CN111371032A - 一种开关柜一体化全息感知智能终端的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种开关柜一体化全息感知智能终端的装置，其特征在于，包括局部监测板卡、智能控制终端、底盘车控制器和服务器，局部监测板卡上设置有集超高频、地电波、超声波三合一传感器数据采集、分析处理、曲线及图谱上传的监测智能模块，该监测智能模块与超高频传感器、地电波传感器、超声波传感器信号连接，用以解决绝缘故障的诊断。本发明原理、结构简单，安装、拆卸、维修方便，安全可靠，已通过国家认定的检测中心通过全项目试验。

Description

一种开关柜一体化全息感知智能终端的装置

技术领域

本发明涉及高压开关柜技术领域，特别涉及一种开关柜一体化全息感知智能终端的装置。

背景技术

目前，中国电力系统10kV至35kV高压开关柜故障主要有温升故障、机械故障(主要是拒合、拒分，储能失效)、绝缘故障等。目前针对常规变电站开关柜安全运行一般采取的措施主要是例行的巡检、定期进行预防性带电检测或停电试验，根据实验的结果来判断设备的运行状态，从而确定是否可以继续运行。上述措施对电力系统的安全运行起到了很大的作用，但不能根据设备的运行状况及时地进行检修。传统的一次设备定期检修，盲目解体拆卸，浪费了大量的人力、物力和财力，同时也增加了停电损失和影响一次成套设备自身的寿命，定期检修和带电检测更是难以根除和及时发现设备隐患，不能满足电气设备安全可靠运行的要求。

随着微电子、通信、传感器、物联网等成熟技术的出现加上上述中压开关柜现实状况的需要，智能化开关设备从一种可能到因为在技术上得到了有力的支撑而成为一种必然，2019年国网公司工作会议上，提出了建设世界一流能源互联网，打造“三型两网”企业的新时代战略目标。同时建立基于泛在电力物联网的智慧变电站，彻底解决10kV至35kV高压开关柜故障发现不及时；操作票程序复杂不安全(手动操作设备)；定期检修、带电检测、盲目解体拆卸等造成浪费大量的人力、物力和财力的现状发生。

目前市场上特别是国外市场的智慧开关柜都有一个缺陷，开关一次设备装有很多的全息感觉传感器、数据采集器、边缘计算智能装置，都是分散安装在开关柜的每个角落，二次布线工艺不美观，特别是二次仪表室拥挤，严重影响了检修空间，二次室发热严重，电磁兼容可靠性差，造成开关柜误动或拒动，所以除了要解决常规变电站故障检修、运维的问题外，还需开发一种把所有传感器的采集器和边缘计算智能装置集成一个智能装置，节省安装空间、降低仪表室发热、减少电磁干扰、总线集成减少信道、安全操作、人机界面友好。

综上所述，针对现有技术的不足和缺陷，特别需要一种开关柜一体化全息感知智能终端的装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术所存在的不足提供一种开关柜一体化全息感知智能终端的装置。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种开关柜一体化全息感知智能终端的装置，包括：

一局部监测板卡，所述局部监测板卡上设置有集超高频、地电波、超声波三合一传感器数据采集、分析处理、曲线及图谱上传的监测智能模块，该监测智能模块与超高频传感器、地电波传感器、超声波传感器信号连接，用以解决绝缘故障的诊断；

一智能控制终端，所述智能控制终端与所述局部监测板卡通过第一总线进行双向通讯，所述智能控制终端包括利用RFID无线射频技术在线测温智能模块、实时跟踪断路器机械故障的机械特性智能模块和电动底盘车控制及故障跟踪智能模块；所述利用RFID无线射频技术在线测温智能模块与温度传感器信号连接，用以解决温升故障的诊断；所述实时跟踪断路器机械故障的机械特性智能模块通过RS485通讯线路与机械特性传感器通讯连接，用以解决机械故障的诊断；

一底盘车控制器，该底盘车控制器用以底盘车的安全操作控制，所述底盘车控制器与所述智能控制终端中的电动底盘车控制及故障跟踪智能模块通过第二总线进行双向通讯；

一服务器，所述服务器与所述智能控制终端通过RJ45通讯线路双向通讯连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述温度传感器包括设置在断路器触指处的断路器触指温度传感器、设置在母排连接处的母排连接处温度传感器、设置电缆连接处的电缆连接处温度传感器。

