CN112670119A - 一种断路器本体压力闭锁智能控制系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种断路器本体压力闭锁智能控制系统及其实现方法，其中，所述系统包括：SF6智能传感器、断路器本体智能控制模块、保护测控系统、后台监控系统，其中，SF6智能传感器对压力数据和温度传感器采集的温度数据进行融合形成SF气体密度数据，并送给断路器本体智能控制模块；断路器本体智能控制模块与SF6智能传感器相连接，通过光纤方式输出GOOSE命令至所述保护测控系统，通过双绞线将MMS报文上送至后台监控系统；保护测控系统GOOSE命令，进行压力低闭锁重合闸；后台监控系统接收MMS报文，进行SF6气体的实时监测。在本发明实施例中，大大提升了压力闭锁回路的智能化及可靠运行水平。
Description
技术领域
本发明涉及高压断路器压力闭锁回路技术领域，尤其涉及一种断路器本体压力闭锁智能控制系统及其实现方法。
背景技术
传统高压断路器二次回路主要分为控制回路、信号回路。控制回路由控制开关与断路器的传递机构、操作机构组成，作用是实现对断路器进行“合”、“分”操作。信号回路由发送机构和信号继电器等构成，作用是反映一、二次设备的工作状态。现有的各种高压断路器的操动机构主要有液压机构、气动机构，弹簧机构三种。虽一次设备动作原理不同，二次回路仍可归纳为：储能回路、操作回路、信号回路。
断路器机构的压力低时,需闭锁跳合闸回路,由于机构内能提供原始接点有限,通常通过加装中间继电器重动来实现跳、合闸回路的闭锁。气体密度监视继电器KD1提供两个独立常开接点(正常运行时节点打开)分别启动ZJ1和ZJ2中间继电器。其中中间ZJ1继电器提供两个常闭接点分别串接在合闸和分闸1回路，一个常开接点接入发信回路，实现SF6压力低闭锁合闸及分闸1并告警功能；ZJ2继电器提供1个常闭接点串接在分闸2回路，一个常开接点接入发信回路，实现SF6压力低闭锁分闸2并告警功能。
传统压力闭锁回路主要存在以下几方面的问题亟待解决：(1)回路复杂，各个厂家回路设计不一，给运维带来很大不便；(2)回路中各中分立元器件众多、电缆众多，运行中容易受环境因素、继电器产品质量的影响，由于有众多中间继电器及节点，存在误动或拒动的可能性；(3)另外，随着断路器等一次设备向智能化、模块化、集成化、数字化发展，断路器传统控制回路实现方法也将随着一二次设备的高度集成及深度融合发生改变。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种断路器本体压力闭锁智能控制系统及其实现方法，采用SF6智能传感器代替了传统的密度继电器，用软逻辑代替了传统大量的中间继电器节点及电缆，智能化的压力闭锁回路电缆将比传统方案节省80％以上，完全取消了中间继电器等优势，大大提升了压力闭锁回路的智能化及可靠运行水平。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种断路器本体压力闭锁智能控制系统，所述系统包括：SF6智能传感器、断路器本体智能控制模块、保护测控系统、后台监控系统，其中，
所述SF6智能传感器内置压力传感器和温度传感器，对所述压力传感器采集的压力数据和所述温度传感器采集的温度数据进行融合形成SF气体密度数据，并将SF气体密度数据传送给所述断路器本体智能控制模块；
所述断路器本体智能控制模块部署在断路器各相机构箱中，基于无线方式与所述SF6智能传感器相连接，基于软件逻辑进行压力低警告、压力低闭锁逻辑操作；一方面通过光纤方式输出压力低警告和/或压力低闭锁的GOOSE命令至所述保护测控系统，另一方面通过双绞线将压力低警告和/或压力低闭锁的MMS报文上送至后台监控系统；
所述保护测控系统通过光纤方式接收压力低警告和/或压力低闭锁的GOOSE命令，进行压力低闭锁重合闸；
所述后台监控系统接收压力低警告和/或压力低闭锁的MMS报文，进行SF6气体的实时监测。
可选的，所述SF6智能传感器还包括电源模块、传感模块、数据处理模块、数据输出模块；其中，
所述电源模块用于为所述SF6智能传感器提供工作电源；
