CN112230140B - 一种10kV高压断路器智能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种10kV高压断路器智能测试装置，包括服务器后台、系统综合控制协调模块、自动接线控制模块、可控可调电源模块和专用测试模块，所述服务器后台与所述系统综合控制协调模块双向连接，所述系统综合控制协调模块分别与自动接线控制模块、可控可调电源模块和专用测试模块双向连接，所述自动接线控制模块与专用测试模块单向连接，所述可控可调电源模块与专用测试模块单向连接。本发明采用自动化控制技术实现10kV高压断路器高压试验，代替传统人工试验流程，可以有效避免传统人工高压试验过程中存在的误操作事故风险。

Description

一种10kV高压断路器智能测试装置

技术领域

本发明涉及电力高压设备智能试验领域，更具体地，涉及一种10kV高压断路器智能测试装置 。

背景技术

高压断路器是电网中最关键的电气设备之一，它具有切断和闭合负荷电流的能力，并能在发生故障时切断短路电流。高压断路器一旦发生故障，将严重威胁电网的安全与稳定运行，造成不良的社会影响和重大经济损失。由高压断路器故障引发的电网事故每年时有发生，据对全国电力系统高压断路器运行中的事故不完全统计，高压断路器拒分事故占22.67%；拒合事故占6.48%；开断关合事故占9.07%；绝缘事故占35.47%；误动事故占7.02%；截流事故占7.95%；外力及其他事故占11.43%，其中以绝缘事故和拒分事故最为突出，约占全部事故的60%。为保证高压断路器的运行可靠性，对断路器进行电气试验是非常必要的。

2018年中国南方电网公司颁布了《电力设备检修试验规程》，就验收试验、预防性试验以及运维检修试验做出了明确的规定，并增加了高压断路器时间特性、速度特性、动作逻辑等测试项目，试验工作量增加1.5倍左右，试验时间延长3倍左右。随着10kV高压断路器保有量不断增加，电气试验中存在的问题越来越突出，主要表现在以下几个方面：（1）试验人员严重不足，劳动强度大，验效率低；（2）试验人员素质参差不齐，漏检和误检时有发生；（3）操作不规范存在安全风险。

公开日为2017年05月10日，公开号为CN106646218A 的中国专利公开了一种高压断路器模拟装置和模拟测试方法，该高压断路器模拟装置包括绝缘腔体、静触头、动触头、绝缘拉杆和限流电阻，绝缘腔体包括腔本体和盖合在腔本体上的上盖，上盖上安装有充气阀；静触头的上端固定在上盖上，静触头的下端位于绝缘腔体内部；动触头穿通腔本体的底部，动触头的上端位于绝缘腔体内部，动触头的下端位于绝缘腔体外部；静触头的下端与动触头的上端正相对；绝缘拉杆的一端与动触头的下端连接，绝缘拉杆的另一端为自由端；限流电阻的一端与动触头的下端电连接。但该方案只能完成简单的测试，无法完成高压断路器的多种测试。

发明内容

本发明提供一种10kV高压断路器智能测试装置，代替传统人工试验流程，以解高压断路器试验人员严重不足，劳动强度大，验效率低，试验人员素质参差不齐，漏检和误检时有发生以及操作不规范存在安全风险等问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种10kV高压断路器智能测试装置，包括服务器后台、系统综合控制协调模块、自动接线控制模块、可控可调电源模块和专用测试模块，所述服务器后台与所述系统综合控制协调模块双向连接，所述系统综合控制协调模块分别与自动接线控制模块、可控可调电源模块和专用测试模块双向连接，所述自动接线控制模块与专用测试模块单向连接，所述可控可调电源模块与专用测试模块单向连接，其中：

所述服务器后台用于下发人工配置的试验流程，并在所有配置的试验完成后，收集试验结果数据，对10kV高压断路器进行健康状态诊断；

所述系统综合控制协调模块按照服务器后台配置的试验流程发送命令给所述自动接线控制模块，所述自动接线控制模块将所述专用测试模块连接到受试10kV高压断路器，系统综合控制协调模块收到自动接线控制模块接线完成反馈后，发送命令给可控可调电源模块控制对应当前试验流程的试验电源输出，同时发送命令给对应当前试验流程的专用测试模块，完成当前试验流程的参数测试，并收集当前测试参数结果，在所有配置试验项目完成后，将收集的所有试验数据发送至所述服务器后台。

优选地，所述服务器后台为嵌入式工控机，所述服务器后台运行有人机接口程序，提供人机操作接口﹑试验流程配置界面﹑试验数据结果及10kV高压断路器性能状态展示界面。

优选地，所述服务器后台将收集到的试验结果数据构建特征参数随机矩阵，采用包括M-P律、圆环律或平均谱半径的随机矩阵能量谱密度评估算法对10kV高压断路器的状态进行评估；

