CN110174613A - 一种隔离开关的状态监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隔离开关的状态监测装置及方法，监测装置包括终端层、网络层以及平台层，终端层包括安装在隔离开关上的智能传感器组件，智能传感器组件包括触头测温采集单元、机械特性采集单元、图像监拍采集单元、双确认信号采集单元以及隔离开关支柱绝缘子泄流电流采集单元；网络层包括综合检测单元，平台层包括综合诊断分析平台，终端层采集隔离开光的各项状态数据，综合监测单元接收终端层采集的各种数据并进行数据多源聚合分析、状态评估及协议转换，转换后的数据通过传输至平台层，由平台层的综合诊断分析平台进行数据的分析、故障预警及趋势判别；本发明能够解决目前普通型隔离刀闸存在的问题，提高设备检修效率，减轻运维工作强度。

Description

一种隔离开关的状态监测装置及方法

技术领域

本发明涉及电力系统在线监测技术领域，具体涉及一种隔离开关的状态监测装置及方法。

背景技术

高压隔离开关作为电力系统重要开关设备之一，在系统一次设备中使用数量最大，主要起到隔离电压的作用，保证其他电气设备在检修工作时的安全。由于制造、安装、使用环境以及运行维护等原因，高压隔离开关经常存在导流部分过热、传动机构卡涩、拒动、操作瓷瓶断裂等缺陷，严重影响电网系统安全稳定运行。

检测高压隔离开关分合是否到位的传统方法，是依靠人检修人员在现场肉眼观察，或者通过采集高压隔离开关动作时的视频，根据检修人员的视觉判断高压隔离开关分合是否到位。这种检测方式的准确度偏低，很大程度上受到检修人员主观意识的影响；并且随着智能电网建设的大规模推进，这种检修方式的工作量大越来越大，另外由于运行维护人员对不同厂家设备性能了解不深，不能很好地满足检修质量。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种隔离开关的状态监测装置及方法，能够解决目前普通型隔离刀闸存在的问题（如：触头发热监管不及时、操作不到位、零部件锈蚀、绝缘性能下降等），提高设备检修效率，减轻运维工作强度。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种隔离开关的状态监测装置，包括终端层、网络层以及平台层，所述终端层包括安装在隔离开关上的智能传感器组件，智能传感器组件包括触头测温采集单元、机械特性采集单元、图像监拍采集单元、双确认信号采集单元以及隔离开关支柱绝缘子泄流电流采集单元；所述网络层包括综合检测单元，平台层包括综合诊断分析平台，所述终端层采集隔离开光的各项状态数据，综合监测单元接收终端层采集的各种数据并进行数据多源聚合分析、状态评估及协议转换，转换后的数据通过传输至平台层，由平台层的综合诊断分析平台进行数据的分析、故障预警及趋势判别；

所述触头测温采集单元包括声表面波传感器、发射接收天线以及采集器，声表面波传感器安装在隔离开关的主导电臂上，采集器通过天线采集由声表面波传感器反射回来的包含温度信息的无线电信号，经处理发送至综合监测单元；

所述机械特性采集单元包括角度传感器、电流传感器、电压传感器、断口信号测量器和处理器，角度传感器与高压隔离开关主轴连接，电流传感器和电压传感器均与高压隔离开关的电机连接，断口信号测量器与高压隔离开关的断口连接，角度传感器、电流传感器、电压传感器以及断口信号测量器均与处理器电连接；

所述图像监拍采集器包括图像监拍设备、数据传输装置以及存储器，图像监拍设备根据开关动作信息采集开关动作影像，开关数据传输装置读取并发送开关动作影像至存储器，存储器接收并存储开关动作影像；

所述双确认信号采集单元包括姿态传感器、接收装置以及连接姿态传感器和接收装置的信号传输线，姿态传感器安装在传动拐臂靠近动触头的一侧，接收装置与综合监测单元无线通讯连接；

所述隔离开关支柱绝缘子泄流电流采集单元包括电流互感器、泄露电流采集模块、处理器以及通讯模块，电流互感器安装在隔离开关支柱绝缘子处，电流互感器通过泄露电流采集模块与处理器连接，处理器通过通讯模块与综合检测单元无线通讯连接。

作为本发明一种隔离开关的状态监测装置的进一步优化：所述角度传感器为WYT-AT-1型角度传感器。

作为本发明一种隔离开关的状态监测装置的进一步优化：所述图像监拍设备为带云台的星光级图像监拍设备。

作为本发明一种隔离开关的状态监测装置的进一步优化：所述姿态传感器包括用于测量隔离开关三种欧拉角变化量的六轴姿态传感模块以及与姿态传感模块连接的处理器。

作为本发明一种隔离开关的状态监测装置的进一步优化：所述电流互感器为闭口霍尔传感器。

一种隔离开关的状态监测方法，通过安装在隔离开关上的触头测温采集单元、机械特性采集单元、图像监拍采集单元、双确认信号采集单元以及隔离开关支柱绝缘子泄流电流采集单元采集隔离开关的各项状态数据，上述数据通过无线方式传输至综合监测单元，由综合监测单元对数据进行多源聚合分析、状态评估及协议转换，转换后的数据传输至综合诊断分析平台进行数据的分析、故障预警及趋势判别，具体方法如下：