所述传感模块由所述压力传感器和所示温度传感器构成，用于对所述SF6气体的压力及运行温度进行检测；
所述数据处理模块用于接收压力值和温度值，并利用Beattie-Bridgman状态方程计算得出气体密度值，对所述SF6气体的密度监控；
所述数据输出模块用于负责将数据处理后的数据，进行组帧，按照标准规定的格式发送给所述断路器本体智能控制模块。
可选的，所述电源模块采用可充电锂电池；
所述温度传感器采用高精度传感探头，测量范围-50～150℃，精度0.3℃，灵敏度0.1℃；所述压力传感器采用高精度预校准器件、反磁性抛光不锈钢环O形密封，测量范围0～12bar，灵敏度1.2mbar。
可选的，所述数据处理模块由DSP构成，所述DSP用于对温度传感器、压力传感器输出数据进行AD转换，并完成气体密度值的计算。
可选的，所述数据输出模块采用Lora无线通信方式进行数据的输出。
可选的，所述断路器本体智能控制模块包括无线接收模块、第二数据处理模块、第二数据输出模块。
可选的，所述无线接收模块用于接收所述SF6智能传感器输出的数据；所述无线接收模块为Lora的无线接收器。
可选的，所述第二数据处理模块用于实现压力低告警和压力低闭锁逻辑处理，所述第二数据处理模块采用DSP+FPGA架构。
可选的，所述第二数据输出模块用于一方面通过光纤方式输出压力低警告和/或压力低闭锁的GOOSE命令至所述保护测控系统，另一方面通过双绞线将压力低警告和/或压力低闭锁的MMS报文上送至后台监控系统。
另外，本发明实施例还提供了一种断路器本体压力闭锁智能控制系统的实现方法，所述方法包括：
利用SF6智能传感器中的压力传感器、温度传感器分别采集SF6气体压力及运行温度数据；
利用采集到的SF6气体压力及温度数据进行气体密度的计算，获得SF6气体的密度；
将所述SF6气体的密度数据通过SF6智能传感器的数据输出模块采用Lora的无线通信方式传输到断路器本体智能控制模块；
断路器本体智能控制模块通过无线接收SF6智能传感器的SF6气体的密度数据，进行逻辑处理；
基于逻辑处理结果判断压力低告警和/或压力低闭锁后，一方面通过光纤方式输出压力低警告和/或压力低闭锁的GOOSE命令至保护测控系统，另一方面通过双绞线将压力低警告和/或压力低闭锁的MMS报文上送至后台监控系统；
所述利用采集到的SF6气体压力及温度数据进行气体密度的计算的具体计算过程如下：
其中，ρ为密度，单位为kg/m3；T为温度，单位为K；p为绝对压力，单位为MPa。
在本发明实施例中，采用SF6智能传感器代替了传统的密度继电器，用软逻辑代替了传统大量的中间继电器节点及电缆，智能化的压力闭锁回路电缆将比传统方案节省80％以上，完全取消了中间继电器等优势，大大提升了压力闭锁回路的智能化及可靠运行水平。
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，显而易见的，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它的附图。
图1是本发明实施例中的断路器本体压力闭锁智能控制系统的结构组成示意图；
图2是本发明实施例中的SF6智能传感器的结构组成示意图；
图3是本发明实施例中的断路器本体智能控制模块的结构组成示意图；
图4是本发明实施例中的断路器本体压力闭锁智能控制系统的实现方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1-图3，图1是本发明实施例中的断路器本体压力闭锁智能控制系统的结构组成示意图；图2是本发明实施例中的SF6智能传感器的结构组成示意图；图3是本发明实施例中的断路器本体智能控制模块的结构组成示意图。
如图1-图3所示，一种断路器本体压力闭锁智能控制系统，所述系统包括：SF6智能传感器、断路器本体智能控制模块、保护测控系统、后台监控系统，其中，所述SF6智能传感器内置压力传感器和温度传感器，对所述压力传感器采集的压力数据和所述温度传感器采集的温度数据进行融合形成SF气体密度数据，并将SF气体密度数据传送给所述断路器本体智能控制模块；所述断路器本体智能控制模块部署在断路器各相机构箱中，基于无线方式与所述SF6智能传感器相连接，基于软件逻辑进行压力低警告、压力低闭锁逻辑操作；一方面通过光纤方式输出压力低警告和/或压力低闭锁的GOOSE命令至所述保护测控系统，另一方面通过双绞线将压力低警告和/或压力低闭锁的MMS报文上送至后台监控系统；所述保护测控系统通过光纤方式接收压力低警告和/或压力低闭锁的GOOSE命令，进行压力低闭锁重合闸；所述后台监控系统接收压力低警告和/或压力低闭锁的MMS报文，进行SF6气体的实时监测。
