CN108152726A - 在线监测断路器机械状态的智能电力仪表及高压开关柜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种在线监测断路器机械状态的智能电力仪表及高压开关柜，所述智能电力仪表包括：电流测量装置，高压开关柜中断路器分合闸线圈所在控制回路的控制线穿过所述电流测量装置，所述电流测量装置用于检测所述控制回路的电流；振动测量装置，设置在所述高压开关柜的仪表室底部，用于检测因断路器动作而使所述开关柜产生的振动信号；状态诊断装置，分别与所述电流测量装置及振动测量装置连接，可根据所述控制回路的电流及所述开关柜的振动信号，准确的分析断路器状态和机械特性，而整个检测分析的过程可随着断路器的操作进行，从而实现对断路器机械状态的在线监测，确保分析的及时性。
Description
技术领域
本发明涉及仪表检测技术领域，特别是涉及一种在线监测断路器机械状态的智能电力仪表及高压开关柜。
背景技术
电力仪表是完成电压、电流、频率等基本电力参数测量与指示的重要设备，在电网中广泛应用。随着电子技术、通讯技术、人工智能技术的快速发展，提升传统仪表的性能和功能，拓展其应用范围，已经成为电力仪表行业发展的时代要求和主要趋势。
变电站中的高压开关柜，尤其是高压开关柜中的断路器，其安全运行直接关系着电网安全运行及用户用电的可靠性。据统计，在35kV以下开关柜事故中，有相当一部分是由于断路器机械状态不良所致。虽然近些年业界也初步开展了断路器开关机械特性的运维工作，但是由于是以离线、周期性的方式进行，从而导致仪器测量的时效性差、安全性差。
发明内容
本发明的目的是提供一种在线监测断路器机械状态的智能电力仪表及高压开关柜，可实现对断路器机械状态的在线监测。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种在线监测断路器机械状态的智能电力仪表，所述智能电力仪表包括：
电流测量装置，高压开关柜中断路器分合闸线圈所在控制回路的控制线穿过所述电流测量装置，所述电流测量装置用于检测所述控制回路的电流；
振动测量装置，设置在所述高压开关柜的仪表室底部，用于检测因断路器动作而使所述开关柜产生的振动信号；
状态诊断装置，分别与所述电流测量装置及振动测量装置连接，用于根据所述控制回路的电流及所述开关柜的振动信号，确定所述断路器的机械状态。
可选的，所述智能电力仪表还包括：
显示装置，与所述状态诊断装置连接，用于显示所述断路器的机械状态。
可选的，所述显示装置包括显示屏、报警铃声以及状态指示灯中至少一者。
可选的，所述智能电力仪表还包括：
屏蔽外壳，所述屏蔽外壳内容置有所述状态诊断装置及显示装置；且所述屏蔽外壳设置在所述仪表室的面板上。
可选的，所述电流测量装置包括：
绝缘壳体；
磁片，固定设置在所述绝缘壳体的内壁上；
半磁芯线圈，设置在所述绝缘壳体内；其中，所述半磁芯线圈包括具有开口的环形磁芯，以及均匀环绕在所述环形磁芯的漆包线圈；
BNC接头，所述BNC设置在所述绝缘壳体上，且穿出所述绝缘壳体；所述BNC接头中位于所述绝缘壳体内的部分分别与所述漆包线圈的首端和末端连接，位于所述绝缘壳体外的部分与所述状态诊断装置连接。
可选的，所述漆包线圈的末端穿过均匀环绕在所述环形磁芯上的漆包线圈，返回首端，形成返回匝线圈。
可选的，所述状态诊断装置包括：
第一放大滤波电路，与所述电流测量装置连接，用于对所述控制回路的电流进行放大、滤波处理，得到处理后的模拟电流信号；
第一模数转换电路，与所述第一放大滤波电路连接，用于对处理后的模拟电流信号进行模数转换，得到数字电流信号；
第二放大滤波电路，与所述振动测量装置连接，用于对所述开关柜的振动信号进行放大、滤波处理，得到处理后的模拟振动信号；
第二模数转换电路，与所述第二放大滤波电路连接，用于对处理后的模拟振动信号进行模数转换，得到数字振动信号；
主控制电路，分别与所述第一模数转换电路及第二模数转换电路连接，用于根据数字电流信号和数字振动信号，确定所述断路器的机械状态。
可选的，所述主控制电路为STC14E23E微处理器。
可选的，所述智能电力仪表还包括：
电源适配器，与外接电源连接；
