CN112531902A - 一种配网直流断路器斥力开关驱动单元在线状态监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种配网直流断路器斥力开关驱动单元在线状态监测装置，包括充电机监测模块、储能电容电压监测模块、触发控制器监测模块、放电电流检测模块、逻辑判断模块、传输模块和上位机，充电机监测模块、储能电容电压监测模块、触发控制器监测模块和放电电流检测模块分别与传输模块的一端连接，传输模块的另一端与上位机连接，逻辑判断模块分别与触发控制器监测模块、放电电流检测模块和传输模块连接。本发明在直流断路器的充电机接收并上传异常信息时、储能电容电压超出标准值及浮动范围时或者触发控制器误动、拒动、错误动作时，能够及时监测到异常信号，并发出警报，可以用于在线监测配网直流断路器斥力开关驱动单元运行状态和故障状态。

Description

一种配网直流断路器斥力开关驱动单元在线状态监测装置

技术领域

本发明涉及电网运维设备领域，更具体地，涉及一种配网直流断路器斥力开关驱动单元在线状态监测装置。

背景技术

随着柔性直流输变电工程建设从特高压主干网向配网以及用户端逐步扩展，配网直流断路器的应用越来越广泛。作为配网直流断路器的关键组件，斥力开关在直流断路器正常工作时导通工作电流，在故障保护时，短时承担短路电流并通过快速绝缘恢复能力隔离故障线路；其重要性不言而喻；据统计，配网直流断路器近75％的故障由斥力开关引起，斥力开关近80％的故障由驱动单元引起，因此斥力开关驱动单元的运行监测对于配网直流断路器运检工作至关重要，可提前发现斥力开关异常变化和故障演变，避免出现配网直流断路器误动和拒动事故影响电力系统稳定运行。但由于斥力开关驱动单元的特殊原理和电气结构，传统开关驱动单元(弹簧机构和液压机构)的监测和检测手段不能通用。

传统开关的驱动单元大都采用大功率弹簧机构或液压机构，其储能是通过电动机执行，触发是通过电磁铁运动操作，因此对传统开关驱动单元的监测是通过电动机电流和电磁铁线圈电流进行的。

与传统的机械开关采用大功率弹簧机构、液压机构驱动不同，斥力开关采用斥力开关进行驱动。斥力开关由本体和驱动单元组成；本体包含斥力盘、斥力线圈和传动、保持和缓冲装置。驱动单元包含储能电容及其充放电模块、放电晶闸管组及其触发控制模块。正常状态下，充电模块给电容充电到合适的电压待命，当需要斥力开关动作时，控制后台通过光纤给斥力开关驱动单元的触发控制模块下发命令，触发控制模块通过光电转换和电光转换控制导通放电晶闸管，释放储能电容中的电能，在斥力线圈和斥力盘产生电磁斥力驱动开关快速动作。目前技术手段中还没有专门用于斥力开关驱动单元的在线状态监测的设备，例如中国专利CN210927083U一种混合式直流断路器、控制保护装置，基于该装置的保护方法可快速执行分合闸流程，快速检测设备状态并实施有效保护；但是其不能用于斥力开关驱动单元的在线状态监测。

发明内容

本发明为克服上述背景技术所述的目前没有专门用于斥力开关驱动单元的在线状态监测的设备的问题，提供一种配网直流断路器斥力开关驱动单元在线状态监测装置。本发明能够专门用于斥力开关驱动单元的在线状态监测。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种配网直流断路器斥力开关驱动单元在线状态监测装置，包括充电机监测模块、储能电容电压监测模块、触发控制器监测模块、放电电流检测模块、逻辑判断模块、传输模块和上位机，所述充电机监测模块、储能电容电压监测模块、触发控制器监测模块和放电电流检测模块分别与所述传输模块的一端连接，所述传输模块的另一端与所述上位机连接，所述逻辑判断模块一端分别与所述触发控制器监测模块和所述放电电流检测模块连接、另一端与所述传输模块连接。

