CN112816860A - 一种gis隔离开关的开关动作状态实时监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GIS隔离开关的开关动作状态实时监测装置及方法，包括：罗氏线圈、数字量输出的积分器，罗氏线圈的输出端与所述数字量输出的积分器的输入端连接；振动传感器固固定在GIS隔离开关中操作机构的操作杆上，所述振动传感器的输出端与A/D转换电路的输入端连接；所述数字量输出的积分器和A/D转换电路的输出端分别与嵌入式STM32微处理器的I/O接口连接，所述嵌入式STM32微处理器的数据接口端与WiFi模块电路连接，所述WiFi模块与后台数据中心连接。本发明结合罗氏线圈和振动传感器采集的信息传输至后台数据中心，实现GIS隔离开关的移动在线监控。
Description
技术领域
本发明涉及一种GIS隔离开关的开关动作状态实时监测装置及方法，属于监测领域。
背景技术
常见的敞开式隔离开关可以通过人眼观察到开关动作状态。而GIS高压配电设备中的隔离开关是在一个充满六氟化硫气体的全封闭绝缘筒内，无法直接观察隔离开关的通断动作。隔离开关的动作状态只能由机械箱上的位置指针和开关灯间接确定。
据统计，GIS设备中隔离开关的机械故障占总故障率的45-84%。主要故障有轴承磨损、转动部件卡滞、转动连接松动以及分合闸不到位等。如果这些故障不及时处理，将严重影响隔离开关的正常分合闸，导致变电设备无法稳定运行，甚至出现开关跳闸，操作机构短轴等恶性事故。 类似事故在南网和国网已发生多起，严重威胁到电网运行安全。
随着计算机技术、信号处理、人工智能和传感技术的日趋完善，对GIS隔离开关的运行状态进行移动在线监测已经成为可能。基于电流传感技术结合物联网传输的方法能够及时发现设备的缺陷并进行报警，将降低事故的发生率，减少设备预防性试验和检修的工作量及停电次数。同时，GIS隔离开关监测和移动在线技术紧密有机的结合，将对实现隔离开关的智能化功能，推动国家电网自动化建设有着重要意义。
发明内容
推进电气设备监测行业的智能化建设，本发明提供一种GIS隔离开关的开关动作状态实时监测装置及方法。
本发明中主要采用的技术方案为：
一种GIS隔离开关的开关动作状态实时监测装置，包括：
罗氏线圈，所述罗氏线圈套在GIS隔离开关的驱动电机线圈的电源导线上，用于采集电机运转电流的微分量，即线圈工作电流；
数字量输出的积分器，所述罗氏线圈的输出端与所述数字量输出的积分器的输入端连接；
振动传感器固，所述振动传感器固定在GIS隔离开关中操作机构的操作杆上，用于采集隔离开关动触头的分合闸过程的振动信息；
A/D转换电路，所述振动传感器的输出端与A/D转换电路的输入端连接；
所述数字量输出的积分器和A/D转换电路的输出端分别与嵌入式STM32微处理器的I/O接口连接，所述嵌入式STM32微处理器的数据接口端与WiFi模块电路连接，所述WiFi模块与后台数据中心连接，用于传输采集到的工作电流信息和振动信息。
所述嵌入式STM32微处理、A/D转换电路、WiFi模块的电源端分别与电源电路的输出端连接。
优选地，还包括：嵌入式Wi-Fi协议，当检测到GIS隔离开关存在机械故障时，装置可以将采集到的信息通过WiFi模块实时发送到后台数据中心。
优选地，所述后台数据中心包括通讯单元、报警单元和存储单元，其中，所述存储单元包括后台数据库，用于存储数据信息，所述通讯单元通过wifi模块与所述嵌入式STM32微处理器通讯连接，所述报警单元根据通讯单元接收到的信息进行反馈。
一种GIS隔离开关的开关动作状态实时监测方法，具体步骤如下：
S1：采用罗氏线圈采集GIS隔离开关中驱动电机的线圈工作电流，随后将采集到的电流信息通过wifi模块传输到后台数据中心，绘制实时监测电流-时间曲线；
S2：将S1中绘制的实时监测电流-时间曲线与投运时电流-时间曲线的包络线进行对比，从而判断GIS隔离开关是否存在机械故障及其故障类型；
S3：采用振动传感器采集GIS隔离开关触头的振动信息，并将采集到的振动信息通过wifi模块传输到后台数据中心，从而监测隔离开关的开合状态；
S4：结合S1绘制的实时监测电流-时间曲线和S3中采集的隔离开关触头的振动信息，从而辅助判断GIS隔离开关的机械故障类型；
S5：当后台数据中心根据上述步骤判断出GIS隔离开关出现机械故障时，会进行报警并反馈故障具体信息，提醒相关人员进行检修。