在本发明的一个优选实施例中，所述机械特性传感器包括用以监测断路器机械故障的行程传感器和用以监测二次回路包括辅助开关的故障的分合闸线圈电流传感器。

在本发明的一个优选实施例中，所述用以监测断路器机械故障的行程传感器安装在一伸缩杆的一端上，在所述伸缩杆的另一端至中间位置的外圆周上设置有一段外螺纹，在所述外螺纹上套设有第一金属板和第二金属板并旋有第一螺母和第二螺母，旋紧第一螺母和第二螺母即可驱动第一金属板和第二金属板夹紧在断路器的外壳上；在断路器主轴上固定有一磁场发生器，所述磁场发生器给用以监测断路器机械故障的行程传感器加载磁场信号，同时通过调节第一螺母来通过伸缩杆调节所述用以监测断路器机械故障的行程传感器与磁场发生器之间的距离。

在本发明的一个优选实施例中，所述断路器主轴的圆心与所述磁场发生器的圆心对齐。

在本发明的一个优选实施例中，所述磁场发生器通过磁场发生器支架固定在断路器主轴上。

在本发明的一个优选实施例中，在所述第一金属板上设置有密封元件。

在本发明的一个优选实施例中，所述温度传感器包括天线、天线电路、电源电路、时钟电路、解调电路、负载调制电路、编码器电路、控制器电路、存储器电路和测温电路，所述天线与所述天线电路通讯端通讯连接，所述天线电路的输出端与所述电源电路的输入端、时钟电路的输入端、解调电路的输入端连接，所述电源电路的输出端、时钟电路的输出端与所述控制器电路的第一输入端连接，所述解调电路的输出端与所述控制器电路的第二输入端连接，所述测温电路的输出端分别与所述控制器电路的第三输入端和存储器电路的输入端连接，所述控制器电路的输出端与所述编码器电路的输入端连接，所述编码器电路的输出端与所述负载调制电路的输入端连接，所述负载调制电路的输出端与所述天线电路的输入端连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述底盘车控制器包括手车信号输入模块、MCU逻辑控制系统模块、485控制模块、手车控制模块、整流降压模块和报警输出模块；在所述手车信号输入模块的输入端设置有手车闭锁信号输入端口、远方摇入信号输入端口、远方摇出信号输入端口、远方复位信号输入端口、远方选择信号输入端口、就近摇入信号输入端口、就近摇出信号输入端口、就近复位信号输入端口、试验位置信号输入端口、工作位置信号输入端口、就近摇入反馈信号输入端口、就近摇出反馈信号输入端口、就近复位反馈信号输入端口；所述手车信号输入模块的输出端与所述MCU逻辑控制系统模块的输入端连接，所述MCU逻辑控制系统模块的手车控制信号输出端通过所述手车控制模块与底盘车中的电机控制连接，所述MCU逻辑控制系统模块的485通讯信号输出端与所述485控制模块通讯连接，所述整流降压模块的输入端接220V电源，所述整流降压模块的输出端给所述MCU逻辑控制系统模块和底盘车控制模块供电；所述MCU逻辑控制系统模块的报警信号输出端输出报警信号给报警装置。

由于采用了如上的技术方案，本发明原理、结构简单，安装、拆卸、维修方便，安全可靠，已通过国家认定的检测中心通过全项目试验。

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，下面将对实施例或现有技术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为本发明开关柜一体化全息感知智能终端的装置的原理框图。

图2为本发明用以监测断路器机械故障的行程传感器的装配示意图。

图3为本发明温度传感器的电原理示意图。

图4为本发明机械特性传感器的操作流程示意图。

图5为本发明底盘车控制器的电原理示意图。

图6为本发明底盘车的结构示意图。

图7为图6的仰视图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式来详细描述本发明。

参见图1，图中所示的一种开关柜一体化全息感知智能终端的装置，包括局部监测板卡100、智能控制终端200、底盘车控制器300和服务器400。

局部监测板卡100上设置有集超高频、地电波、超声波三合一传感器数据采集、分析处理、曲线及图谱上传的监测智能模块，该监测智能模块采用三通道设计，采集模块及处理器以板卡模式集成，与超高频传感器110、地电波传感器120、超声波传感器130信号连接，采集模块采集即时的三种波的数据分别形成超声波、地电波的两个模拟量实时曲线和历史曲线，超高频的PRPS、PRPD图谱文件并上传到后台。远程及时发现绝缘故障，解决了停电检修麻烦或带电检测不即时发现故障的问题，为智能运检提供了有力依据。