A：隔离开关触头温度在线监测

通过安装在隔离开关的主导电臂上声表面波传感器采集主导电臂处的温度数据，并将温度数据实时传输至综合监测单元；

B：隔离开关机械状态在线监测

通过与高压隔离开关主轴连接角度传感器测量主轴的旋转角度，通过与隔离开关的电机连接的电流传感器和电压传感器测量电机电流和电压，通过与高压隔离开关的断口连接的断口信号测量器，在断口上外加直流电压信号进行端口状态的测量，处理器根据旋转角度、电机电流、电机电压和端口状态测量信号确定高压隔离开关的机械状态；

C：隔离开关在线监拍

将监控摄像头安装在隔离开关地电位金属结构件合适位置，保证视野范围内记录到开关的影像清晰完整，设备正常运行时，监控摄像头开启，对目标区域内的开关进行摄像记录，当开关进行动作而生成刀闸动作信息时，监控摄像头将开关动作后的运行状态进行图片采集，生成静态的图像记录，摄像记录与图像记录组成了开关装置的开关动作影像；

D：隔离开关分合闸动作双确认

D1：由隔离开关自身的辅助开关节点位置遥信功能对隔离开关的分合闸位置进行判断，若隔离开关分位节点闭合且合位节点断开，则隔离开关位置遥信由合变分，若隔离开关分位节点断开且合位节点闭合，则隔离开关位置遥信由分变合；

D2：通过姿态传感器对隔离开关的分合闸位置进行判断，并将分合闸信号传输给接收装置；

D3：若隔离开关位置遥信由合变分，且接收装置接收到的姿态传感器传输的信号为分闸到位信号，则说明隔离开关已分闸到位，若隔离开关位置遥信由分变合，且接收装置接收到的姿态传感器传输的信号为合闸到位信号，则说明隔离开关已合闸到位;

E：隔离开关绝缘状态在线监测

通过电流互感器获取绝缘子的表面泄漏电流信号，同时电流互感器将电流信号转换为电压信号，并通过泄漏电流采集模块传输至处理器，处理器将信号通过通讯模块传输至综合监测单元。

有益效果

一、本发明的隔离开关的状态监测装置及方法能够对高压隔离开关在运行中的状态进行全方位监测，能够及时发现隔离开关出现触头大量发热、刀闸开合不到位、绝缘性能下降等问题，避免安全事故的发生；

二、本发明的隔离开关的状态监测装置能够构建跨平台就地监控系统，集成隔离开关各监测子系统，进行就地与远程展示。

附图说明

图1为本发明隔离开关的状态监测装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施方式进一步对本发明的技术方案进行阐述。

如图所示：一种隔离开关的状态监测装置，包括终端层、网络层以及平台层，所述终端层包括安装在隔离开关上的智能传感器组件，智能传感器组件包括触头测温采集单元、机械特性采集单元、图像监拍采集单元、双确认信号采集单元以及隔离开关支柱绝缘子泄流电流采集单元；所述网络层包括综合检测单元，综合监测单元即通讯管理机，经由就地监测单元可实现多种类型的监控数据实时采集，并将实时数据重新打包处理，通过以太网/光纤接口上传至后台监控上级主站等，实现电力系统的自动化测控管理。平台层包括综合诊断分析平台，所述终端层采集隔离开光的各项状态数据，综合监测单元接收终端层采集的各种数据并进行数据多源聚合分析、状态评估及协议转换，转换后的数据通过传输至平台层，由平台层的综合诊断分析平台进行数据的分析、故障预警及趋势判别。数据可透明转发给上级调度监控系统；能接收上级调度自动化系统下发的控制命令并转发设备；具备接口丰富，可实现单通道采集多通道转发；对数据采集数据进行工程系统转换；支持规约对时及SNTP对时功能，且与各就地监测单位对时，整套系统不必单独加装对时服务器；可查看系统实时运行日志并存盘；图形化的远程参数设置及查看界面。

触头测温采集单元包括声表面波传感器、发射接收天线以及采集器，声表面波传感器安装在隔离开关的主导电臂上，采集器通过天线采集由声表面波传感器反射回来的包含温度信息的无线电信号，经处理发送至综合监测单元。

