CN107069674A - 一种基于无线技术的弧光保护检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于无线技术的弧光保护检测系统，包括弧光保护装置、弧光传感器、弧光发生器、继电保护测试装置，弧光传感器接入弧光保护装置上，弧光发生器产生的光照射在弧光传感器上，弧光发生器通过无线网络与继电保护测试装置通信连接；弧光发生器包括弧光光源、微控制器、无线通信模块和供电模块，继电保护测试装置包括微处理器、A/D 转换器、电流发生器、无线通信模块、电源模块、开关量输入接口、交流电流输出接口，开关量输入接口连接弧光保护装置的动作出口，交流电流输出接口连接弧光保护装置的交流采样接口。本系统可完成对弧光传感器的校验以及整套弧光保护装置的逻辑校验和传动试验，减少弧光保护误动、拒动的情况。

Description

一种基于无线技术的弧光保护检测系统

技术领域

本发明涉及电力设备的弧光保护检测技术领域，具体地说是涉及一种基于无线技术的弧光保护检测系统。

背景技术

中压配电开关柜作为电力系统的供电枢纽，在发生内部故障时是否能迅速切除故障，对变电站配电系统的安全运行起着至关重要的作用，弧光保护应运而生。弧光保护装置可以在第一时间切除弧光故障使人身伤亡及设备损害降至最低。减少或降低电弧光对于人体的伤害以及电弧光短路故障对于设备的损害。弧光保护装置是通过弧光传感器对电弧光故障时所发出的电弧光进行采集，再对光信号和电流信号等判据进行综合比较分析，从而判断是否发生电弧光故障。目前，国家在弧光保护的技术规程、检验规程、试验仪器等方面没有颁布行业规定，致使近年来中低压的弧光保护装置没有统一的技术规范，再加上不同型号保护的弧光传感器对光灵敏度的不同，弧光传感器对光源最大感测距离的不同，同时也缺乏较为专业的能够定量发射弧光的试验装置。所以对弧光传感器的检验方法并不可靠，这也造成了对整套弧光保护装置的逻辑校验及传动试验难以开展。

伴随着以太局域网的迅猛发展，以具有不用架线、灵活性强等优点的无线网以己之长补"有线"所短，也赢得了特定市场的认可，无线技术安装迅速且能够大大降低网络安装和维护费用，但目前还未见无线技术运用于弧光保护检验工作中的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无线技术的弧光保护检测系统，该系统整体结构设计巧妙，操作方便，通过采用无线通信方式解决布线的困难，且不影响室内美观，并能够实现多个开关柜的弧光发生器同时接收到发出电弧光的命令，完成对多个开关柜内弧光传感器的校验以及整套弧光保护装置的逻辑校验和传动试验，有效减少弧光保护误动、拒动的情况，提高弧光保护装置的可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种基于无线技术的弧光保护检测系统，包括弧光保护装置、弧光传感器、弧光发生器、继电保护测试装置，所述弧光保护装置、弧光传感器（即弧光探头）安装于开关柜内，所述弧光传感器接入弧光保护装置中，弧光发生器产生的光照射在弧光传感器上，所述弧光发生器通过无线网络与继电保护测试装置通信连接；所述弧光发生器包括弧光光源、微控制器、无线通信模块和供电模块，所述供电模块为弧光发生器提供电源，所述弧光光源和无线通信模块均与微控制器相连，所述继电保护测试装置包括微处理器、电流发生器、无线通信模块、电源模块、开关量输入接口、交流电流输出接口，所述电源模块为继电保护测试装置提供电源，所述开关量输入接口、电流发生器和无线通信模块均与微处理器相连，所述交流电流输出接口连接电流发生器，所述弧光发生器和继电保护测试装置通过各自的无线通信模块实现无线通信连接；所述开关量输入接口连接弧光保护装置的动作出口，所述交流电流输出接口连接弧光保护装置的交流采样接口。

作为本发明的一种改进，所述弧光发生器还包括光罩，所述弧光光源设置在光罩内部。

作为本发明的一种改进，所述继电保护测试装置还包括液晶触摸屏，所述液晶触摸屏与微处理器相连。

作为本发明的一种改进，所述弧光光源包括可见光光源和紫外光光源。

作为本发明的一种改进， 所述无线通信模块采用蓝牙、WIFI、ZigBee、LoRa中的任意一种，优选采用LORA无线模块。相比较于传统的无线通信，LoRa是一种新型的、基于1GHz以下的超长距低功耗数据传输技术的无线通信方式，其接收灵敏度达到了惊人的-148dbm，其功耗极低且不需要使用昂贵的温补晶振。