稳压芯片，分别连接所述电源适配器和状态诊断装置，用于将电源适配器输出的电压保持为恒定电压，并输送至所述状态诊断装置。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种高压开关柜，所述高压开关柜包括上述智能电力仪表。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明通过电流测量装置检测断路器分合闸线圈所在控制回路的电流，通过振动测量装置检测因断路器动作而在开关柜上产生的振动情况，进而由状态诊断装置结合控制回路的电流特征和断路器所在开关柜振动情况特征，可准确的分析断路器状态和机械特性，而整个检测分析的过程可随着断路器的操作进行，从而实现对断路器机械状态的在线监测，确保分析的及时性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例在线监测断路器机械状态的智能电力仪表的组装结构示意图；
图2为本发明实施例中的电流测量装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中的状态诊断装置的模块结构示意图；
图4为本发明实施例在线监测断路器机械状态的智能电力仪表的模块结构示意图；
图5为本发明实施例线监测断路器机械状态的智能电力仪表的安装示意图。
符号说明：
电流测量装置—11，振动测量装置—12，测试电缆—13，状态诊断装置—14，屏蔽外壳—15，显示装置—16，磁片—21，绝缘壳体—22，半磁芯线圈—23，BNC接头—24，第一放大滤波电路—31，第一模数转换电路—32，第二放大滤波电路—33，第二模数转换电路—34，主控制电路—35，仪表室门—41，面板—42，仪表—43，控制线—44。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种线监测断路器机械状态的智能电力仪表，通过电流测量装置检测断路器分合闸线圈所在控制回路的电流，通过振动测量装置检测因断路器动作而在开关柜上产生的振动情况，进而由状态诊断装置结合控制回路的电流特征和断路器所在开关柜振动情况特征，可准确的分析断路器状态和机械特性，而整个检测分析的过程可随着断路器的操作进行，从而实现对断路器机械状态的在线监测，确保分析的及时性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明在线监测断路器机械状态的智能电力仪表包括电流测量装置11、振动测量装置12及状态诊断装置14。
其中，高压开关柜中断路器分合闸线圈所在控制回路的控制线穿过所述电流测量装置11，所述电流测量装置11用于检测所述控制回路的电流。优选的，所述断路器分合闸线圈所在控制回路的控制线穿过所述电流测量模块11的中心。
所述振动测量装置12设置在所述高压开关柜的仪表室底部，所述振动测量装置12用于检测因断路器动作而使所述开关柜产生的振动信号。其中，所述振动测量装置12一般采用Risym公司的常闭型触发振动模块。在本实施例中，所述振动测量装置12为振动传感器。
所述状态诊断装置14分别与所述电流测量装置11及振动测量装置12连接，所述状态诊断装置14用于根据所述控制回路的电流及所述开关柜的振动信号，确定所述断路器的机械状态。在本实施例中，所述电流测量装置11及振动测量装置12分别通过测试电缆13与状态诊断装置14连接。
优选地，本发明在线监测断路器机械状态的智能电力仪表还包括显示装置16，所述显示装置16与所述状态诊断装置14连接，用于显示所述断路器的机械状态。
进一步地，所述显示装置16包括显示屏、报警铃声以及状态指示灯中至少一者。其中，所述显示屏为液晶显示屏，优选为MTF043056B0液晶显示屏，可实时指示监测到的电流信号，并在仪表出现故障时指示“FAULT”。所述报警铃声可为蜂鸣器，所述状态指示灯可为红绿指示灯。例如，一旦通过电流测量装置11和/或振动测量装置12检测到断路器出现异常信号时，所述状态诊断装置发出控制信号，驱动显示装置中的报警铃声和/状态指示灯动作。
此外，所述显示装置16还包括看门狗复位电路，具备复位供能。
优选地，本发明在线监测断路器机械状态的智能电力仪表还包括屏蔽外壳15，所述屏蔽外壳15内容置有所述状态诊断装置14及显示装置16；且所述屏蔽外壳15设置在所述仪表室的面板上。所述电流测量装置11和振动测量装置12的测试信号经由测试电缆13引入到设置在仪表室的面板上的屏蔽外壳15的内部。
其中，所述屏蔽外壳15采用铝制塑性外壳，测试电缆13采用带铜网屏蔽层的RG316军标镀银线，线径为2.5mm，具有6Ghz的高频上限截止频率。