机械特性采集单元包括角度传感器、电流传感器、电压传感器、断口信号测量器和处理器，角度传感器与高压隔离开关主轴连接，电流传感器和电压传感器均与高压隔离开关的电机连接，断口信号测量器与高压隔离开关的断口连接，角度传感器、电流传感器、电压传感器以及断口信号测量器均与处理器电连接。角度传感器能够测量0-360°的角度，输出为0V-5V的电压信号，电流传感器是直接将电流钳夹住电机电流线的某一相上)，电流传感器的输出端通过同轴线直接接于数据采集卡的通道上。电压传感器的安装方法类似，只是其两个输入端子分别接于电机电源进线端，隔离开关断口信号通过在断 口上外加直流电压信号的方式进行测量。

图像监拍采集器包括图像监拍设备、数据传输装置以及存储器，图像监拍设备根据开关动作信息采集开关动作影像，开关数据传输装置读取并发送开关动作影像至存储器，存储器接收并存储开关动作影像。将监控摄像头安装在隔离开关地电位金属结构件合适位置，保证视野范围内记录到开关的影像清晰完整，设备正常运行时，监控摄像头开启，对目标区域内的开关进行摄像记录，当开关进行动作而生成刀闸动作信息时，监控摄像头将开关动作后的运行状态进行图片采集，生成静态的图像记录，摄像记录与图像记录组成了开关装置的开关动作影像。

双确认信号采集单元包括姿态传感器、接收装置以及连接姿态传感器和接收装置的信号传输线，姿态传感器安装在传动拐臂靠近动触头的一侧，接收装置与综合监测单元无线通讯连接。1：由隔离开关自身的辅助开关节点位置遥信功能对隔离开关的分合闸位置进行判断，若隔离开关分位节点闭合且合位节点断开，则隔离开关位置遥信由合变分，若隔离开关分位节点断开且合位节点闭合，则隔离开关位置遥信由分变合；2：通过姿态传感器对隔离开关的分合闸位置进行判断，并将分合闸信号传输给接收装置。具体为：首先，姿态传感器在隔离开关上安装后进行标定，标定分闸到位为0°，然后，再操作隔离开关3次，测量分闸到位于合闸到位之间的角度值，求平均取得分合闸之间角度值，设置分闸到位判别阈值A，合闸到位判别阈值B，标定后，姿态传感器进行正常工作状态，则姿态传感器满足如下要求：

操作隔离开关分闸操作时，若分闸实际角度为C，则无论何时，姿态传感器应给出如下判别：当-A≤C≤+A时，姿态传感器给出分闸到位信号，当C＜-A或C＞+A时，姿态传感器给出分闸异常信号；操作隔离开关合闸操作时，若合闸实际角度为C，则无论何时，姿态传感器应给出如下判别：当A-B≤C≤A+B时，姿态传感器给出合闸到位信号，当C＜A-B或C＞A+B时，姿态传感器给出合闸异常信号。3：若隔离开关位置遥信由合变分，且接收装置接收到的姿态传感器传输的信号为分闸到位信号，则说明隔离开关已分闸到位，若隔离开关位置遥信由分变合，且接收装置接收到的姿态传感器传输的信号为合闸到位信号，则说明隔离开关已合闸到位;

隔离开关支柱绝缘子泄流电流采集单元包括电流互感器、泄露电流采集模块、处理器以及通讯模块，电流互感器安装在隔离开关支柱绝缘子处，电流互感器通过泄露电流采集模块与处理器连接，处理器通过通讯模块与综合检测单元无线通讯连接。通过电流互感器获取绝缘子的表面泄漏电流信号，同时电流互感器将电流信号转换为电压信号，并通过泄漏电流采集模块传输至处理器，处理器将信号通过通讯模块传输至综合监测单元。通过分析监测数据可及时发现绝缘子潜在的故障并为状态检修提供重要的数据依据，为电力系统安全、可靠、稳定、经济的运行提供了一个强力、可靠的保证，为运行检修人员提供可靠的设备绝缘信息和科学的检修依据，从而达到减少事故发生，延长检修间隔，减少停电检修次数和时间，提高设备利用率和整体经济效益的目的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改和材质变化、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种隔离开关的状态监测装置，其特征在于：包括终端层、网络层以及平台层，所述终端层包括安装在隔离开关上的智能传感器组件，智能传感器组件包括触头测温采集单元、机械特性采集单元、图像监拍采集单元、双确认信号采集单元以及隔离开关支柱绝缘子泄流电流采集单元；所述网络层包括综合检测单元，平台层包括综合诊断分析平台，所述终端层采集隔离开光的各项状态数据，综合监测单元接收终端层采集的各种数据并进行数据多源聚合分析、状态评估及协议转换，转换后的数据通过传输至平台层，由平台层的综合诊断分析平台进行数据的分析、故障预警及趋势判别；