智能测试装置服务器运行有诊断算法，在试验完成后可以对四种试验数据集中一起进行诊断分析，对受试10kV高压断路器性能状态直接给出评价结果，试验数据及状态评价结果可以本地直接形成试验报告。

优选地，所述专用测试模块包括分合闸时间测量子模块、回路电阻测试子模块、绝缘电阻测试子模块以及工频耐压测试子模块，在所述系统综合控制协调模块的控制命令下，所述专用测试模块的信号输出线通过所述自动接线控制模块按照所述服务器后台配置的试验流程分时接到10kV高压断路器断口，分合闸时间测量子模块完成分合闸时间的参数的自动测试，回路电阻测试子模块完成10kV高压断路器断口回路电阻的参数的自动测试，绝缘电阻测试子模块完成10kV高压断路器绝缘电阻的参数的自动测试，工频耐压测试子模块完成工频耐压的参数的自动测试。

优选地，所述可控可调电源模块包括5000V绝缘电阻测试电压单元、42kV工频高压单元、5V/200A直流电流源单元及220V/20A直流操作电压单元，其中：

所述5000V绝缘电阻测试电压单元在系统综合控制协调模块的命令下，协助绝缘电阻测试子模块完成10kV高压断路器绝缘电阻的参数的自动测试；

所述42kV工频高压单元在系统综合控制协调模块的命令下，协助工频耐压测试子模块完成工频耐压的参数的自动测试；

所述5V/200A直流电流源单元在系统综合控制协调模块的命令下，协助回路电阻测试子模块完成10kV高压断路器断口回路电阻的参数的自动测试；

所述220V/20A直流操作电压单元在系统综合控制协调模块的命令下，协助分合闸时间测量子模块完成分合闸时间的参数的自动测试。

优选地，所述自动接线控制模块包括机械臂控制单元﹑6轴机械臂及可控线夹，所述机械臂控制单元与所述系统综合控制协调模块通过总线双向连接，接收所述系统综合控制协调模块发送的命令，控制所述6轴机械臂按照预先设定的轨迹运行到当前试验流程对应的专用测试模块相应测试线坐标点，并控制所述可控线夹夹取专用测试模块相关测试线，并插入到受试10kV高压断路器断口中。

优选地，还包括非接触式10kV高压断路器分合闸测速模块，所述非接触式10kV高压断路器分合闸测速模块用于测量10kV高压断路器分合闸速度并将该10kV高压断路器分合闸速度上传至系统综合控制协调模块。

优选地，所述非接触式10kV高压断路器分合闸测速模块包括CCD位移传感器和速度计算单元，所述CCD位移传感器用来实现非接触式10kV高压断路器动触头分合闸过程位移曲线记录，所述速度计算单元用来实现10kV高压断路器分合闸速度计算，所述速度计算单元与所述系统综合控制协调模块通过总线双向连接，用来接收启动测试命令，并上传10kV高压断路器动触头分合闸速度参数信息。

优选地，还包括图像识别安全围栏模块，所述图像识别安全围栏模块包括摄像头及视频图像处理单元，所述摄像头获取智能测试装置区域图像，所述视频图像处理单元通过图像目标检测算法，对摄像头获取的测试装置区域图像进行分析，实现对测试装置区域进行监控，并对试验过程中浸入的异物进行实时报警，所述图像识别安全围栏模块与所述系统综合控制协调模块通过总线双向连接，用来接收启动监控命令，并上传试验区域异物入侵报警信息。

优选地，所述总线采用网络作为主通信总线，485通信线作为备用通信总线。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

1）本发明采用自动化控制技术实现10kV高压断路器高压试验，代替传统人工试验流程，可以有效避免传统人工高压试验过程中存在的误操作事故风险。

2）本发明装置服务器后台实现了“一键式”启动测量，现场人工将10kV高压断路器推入本发明装置的定位支架后，只需在服务器后台点击“启动测试”按钮，本发明装置即可自动完成配置的试验过程。该发明装置对提高试验效率和质量、降低劳动强度和成本，具有重要的工程意义和实用价值。

附图说明

图1为本发明的模块连接示意图。

图2为实施例中10kV高压断路器智能测试装置安装示意图。

图中，1为支撑平台；11为摄像头支架，12为受试10kV高压断路器，13为测试线集合；2为智能测试装置；21为服务器后台，22为系统综合控制协调模块，23为可控可调电源模块，24为自动接线控制模块，25为非接触式10kV高压断路器分合闸测速模块，26为专用测试模块，27为图像识别安全围栏模块。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