进一步的，所述充电机监测模块用于连接直流断流器上的充电机的第一信号接收单元以及一端与所述第一信号接收单元连接的第一比较器，所述第一比较器的另一端与所述传输模块连接。

进一步的，所述储能电容电压监测模块包括依次连接的电阻分压板、电压采样电缆和电压采样及判断单元，所述电压采样及判断单元与所述传输模块连接。

进一步的，所述触发控制器监测模块包括第二信号接收单元和第二比较器，所述第二比较器一端连接所述第二信号接收单元、另一端连接所述传输模块。

进一步的，所述放电电流检测模块包括依次连接的霍尔电流线圈、电流采样电缆和电流采样及判断单元；所述电流采样及判断单元与所述传输模块连接，所述霍尔电流线圈还与所述逻辑判断模块连接。

进一步的，所述传输模块包括光电转换发出单元和光电转换接收单元，所述光电转换发出单元一端分别与所述第一比较器、电压采样及判断单元、第二比较器、所述电流采样及判断单元以及所述逻辑判断模块连接、另一端连接所述光电转换接收单元的一端，所述光电转换接收单元的另一端连接所述上位机。

进一步的，所述上位机包括依次连接的第三信号接收单元、处理器和显示单元，所述第三信号接收办卡与所述光电转换接收单元连接。

进一步的，所述放电电流模块中还包括闭锁信号单元，用于在斥力开关成功完成一次动作后，且放电电流峰值远小于标准值浮动范围时，持续发出的闭锁脉冲。

进一步的，还包括移动终端，所述移动终端与所述上位机通信连接。

优选的，所述移动终端为手机或者平板电脑。

与现有技术相比，有益效果是：

1、本发明可以用于在线监测配网直流断路器斥力开关驱动单元运行状态和故障状态；通过上位机提供曲线、数据和判断结果给运维人员，当直流断路器的充电机接收并上传异常信息、储能电容电压超出标准值及浮动范围时或者触发控制器误动、拒动、错误动作时，能够及时监测到异常信号，并及时发出警报，用以监测斥力机构驱动单元在线状态；方便运维人员及时准确的作出判断，提高电网线路的故障保护能力，减轻运维人员的工作强度。

2、本发明除了用于在线监测处于地电位的斥力机构驱动单元外，也可在电力系统运行状态下，监测处于高电位的斥力机构驱动单元。

附图说明

图1是本发明的框架示意图。

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。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1所示，为一种配网直流断路器斥力开关驱动单元在线状态监测装置，包括充电机监测模块、储能电容电压监测模块、触发控制器监测模块、放电电流检测模块、逻辑判断模块、传输模块和上位机，充电机监测模块、储能电容电压监测模块、触发控制器监测模块和放电电流检测模块分别与传输模块的一端连接，传输模块的另一端与上位机连接，逻辑判断模块一端分别与触发控制器监测模块和放电电流检测模块连接、另一端与传输模块连接。

充电机监测模块用于连接直流断流器上的充电机的第一信号接收单元以及一端与第一信号接收单元连接的第一比较器，第一比较器的另一端与传输模块连接。当直流断流器上的充电机出现通讯断线、无故重启、充电异常等问题时，充电机监测模块通过光纤接收故障信息，并将故障信息和报警信号上传给传输模块；当运维人员在无故障状态下，需要主动查看充电机工作状态时，充电机监测模块将响应上位机命令，控制充放电装置自检，然后将自检信息上送给传输模块，继而上传给上位机。

储能电容电压监测模块包括依次连接的电阻分压板、电压采样电缆和电压采样及判断单元，电压采样及判断单元与传输模块连接。其中电阻分压板利用电阻分压原理将电容电压由高压转化为低压，然后通过屏蔽电缆将低电压信号传递给电压采样单元；电压采样板将模拟量转化为数字量，再通过光纤上送给传输模块。