作为本发明的一种改进， 所述微控制器采用型号为MSP430F5132的单片机实现，所述微处理器采用型号为MSP430F5438的单片机实现。

作为本发明的一种改进，所述继电保护测试装置还包括RJ45网口和USB接口，通过RJ45网口连接上位机，通过USB接口连接U盘或打印机。

采用上述系统进行弧光保护动作时间测试试验的方法，包括：（1）将待测弧光保护装置的动作逻辑设为弧光信号、电流信号的综合判据或者单一的弧光信号判据，并启动待测弧光保护装置；（2）在满足弧光保护动作判据条件的前提下，通过液晶触摸屏在继电保护测试装置上设置光源数值和电流数值，分别将光源数值和电流数值传送给弧光发生器和电流发生器，所述光源数值包括选择弧光光源、光源光强度、发光时间，所述电流数值包括电流值和延时时间；（3）启动弧光发生器发出弧光对待测弧光保护装置进行输入弧光，延时启动电流发生器输出电流对待测弧光保护装置进行交流采样输入，采用继电保护测试装置对待测弧光保护装置进行测试，当待测弧光保护装置检测到弧光及过流时，待测弧光保护装置上相应的继电器出口动作，并通过开关量输入接口输送检测到的动作时间检测开入信号给微处理器进行处理，最后通过液晶触摸屏显示动作时间试验数据和试验结果。

采用上述系统进行弧光保护电流精度测试试验的方法，包括：（1）将待测弧光保护装置的动作逻辑设为弧光信号、电流信号的综合判据，并启动待测弧光保护装置；（2）在满足弧光保护动作判据条件的前提下，通过液晶触摸屏在继电保护测试装置上设置光源数值和电流数值，分别将光源数值和电流数值传送给弧光发生器和电流发生器，所述光源数值包括选择弧光光源、光源光强度、发光时间，所述电流数值包括电流值和延时时间；（3）启动弧光发生器发出弧光对待测弧光保护装置进行输入弧光，延时启动电流发生器输出电流对待测弧光保护装置进行交流采样输入，并且通过液晶触摸屏调节电流值，采用继电保护测试装置对待测弧光保护装置进行测试，当待测弧光保护装置检测到相应的弧光及过流时，待测弧光保护装置上相应的继电器出口动作，并通过开关量输入接口输送检测到的动作时间检测开入信号给微处理器进行处理，最后通过液晶触摸屏显示过电流动作精度试验数据和试验结果。

采用上述系统进行弧光传感器测量精度试验的方法，包括：（1）将待测弧光保护装置的动作逻辑设为单一的弧光信号判据，并将其保护配置设置为仅检测弧光，启动待测弧光保护装置；（2）在满足弧光保护动作判据条件的前提下，通过液晶触摸屏在继电保护测试装置上设置光源数值，将光源数值传送给弧光发生器，所述光源数值包括选择弧光光源、光源光强度、发光时间；（3）启动弧光发生器发出弧光对待测弧光保护装置进行输入弧光，采用继电保护测试装置对待测弧光保护装置进行测试，并且通过液晶触摸屏调节光源数值，当待测弧光保护装置检测到相应的弧光时，待测弧光保护装置上相应的继电器出口动作，并通过开关量输入接口输送检测到的动作时间检测开入信号给微处理器进行处理，最后通过液晶触摸屏显示弧光传感器测量精度试验数据和试验结果。

相对于现有技术，本发明的优点如下，1）弧光保护检测系统的整体结构设计巧妙，拆卸组装维修更换方便，成本较低，由于弧光发生器通过无线网络与继电保护测试装置通信连接，因此可同时实现对多个开关柜内弧光传感器的校验以及整套弧光保护装置的逻辑校验和传动试验，有效减少弧光保护误动、拒动的情况，提高弧光保护装置的可靠性，保证电网、人身及电力设备的安全性；2）采用无线通信方式解决布线的困难，且不影响室内美观，在无线通信范围内，该系统中的继电保护测试装置与多个弧光发生器间能够可靠传输控制指令，多个弧光发生器可同时可靠启动，发出弧光以检验开关柜内的弧光传感器的动作性能；3）该系统的液晶触摸屏能实现人机操作，用户体验性能佳，操作简单方便，并且调节光源数值及电流数值的精度较高，方便实现弧光保护动作时间测试试验、弧光保护电流精度试验和弧光传感器测量精度试验。