智能控制终端200与局部监测板卡100通过第一总线进行双向通讯，智能控制终端200包括利用RFID无线射频技术在线测温智能模块、实时跟踪断路器机械故障的机械特性智能模块和电动底盘车控制及故障跟踪智能模块；利用RFID无线射频技术在线测温智能模块与温度传感器210信号连接，用以解决温升故障的诊断；实时跟踪断路器机械故障的机械特性智能模块通过RS485通讯线路与机械特性传感器220通讯连接，用以解决机械故障的诊断；服务器400与智能控制终端通过RJ45通讯线路双向通讯连接。

底盘车控制器300用以底盘车的安全操作控制，该底盘车控制器300与智能控制终端200中的电动底盘车控制及故障跟踪智能模块通过第二总线进行双向通讯。

温度传感器210包括设置在断路器触指处的断路器触指温度传感器、设置在母排连接处的母排连接处温度传感器、设置电缆连接处的电缆连接处温度传感器。该温度传感器210根据当前环境温度，计算出温升值，按国家标准设定温升预警值，超过此值就报警，通过61850通讯将实时温升值通过智能控制终端200中的利用RFID无线射频技术在线测温智能模块上送到服务器400中的辅控后台系统远方监控，将模拟量以实时及历史曲线形式展现。这样就完全解决了断路器触指、电缆联接处、母排搭接处温度偏高还在带病运行的状况，为智能运检提供了有力依据。

温度传感器210温升监测可诊断电器设备导电性能是否完好，提前发现导电体表面氧化、老化、接触不良等问题；与负荷电流配合(在智能状态监控终端内)，实现实时温度、历史曲线，材料温度时间系数测量，负荷温度预测，如果出现超温情况，可以快速定位通知相关人员，解决由于温升引起的烧损事故；

温度传感器210利用可靠的RFID射频技术，无线信号传输，将安装于一次回路的测温点与接收处理器彻底隔离。

参见图3，该温度传感器210包括天线211、天线电路212、电源电路213、时钟电路214、解调电路215、负载调制电路216、编码器电路217、控制器电路218、存储器电路219和测温电路219a，天线211与天线电路212通讯端通讯连接，天线电路212的输出端与电源电路213的输入端、时钟电路214的输入端、解调电路215的输入端连接，电源电路213的输出端、时钟电路214的输出端与控制器电路218的第一输入端连接，解调电路215的输出端与控制器电路218的第二输入端连接，测温电路219a的输出端分别与控制器电路218的第三输入端和存储器电路219的输入端连接，控制器电路218的输出端与编码器电路217的输入端连接，编码器电路217的输出端与负载调制电路216的输入端连接，负载调制电路216的输出端与天线电路212的输入端连接。

机械特性传感器220可诊断断路器机械部分磨损、疲劳、老化、变形、生锈等，可及早发现问题，以及对断路器寿命进行有效管理。该机械特性传感器220采集断路器分合闸线圈电流曲线、电机电流曲线等实时数据；采集断路器分合闸时间、分合闸速度、开距、超程、行程曲线等实时数据，装置存有机械特性录波文件(其流程参见图4)，通过61850通讯将实时机械特性录波文件通过智能控制终端200中的实时跟踪断路器机械故障的机械特性智能模块上送到服务器400中的辅控后台系统远方监控；这样就完全解决了断路器机械故障、二次辅助回路故障开始形成还在运行的现象发生，防止断路器拒分、拒合等机械故障，为智能运检提供了有力依据

该机械特性传感器220包括用以监测断路器机械故障的行程传感器和用以监测二次回路包括辅助开关的故障的分合闸线圈电流传感器。

参见图2，用以监测断路器机械故障的行程传感器221安装在一伸缩杆222的一端上，在伸缩杆222的另一端至中间位置的外圆周上设置有一段外螺纹223，在外螺纹223上套设有第一金属板224和第二金属板225并旋有第一螺母226和第二螺母227，旋紧第一螺母226和第二螺母227即可驱动第一金属板224和第二金属板225夹紧在断路器的外壳上；在断路器主轴上通过磁场发生器支架固定有一磁场发生器228，断路器主轴的圆心与磁场发生器228的圆心对齐。磁场发生器228给用以监测断路器机械故障的行程传感器221加载磁场信号，同时通过调节第一螺母226来通过伸缩杆222调节用以监测断路器机械故障的行程传感器221与磁场发生器228之间的距离。在第一金属板224上设置有密封元件229。