优选地，所述S2中，投运时的电流-时间曲线的包络线为GIS隔离开关初始投放正常运行时所绘制的电流-时间曲线的包络线，所述投运时的电流-时间曲线的包络线存储在后台数据库中。
优选地，所述S2中，判断GIS隔离开关是否存在机械故障及其故障类型的方法具体如下：
S2-1：如果S1中绘制的实时监测电流-时间曲线与投运时电流-时间曲线的包络线基本吻合或者实时监测电流-时间曲线在投运时电流-时间曲线的包络线的范围内，则表示GIS隔离开关没有出现机械故障；
S2-2：如果S1中绘制的实时监测电流-时间曲线突然断线，则表示GIS隔离开关的驱动电机连接的操作机构出现卡死现象；
S2-3：如果S1中绘制的实时监测电流-时间曲线超出投运时电流-时间曲线的包络线的范围，则表示GIS隔离开关的驱动电机连接的操作机构出现电机卡涩现象；
S2-4：如果S1中绘制的实时监测电流-时间曲线在时间上比投运时电流-时间曲线的包络线的长或者短，则表示隔离开关的操作机构闸刀运作速度受到影响。
优选地，所述S3中，GIS隔离开关的开合状态的监测方法具体如下：振动传感器采集到的测量值会在GIS隔离开关的分闸瞬间点和合闸瞬间点发生突变，出现变化拐点，根据变化拐点判断GIS隔离开关的开合状态，其中，分闸瞬间点为GIS隔离开关的动触头和静触头刚分开时；合闸瞬间点为隔离开关的动触头和静触头刚合上时。
优选地，所述S4中，辅助判断GIS隔离开关的机械故障类型的具体步骤如下：
S4-1：在分合闸的位置，如果S1中绘制的实时监测电流-时间曲线的电流变化在时间上偏离了振动传感器的测量值的变化拐点，则表示GIS隔离开关的操作机构的分合闸不到位；
S4-2：在分合闸的位置，如果S1中绘制的实时监测电流-时间曲线的电流变化和振动传感器的测量值在分合闸位置的变化拐点出现持续长时间的波动，则表示GIS隔离开关触头的动轴发生松动，导致动触头与静触头刀口发生偏离。
有益效果：本发明提供一种GIS隔离开关的开关动作状态实时监测装置及方法，具有以下优点：
1、电流采集的安装是电机线圈电源线直接穿过罗氏线圈，使得传感器的安装变得简洁。
2、通过振动传感器测量值的变化拐点监测开关分合闸位置，结合罗氏线圈采集绘制的电流-时间曲线综合判断隔离开关是否存在故障及其故障类型。
3、结合罗氏线圈和振动传感器采集的信息传输至后台数据中心，实现GIS隔离开关的移动在线监控。
附图说明
图1为本发明的装置结构连接示意图；
图2是本发明中的动静触头分合闸示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
如图1所示，一种GIS隔离开关的开关动作状态实时监测装置，包括：
罗氏线圈，所述罗氏线圈套在GIS隔离开关的驱动电机线圈的电源导线上，用于采集电机运转电流的微分量，即线圈工作电流；
数字量输出的积分器，所述罗氏线圈的输出端与所述数字量输出的积分器的输入端连接；
振动传感器固，所述振动传感器固定在GIS隔离开关中操作机构的操作杆上，用于采集隔离开关动触头的分合闸过程的振动信息；
A/D转换电路，所述振动传感器的输出端与A/D转换电路的输入端连接；
所述数字量输出的积分器和A/D转换电路的输出端分别与嵌入式STM32微处理器的I/O接口连接，所述嵌入式STM32微处理器的数据接口端与WiFi模块电路连接，所述WiFi模块与后台数据中心连接，用于传输采集到的工作电流信息和振动信息。
所述嵌入式STM32微处理、A/D转换电路、WiFi模块的电源端分别与电源电路的输出端连接。
优选地，还包括：嵌入式Wi-Fi协议，当检测到GIS隔离开关存在机械故障时，装置可以将采集到的信息通过WiFi模块实时发送到后台数据中心。
优选地，所述后台数据中心包括通讯单元、报警单元和存储单元，其中，所述存储单元包括后台数据库，用于存储数据信息，所述通讯单元通过wifi模块与所述嵌入式STM32微处理器通讯连接，所述报警单元根据通讯单元接收到的信息进行反馈。
一种GIS隔离开关的开关动作状态实时监测方法，具体步骤如下：
S1：采用罗氏线圈采集GIS隔离开关中驱动电机的线圈工作电流，随后将采集到的电流信息通过wifi模块传输到后台数据中心，绘制实时监测电流-时间曲线；
S2：将S1中绘制的实时监测电流-时间曲线与投运时电流-时间曲线的包络线进行对比，从而判断GIS隔离开关是否存在机械故障及其故障类型；
S3：采用振动传感器采集GIS隔离开关触头的振动信息，并将采集到的振动信息通过wifi模块传输到后台数据中心，从而监测隔离开关的开合状态；
