CN111157841A - 用于电动操作型隔离开关二次回路的故障快速定位装置 - Google Patents
用于电动操作型隔离开关二次回路的故障快速定位装置 Download PDFInfo
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Abstract
本申请实施例提出了用于电动操作型隔离开关二次回路的故障快速定位装置，包括用于采集二次回路中电压值和电流值的采样模块；与采样模块电连接、对采集到的电压值和电流值进行数据处理并得到判断结果的逻辑分析模块；与逻辑分析模块电连接、基于判断结果进行二次数据采集的电气执行模块；对判断结果进行展示的结果显示模块；以及对采样模块、逻辑分析模块、电气执行模块以及结果显示模块供电的电源模块。通过获取检测点处的电压值、电流值，结合预设的场景连接关系，能够对故障发生的位置进行快速判定。能够及时获取隔离开关二次回路的健康状态，快速定位到故障元器件，势必可以精准实施检修策略，将大大提升设备的健康水平，节省了故障处理时间。
Description
技术领域
本发明属于线路维修领域，尤其涉及用于电动操作型隔离开关二次回路的故障快速定位装置。
背景技术
隔离开关作为变电站内重要的高压一次设备，具有隔开带电的电网、改变系统运行方式、接通或断开小电流电路等功能。隔离开关由导电构件、瓷瓶、连杆、底座和电动机构等部分组成。将隔离开关电机回路和控制回路统称为隔离开关二次回路，由电源开关、按钮、切换开关、接触器、行程开关、手动闭锁装置等组成，用以控制电动机正、反转，实现结构的分、合闸操作。电动机构由电机回路驱动电动机，经过减速箱后输出力矩操作隔离开关；控制回路实现在满足一系列的闭锁与开放功能的前提下，远方或者就地分/合隔离开关。
隔离开关的分闸或者合闸关系着电力系统运行方式的调整，涉及到供电可靠性。如果出现因隔离开关二次回路故障导致不能正常分、合闸操作，将严重影响到电力系统的稳定和后续的作业进程，故障情况紧急，必须尽可能短的时间内解决此问题。
隔离开关的二次回路封装在机构箱内，其元器件的功能失效、接线松动等异常信息无法及时获取，依靠作业人员周期性巡视也无法有效判断。另一方面，当隔离开关二次回路出现故障时，仅根据已有的表面现象不足以判断出具体是哪个元器件故障。这种无法精准定位故障点的弊端给抢修恢复工作带来一定程度的不确定性，无法有针对性地提前准备所需元器件备品，极大地延长故障处理时间。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提出了用于电动操作型隔离开关二次回路的故障快速定位装置，通过获取检测点处的电压值、电流值，结合预设的场景连接关系，能够对故障发生的位置进行快速判定。
具体的，本申请实施例提出了用于电动操作型隔离开关二次回路的故障快速定位装置，所述故障快速定位装置包括：
用于采集二次回路中电压值和电流值的采样模块；与采样模块电连接、对采集到的电压值和电流值进行数据处理并得到判断结果的逻辑分析模块；与逻辑分析模块电连接、基于判断结果进行二次数据采集的电气执行模块；对判断结果进行展示的结果显示模块；以及对采样模块、逻辑分析模块、电气执行模块以及结果显示模块供电的电源模块；
其中，采样模块基于电流量测量步骤在控制回路保护继电器节点N端到控制回路空开之间加装电流互感器，按照一定的互感器比值间接反映流过控制回路的实际电流值；
采样模块基于电压回路测量步骤获取控制回路的实际电流值以及通过电缆导线接至隔离开关结构箱端子排上，从相应端子排引出测试线测得实际电压值。
可选的，所述采样模块包括电流采样模块以及电压采样模块：