在常规变电站，无法进行断路器手车电动摇进摇出，运维和操作人员对手车的操作都只能就地进行，一旦在操作时发生某些严重事故时可能会危及人身安全，基于上述情况，利用市场上的先进经验，开发了一种电动操作手车，其通过电动底盘车600驱动。

参见图6和图7，底盘车600依靠其中的电机610驱动行走。该底盘车具在如下功能：1.电动底盘车600具备手动操作、手动优先功能；2.电动底盘车600配备智能操控装置，且推进过程中具备故障回退及报警功能，退出过程中如发生故障，则电动底盘车600保持不动并报警；3.电动底盘车600具备远方/就地操作功能，并能自由切换；4.电动底盘车600的电机控制器应具备过流保护功能；5.电动底盘车控制器应具备复位、自检和急停功能；6.电动底盘车控制器应具有RS485通讯功能。

智能控制终端200中的电动底盘车控制及故障跟踪智能模块通过底盘车控制器300把电动底盘车600的进、出到位位置状态信息采集进去，控制电动底盘车600的电机610正反转在效行程内进出，为了防止进、出手柄伤人，设置了手动优先功能，为了防止进、出卡死，设置了推进过程中具备故障回退及报警功能，退出过程中如发生故障，则电动底盘车600保持不动并报警，电动底盘车600的底盘车控制器300设置有复位、自检、急停、RS485通讯功能；就地/远方自由切换，这样就完全解决了手动操作底盘车已出现故障还在人工用力操作，导致损坏电动底盘车600或闭锁件，彻底解决了现场操作带来的安全事故，也为停电、送电节省了操作时间，安全、可靠。

参见图5，底盘车控制器300包括手车信号输入模块310、MCU逻辑控制系统模块320、485控制模块330、手车控制模块340、整流降压模块350；在底盘车信号输入模块310的输入端设置有手车闭锁信号输入端口5、远方摇入信号输入端口6、远方摇出信号输入端口7、远方复位信号输入端口8、远方选择信号输入端口9、就近摇入信号输入端口10、就近摇出信号输入端口11、就近复位信号输入端口12、试验位置信号输入端口13、工作位置信号输入端口14、就近摇入反馈信号输入端口19、就近摇出反馈信号输入端口20、就近复位反馈信号输入端口21和公共端22；手车信号输入模块310的输出端与MCU逻辑控制系统模块320的输入端连接，MCU逻辑控制系统模块320的手车控制信号输出端通过手车控制模块340与电动底盘车600中的电机610控制连接，MCU逻辑控制系统模块320的485通讯信号输出端15、16与485控制模块330通讯连接，整流降压模块350的输入端接220V电源，整流降压模块350的输出端给MCU逻辑控制系统模块320和手车控制模块340供电；MCU逻辑控制系统模块320的报警信号输出端17、18输出报警信号给报警装置。

本发明原理结构简单，安装方便、安全可靠，满足解决高压开关设备绝缘故障、温升故障、机械故障、安全操作的要求。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种开关柜一体化全息感知智能终端的装置，其特征在于，包括：

一局部监测板卡，所述局部监测板卡上设置有集超高频、地电波、超声波三合一传感器数据采集、分析处理、曲线及图谱上传的监测智能模块，该监测智能模块与超高频传感器、地电波传感器、超声波传感器信号连接，用以解决绝缘故障的诊断；

一智能控制终端，所述智能控制终端与所述局部监测板卡通过第一总线进行双向通讯，所述智能控制终端包括利用RFID无线射频技术在线测温智能模块、实时跟踪断路器机械故障的机械特性智能模块和电动底盘车控制及故障跟踪智能模块；所述利用RFID无线射频技术在线测温智能模块与温度传感器信号连接，用以解决温升故障的诊断；所述实时跟踪断路器机械故障的机械特性智能模块通过RS485通讯线路与机械特性传感器通讯连接，用以解决机械故障的诊断；