在本发明具体实施过程中，所述SF6智能传感器还包括电源模块、传感模块、数据处理模块、数据输出模块；其中，所述电源模块用于为所述SF6智能传感器提供工作电源；所述传感模块由所述压力传感器和所示温度传感器构成，用于对所述SF6气体的压力及运行温度进行检测；所述数据处理模块用于接收压力值和温度值，并利用Beattie-Bridgman状态方程计算得出气体密度值，对所述SF6气体的密度监控；所述数据输出模块用于负责将数据处理后的数据，进行组帧，按照标准规定的格式发送给所述断路器本体智能控制模块。
所述电源模块采用可充电锂电池；所述温度传感器采用高精度传感探头，测量范围-50～150℃，精度0.3℃，灵敏度0.1℃；所述压力传感器采用高精度预校准器件、反磁性抛光不锈钢环O形密封，测量范围0～12bar，灵敏度1.2mbar。
所述数据处理模块由DSP构成，所述DSP用于对温度传感器、压力传感器输出数据进行AD转换，并完成气体密度值的计算。
所述数据输出模块采用Lora无线通信方式进行数据的输出。
所述断路器本体智能控制模块包括无线接收模块、第二数据处理模块、第二数据输出模块。
所述无线接收模块用于接收所述SF6智能传感器输出的数据；所述无线接收模块为Lora的无线接收器。
所述第二数据处理模块用于实现压力低告警和压力低闭锁逻辑处理，所述第二数据处理模块采用DSP+FPGA架构。
所述第二数据输出模块用于一方面通过光纤方式输出压力低警告和/或压力低闭锁的GOOSE命令至所述保护测控系统，另一方面通过双绞线将压力低警告和/或压力低闭锁的MMS报文上送至后台监控系统。
具体的，智能控制系统包括：SF6智能传感器、断路器本体智能控制模块、保护测控系统、后台监控系统。所述SF6智能传感器内置压力、温度传感，经压力温度数据融合处理后将SF6气体密度数据通过基于LoRa的微功率无线方式传送给断路器本体智能控制模块；所述断路器本体智能控制模块部署于断路器各相机构箱中，通过无线方式接收SF6智能传感器传输数据，通过软件逻辑实现压力低告警、压力低闭锁等逻辑，并且一方面通过光纤方式输出压力GOOSE命令至保护测控系统，另一方面通过双绞线将压力闭锁等MMS报文上送至后台监控系统；所述保护测控系统通过光纤方式接收压力低告警、闭锁等GOOSE命令，实现压力低闭锁重合闸等功能；所述后台监控系统接收MMS报文，实现SF6气体的实时监测。
在本发明具体实施过程中，SF6智能传感器安装于断路器本体，断路器本体智能控制模块部署在断路器各相机构箱中，利用SF6智能传感器中的压力传感器、温度传感器实时采集SF6气体压力及运行温度数据。
将SF6气体密度数据通过收发器，采用基于Lora的无线通信方式传输到断路器本体智能控制模块，
断路器本体智能控制模块通过无线接收SF6智能传感器数据，并进行相应的逻辑处理，实现闭锁跳合闸等功能，该断路器本体智能控制模块主要用控制器代替传统大量二次电缆和分立元件构成的压力闭锁回路，以GOOSE传输实现与间隔层保护测控设备、MMS传输实现与站控层后台监控的通信，实现信号采集及压力闭锁回路逻辑功能。
并且在判断压力低告警、压力低闭锁后，一方面通过光纤方式输出压力GOOSE命令至保护测控系统，另一方面通过双绞线将压力闭锁等MMS报文上送至后台监控系统。
SF6智能传感器包括电源模块、传感模块、数据处理模块、数据输出模块。其中所述电源模块为SF6智能传感器提供工作电源。所述传感模块主要由压力传感器、温度传感器构成，实现SF6气体压力及运行温度检测。所述数据处理模块主要接收的压力和温度值，利用Beattie-Bridgman状态方程计算得出气体密度值，实现对SF6气体的密度监控。所述数据输出模块主要负责将数据处理后的数据，进行组帧，按照标准规定的格式发送给间隔层的保护测控及站控层的后台监测。