其中，电流采集模块包括穿孔式小量程电流变送器，在电流变送器的输出端电连接有AD采样元件ADS1115；AD采样元件ADS1115的SCL端脚经电阻R1连接VCC供电端3.3V，同时连接逻辑分析模块；AD采样元件ADS1115的SDA端脚经电阻R2连接VCC供电端3.3V，同时连接逻辑分析模块。
电压采集模块包括电压霍尔传感器U5，U5的原边经电压采样继电器后接入隔离开关的控制回路检测点，U5的M端脚经电阻R2连接至电流分流监控器INA139的反向输入端，INA139的正向输入端与U5的M端脚直连，INA139的输出端连接至LM358的反向输入端，LM358的输出端经电阻R7连接+50VAD端，同时还经电容C1接地，LM358的输出端还经电阻R5接地。
可选的，所述逻辑分析模块包括：
作为MCU的STM32F407VGT6芯片，用于负责装置的逻辑分析和控制功能，PE0口控制继电器触发KJD节点，用于与电气执行模块共同触发；PE1口与电气执行模块芯片相连，发送通道数据值；PB口与结果显示模块相连，用于显示判断结果。
可选的，所述电气执行模块包括：
控制芯片ATMEGA16，负责控制电压采样模块中测试引线上偶数继电器，当控制芯片中的引脚PA0接收到逻辑分析单元的触发命令后，再根据控制芯片中的引脚PD0口收到的通道数据值，通过引脚I/O口控制相应通道的继电器动作。
可选的，所述结果显示模块包括：
用于接收逻辑分析单元输出电信号并进行LED显示的LCD12864芯片。
可选的，所述电源模块包括：
用于将220V交流电转换为+24V直流的变压电路，在变压电路的输出端分别连接有用于将+24V降压为+12V的LM7812稳压芯片，以及将+24V电源转为+5V的LM2576，将+5V转为+3.3V的LD1086D2M33。
可选的，所述采样模块还用于不同运行状态下各检测点的标准电气值；
可选的，所述逻辑分析模块用于将各检测点的实测值与标准电气值进行对比，结合隔离开关的操作动作过程，判断隔离开关二次回路的故障位置。
可选的，当所述逻辑分析模块检测到电流值且偏离正常值时，说明合闸继电器阻抗值异常，并根据电流值偏离情况给出是否需要更换合闸继电器的提示信号；或
通过相对偏差衡量偏离程度，以隔离开关电气回路和控制回路在不同场景下的标准值作为参考，当某一检测位置的测量电压值出现偏差时，判断出是检测位置表征的元器件发生异常。
可选的，通过相对偏差衡量偏离程度，相对偏差＝[(正常值-测定值)/正常值]×100％，以相对偏差绝对值为20％为判断指标。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
该装置能够及时获取隔离开关二次回路的健康状态，快速定位到故障元器件，势必可以精准实施检修策略，将大大提升设备的健康水平，节省了故障处理时间，提高供电的可靠性，有助于提质增效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施提出的用于电动操作型隔离开关二次回路的故障快速定位装置的结构示意图；
图2为本申请实施提出的电流采集模块的结构示意图；
图3为本申请实施提出的电压采集模块的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
实施例一
具体的，本申请实施例提出了用于电动操作型隔离开关二次回路的故障快速定位装置，如图1所示，所述故障快速定位装置包括：
用于采集二次回路中电压值和电流值的采样模块；与采样模块电连接、对采集到的电压值和电流值进行数据处理并得到判断结果的逻辑分析模块；与逻辑分析模块电连接、基于判断结果进行二次数据采集的电气执行模块；对判断结果进行展示的结果显示模块；以及对采样模块、逻辑分析模块、电气执行模块以及结果显示模块供电的电源模块；
其中，采样模块基于电流量测量步骤在控制回路保护继电器节点N端到控制回路空开之间加装电流互感器，按照一定的互感器比值间接反映流过控制回路的实际电流值；