本实施例提供一种10kV高压断路器智能测试装置，如图1，包括服务器后台21、系统综合控制协调模块22、自动接线控制模块24、可控可调电源模块23和专用测试模块26，所述服务器后台21与所述系统综合控制协调模块22双向连接，所述系统综合控制协调模块22分别与自动接线控制模块24、可控可调电源模块23和专用测试模块26双向连接，所述自动接线控制模块24与专用测试模块26单向连接，所述可控可调电源模块23与专用测试模块26单向连接，其中：

所述服务器后台21用于下发人工配置的试验流程，并在所有配置的试验完成后，收集试验结果数据，对10kV高压断路器进行健康状态诊断；

所述系统综合控制协调模块22按照服务器后台21配置的试验流程发送命令给所述自动接线控制模块24，所述自动接线控制模块24将所述专用测试模块26连接到受试10kV高压断路器12，系统综合控制协调模块22收到自动接线控制模块24接线完成反馈后，发送命令给可控可调电源模块23控制对应当前试验流程的试验电源输出，同时发送命令给对应当前试验流程的专用测试模块26，完成当前试验流程的参数测试，并收集当前测试参数结果，当前试验完成后，系统综合控制协调模块22发送命令收集当前试验参数结果，并按照各个参数的有效范围进行参数合法检测，对不合法的参数结果，重新发送命令给各模块进行当前试验流程对应的参数测试，一直循环3次直到参数合法进入下一步测试流程，对3次试验都不合法的参数结果进行当前试验流程标记。在所有配置试验项目完成后，将收集的所有试验数据发送至所述服务器后台21。

所述服务器后台21为嵌入式工控机，所述服务器后台21运行有人机接口程序，提供人机操作接口﹑试验流程配置界面﹑试验数据结果及10kV高压断路器性能状态展示界面。

所述服务器后台21将收集到的试验结果数据构建特征参数随机矩阵，采用包括M-P律、圆环律或平均谱半径的随机矩阵能量谱密度评估算法对10kV高压断路器的状态进行评估，结果展示界面以可视化的方式展示受试10kV高压断路器12运行状态及故障趋势，让运维人员可以直观的掌握受试10kV高压断路器12的当前运行状态，为受试10kV高压断路器12的检修提供直接的依据。

所述专用测试模块26包括分合闸时间测量子模块、回路电阻测试子模块、绝缘电阻测试子模块以及工频耐压测试子模块，在所述系统综合控制协调模块22的控制命令下，所述专用测试模块26的信号输出线通过所述自动接线控制模块24按照所述服务器后台21配置的试验流程分时接到10kV高压断路器断口，分合闸时间测量子模块完成分合闸时间的参数的自动测试，回路电阻测试子模块完成10kV高压断路器断口回路电阻的参数的自动测试，绝缘电阻测试子模块完成10kV高压断路器绝缘电阻的参数的自动测试，工频耐压测试子模块完成工频耐压的参数的自动测试。

所述可控可调电源模块23包括5000V绝缘电阻测试电压单元、42kV工频高压单元、5V/200A直流电流源单元及220V/20A直流操作电压单元，其中：

所述5000V绝缘电阻测试电压单元在系统综合控制协调模块22的命令下，协助绝缘电阻测试子模块完成10kV高压断路器绝缘电阻的参数的自动测试；

所述42kV工频高压单元在系统综合控制协调模块22的命令下，协助工频耐压测试子模块完成工频耐压的参数的自动测试；

所述5V/200A直流电流源单元在系统综合控制协调模块22的命令下，协助回路电阻测试子模块完成10kV高压断路器断口回路电阻的参数的自动测试；

所述220V/20A直流操作电压单元在系统综合控制协调模块22的命令下，协助分合闸时间测量子模块完成分合闸时间及弹跳时间测量。

所述自动接线控制模块24包括机械臂控制单元﹑6轴机械臂及可控线夹，所述机械臂控制单元与所述系统综合控制协调模块22通过总线双向连接，接收所述系统综合控制协调模块22发送的命令，控制所述6轴机械臂按照预先设定的轨迹运行到当前试验流程对应的专用测试模块26相应测试线坐标点，并控制所述可控线夹夹取专用测试模块26相关测试线，并插入到受试10kV高压断路器12断口中。

还包括非接触式10kV高压断路器分合闸测速模块25，所述非接触式10kV高压断路器分合闸测速模块25用于测量10kV高压断路器分合闸速度并将该10kV高压断路器分合闸速度上传至系统综合控制协调模块22。