其中，所述电流测量装置11可为电流传感器。进一步地，如图2所示，所述电流测量装置11包括磁片21、绝缘壳体22、半磁芯线圈23及BNC接头24。
其中，磁片21固定设置在所述绝缘壳体22的内壁上；所述半磁芯线圈23设置在所述绝缘壳体22内；其中，所述半磁芯线圈23包括具有开口的环形磁芯，以及均匀环绕在所述环形磁芯的漆包线圈；所述BNC接头24在所述绝缘壳体22上，且穿出所述绝缘壳体22；所述BNC接头24中位于所述绝缘壳体22内的部分分别与所述漆包线圈的首端和末端连接，位于所述绝缘壳体22外的部分与所述状态诊断装置14连接。
进一步地，所述漆包线圈的末端穿过均匀环绕在所述环形磁芯上的漆包线圈，返回首端，形成返回匝线圈。所述环形磁芯为镍锌铁氧体环形磁芯。所述BNC接头24还连接有阻抗匹配器；优选地，所述阻抗匹配器的阻抗为50Ω；BNC接头24为采用带法兰结构的BNC-50KF。
如图3所示，所述状态诊断装置14包括第一放大滤波电路31、第一模数转换电路32、第二放大滤波电路33、第二模数转换电路34及主控制电路35。
其中，所述第一放大滤波电路31与所述电流测量装置11连接，所述第一放大滤波电路31用于对所述控制回路的电流进行放大、滤波处理，得到处理后的模拟电流信号。在本实施例中，所述第一放大滤波电路31与所述电流测量装置11的BNC接头24连接。
所述第一模数转换电路32与所述第一放大滤波电路31连接，所述第一模数转换电路32用于对处理后的模拟电流信号进行模数转换，得到数字电流信号。
所述第二放大滤波电路33与所述振动测量装置12连接，所述第二放大滤波电路33用于对所述开关柜的振动信号进行放大、滤波处理，得到处理后的模拟振动信号。其中，所述第一放大滤波电路31和/或第二放大滤波电路33的放大时的放大倍数不低于10倍，滤波时的低频截止频率不低于5MHz，高频截止频率不高于500MHz。
所述第二模数转换电路34与所述第二放大滤波电路33连接，第二模数转换电路34用于对处理后的模拟振动信号进行模数转换，得到数字振动信号。
所述主控制电路35分别与所述第一模数转换电路32及第二模数转换电路34连接，所述主控制电路35用于根据数字电流信号和数字振动信号，确定所述断路器的机械状态。在本实施例中，所述主控制电路35为STC14E23E微处理器。所述微处理器与显示装置16之间的通信采用RS589的通信模块。
下面以图4所示结构为例，详细介绍本发明在线监测断路器机械状态的智能电力仪表：
断路器动作过程为电流驱动，当断路器接收到动作命令时控制回路流过电流，驱动断路器动作，其电流波形特征与断路器机械特性等相关。
断路器在驱动电流作用下断路器触头等开始运动，其运动造成开关柜本体出现振动，开关柜振动信号包含断路器触头运动状况特征，可以通过监测分析开关柜振动情况来分析断路器触头运动状况并分析出断路器分合闸状况。
具体地，前端使用FPGA高速数据采集装置通过第一滤波放大电路和100Msps ADC1(第一模数转换电路)、第二滤波放大电路和100Msps ADC2(第二模数转换电路)同时对电流传感器的电流信号和振动传感器的振动信号进行数据采集，通过高速数据接口将采集到的电流信号和振动信号传输至STC14E23E微处理器。
其中，断路器驱动电流的起始为断路器分合闸过程的起始，通过结合分合闸电流信号和断路器振动情况分析找出断路器刚分刚合点在线测试断路器分合闸时间，从而直接实现在线测量断路器机械特性。
优选地，本发明在线监测断路器机械状态的智能电力仪表还包括电源适配器和稳压芯片。其中，所述电源适配器与外接电源连接；所述稳压芯片分别连接所述电源适配器和状态诊断装置，所述稳压芯片将电源适配器输出的电压保持为恒定电压，并输送至所述状态诊断装置。在本实施例中，所述稳压芯片与所述主控制电路连接。优选地，所述电源适配器为12V，所述稳压芯片的型号为LM7812。
如图5所示，打开仪表室门41，将所述仪表43安装到开关柜仪表室的面板42上，开关柜断路器分合闸线圈所在控制回路控制线44穿心绕过所述电流测量装置11，同时，振动传感测量装置12粘附于仪表室底部。二者所监测到的电信号经由测试电缆13传输入所述仪表43处的主控制电路35中，实时反馈断路器触头的电流状态和振动强度。在断路器机械状态出现问题时，如果触头误触发，则电流测量装置11检测异常的电流信号，振动测量装置12检测振动信号，状态诊断装置14确定电流异常，则显示装置中出现声光报警并显示振动信号强度；如果给予触头动作指示但其未能正常动作，则电流测量装置11检测异常的电流信号，振动测量装置12未检测到振动信号，此时显示装置中同样出现声光报警并显示异常的电流值。