采样模块基于电压回路测量步骤获取控制回路的实际电流值以及通过电缆导线接至隔离开关结构箱端子排上，从相应端子排引出测试线测得实际电压值。
在实施中，使用采样模块获取不同运行状态下各检测点的标准电气值；
借助逻辑分析模块将各检测点的实测值与标准电气值进行对比，结合隔离开关的操作动作过程，判断隔离开关二次回路的故障位置。
其中，采样模块包括电流采样模块以及电压采样模块：
其中，如图2所示，电流采集模块包括穿孔式小量程电流变送器，在电流变送器的输出端电连接有AD采样元件ADS1115；AD采样元件ADS1115的SCL端脚经电阻R1连接VCC供电端3.3V，同时连接逻辑分析模块；AD采样元件ADS1115的SDA端脚经电阻R2连接VCC供电端3.3V，同时连接逻辑分析模块。
如图3所示，电压采集模块包括电压霍尔传感器U5，U5的原边经电压采样继电器后接入隔离开关的控制回路检测点，U5的M端脚经电阻R2连接至电流分流监控器INA139的反向输入端，INA139的正向输入端与U5的M端脚直连，INA139的输出端连接至LM358的反向输入端，LM358的输出端经电阻R7连接+50VAD端，同时还经电容C1接地，LM358的输出端还经电阻R5接地。
所述逻辑分析模块包括：
作为MCU的STM32F407VGT6芯片，用于负责装置的逻辑分析和控制功能，PE0口控制继电器触发KJD节点，用于与电气执行模块共同触发；PE1口与电气执行模块芯片相连，发送通道数据值；PB口与结果显示模块相连，用于显示判断结果。
所述电气执行模块包括：
控制芯片ATMEGA16，负责控制电压采样模块中测试引线上偶数继电器，当控制芯片中的引脚PA0接收到逻辑分析单元的触发命令后，再根据控制芯片中的引脚PD0口收到的通道数据值，通过引脚I/O口控制相应通道的继电器动作。
所述结果显示模块包括：
用于接收逻辑分析单元输出电信号并进行LED显示的LCD12864芯片。
所述电源模块包括：
用于将220V交流电转换为+24V直流的变压电路，在变压电路的输出端分别连接有用于将+24V降压为+12V的LM7812稳压芯片，以及将+24V电源转为+5V的LM2576，将+5V转为+3.3V的LD1086D2M33。
实施例二
基于实施例一中提出的故障定位装置，进行故障定位的操作如下：
采样模块还用于不同运行状态下各检测点的标准电气值。
在实施中，需要测量的电气量包括电压量和电流量。
电流量测量方法：在控制回路保护继电器节点N端到控制回路空开之间加装一电流互感器，按照一定的互感器比值间接反映流过控制回路的实际电流值。
电压回路测量方法：上述的关键位置检测点都是通过电缆导线接至隔离开关结构箱端子排上，检测时仅需从相应端子排引出测试线接至电压测量单元。
电压测量单元包括测试引线、继电器、电压采样电路、采样母线等组成。在每条测试引线上串接入两个继电器，并分别由两个CPU控制通断，可防止检测点通过测试引线短路，提高外置电压测量单元的可靠性；将每条测试线汇总后接入同一个电压采样电路，可优化元器件结构，节省成本。
测试时，先导通J0继电器节点，再依次导通各条测试引线上两个继电器节点，完成检测点电压采样后，断开上一条测试引线两个继电器节点再导通下一条测试引线上两个继电器节点开始采样。隔离开关二次回路中的各元器件按照一定的顺序相连构成完整的隔离开关二次回路，本专利提出将各元器件作为检测对象，判断整个回路功能是否正常。检测对象及对应端口的对应关系如表1所示。
表1检测对象及对应端口的对应关系
根据二次回路的接线方式和元器件的固有特性，以能够准确定位故障位置、尽可能少的检测点为准则，选取了如表2所示关键位置作为检测点。
表2检测对象、器件端口、检测位置以及是否检测的对应关系
表2中元器件均为两端口，接线端子靠近交流火线L的称为L端，接线端子靠近交流零线N的称为N端。