所述非接触式10kV高压断路器分合闸测速模块25包括CCD位移传感器和速度计算单元，所述CCD位移传感器用来实现非接触式10kV高压断路器动触头分合闸过程位移曲线记录，所述速度计算单元用来实现10kV高压断路器分合闸速度计算，所述速度计算单元与所述系统综合控制协调模块22通过总线双向连接，用来接收启动测试命令，并上传10kV高压断路器动触头分合闸速度参数信息。

还包括图像识别安全围栏模块27，所述图像识别安全围栏模块27包括摄像头及视频图像处理单元，所述摄像头获取智能测试装置区域图像，所述视频图像处理单元通过图像目标检测算法，对摄像头获取的测试装置区域图像进行分析，实现对测试装置区域进行监控，并对试验过程中浸入的异物进行实时报警，所述图像识别安全围栏模块27与所述系统综合控制协调模块22通过通过总线双向连接，用来接收启动监控命令，并上传试验区域异物入侵报警信息。

所述总线采用网络作为主通信总线，485通信线作为备用通信总线。

在具体实施过程中，智能测试装置中每一个模块分配一个地址号，用来识别。所有模块之间的通信采用命令发送及等待确认方式，操作后台设置为主控制器，一键式人机交互命令由服务器后台21发出。

服务器后台21与系统综合控制协调模块22之间有3条通信命令，一是启动一键式测试命令；二是等待系统综合控制协调模块22一键式测量状态完成命令；三是一键式测量数据结果读取数据命令；服务器后台21在接收到人机一键式测试按键命令后，发送启动命令给系统综合控制协调模块22，系统综合控制协调模块22接收到命令后，回复确认给服务器后台21，然后按照试验流程及步骤启动相关试验；紧接着服务器后台21进入等待状态，直到收到系统综合控制协调模块22一键式测量状态完成命令，发送命令从系统综合控制协调模块22读取测量结果数据并存储。

系统综合控制协调模块22与自动接线控制模块24之间有2条命令，一是系统综合控制协调模块22发送启动相应操作命令给自动接线控制模块24，附带待夹取测试线编号及接入受试断路器测量点坐标；二是自动接线控制模块24按照待夹取测试线编号对应的坐标点，控制运动到相应坐标点完成测试线夹取，并带着测试线运动到待接入测试点，完成测试线插入，然后6轴机械臂回到原点，发送操作完成通知命令。

系统综合控制协调模块22与专用测试模块26之间都是三条命令，一是启动相应操作命令；二是等待操作完成通知命令；三是试验数据读取命令。在正常操作流程中，如果系统综合控制协调模块22查询到或者接收到下级状态异常，尤其是图像识别安全围栏模块27的状态报警信号，系统综合控制协调模块22立即通知可控可调电源模块23关闭电源输出和停止测试模块的测试工作，保证试验安全，并发送报警信息给服务器后台21，由系统综合控制协调模块22控制所有模块回归到初始状态，人工干预排除问题后，重新通过一键式命令启动测试过程。

如图2所示，智能测试装置的支撑平台1采用移动式平台设计，通过一个整体的框架结构将完成一键式智能化电气试验及诊断功能所需要的硬件模块收纳在整个平台中，并且该测试平台通过万向脚轮方便移动。该移动式测试平台能够在不同试验场合移动而提高使用效率，且无需人工搬运，对相关测试仪保护更好。

现场将10kV受试高压断路器推入试验平台后，首先在人机界面进行试验项目的配置，配置完成后只需点击“启动按钮”，测试系统将自动按照规程要求的试验流程对受试10kV高压断路器12自动进行电气特性和机械特性等参数测试及试验过程可靠性实时评价与核检，试验完成后给出受试10kV高压断路器12的健康水平诊断结果以及健康水平趋势。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种10kV高压断路器智能测试装置，其特征在于，包括服务器后台、系统综合控制协调模块、自动接线控制模块、可控可调电源模块和专用测试模块，所述服务器后台与所述系统综合控制协调模块双向连接，所述系统综合控制协调模块分别与自动接线控制模块、可控可调电源模块和专用测试模块双向连接，所述自动接线控制模块与专用测试模块单向连接，所述可控可调电源模块与专用测试模块单向连接，其中：

所述服务器后台用于下发人工配置的试验流程，并在所有配置的试验完成后，收集试验结果数据，对10kV高压断路器进行健康状态诊断；

所述系统综合控制协调模块按照服务器后台配置的试验流程发送命令给所述自动接线控制模块，所述自动接线控制模块将所述专用测试模块连接到受试10kV高压断路器，系统综合控制协调模块收到自动接线控制模块接线完成反馈后，发送命令给可控可调电源模块控制对应当前试验流程的试验电源输出，同时发送命令给对应当前试验流程的专用测试模块，完成当前试验流程的参数测试，并收集当前测试参数结果，在所有配置试验项目完成后，将收集的所有试验数据发送至所述服务器后台；