附图说明

图1为本发明的弧光保护检测系统的结构示意图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。

如图1所示，一种基于无线技术的弧光保护检测系统，包括弧光保护装置、弧光传感器、弧光发生器、继电保护测试装置，所述弧光保护装置、弧光传感器和弧光发生器均设置在开关柜内，其中，弧光保护装置为被测对象，所述弧光传感器是弧光保护装置的重要组成部分，将其接入弧光保护装置中，弧光发生器产生的光照射在弧光传感器上，弧光传感器用于对弧光发生器产生的电弧光进行采集并送入弧光保护装置进行试验。所述弧光发生器通过无线网络与继电保护测试装置通信连接，可免除布线的麻烦，并且可实现对弧光发生器的无线远程控制。所述弧光发生器包括弧光光源、微控制器、无线通信模块和供电模块，所述供电模块为弧光发生器提供电源，所述弧光光源和无线通信模块均与微控制器相连，弧光发生器采用运用光电转换技术的光学系统智能芯片来设计，通过微控制器的控制能够输出各种大小光强度的光源。所述继电保护测试装置包括微处理器、电流发生器、无线通信模块、电源模块、开关量输入接口、交流电流输出接口，所述电源模块为继电保护测试装置提供电源，所述开关量输入接口、电流发生器和无线通信模块均与微处理器相连，所述开关量输入接口在通过低通滤波隔离电路处理后接入微处理器，从而有效隔离外部的干扰信号，保证所采集的动作时间检测开入信号不受外部信号的干扰。所述交流电流输出接口连接电流发生器，所述弧光发生器和继电保护测试装置通过各自的无线通信模块实现无线通信连接；所述开关量输入接口连接弧光保护装置的动作出口，所述交流电流输出接口连接弧光保护装置的交流采样接口。

所述弧光发生器还包括光罩，所述弧光光源设置在光罩内部，采用光罩可有效防止弧光光源发生泄漏，从而提高测试试验的精确度。

所述继电保护测试装置还包括液晶触摸屏，所述液晶触摸屏与微处理器相连，液晶触摸屏作为整个系统的人机交互接口，具有检测参数输入及试验数据显示输出等功能。

所述弧光光源包括可见光光源和紫外光光源。

所述无线通信模块采用蓝牙、WIFI、ZigBee、LoRa中的任意一种或其他无线连接方式进行设计，优选采用LoRa无线连接方式来设计无线通信模块，也即采用LoRa无线模块来作为系统的无线通信模块。LoRa技术相对于其他无线技术的优势在于远距离传输、百万级的节点数以及高达0.3-50kbs的数据传输速率，大大增强了通信质量以及网络容量，同时LoRa信号对于建筑的穿透能力很强。特殊扩频技术使得其通讯链路预算达到15Km左右，接受电流仅10mA，大大提高了电池使用时间。

所述微控制器采用型号为MSP430F5132的单片机实现，所述微处理器采用型号为MSP430F5438的单片机实现。MSP430F5XX系列单片机是一个超低功耗的16位单片机，其运算速度快，且片内资源丰富，可方便高效的进行控制器设计，并且该单片机中的比较器和定时器是工业仪表、计数装置和手持式仪表等产品设计中的理想选择。

所述继电保护测试装置还包括RJ45网口和USB接口，通过RJ45网口连接上位机，通过USB接口连接U盘或打印机，方便测试人员对检测系统进行操作控制。

采用上述系统进行弧光保护动作时间测试试验的方法，包括：（1）将待测弧光保护装置的动作逻辑设为弧光信号、电流信号的综合判据或者单一的弧光信号判据，并启动待测弧光保护装置；（2）在满足弧光保护动作判据条件的前提下，通过液晶触摸屏在继电保护测试装置上设置光源数值和电流数值，分别将光源数值和电流数值传送给弧光发生器和电流发生器，所述光源数值包括选择弧光光源、光源光强度、发光时间，所述电流数值包括电流值和延时时间，微处理器控制弧光发生器和电流发生器产生弧光信号和电流信号时，由于存在通信延时时间的不同，导致弧光信号和电流信号不同时发出，因此，延时时间的设置能够保证弧光信号和电流信号能够同时发出并且待测弧光保护装置也能同时接收到弧光信号和电流信号；（3）启动弧光发生器发出弧光对待测弧光保护装置进行输入弧光，延时启动电流发生器输出电流对待测弧光保护装置进行交流采样输入，采用继电保护测试装置对待测弧光保护装置进行测试，当待测弧光保护装置检测到弧光及过流时，待测弧光保护装置上相应的继电器出口动作，并通过开关量输入接口输送检测到的动作时间检测开入信号给微处理器进行处理，最后通过液晶触摸屏显示动作时间试验数据和试验结果。

