CN110048336A - 一种全电机驱动的gis开关设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种全电机驱动的GIS开关设备，包括GIS本体以及监控装置，GIS本体包括断路器部分、隔离开关部分和接地开关部分，断路器部分包括断路器以及设置有用于控制断路器分、合闸的伺服电机模块，隔离开关部分包括隔离开关以及设置有用于控制隔离开关分、合闸的伺服电机模块，接地开关部分包括接地开关以及设置有用于控制接地开关分、合闸的伺服电机模块，减小设备体积和重量；监控装置与断路器伺服电机模块、隔离开关伺服电机模块和接地开关伺服电机模块相连接，以控制断路器、隔离开关和接地开关进行分、合闸操作，并处理绝缘气体状态、局部放电状态等监测信息，对设备可靠性进行监测和评估，减小设备体积和重量，降低GIS开关设备的故障率。

Description

一种全电机驱动的GIS开关设备

技术领域

本发明属于GIS开关设备技术领域，具体涉及一种全电机驱动的GIS开关设备。

背景技术

目前，在GIS开关设备开发方面，只是把计算机技术、传感器技术、电磁兼容技术、数据处理与通信技术应用到GIS开关设备上，实现设备外围的测量与控制，GIS开关设备本身的开发却很少。

现有的GIS开关设备中的开关器件，比如断路器、隔离开关和接地开关通常采用常规的操动机构进行驱动，由于操动机构的本身特性原因，操动机构的零部件多，传动环节复杂，传感器部署困难。因此，受现有的操动机构的限制，现有大部分GIS开关设备普遍存在以下问题：内部的断路器、隔离开关和接地开关对应的操动机构的零部件多，结构比较复杂，故障率比较高，而且传动环节复杂，传感器部署困难。而且，GIS开关设备中的关键机械状态参量只能在分、合闸操作过程中测量，难以实现较精确的状态评估，而且状态监测和评估不参与控制，可控性较差等问题比较突出，导致现有GIS开关设备技术发展受到一定程度的制约。

发明内容

本发明的目的是提供一种全电机驱动的GIS开关设备，用于解决现有GIS开关设备内部的断路器、隔离开关和接地开关对应的操动机构的零部件多造成GIS开关设备的结构比较复杂以及故障率比较高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出一种全电机驱动的GIS开关设备，包括GIS本体以及监控装置，所述GIS本体包括断路器部分、隔离开关部分和接地开关部分，所述断路器部分包括断路器以及设置有用于控制断路器分、合闸的伺服电机模块，隔离开关部分包括隔离开关以及设置有用于控制隔离开关分、合闸的伺服电机模块，接地开关部分包括接地开关以及设置有用于控制接地开关分、合闸的伺服电机模块；

所述监控装置分别与断路器的伺服电机模块、隔离开关的伺服电机模块和接地开关的伺服电机模块相连接，以控制断路器、隔离开关和接地开关进行分、合闸操作。

本发明的GIS开关设备，对应断路器、隔离开关、接地开关分别设置了断路器的伺服电机模块、隔离开关的伺服电机模块、接地开关的伺服电机模块，并由监控装置控制相应伺服电机模块中的伺服电机直接驱动断路器、隔离开关、接地开关的分、合闸。本发明的GIS开关设备的结构简单，且相对于现有GIS开关设备内部的断路器、隔离开关和接地开关对应的操动机构，本发明的GIS开关设备只有伺服电机模块，减少了现有操动机构内的零部件和传动环节，如储能结构、传动连杆、齿轮等部分，减小了设备体积和重量的同时，降低了GIS开关设备的故障率。

为能够实时监测断路器、隔离开关和接地开关的分、合闸位置信息及动作特性信息，所述断路器的伺服电机模块包括用于检测断路器分、合闸位置及动作特性的断路器状态检测模块，所述隔离开关的伺服电机模块包括用于检测隔离开关分、合闸位置及动作特性的隔离开关状态检测模块，所述接地开关的伺服电机模块包括用于检测接地开关分、合闸位置及动作特性的接地开关状态检测模块，所述监控装置分别与所述断路器状态检测模块、隔离开关状态检测模块和接地开关状态检测模块相连接，以采样断路器、隔离开关和接地开关的分、合闸位置信息及动作特性信息。

进一步，所述第一开关动作特性曲线检测器件集成在断路器的伺服电机模块中的伺服电机中，所述第二开关动作特性曲线检测器件集成在隔离开关的伺服电机模块中的伺服电机中，所述第三开关动作特性曲线检测器件集成在接地开关的伺服电机模块中的伺服电机中。