进一步的，所述电源模块采用可充电锂电池进行供电。
进一步的，所述传感模块主要包括温度传感器和压力传感器，其中温度传感器测量采用高精度传感探头，测量范围-50～150℃，精度0.3℃，灵敏度0.1℃。压力传感器测量采用高精度预校准器件、反磁性抛光不锈钢环O形密封，采用特殊的结构设计、高耐久、寿命长；测量范围0～12bar，灵敏度1.2mbar。
进一步的，所述数据处理模块主要由DSP构成，DSP完成对温度传感器、压力传感器输出数据的AD转换，并完成气体密度值的计算。
进一步的，所述数据输出模块采用基于Lora无线通信方式输出。
断路器本体智能控制模块无线接收模块、数据处理模块、数据输出模块。部署于断路器各相机构箱中，通过无线方式接收SF6智能传感器传输数据，通过软件逻辑实现压力低告警、压力低闭锁等逻辑，一方面通过光纤方式输出压力GOOSE命令至保护测控系统，另一方面通过双绞线将压力闭锁等MMS报文上送至后台监控系统。
进一步的，所述无线接收模块主要负责接收所述SF6智能传感器的输出数据，为基于Lora的无线接收器。
进一步的，所述数据处理模块主要实现压力低告警、压力低闭锁等逻辑处理，采用DSP+FPGA架构，其中DSP主要负责完成AD采样、数据处理、压力闭锁逻辑运算，FPGA负责打包处理，通过物理接口芯片发送GOOSE及MMS报文。
进一步的，所述数据输出模块负责与间隔层保护测控设备及站控层后台监控设备通信，一方面通过光纤方式输出压力GOOSE命令至保护测控系统，另一方面通过双绞线将压力闭锁等MMS报文上送至后台监控系统。
举一具体实施例说明：例如当断路器SF6出现泄露时，此时SF6智能传感器采集实时数据，并通过无线传输至断路器本体智能控制模块，智能控制模块在接收到数据后进入判断流程，如图4所示。如判断实时数据低于压力闭锁值时，则将数据传输至后台监控实时显示；如判断实时数据高于压力闭锁值，则输出GOOSE命令闭锁跳合闸并将其至保护测控系统及后台监控系统。
在本发明实施例中，采用SF6智能传感器代替了传统的密度继电器，用软逻辑代替了传统大量的中间继电器节点及电缆，智能化的压力闭锁回路电缆将比传统方案节省80％以上，完全取消了中间继电器等优势，大大提升了压力闭锁回路的智能化及可靠运行水平。
实施例
请参阅图4，图4是本发明实施例中的断路器本体压力闭锁智能控制系统的实现方法的流程示意图。
如图4所示，一种断路器本体压力闭锁智能控制系统的实现方法，所述方法包括：
S11：利用SF6智能传感器中的压力传感器、温度传感器分别采集SF6气体压力及运行温度数据；
S12：利用采集到的SF6气体压力及温度数据进行气体密度的计算，获得SF6气体的密度；
S13：将所述SF6气体的密度数据通过SF6智能传感器的数据输出模块采用Lora的无线通信方式传输到断路器本体智能控制模块；
S14：断路器本体智能控制模块通过无线接收SF6智能传感器的SF6气体的密度数据，进行逻辑处理；
S15：基于逻辑处理结果判断压力低告警和/或压力低闭锁后，一方面通过光纤方式输出压力低警告和/或压力低闭锁的GOOSE命令至保护测控系统，另一方面通过双绞线将压力低警告和/或压力低闭锁的MMS报文上送至后台监控系统；
所述利用采集到的SF6气体压力及温度数据进行气体密度的计算的具体计算过程如下：
其中，ρ为密度，单位为kg/m3；T为温度，单位为K；p为绝对压力，单位为MPa。
本实施例中的实施方法的具体实施过程，可参详上述系统实施例，在此，不再赘述。
在本发明实施例中，采用SF6智能传感器代替了传统的密度继电器，用软逻辑代替了传统大量的中间继电器节点及电缆，智能化的压力闭锁回路电缆将比传统方案节省80％以上，完全取消了中间继电器等优势，大大提升了压力闭锁回路的智能化及可靠运行水平。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
另外，以上对本发明实施例所提供的一种断路器本体压力闭锁智能控制系统及其实现方法进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种断路器本体压力闭锁智能控制系统，其特征在于，所述系统包括：SF6智能传感器、断路器本体智能控制模块、保护测控系统、后台监控系统，其中，