一底盘车控制器，该底盘车控制器用以底盘车的安全操作控制，所述底盘车控制器与所述智能控制终端中的电动底盘车控制及故障跟踪智能模块通过第二总线进行双向通讯；

一服务器，所述服务器与所述智能控制终端通过RJ45通讯线路双向通讯连接。

2.如权利要求1所述的一种开关柜一体化全息感知智能终端的装置，其特征在于，所述温度传感器包括设置在断路器触指处的断路器触指温度传感器、设置在母排连接处的母排连接处温度传感器、设置电缆连接处的电缆连接处温度传感器。

3.如权利要求1所述的一种开关柜一体化全息感知智能终端的装置，其特征在于，所述机械特性传感器包括用以监测断路器机械故障的行程传感器和用以监测二次回路包括辅助开关的故障的分合闸线圈电流传感器。

4.如权利要求3所述的一种开关柜一体化全息感知智能终端的装置，其特征在于，所述用以监测断路器机械故障的行程传感器安装在一伸缩杆的一端上，在所述伸缩杆的另一端至中间位置的外圆周上设置有一段外螺纹，在所述外螺纹上套设有第一金属板和第二金属板并旋有第一螺母和第二螺母，旋紧第一螺母和第二螺母即可驱动第一金属板和第二金属板夹紧在断路器的外壳上；在断路器主轴上固定有一磁场发生器，所述磁场发生器给用以监测断路器机械故障的行程传感器加载磁场信号，同时通过调节第一螺母来通过伸缩杆调节所述用以监测断路器机械故障的行程传感器与磁场发生器之间的距离。

5.如权利要求4所述的一种开关柜一体化全息感知智能终端的装置，其特征在于，所述断路器主轴的圆心与所述磁场发生器的圆心对齐。

6.如权利要求4所述的一种开关柜一体化全息感知智能终端的装置，其特征在于，所述磁场发生器通过磁场发生器支架固定在断路器主轴上。

7.如权利要求4所述的一种开关柜一体化全息感知智能终端的装置，其特征在于，在所述第一金属板上设置有密封元件。

8.如权利要求1所述的一种开关柜一体化全息感知智能终端的装置，其特征在于，所述温度传感器包括天线、天线电路、电源电路、时钟电路、解调电路、负载调制电路、编码器电路、控制器电路、存储器电路和测温电路，所述天线与所述天线电路通讯端通讯连接，所述天线电路的输出端与所述电源电路的输入端、时钟电路的输入端、解调电路的输入端连接，所述电源电路的输出端、时钟电路的输出端与所述控制器电路的第一输入端连接，所述解调电路的输出端与所述控制器电路的第二输入端连接，所述测温电路的输出端分别与所述控制器电路的第三输入端和存储器电路的输入端连接，所述控制器电路的输出端与所述编码器电路的输入端连接，所述编码器电路的输出端与所述负载调制电路的输入端连接，所述负载调制电路的输出端与所述天线电路的输入端连接。

9.如权利要求1所述的一种开关柜一体化全息感知智能终端的装置，其特征在于，所述底盘车控制器包括手车信号输入模块、MCU逻辑控制系统模块、485控制模块、手车控制模块、整流降压模块和报警输出模块；在所述手车信号输入模块的输入端设置有手车闭锁信号输入端口、远方摇入信号输入端口、远方摇出信号输入端口、远方复位信号输入端口、远方选择信号输入端口、就近摇入信号输入端口、就近摇出信号输入端口、就近复位信号输入端口、试验位置信号输入端口、工作位置信号输入端口、就近摇入反馈信号输入端口、就近摇出反馈信号输入端口、就近复位反馈信号输入端口；所述手车信号输入模块的输出端与所述MCU逻辑控制系统模块的输入端连接，所述MCU逻辑控制系统模块的手车控制信号输出端通过所述手车控制模块与底盘车中的电机控制连接，所述MCU逻辑控制系统模块的485通讯信号输出端与所述485控制模块通讯连接，所述整流降压模块的输入端接220V电源，所述整流降压模块的输出端给所述MCU逻辑控制系统模块和底盘车控制模块供电；所述MCU逻辑控制系统模块的报警信号输出端输出报警信号给报警装置。

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