监控装置根据第一开关动作特性曲线检测器件发送的动作特性曲线确定断路器的动作特性及断路器分、合闸位置，根据第二开关动作特性曲线检测器件发送的动作特性曲线确定隔离开关的动作特性及隔离开关分、合闸位置，以及根据第三开关动作特性曲线检测器件发送的动作特性曲线确定接地开关的动作特性及接地开关分、合闸位置。

为减小设备体积，所述第一开关动作特性曲线检测器件集成在断路器的伺服电机模块中的伺服电机中，所述第二开关动作特性曲线检测器件集成在隔离开关的伺服电机模块中的伺服电机中，所述第三开关动作特性曲线检测器件集成在接地开关的伺服电机模块中的伺服电机中。

为保证减少硬件成本，所述监控装置内一体化集成有主控模块、状态监测智能电子设备和伺服电机驱动模块，所述主控模块分别与所述状态监测智能电子设备和伺服电机驱动模块相连接，所述状态监测智能电子设备实现断路器、隔离开关和接地开关的分、合闸位置信息及动作特性信息的监测，所述伺服电机驱动模块用于对断路器的伺服电机中的伺服电机、隔离开关的伺服电机中的伺服电机和接地开关的伺服电机中的伺服电机进行驱动，以实现断路器、隔离开关和接地开关的分、合闸操作。另外，所述监控装置内还集成有与伺服电机驱动模块对应的储能阵列和隔离变压器。

进一步，所述GIS本体还包括局部放电检测模块，所述局部放电检测模块连接所述监控装置，用于将检测得到的数据信息输出给状态监测智能电子设备，以实现局部放电的监测。

进一步，所述GIS本体还包括绝缘气体检测模块，所述绝缘气体检测模块连接所述监控装置，用于将检测得到的数据信息输出给状态监测智能电子设备，以实现绝缘气体的监测。

监控装置还包括有通信模块，用于与外部测控设备进行通信。

所述监控装置还用于接收包括GIS本体中绝缘气体检测模块发送的绝缘气体状态、局部放电检测模块发送的局部放电状态的监测信息，根据所述监测信息对设备的可靠性进行监测和评估。

附图说明

图1是本发明的GIS开关设备架构示意图；

图2是本发明的伺服电机模块与GIS本体集成设计示意图；

标号说明如下：

1—GIS本体，2—现有技术中的操动机构，3—伺服电机模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

本实施例提出一种GIS开关设备，其架构如图1所示，该GIS开关设备包括GIS本体以及监控装置，GIS本体包括断路器部分、隔离开关部分和接地开关部分，还包括局部放电检测模块和绝缘气体检测模块(分别对应图1中的局部放电传感器和气体状态传感器)。其中，断路器部分包括断路器、断路器伺服电机模块(包含伺服电机和断路器状态检测模块)，断路器伺服电机模块中的伺服电机直接驱动连接断路器灭弧室内的拐臂，以带动断路器的动触头动作，实现通过断路器伺服电机直接驱动断路器的分、合闸。该断路器状态检测模块用于检测断路器动作特性及分、合闸位置。

隔离开关部分包括隔离开关、隔离开关电机伺服电机模块(包括伺服电机和隔离开关状态检测模块)，隔离开关电机伺服电机直接驱动连接隔离开关的动触头连杆，以带动隔离开关的动触头动作，实现通过隔离开关伺服电机直接驱动隔离开关的分、合闸。上述隔离开关状态检测模块用于检测隔离动作特性及开关分、合闸位置。

接地开关部分包括接地开关、接地开关伺服电机模块(包括伺服电机和接地开关状态检测模块)，接地开关伺服电机直接驱动连接接地开关的动触头连接杆，以带动接地开关的动触头动作，实现通过接地开关伺服电机直接驱动接地开关的分、合闸。以上接地开关状态检测模块用于检测接地开关动作特性及分、合闸位置。

上述各伺服电机模块(即断路器伺服电机模块、隔离开关电机伺服电机模块、接地开关伺服电机模块)与GIS本体进行集成设计，如图2所示，伺服电机模块3采用直插方式与GIS本体1直连，直接驱动相应开关或刀闸动触头的拐臂，减少了现有技术中的操动机构2内的储能结构、传动连杆、齿轮、辅助开关等传动部件。

监控装置分别与断路器伺服电机、隔离开关伺服电机和接地开关伺服电机相连接，以控制断路器、隔离开关和接地开关进行分、合闸操作。监控装置分别与断路器状态检测模块、隔离开关状态检测模块和接地开关状态检测模块相连接，以采样断路器、隔离开关和接地开关的分、合闸时间及速度、行程等动作特性信息，和分、合闸位置信息。