采用上述系统进行弧光保护电流精度测试试验的方法，包括：（1）将待测弧光保护装置的动作逻辑设为弧光信号、电流信号的综合判据，并启动待测弧光保护装置；（2）在满足弧光保护动作判据条件的前提下，通过液晶触摸屏在继电保护测试装置上设置光源数值和电流数值，分别将光源数值和电流数值传送给弧光发生器和电流发生器，所述光源数值包括选择弧光光源、光源光强度、发光时间，所述电流数值包括电流值和延时时间；（3）启动弧光发生器发出弧光对待测弧光保护装置进行输入弧光，延时启动电流发生器输出电流对待测弧光保护装置进行交流采样输入，并且通过液晶触摸屏调节电流值，采用继电保护测试装置对待测弧光保护装置进行测试，当待测弧光保护装置检测到相应的弧光及过流时，待测弧光保护装置上相应的继电器出口动作，并通过开关量输入接口输送检测到的动作时间检测开入信号给微处理器进行处理，最后通过液晶触摸屏显示过电流动作精度试验数据和试验结果。

采用上述系统进行弧光传感器测量精度试验的方法，包括：（1）将待测弧光保护装置的动作逻辑设为单一的弧光信号判据，并将其保护配置设置为仅检测弧光，启动待测弧光保护装置；（2）在满足弧光保护动作判据条件的前提下，通过液晶触摸屏在继电保护测试装置上设置光源数值，将光源数值传送给弧光发生器，所述光源数值包括选择弧光光源、光源光强度、发光时间；（3）启动弧光发生器发出弧光对待测弧光保护装置进行输入弧光，采用继电保护测试装置对待测弧光保护装置进行测试，并且通过液晶触摸屏调节光源数值，当待测弧光保护装置检测到相应的弧光时，待测弧光保护装置上相应的继电器出口动作，并通过开关量输入接口输送检测到的动作时间检测开入信号给微处理器进行处理，最后通过液晶触摸屏显示弧光传感器测量精度试验数据和试验结果。

例如，采用本发明所述的弧光保护检测系统对南京弘毅电气自动化有限公司生产的弧光保护装置DPR361ARC进行现场测试。弧光保护装置和弧光传感器均安装于开关柜内，现场测试时无需拆除弧光保护装置和弧光传感器。并且在测试前，将弧光发生器通过磁铁直接吸附于开关柜内，让弧光发生器的弧光光源可直接照射弧光传感器。弧光发生器与继电保护测试装置之间通过LoRa无线模块相连，弧光保护装置的动作出口和交流采样接口与继电保护测试装置通过电缆相连。当继电保护测试装置发出开始试验的时候，弧光发生器与电流发生器同时产生弧光信号和电流信号，继电保护保护装置检测到之后的继电器出口动作，继电保护测试装置检测从弧光产生到继电器出口动作的时间差作为测试结果。实验结果表明，弧光保护装置DPR361ARC在纯光判据（即单一的弧光信号判据）时的动作时间为4ms以内，在光+电流判据（即弧光信号、电流信号的综合判据）时的动作时间在8ms以内。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于无线技术的弧光保护检测系统，其特征在于：包括弧光保护装置、弧光传感器、弧光发生器、继电保护测试装置，所述弧光传感器接入弧光保护装置，弧光发生器产生的光照射在弧光传感器上，所述弧光发生器通过无线网络与继电保护测试装置通信连接；所述弧光发生器包括弧光光源、微控制器、无线通信模块和供电模块，所述供电模块为弧光发生器提供电源，所述弧光光源和无线通信模块均与微控制器相连，所述继电保护测试装置包括微处理器、电流发生器、无线通信模块、电源模块、开关量输入接口、交流电流输出接口，所述电源模块为继电保护测试装置提供电源，所述开关量输入接口、电流发生器和无线通信模块均与微处理器相连，所述交流电流输出接口连接电流发生器，所述弧光发生器和继电保护测试装置通过各自的无线通信模块实现无线通信连接；所述开关量输入接口连接弧光保护装置的动作出口，所述交流电流输出接口连接弧光保护装置的交流采样接口。