用于获取的标准电气值包括表征回路电气值有端点电压和流经电流，通过获取端点电压和流经电流的数值来判断整个回路功能是否正常。
根据隔离开关的位置状态、控制状态和动作指令等，可将其分为以下九种场景：
【场景一】远方控制合位状态、【场景二】远方控制分位状态、
【场景三】远方控制合闸过程、【场景四】远方控制分闸过程、(远方控制合闸命令、远方控制分闸命令)，
【场景五】就地控制合位状态、【场景六】就地控制分位状态、
【场景七】就地控制合闸过程、【场景八】就地控制分闸过程、(就地控制合闸命令、就地控制分闸命令)，【场景九】停止动作。
各场景均可由不同位置电压加以区分：编号A16电位值可区分出“远方/就地”；编号35电位值可区分“合位/分位”；编号29电位值可区分“合闸/分闸指令”；编号25电位值可区分是否按下“停止”按钮。
1)电压标准值
测量电压的参考点为隔离开关机构箱内的地电位。各检测点的电压值与隔离开关所处状态、操作动作行为、元器件状态有关，罗列如下：
表3待检测的电压标准值列表
2)电流标准值
检测控制回路电流值。隔离开关分闸过程或者合闸过程，控制回路导通，回路中流过电流。此回路负载为分闸(或合闸)继电器和节点。其中，节点导通时阻抗为0，分闸(或合闸)继电器为感性元器件，电抗值大于电阻值，时间常数约为0，故可近似认为电流为恒定值。因此，在场景三、四、七、八中，能够测量得到电流值(为定值，等于交流电压值/分闸(或合闸)继电器阻抗值)，其它场景时电流值为0。
可选的，所述逻辑分析模块用于将各检测点的实测值与标准电气值进行对比，结合隔离开关的操作动作过程，判断隔离开关二次回路的故障位置。
当所述逻辑分析模块检测到电流值且偏离正常值时，说明合闸继电器阻抗值异常，并根据电流值偏离情况给出是否需要更换合闸继电器的提示信号；或
通过相对偏差衡量偏离程度，以隔离开关电气回路和控制回路在不同场景下的标准值作为参考，当某一检测位置的测量电压值出现偏差时，判断出是检测位置表征的元器件发生异常。
在实施中，在场景三和场景四的合闸过程中，当检测到电流值且偏离正常值时，说明合闸继电器阻抗值异常，并根据电流值偏离情况给出是否需要更换合闸继电器的提示信号。同样，分闸过程电流异常时结果类似。通过相对偏差衡量偏离程度，相对偏差＝[(正常值-测定值)/正常值]×100％。
电流判断逻辑如表4所示。
| 序号 | 相对偏差绝对值 | 判断结果 |
| 1 | 小于10％ | 正常 |
| 2 | 10％～20％之间 | 警戒状态 |
| 3 | 大于20％ | 需要更换 |
表4电流判断逻辑
以隔离开关电气回路和控制回路在不同场景下的标准值作为参考，当某一检测位置的测量电压值出现偏差时，即可判断出是该检测位置表征的元器件发生异常。通过相对偏差衡量偏离程度，相对偏差＝[(正常值-测定值)/正常值]×100％，以相对偏差绝对值为20％为判断指标。
上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，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保护范围之内。
Claims (10)
1.用于电动操作型隔离开关二次回路的故障快速定位装置，其特征在于，所述故障快速定位装置包括：
用于采集二次回路中电压值和电流值的采样模块；与采样模块电连接、对采集到的电压值和电流值进行数据处理并得到判断结果的逻辑分析模块；与逻辑分析模块电连接、基于判断结果进行二次数据采集的电气执行模块；对判断结果进行展示的结果显示模块；以及对采样模块、逻辑分析模块、电气执行模块以及结果显示模块供电的电源模块；
其中，采样模块基于电流量测量步骤在控制回路保护继电器节点N端到控制回路空开之间加装电流互感器，按照一定的互感器比值间接反映流过控制回路的实际电流值；