触发控制器监测模块包括第二信号接收单元和第二比较器，第二比较器一端连接第二信号接收单元、另一端连接传输模块。触发控制器监测模块通过光纤与配网直流断路器斥力开关驱动单元的触发控制器相连，在线监测其工作状态、动作信号和故障信息；当触发控制器进行动作或出现通讯断线、充电异常等问题时时，触发控制器监测模块通过光纤接收动作信号或故障信息，并将动作信号、故障信息和报警信号上传给光电转换发出模块。当运维人员在无故障状态下，需要主动查看触发控制器工作状态时，触发控制器监测模块将响应上位机命令，控制触发控制器自检，然后将自检信息上送给传输模块，继而上传给上位机。

放电电流检测模块包括依次连接的霍尔电流线圈、电流采样电缆和电流采样及判断单元；电流采样及判断单元与传输模块连接，霍尔电流线圈还与逻辑判断模块连接。霍尔电流线圈利用电磁原理将电流由大电流转化为低电压，然后通过屏蔽电缆将低电压信号传递给电流采样单元。电压采样板将模拟量转化为数字量，再通过光纤上送给传输模块。放电电流模块中还包括闭锁信号单元，用于在斥力开关成功完成一次动作后，且放电电流峰值远小于标准值浮动范围时，持续发出的闭锁脉冲；禁止斥力开关再次动作，直到运维人员完成检修手动解除该信号。闭锁信号解除前，即便运维人员误操作或控保装置误触发，斥力开关也不会误动作。

传输模块包括光电转换发出单元和光电转换接收单元，光电转换发出单元一端分别与第一比较器、电压采样及判断单元、第二比较器、电流采样及判断单元以及逻辑判断模块连接、另一端连接光电转换接收单元的一端，光电转换接收单元的另一端连接上位机。传输模块中的光电转换发出单元用于接收各个监测模块的信号，之后发送给光电转换接收单元，光电转换发出单元将转换后的信号发送给上位机。逻辑判断模块通过光纤和采样电缆采集斥力机构驱动单元的动作信号和放电时序，如果动作信号、放电时序对应一致，则逻辑判断模块判定驱动单元功能正常。如果逻辑判断模块监测到触发控制器未发出动作信号，却有放电时序，则判定斥力机构驱动单元误动作。如果逻辑判断模块监测到触发控制器已发出动作信号，却没有放电时序，则判定斥力机构驱动单元拒动作。逻辑判断模块做出判定后，通过光纤将判定结果上送给光电转换发出模块。

上位机包括依次连接的第三信号接收单元、处理器和显示单元，第三信号接收办卡与光电转换接收单元连接。光电转换发出模块和光电转换接收模块通过光纤相连，光电转换接受模块通过数据电缆与上位机相连。用于将监测模块采集或发出的模拟量和数字量以光电隔离的方式传递给上位机。上位机作为人机界面，显示配网直流断路器斥力开关驱动单元在线状态信息，并可用于运维人员在线查询斥力开关驱动单元工作状态。由于使用了光电隔离技术，本实施例了用于在线监测处于地电位的斥力机构驱动单元外，也可在电力系统运行状态下，监测处于高电位的斥力机构驱动单元。

还可以包括移动终端，移动终端为手机或者平板电脑；移动终端与上位机通信连接。

本实施例提供的配网直流断路器斥力开关驱动单元在线状态监测装置，可用于在线监测配网直流断路器斥力开关驱动单元运行状态和故障状态。其中充电机工作状态监测模块用于监测充电机工作状态，储能电容电压监测模块用于监测储能电容电压，触发控制器工作状态监测模块用于检测触发控制器工作状态，放电电流监测模块用于监测储能电容放电电流。逻辑判断模块用于判断驱动模块是否出现误动以及是否按照预设时序触发动作。光电转换发出和接收模块用于将监测模块采集或发出的模拟量和数字量以光电隔离的方式传递给上位机。上位机作为人机界面，显示配网直流断路器斥力开关驱动单元在线状态信息。