图1中的断路器、隔离开关、接地开关直接由相应伺服电机模块中伺服电机驱动，伺服电机模块直接连接监控装置，并接收来监控装置的控制动作指令，通过伺服电机模块中的状态检测模块上传断路器、隔离开关和接地开关的分、合闸时间和速度、行程等动作特性信息，以及分、合闸位置信息。

具体的，监控装置内一体化集成有主控模块、状态监测智能电子设备和伺服电机驱动模块，主控模块分别与状态监测智能电子设备和伺服电机驱动模块相连接，状态监测智能电子设备与断路器、隔离开关和接地开关伺服电机模块中的相应状态监测模块连接，实现断路器、隔离开关和接地开关的分、合闸时间、速度、行程等动作特性信息和分、合闸位置信息的监测，伺服电机驱动模块用于对断路器伺服电机模块中的伺服电机、隔离开关伺服电机模块中的伺服电机和接地开关伺服电机模块的伺服电机进行驱动，以实现断路器、隔离开关和接地开关的分、合闸操作。

上述局部放电检测模块连接监控装置的状态监测智能电子设备，用于将检测得到的数据信息输出给状态监测智能电子设备，以实现局部放电的监测。

上述绝缘气体检测模块连接监控装置的状态监测智能电子设备，用于将检测得到的数据信息输出给状态监测智能电子设备，以实现绝缘气体的监测。

本实施例中的断路器状态检测模块为用于检测断路器动作特性曲线的第一开关动作特性曲线检测器件，用于检测断路器的分、合闸时间、速度、行程等特性信息，隔离开关状态检测模块为用于检测隔离开关动作特性曲线的第二开关动作特性曲线检测器件，用于检测隔离开关的分、合闸时间、速度、行程等特性信息，接地开关状态检测模块为用于检测接地开关动作特性曲线的第三开关动作特性曲线检测器件，用于检测接地开关的分、合闸时间、速度、行程等特性信息。

监控装置中的状态监测智能电子设备根据第一开关动作特性曲线检测器件发送的动作特性曲线确定断路器分、合闸位置，根据第二开关动作特性曲线检测器件发送的动作特性曲线确定隔离开关分、合闸位置，以及根据第三开关动作特性曲线检测器件发送的动作特性曲线确定接地开关分、合闸位置。

具体的，该第一开关动作特性曲线检测器件集成在断路器的伺服电机模块中，第二开关动作特性曲线检测器件集成在隔离开关的伺服电机模块中，第三开关动作特性曲线检测器件集成在接地开关的伺服电机模块中。

监控装置还包括通信模块，用于与外部测控设备进行通信，外部测控设备如变电站后台测控装置与保护装置。

另外，监控装置内还集成有与伺服电机驱动模块对应的储能阵列和隔离变压器，监控装置布置在GIS智能组件柜内。

本实施例中的控制断路器、隔离开关、接地开关分、合闸的伺服电机直接连接相应的动触头连杆，带动动触头动作，并由监控装置的主控模块控制，，并实时接收分、合闸的控制命令。相应伺服电机的动作特性以及位置状态直接上传至监控装置的状态监测智能电子设备本实施例中的每个电机驱动操动机构实际上只保留一台伺服电机模块，相比现有技术中的操动机构，本发明的伺服电机模块减少了传统操动机构的储能结构、传动连杆、齿轮、辅助开关等部分，每台伺服电机模块只保留电源线和控制线、检测器件数据通讯线，减少了现有操动机构与智能组件柜之间的连线，有利于接口的标准化，方便运行维护管理。本发明不需要设计辅助开关，直接由监控装置根据伺服电机模块中状态监测模块上传的动作特性曲线运算得出断路器、隔离开关、接地开关的分、合闸位置，并以数字信号上传至后台测控装置，进一步减少了设备间接线。

本发明通过采用伺服电机直接驱动开关设备(断路器、隔离开关和接地开关)，减小操动机构体积及重量，增强了设备的市场竞争力；并通过集中布置主控模块、状态监测智能电子设备、伺服电机驱动模块及其对应的储能阵列和隔离变压器，方便运行维护管理。

本发明可通过伺服电机对智能GIS开关设备进行精准控制，对开关动作特性曲线进行实时监测，并对开关设备动作特性进行评估，也可接收局部放电检测模块、绝缘气体检测模块的状态监测信息，并对监测数据进行运算处理，实现对GIS开关设备状态进行综合性的监测和评估，满足未来智能电网的发展需求，有很好的市场前景。