2.如权利要求1所述的一种基于无线技术的弧光保护检测系统，其特征在于，所述弧光发生器还包括光罩，所述弧光光源设置在光罩内部。

3.如权利要求1所述的一种基于无线技术的弧光保护检测系统，其特征在于，所述继电保护测试装置还包括液晶触摸屏，所述液晶触摸屏与微处理器相连。

4.如权利要求2或3所述的一种基于无线技术的弧光保护检测系统，其特征在于，所述弧光光源包括可见光光源和紫外光光源。

5.如权利要求4所述的一种基于无线技术的弧光保护检测系统，其特征在于，所述无线通信模块采用LoRa无线模块。

6.如权利要求5所述的一种基于无线技术的弧光保护检测系统，其特征在于，所述微控制器采用型号为 MSP430F5132的单片机实现，所述微处理器采用型号为 MSP430F5438的单片机实现。

7.如权利要求6所述的一种基于无线技术的弧光保护检测系统，其特征在于，所述继电保护测试装置还包括RJ45网口和USB接口，通过RJ45网口连接上位机，通过USB接口连接U盘或打印机。

8.采用如权利要求7所述的基于无线技术的弧光保护检测系统进行弧光保护动作时间测试试验的方法，其特征在于，包括：（1）将待测弧光保护装置的动作逻辑设为弧光信号、电流信号的综合判据或者单一的弧光信号判据，并启动待测弧光保护装置；（2）在满足弧光保护动作判据条件的前提下，通过液晶触摸屏在继电保护测试装置上设置光源数值和电流数值，分别将光源数值和电流数值传送给弧光发生器和电流发生器，所述光源数值包括选择弧光光源、光源光强度、发光时间，所述电流数值包括电流值和延时时间；（3）启动弧光发生器发出弧光对待测弧光保护装置进行输入弧光，延时启动电流发生器输出电流对待测弧光保护装置进行交流采样输入，采用继电保护测试装置对待测弧光保护装置进行测试，当待测弧光保护装置检测到弧光及过流时，待测弧光保护装置上相应的继电器出口动作，并通过开关量输入接口输送检测到的动作时间检测开入信号给微处理器进行处理，最后通过液晶触摸屏显示动作时间试验数据和试验结果。

9.采用如权利要求7所述的基于无线技术的弧光保护检测系统进行弧光保护电流精度测试试验的方法，其特征在于，包括：（1）将待测弧光保护装置的动作逻辑设为弧光信号、电流信号的综合判据，并启动待测弧光保护装置；（2）在满足弧光保护动作判据条件的前提下，通过液晶触摸屏在继电保护测试装置上设置光源数值和电流数值，分别将光源数值和电流数值传送给弧光发生器和电流发生器，所述光源数值包括选择弧光光源、光源光强度、发光时间，所述电流数值包括电流值和延时时间；（3）启动弧光发生器发出弧光对待测弧光保护装置进行输入弧光，延时启动电流发生器输出电流对待测弧光保护装置进行交流采样输入，并且通过液晶触摸屏调节电流值，采用继电保护测试装置对待测弧光保护装置进行测试，当待测弧光保护装置检测到相应的弧光及过流时，待测弧光保护装置上相应的继电器出口动作，并通过开关量输入接口输送检测到的动作时间检测开入信号给微处理器进行处理，最后通过液晶触摸屏显示过电流动作精度试验数据和试验结果。

10.采用如权利要求7所述的基于无线技术的弧光保护检测系统进行弧光传感器测量精度试验的方法，其特征在于，包括：（1）将待测弧光保护装置的动作逻辑设为单一的弧光信号判据，并将其保护配置设置为仅检测弧光，启动待测弧光保护装置；（2）在满足弧光保护动作判据条件的前提下，通过液晶触摸屏在继电保护测试装置上设置光源数值，将光源数值传送给弧光发生器，所述光源数值包括选择弧光光源、光源光强度、发光时间；（3）启动弧光发生器发出弧光对待测弧光保护装置进行输入弧光，采用继电保护测试装置对待测弧光保护装置进行测试，并且通过液晶触摸屏调节光源数值，当待测弧光保护装置检测到相应的弧光时，待测弧光保护装置上相应的继电器出口动作，并通过开关量输入接口输送检测到的动作时间检测开入信号给微处理器进行处理，最后通过液晶触摸屏显示弧光传感器测量精度试验数据和试验结果。