，所述休眠唤醒触发电路模块的输出端与所述中央处理器的唤醒触发端相连，用于行程传感器检测到高压开关行程信息时触发唤醒所述中央处理器。

2.根据权利要求1所述的高压开关设备机械特性监测装置，其特征在于，所述数据传输模块为无线传输模块。

3.根据权利要求2所述的高压开关设备机械特性监测装置，其特征在于，所述无线传输模块为4G或4G以上的传输模块。

4.根据权利要求1所述的高压开关设备机械特性监测装置，其特征在于，所述中央处理器为单片机。

5.根据权利要求1所述的高压开关设备机械特性监测装置，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中央处理器其中一个端口相连，另一端用于输入控制参数。

6.根据权利要求1所述的高压开关设备机械特性监测装置，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中央处理器相连；所述中央处理器与所述对时电路模块进行对时，将时间标签加入到数字量检测信号；所述数据存储模块用于存储加入了时间标签的数字量检测信号。

7.根据权利要求1所述的高压开关设备机械特性监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括：为所述中央处理器供电的电池供能电路。

8.根据权利要求1所述的高压开关设备机械特性监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括：A/D转换模块，所述中央处理器通过所述A/D转换模块连接在高压断路器操动机构箱内安装的行程传感器、小电流传感器。

9.根据权利要求8所述的高压开关设备机械特性监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括：滤波调理模块和光耦电路模块，所述A/D转换模块通过所述滤波调理模块连接在高压断路器操动机构箱内安装的行程传感器、小电流传感器；所述中央处理器通过光耦电路模块连接所述高压开关位置辅助开关。

10.一种带有机械特性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断路器操动机构箱内的安装的行程传感器、小电流传感器和高压开关位置辅助开关，其特征在于，所述高压开关本体上设置有智能监测装置，该智能监测装置包括中央处理器、数据传输模块和休眠唤醒触发电路模块；

所述中央处理器为长休眠模块，所述中央处理器的信号输入端与所述行程传感器、小电流传感器和高压开关位置辅助开关相连；所述数据传输模块与所述中央处理器的信号输出端相连；所述休眠唤醒触发电路模块的检测信号的端口与所述行程传感器相连，所述休眠唤醒触发电路模块的输出端与所述中央处理器的唤醒触发端相连，用于行程传感器检测到高压开关行程信息时触发唤醒所述中央处理器。

11.根据权利要求10所述的带有机械特性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。

12.根据权利要求11所述的带有机械特性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。

13.根据权利要求10所述的带有机械特性监测装置的高压开关设备，其特征在于，所述中央处理器为单片机。

14.根据权利要求10所述的带有机械特性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中央处理器其中一个端口相连，另一端用于输入控制参数。

15.根据权利要求10所述的带有机械特性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中央处理器相连；所述中央处理器与所述对时电路模块进行对时，将时间标签加入到数字量检测信号；所述数据存储模块用于存储加入了时间标签的数字量检测信号。

16.根据权利要求10所述的带有机械特性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：为所述中央处理器供电的电池供能电路。

17.根据权利要求10所述的带有机械特性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，所述中央处理器通过所述A/D转换模块连接在高压断路器操动机构箱内安装的行程传感器、小电流传感器。

18.根据权利要求17所述的带有机械特性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：滤波调理模块和光耦电路模块，所述A/D转换模块通过所述滤波调理模块连接在高压断路器操动机构箱内安装的行程传感器、小电流传感器；所述中央处理器通过光耦电路模块连接所述高压开关位置辅助开关。