本实施例在具体在线检测时，当充电机出现功能异常时，充电机工作状态监测模块将接收并上传异常信息，发出报警信号；储能电容电压监测模块除了监测储能电容电压外，还可预设电压标准值及浮动范围，当监测的电容电压超出标准值及浮动范围时，该模块将发出报警信号，并限制斥力开关动作。当触发控制板出现功能异常时，触发控制板工作状态监测模块将接收并上传异常信息，发出报警信号。放电电流监测模块除了监测放电电流峰值和放电时刻外，还可预设电流峰值和放电时刻标准值及浮动范围，当监测的放电电流峰值和放电时刻超出标准值及浮动范围时，该模块将发出报警信号，并限制斥力开关动作。如果触发控制器放电控制时序错误或触发控制器未发命令的情况下放电晶闸管触发放电，则逻辑判断模块将结合检测到的放电控制信号和放电电流自发进行判断是否出现了误动、拒动或者错误动作，并将判断结果上传给上位机。由于使用了光电隔离技术，本装置除了用于在线监测处于地电位的斥力机构驱动单元外，也可在电力系统运行状态下，监测处于高电位的斥力机构驱动单元。上位机提供曲线、数据和判断结果给运维人员，用以监测斥力机构驱动单元在线状态。

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 (10)

1.一种配网直流断路器斥力开关驱动单元在线状态监测装置，其特征在于，包括充电机监测模块、储能电容电压监测模块、触发控制器监测模块、放电电流检测模块、逻辑判断模块、传输模块和上位机，所述充电机监测模块、储能电容电压监测模块、触发控制器监测模块和放电电流检测模块分别与所述传输模块的一端连接，所述传输模块的另一端与所述上位机连接，所述逻辑判断模块一端分别与所述触发控制器监测模块和所述放电电流检测模块连接、另一端与所述传输模块连接。

2.根据权利要求1所述的配网直流断路器斥力开关驱动单元在线状态监测装置，其特征在于，所述充电机监测模块用于连接直流断流器上的充电机的第一信号接收单元以及一端与所述第一信号接收单元连接的第一比较器，所述第一比较器的另一端与所述传输模块连接。

3.根据权利要求2所述的配网直流断路器斥力开关驱动单元在线状态监测装置，其特征在于，所述储能电容电压监测模块包括依次连接的电阻分压板、电压采样电缆和电压采样及判断单元，所述电压采样及判断单元与所述传输模块连接。

4.根据权利要求3所述的配网直流断路器斥力开关驱动单元在线状态监测装置，其特征在于，所述触发控制器监测模块包括第二信号接收单元和第二比较器，所述第二比较器一端连接所述第二信号接收单元、另一端连接所述传输模块。

5.根据权利要求4所述的配网直流断路器斥力开关驱动单元在线状态监测装置，其特征在于，所述放电电流检测模块包括依次连接的霍尔电流线圈、电流采样电缆和电流采样及判断单元；所述电流采样及判断单元与所述传输模块连接，所述霍尔电流线圈还与所述逻辑判断模块连接。

6.根据权利要求5所述的配网直流断路器斥力开关驱动单元在线状态监测装置，其特征在于，所述传输模块包括光电转换发出单元和光电转换接收单元，所述光电转换发出单元一端分别与所述第一比较器、电压采样及判断单元、第二比较器、所述电流采样及判断单元以及所述逻辑判断模块连接、另一端连接所述光电转换接收单元的一端，所述光电转换接收单元的另一端连接所述上位机。

7.根据权利要求6所述的配网直流断路器斥力开关驱动单元在线状态监测装置，其特征在于，所述上位机包括依次连接的第三信号接收单元、处理器和显示单元，所述第三信号接收办卡与所述光电转换接收单元连接。

8.根据权利要求5所述的配网直流断路器斥力开关驱动单元在线状态监测装置，其特征在于，所述放电电流模块中还包括闭锁信号单元，用于在斥力开关成功完成一次动作后，且放电电流峰值远小于标准值浮动范围时，持续发出的闭锁脉冲。

9.根据权利要求1所述的配网直流断路器斥力开关驱动单元在线状态监测装置，其特征在于，还包括移动终端，所述移动终端与所述上位机通信连接。

10.根据权利要求9所述的配网直流断路器斥力开关驱动单元在线状态监测装置，其特征在于，所述移动终端为手机或者平板电脑。

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