所述触头测温采集单元包括声表面波传感器、发射接收天线以及采集器，声表面波传感器安装在隔离开关的主导电臂上，采集器通过天线采集由声表面波传感器反射回来的包含温度信息的无线电信号，经处理发送至综合监测单元；

所述机械特性采集单元包括角度传感器、电流传感器、电压传感器、断口信号测量器和处理器，角度传感器与高压隔离开关主轴连接，电流传感器和电压传感器均与高压隔离开关的电机连接，断口信号测量器与高压隔离开关的断口连接，角度传感器、电流传感器、电压传感器以及断口信号测量器均与处理器电连接；

所述图像监拍采集器包括图像监拍设备、数据传输装置以及存储器，图像监拍设备根据开关动作信息采集开关动作影像，开关数据传输装置读取并发送开关动作影像至存储器，存储器接收并存储开关动作影像；

所述双确认信号采集单元包括姿态传感器、接收装置以及连接姿态传感器和接收装置的信号传输线，姿态传感器安装在传动拐臂靠近动触头的一侧，接收装置与综合监测单元无线通讯连接；

所述隔离开关支柱绝缘子泄流电流采集单元包括电流互感器、泄露电流采集模块、处理器以及通讯模块，电流互感器安装在隔离开关支柱绝缘子处，电流互感器通过泄露电流采集模块与处理器连接，处理器通过通讯模块与综合检测单元无线通讯连接。

2.如权利要求1所述一种隔离开关的状态监测装置，其特征在于：所述角度传感器为WYT-AT-1型角度传感器。

3.如权利要求1所述一种隔离开关的状态监测装置，其特征在于：所述图像监拍设备为带云台的星光级图像监拍设备。

4.如权利要求1所述一种隔离开关的状态监测装置，其特征在于：所述姿态传感器包括用于测量隔离开关三种欧拉角变化量的六轴姿态传感模块以及与姿态传感模块连接的处理器。

5.如权利要求1所述一种隔离开关的状态监测装置，其特征在于：所述电流互感器为闭口霍尔传感器。

6.一种隔离开关的状态监测方法，其特征在于：通过安装在隔离开关上的触头测温采集单元、机械特性采集单元、图像监拍采集单元、双确认信号采集单元以及隔离开关支柱绝缘子泄流电流采集单元采集隔离开关的各项状态数据，上述数据通过无线方式传输至综合监测单元，由综合监测单元对数据进行多源聚合分析、状态评估及协议转换，转换后的数据传输至综合诊断分析平台进行数据的分析、故障预警及趋势判别，具体方法如下：

A：隔离开关触头温度在线监测

通过安装在隔离开关的主导电臂上声表面波传感器采集主导电臂处的温度数据，并将温度数据实时传输至综合监测单元；

B：隔离开关机械状态在线监测

通过与高压隔离开关主轴连接角度传感器测量主轴的旋转角度，通过与隔离开关的电机连接的电流传感器和电压传感器测量电机电流和电压，通过与高压隔离开关的断口连接的断口信号测量器，在断口上外加直流电压信号进行端口状态的测量，处理器根据旋转角度、电机电流、电机电压和端口状态测量信号确定高压隔离开关的机械状态；

C：隔离开关在线监拍

将监控摄像头安装在隔离开关地电位金属结构件合适位置，保证视野范围内记录到开关的影像清晰完整，设备正常运行时，监控摄像头开启，对目标区域内的开关进行摄像记录，当开关进行动作而生成刀闸动作信息时，监控摄像头将开关动作后的运行状态进行图片采集，生成静态的图像记录，摄像记录与图像记录组成了开关装置的开关动作影像；

D：隔离开关分合闸动作双确认

D1：由隔离开关自身的辅助开关节点位置遥信功能对隔离开关的分合闸位置进行判断，若隔离开关分位节点闭合且合位节点断开，则隔离开关位置遥信由合变分，若隔离开关分位节点断开且合位节点闭合，则隔离开关位置遥信由分变合；

D2：通过姿态传感器对隔离开关的分合闸位置进行判断，并将分合闸信号传输给接收装置；

D3：若隔离开关位置遥信由合变分，且接收装置接收到的姿态传感器传输的信号为分闸到位信号，则说明隔离开关已分闸到位，若隔离开关位置遥信由分变合，且接收装置接收到的姿态传感器传输的信号为合闸到位信号，则说明隔离开关已合闸到位;

E：隔离开关绝缘状态在线监测

通过电流互感器获取绝缘子的表面泄漏电流信号，同时电流互感器将电流信号转换为电压信号，并通过泄漏电流采集模块传输至处理器，处理器将信号通过通讯模块传输至综合监测单元。