本发明将储能阵列、隔离升压变器、辅助控制回路等布置在智能组件柜内，与智能组件柜的电源系统、辅助系统集成化设计，以适应智能变电站一次设备智能化的迅速发展和满足未来变电站设备“集成化智能设备”的技术特征。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，例如，主控模块可采用多CPU进行交互，例如采用伺服控制器和智能终端，伺服控制器分别与状态监测智能电子设备和伺服电机驱动模块相连接，用于根据智能终端或上层网路命令，以及对状态监测智能电子设备的监测情况进行评估，实现对各伺服电机驱动模块的控制；智能终端用于实现开关量和模拟量采集功能、开关量输出功能和接收保护跳合闸命令等功能。因此，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种全电机驱动的GIS开关设备，其特征在于，包括GIS本体以及监控装置，所述GIS本体包括断路器部分、隔离开关部分和接地开关部分，所述断路器部分包括断路器以及设置有用于控制断路器分、合闸的伺服电机模块，隔离开关部分包括隔离开关以及设置有用于控制隔离开关分、合闸的伺服电机模块，接地开关部分包括接地开关以及设置有用于控制接地开关分、合闸的伺服电机模块；

所述监控装置分别与断路器的伺服电机模块、隔离开关的伺服电机模块和接地开关的伺服电机模块相连接，以控制断路器、隔离开关和接地开关进行分、合闸操作。

2.根据权利要求1所述的全电机驱动的GIS开关设备，其特征在于，所述断路器的伺服电机模块包括用于检测断路器分、合闸位置及动作特性的断路器状态检测模块，所述隔离开关的伺服电机模块包括用于检测隔离开关分、合闸位置及动作特性的隔离开关状态检测模块，所述接地开关的伺服电机模块包括用于检测接地开关分、合闸位置及动作特性的接地开关状态检测模块，所述监控装置分别与所述断路器状态检测模块、隔离开关状态检测模块和接地开关状态检测模块相连接，以采样断路器、隔离开关和接地开关的分、合闸位置信息及动作特性信息。

3.根据权利要求2所述的全电机驱动的GIS开关设备，其特征在于，所述监控装置内一体化集成有主控模块、状态监测智能电子设备和伺服电机驱动模块，所述主控模块分别与所述状态监测智能电子设备和伺服电机驱动模块相连接，所述状态监测智能电子设备实现断路器、隔离开关和接地开关的分、合闸位置信息及动作特性信息的监测，所述伺服电机驱动模块用于对断路器的伺服电机中的伺服电机、隔离开关的伺服电机中的伺服电机和接地开关的伺服电机中的伺服电机进行驱动，以实现断路器、隔离开关和接地开关的分、合闸操作。

4.根据权利要求3所述的全电机驱动的GIS开关设备，其特征在于，所述GIS本体还包括局部放电检测模块，所述局部放电检测模块连接所述监控装置，用于将检测得到的数据信息输出给状态监测智能电子设备，以实现局部放电的监测。

5.根据权利要求4所述的全电机驱动的GIS开关设备，其特征在于，所述GIS本体还包括绝缘气体检测模块，所述绝缘气体检测模块连接所述监控装置，用于将检测得到的数据信息输出给状态监测智能电子设备，以实现绝缘气体的监测。

6.根据权利要求2所述的全电机驱动的GIS开关设备，其特征在于，所述断路器状态检测模块为用于检测断路器动作特性曲线的第一开关动作特性曲线检测器件，所述隔离开关状态检测模块为用于检测隔离开关动作特性曲线的第二开关动作特性曲线检测器件，所述接地开关状态检测模块为用于检测接地开关动作特性曲线的第三开关运动特性曲线检测器件。

7.根据权利要求6所述的全电机驱动的GIS开关设备，其特征在于，所述第一开关动作特性曲线检测器件集成在断路器的伺服电机模块中的伺服电机中，所述第二开关动作特性曲线检测器件集成在隔离开关的伺服电机模块中的伺服电机中，所述第三开关动作特性曲线检测器件集成在接地开关的伺服电机模块中的伺服电机中。

8.根据权利要求3所述的全电机驱动的GIS开关设备，其特征在于，所述监控装置内还集成有与伺服电机驱动模块对应的储能阵列和隔离变压器。

9.根据权利要求8所述的全电机驱动的GIS开关设备，其特征在于，所述监控装置还包括用于与外部测控设备进行通信的通信模块。

10.根据权利要求5所述的全电机驱动的GIS开关设备，其特征在于，所述监控装置还用于接收包括GIS本体中绝缘气体检测模块发送的绝缘气体状态、局部放电检测模块发送的局部放电状态的监测信息，根据所述监测信息对设备的可靠性进行监测和评估。