所述自动接线控制模块包括机械臂控制单元﹑6轴机械臂及可控线夹，所述机械臂控制单元与所述系统综合控制协调模块通过总线双向连接，接收所述系统综合控制协调模块发送的命令，控制所述6轴机械臂按照预先设定的轨迹运行到当前试验流程对应的专用测试模块相应测试线坐标点，并控制所述可控线夹夹取专用测试模块相关测试线，并插入到受试10kV高压断路器断口中。

2.根据权利要求1所述的10kV高压断路器智能测试装置，其特征在于，所述服务器后台为嵌入式工控机，所述服务器后台运行有人机接口程序，提供人机操作接口﹑试验流程配置界面﹑试验数据结果及10kV高压断路器性能状态展示界面。

3.根据权利要求2所述的10kV高压断路器智能测试装置，其特征在于，所述服务器后台将收集到的试验结果数据构建特征参数随机矩阵，采用包括M-P律、圆环律或平均谱半径的随机矩阵能量谱密度评估算法对10kV高压断路器的状态进行评估。

4.根据权利要求1所述的10kV高压断路器智能测试装置，其特征在于，所述专用测试模块包括分合闸时间测量子模块、回路电阻测试子模块、绝缘电阻测试子模块以及工频耐压测试子模块，在所述系统综合控制协调模块的控制命令下，所述专用测试模块的信号输出线通过所述自动接线控制模块按照所述服务器后台配置的试验流程分时接到10kV高压断路器断口，分合闸时间测量子模块完成分合闸时间的参数的自动测试，回路电阻测试子模块完成10kV高压断路器断口回路电阻的参数的自动测试，绝缘电阻测试子模块完成10kV高压断路器绝缘电阻的参数的自动测试，工频耐压测试子模块完成工频耐压的参数的自动测试。

5.根据权利要求4所述的10kV高压断路器智能测试装置，其特征在于，所述可控可调电源模块包括5000V绝缘电阻测试电压单元、42kV工频高压单元、5V/200A直流电流源单元及220V/20A直流操作电压单元，其中：

所述5000V绝缘电阻测试电压单元在系统综合控制协调模块的命令下，协助绝缘电阻测试子模块完成10kV高压断路器绝缘电阻的参数的自动测试；

所述42kV工频高压单元在系统综合控制协调模块的命令下，协助工频耐压测试子模块完成工频耐压的参数的自动测试；

所述5V/200A直流电流源单元在系统综合控制协调模块的命令下，协助回路电阻测试子模块完成10kV高压断路器断口回路电阻的参数的自动测试；

所述220V/20A直流操作电压单元在系统综合控制协调模块的命令下，协助分合闸时间测量子模块完成分合闸时间的参数的自动测试。

6.根据权利要求1至5任一项所述的10kV高压断路器智能测试装置，其特征在于，还包括非接触式10kV高压断路器分合闸测速模块，所述非接触式10kV高压断路器分合闸测速模块用于测量10kV高压断路器分合闸速度并将该10kV高压断路器分合闸速度上传至系统综合控制协调模块。

7.根据权利要求6所述的10kV高压断路器智能测试装置，其特征在于，所述非接触式10kV高压断路器分合闸测速模块包括CCD位移传感器和速度计算单元，所述CCD位移传感器用来实现非接触式10kV高压断路器动触头分合闸过程位移曲线记录，所述速度计算单元用来实现10kV高压断路器分合闸速度计算，所述速度计算单元与所述系统综合控制协调模块通过总线双向连接，用来接收启动测试命令，并上传10kV高压断路器动触头分合闸速度参数信息。

8.根据权利要求7所述的10kV高压断路器智能测试装置，其特征在于，还包括图像识别安全围栏模块，所述图像识别安全围栏模块包括摄像头及视频图像处理单元，所述摄像头获取智能测试装置区域图像，所述视频图像处理单元通过图像目标检测算法，对摄像头获取的测试装置区域图像进行分析，实现对测试装置区域进行监控，并对试验过程中浸入的异物进行实时报警，所述图像识别安全围栏模块与所述系统综合控制协调模块通过总线双向连接，用来接收启动监控命令，并上传试验区域异物入侵报警信息。

9.根据权利要求8所述的10kV高压断路器智能测试装置，其特征在于，所述总线采用网络作为主通信总线，485通信线作为备用通信总线。

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