本发明在线监测断路器机械状态的智能电力仪表具有以下优点：
1、本发明在线监测断路器机械状态的智能电力仪表可以作为一种通用性电气仪表那样布置安装在电气设备的仪表室，其测量装置可以拾取到断路器在操作过程中驱动线圈的电流及振动信号，对其进行综合调理及神经网络分析，实现了断路器机械状态的在线监测及智能诊断。
2、本发明在线监测断路器机械状态的智能电力仪表体积小，全部单元均模块化，集成在仪表的壳体内，便于生产、安装、更换与维护。
3、本发明在线监测断路器机械状态的智能电力仪表采用电磁屏蔽技术，提升了振动信号测量的信噪比，确保了电站中强电磁干扰环境下具有较高的灵敏度。
此外，本发明还提供一种高压开关柜，所述高压开关柜包括上述智能电力仪表。
相对于现有技术，本发明高压开关柜与上述智能电力仪表的有益效果相同，在此不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种在线监测断路器机械状态的智能电力仪表，其特征在于，所述智能电力仪表包括：
电流测量装置，高压开关柜中断路器分合闸线圈所在控制回路的控制线穿过所述电流测量装置，所述电流测量装置用于检测所述控制回路的电流；
振动测量装置，设置在所述高压开关柜的仪表室底部，用于检测因断路器动作而使所述开关柜产生的振动信号；
状态诊断装置，分别与所述电流测量装置及振动测量装置连接，用于根据所述控制回路的电流及所述开关柜的振动信号，确定所述断路器的机械状态。
2.根据权利要求1所述的线监测断路器机械状态的智能电力仪表，其特征在于，所述智能电力仪表还包括：
显示装置，与所述状态诊断装置连接，用于显示所述断路器的机械状态。
3.根据权利要求2所述的线监测断路器机械状态的智能电力仪表，其特征在于，所述显示装置包括显示屏、报警铃声以及状态指示灯中至少一者。
4.根据权利要求2或3所述的线监测断路器机械状态的智能电力仪表，其特征在于，所述智能电力仪表还包括：
屏蔽外壳，所述屏蔽外壳内容置有所述状态诊断装置及显示装置；且所述屏蔽外壳设置在所述仪表室的面板上。
5.根据权利要求1所述的线监测断路器机械状态的智能电力仪表，其特征在于，所述电流测量装置包括：
绝缘壳体；
磁片，固定设置在所述绝缘壳体的内壁上；
半磁芯线圈，设置在所述绝缘壳体内；其中，所述半磁芯线圈包括具有开口的环形磁芯，以及均匀环绕在所述环形磁芯的漆包线圈；
BNC接头，所述BNC设置在所述绝缘壳体上，且穿出所述绝缘壳体；所述BNC接头中位于所述绝缘壳体内的部分分别与所述漆包线圈的首端和末端连接，位于所述绝缘壳体外的部分与所述状态诊断装置连接。
6.根据权利要求5所述的线监测断路器机械状态的智能电力仪表，其特征在于，所述漆包线圈的末端穿过均匀环绕在所述环形磁芯上的漆包线圈，返回首端，形成返回匝线圈。
7.根据权利要求1所述的线监测断路器机械状态的智能电力仪表，其特征在于，所述状态诊断装置包括：
第一放大滤波电路，与所述电流测量装置连接，用于对所述控制回路的电流进行放大、滤波处理，得到处理后的模拟电流信号；
第一模数转换电路，与所述第一放大滤波电路连接，用于对处理后的模拟电流信号进行模数转换，得到数字电流信号；
第二放大滤波电路，与所述振动测量装置连接，用于对所述开关柜的振动信号进行放大、滤波处理，得到处理后的模拟振动信号；
第二模数转换电路，与所述第二放大滤波电路连接，用于对处理后的模拟振动信号进行模数转换，得到数字振动信号；
主控制电路，分别与所述第一模数转换电路及第二模数转换电路连接，用于根据数字电流信号和数字振动信号，确定所述断路器的机械状态。
8.根据权利要求7所述的线监测断路器机械状态的智能电力仪表，其特征在于，所述主控制电路为STC14E23E微处理器。
9.根据权利要求1所述的线监测断路器机械状态的智能电力仪表，其特征在于，所述智能电力仪表还包括：
电源适配器，与外接电源连接；
稳压芯片，分别连接所述电源适配器和状态诊断装置，用于将电源适配器输出的电压保持为恒定电压，并输送至所述状态诊断装置。
10.一种高压开关柜，其特征在于，所述高压开关柜包括权利要求1-9中任一项所述的智能电力仪表。
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