所述SF6智能传感器内置压力传感器和温度传感器，对所述压力传感器采集的压力数据和所述温度传感器采集的温度数据进行融合形成SF气体密度数据，并将SF气体密度数据传送给所述断路器本体智能控制模块；
所述断路器本体智能控制模块部署在断路器各相机构箱中，基于无线方式与所述SF6智能传感器相连接，基于软件逻辑进行压力低警告、压力低闭锁逻辑操作；一方面通过光纤方式输出压力低警告和/或压力低闭锁的GOOSE命令至所述保护测控系统，另一方面通过双绞线将压力低警告和/或压力低闭锁的MMS报文上送至后台监控系统；
所述保护测控系统通过光纤方式接收压力低警告和/或压力低闭锁的GOOSE命令，进行压力低闭锁重合闸；
所述后台监控系统接收压力低警告和/或压力低闭锁的MMS报文，进行SF6气体的实时监测。
2.根据权利要求1所述的断路器本体压力闭锁智能控制系统，其特征在于，所述SF6智能传感器还包括电源模块、传感模块、数据处理模块、数据输出模块；其中，
所述电源模块用于为所述SF6智能传感器提供工作电源；
所述传感模块由所述压力传感器和所示温度传感器构成，用于对所述SF6气体的压力及运行温度进行检测；
所述数据处理模块用于接收压力值和温度值，并利用Beattie-Bridgman状态方程计算得出气体密度值，对所述SF6气体的密度监控；
所述数据输出模块用于负责将数据处理后的数据，进行组帧，按照标准规定的格式发送给所述断路器本体智能控制模块。
3.根据权利要求2所述的断路器本体压力闭锁智能控制系统，其特征在于，所述电源模块采用可充电锂电池；
所述温度传感器采用高精度传感探头，测量范围-50～150℃，精度0.3℃，灵敏度0.1℃；所述压力传感器采用高精度预校准器件、反磁性抛光不锈钢环O形密封，测量范围0～12bar，灵敏度1.2mbar。
4.根据权利要求2所述的断路器本体压力闭锁智能控制系统，其特征在于，所述数据处理模块由DSP构成，所述DSP用于对温度传感器、压力传感器输出数据进行AD转换，并完成气体密度值的计算。
5.根据权利要求2所述的断路器本体压力闭锁智能控制系统，其特征在于，所述数据输出模块采用Lora无线通信方式进行数据的输出。
6.根据权利要求1所述的断路器本体压力闭锁智能控制系统，其特征在于，所述断路器本体智能控制模块包括无线接收模块、第二数据处理模块、第二数据输出模块。
7.根据权利要求6所述的断路器本体压力闭锁智能控制系统，其特征在于，所述无线接收模块用于接收所述SF6智能传感器输出的数据；所述无线接收模块为Lora的无线接收器。
8.根据权利要求6所述的断路器本体压力闭锁智能控制系统，其特征在于，所述第二数据处理模块用于实现压力低告警和压力低闭锁逻辑处理，所述第二数据处理模块采用DSP+FPGA架构。
9.根据权利要求6所述的断路器本体压力闭锁智能控制系统，其特征在于，所述第二数据输出模块用于一方面通过光纤方式输出压力低警告和/或压力低闭锁的GOOSE命令至所述保护测控系统，另一方面通过双绞线将压力低警告和/或压力低闭锁的MMS报文上送至后台监控系统。
10.一种断路器本体压力闭锁智能控制系统的实现方法，其特征在于，所述方法包括：
利用SF6智能传感器中的压力传感器、温度传感器分别采集SF6气体压力及运行温度数据；
利用采集到的SF6气体压力及温度数据进行气体密度的计算，获得SF6气体的密度；
将所述SF6气体的密度数据通过SF6智能传感器的数据输出模块采用Lora的无线通信方式传输到断路器本体智能控制模块；
断路器本体智能控制模块通过无线接收SF6智能传感器的SF6气体的密度数据，进行逻辑处理；
基于逻辑处理结果判断压力低告警和/或压力低闭锁后，一方面通过光纤方式输出压力低警告和/或压力低闭锁的GOOSE命令至保护测控系统，另一方面通过双绞线将压力低警告和/或压力低闭锁的MMS报文上送至后台监控系统；
所述利用采集到的SF6气体压力及温度数据进行气体密度的计算的具体计算过程如下：
其中，ρ为密度，单位为kg/m3；T为温度，单位为K；p为绝对压力，单位为MPa。
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