采样模块基于电压回路测量步骤获取控制回路的实际电流值以及通过电缆导线接至隔离开关结构箱端子排上，从相应端子排引出测试线测得实际电压值。
2.根据权利要求1所述的用于电动操作型隔离开关二次回路的故障快速定位装置，其特征在于，所述采样模块包括电流采样模块以及电压采样模块：
其中，电流采集模块包括穿孔式小量程电流变送器，在电流变送器的输出端电连接有AD采样元件ADS1115；AD采样元件ADS1115的SCL端脚经电阻R1连接VCC供电端3.3V，同时连接逻辑分析模块；AD采样元件ADS1115的SDA端脚经电阻R2连接VCC供电端3.3V，同时连接逻辑分析模块；
电压采集模块包括电压霍尔传感器U5，U5的原边经电压采样继电器后接入隔离开关的控制回路检测点，U5的M端脚经电阻R2连接至电流分流监控器INA139的反向输入端，INA139的正向输入端与U5的M端脚直连，INA139的输出端连接至LM358的反向输入端，LM358的输出端经电阻R7连接+50VAD端，同时还经电容C1接地，LM358的输出端还经电阻R5接地。
3.根据权利要求1所述的用于电动操作型隔离开关二次回路的故障快速定位装置，其特征在于，所述逻辑分析模块包括：
作为MCU的STM32F407VGT6芯片，用于负责装置的逻辑分析和控制功能，PE0口控制继电器触发KJD节点，用于与电气执行模块共同触发；PE1口与电气执行模块芯片相连，发送通道数据值；PB口与结果显示模块相连，用于显示判断结果。
4.根据权利要求1所述的用于电动操作型隔离开关二次回路的故障快速定位装置，其特征在于，所述电气执行模块包括：
控制芯片ATMEGA16，负责控制电压采样模块中测试引线上偶数继电器，当控制芯片中的引脚PA0接收到逻辑分析单元的触发命令后，再根据控制芯片中的引脚PD0口收到的通道数据值，通过引脚I/O口控制相应通道的继电器动作。
5.根据权利要求1所述的用于电动操作型隔离开关二次回路的故障快速定位装置，其特征在于，所述结果显示模块包括：
用于接收逻辑分析单元输出电信号并进行LED显示的LCD12864芯片。
6.根据权利要求1所述的用于电动操作型隔离开关二次回路的故障快速定位装置，其特征在于，所述电源模块包括：
用于将220V交流电转换为+24V直流的变压电路，在变压电路的输出端分别连接有用于将+24V降压为+12V的LM7812稳压芯片，以及将+24V电源转为+5V的LM2576，将+5V转为+3.3V的LD1086D2M33。
7.根据权利要求1所述的用于电动操作型隔离开关二次回路的故障快速定位装置，其特征在于，所述采样模块还用于不同运行状态下各检测点的标准电气值。
8.根据权利要求1所述的用于电动操作型隔离开关二次回路的故障快速定位装置，其特征在于，所述逻辑分析模块用于将各检测点的实测值与标准电气值进行对比，结合隔离开关的操作动作过程，判断隔离开关二次回路的故障位置。
9.根据权利要求1所述的用于电动操作型隔离开关二次回路的故障快速定位装置，其特征在于，当所述逻辑分析模块检测到电流值且偏离正常值时，说明合闸继电器阻抗值异常，并根据电流值偏离情况给出是否需要更换合闸继电器的提示信号；或
通过相对偏差衡量偏离程度，以隔离开关电气回路和控制回路在不同场景下的标准值作为参考，当某一检测位置的测量电压值出现偏差时，判断出是检测位置表征的元器件发生异常。
10.根据权利要求1所述的用于电动操作型隔离开关二次回路的故障快速定位装置，其特征在于，还包括：通过相对偏差衡量偏离程度，相对偏差＝[(正常值-测定值)/正常值]×100％，以相对偏差绝对值为20％为判断指标。
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