S4：结合S1绘制的实时监测电流-时间曲线和S3中采集的隔离开关触头的振动信息，从而辅助判断GIS隔离开关的机械故障类型；
S5：当后台数据中心根据上述步骤判断出GIS隔离开关出现机械故障时，会进行报警并反馈故障具体信息，提醒相关人员进行检修。
优选地，所述S2中，投运时的电流-时间曲线的包络线为GIS隔离开关初始投放正常运行时所绘制的电流-时间曲线的包络线，所述投运时的电流-时间曲线的包络线存储在后台数据库中。
优选地，所述S2中，判断GIS隔离开关是否存在机械故障及其故障类型的方法具体如下：
S2-1：如果S1中绘制的实时监测电流-时间曲线与投运时电流-时间曲线的包络线基本吻合或者实时监测电流-时间曲线在投运时电流-时间曲线的包络线的范围内，则表示GIS隔离开关没有出现机械故障；
S2-2：如果S1中绘制的实时监测电流-时间曲线突然断线，则表示GIS隔离开关的驱动电机连接的操作机构出现卡死现象；
S2-3：如果S1中绘制的实时监测电流-时间曲线超出投运时电流-时间曲线的包络线的范围，则表示GIS隔离开关的驱动电机连接的操作机构出现电机卡涩现象；
S2-4：如果S1中绘制的实时监测电流-时间曲线在时间上比投运时电流-时间曲线的包络线的长或者短，则表示隔离开关的操作机构闸刀运作速度受到影响。
优选地，如图2所示，所述S3中，GIS隔离开关的开合状态的监测方法具体如下：振动传感器采集到的测量值会在GIS隔离开关的分闸瞬间点和合闸瞬间点发生突变，出现变化拐点，根据变化拐点判断GIS隔离开关的开合状态，其中，分闸瞬间点为GIS隔离开关的动触头和静触头刚分开时；合闸瞬间点为隔离开关的动触头和静触头刚合上时。
优选地，所述S4中，辅助判断GIS隔离开关的机械故障类型的具体步骤如下：
S4-1：在分合闸的位置，如果S1中绘制的实时监测电流-时间曲线的电流变化在时间上偏离了振动传感器的测量值的变化拐点，则表示GIS隔离开关的操作机构的分合闸不到位；
S4-2：在分合闸的位置，如果S1中绘制的实时监测电流-时间曲线的电流变化和振动传感器的测量值在分合闸位置的变化拐点出现持续长时间的波动，则表示GIS隔离开关触头的动轴发生松动，导致动触头与静触头刀口发生偏离。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种GIS隔离开关的开关动作状态实时监测装置，其特征在于，包括：
罗氏线圈，所述罗氏线圈套在GIS隔离开关的驱动电机线圈的电源导线上，用于采集电机运转电流的微分量，即线圈工作电流；
数字量输出的积分器，所述罗氏线圈的输出端与所述数字量输出的积分器的输入端连接；
振动传感器固，所述振动传感器固定在GIS隔离开关中操作机构的操作杆上，用于采集隔离开关动触头的分合闸过程的振动信息；
A/D转换电路，所述振动传感器的输出端与A/D转换电路的输入端连接；
所述数字量输出的积分器和A/D转换电路的输出端分别与嵌入式STM32微处理器的I/O接口连接，所述嵌入式STM32微处理器的数据接口端与WiFi模块电路连接，所述WiFi模块与后台数据中心连接，用于传输采集到的工作电流信息和振动信息；
所述嵌入式STM32微处理、A/D转换电路、WiFi模块的电源端分别与电源电路的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的一种GIS隔离开关的开关动作状态实时监测装置，其特征在于，还包括：嵌入式Wi-Fi协议，当检测到GIS隔离开关存在机械故障时，装置可以将采集到的信息通过WiFi模块实时发送到后台数据中心。
3.根据权利要求1所述的一种GIS隔离开关的开关动作状态实时监测装置，其特征在于，所述后台数据中心包括通讯单元、报警单元和存储单元，其中，所述存储单元包括后台数据库，用于存储数据信息，所述通讯单元通过wifi模块与所述嵌入式STM32微处理器通讯连接，所述报警单元根据通讯单元接收到的信息进行反馈。
4.一种GIS隔离开关的开关动作状态实时监测方法，其特征在于，权利要求1-3所述的实时监测装置具体监测方法如下：
S1：采用罗氏线圈采集GIS隔离开关中驱动电机的线圈工作电流，随后将采集到的电流信息通过WiFi模块传输到后台数据中心，绘制实时监测电流-时间曲线；
S2：将S1中绘制的实时监测电流-时间曲线与投运时电流-时间曲线的包络线进行对比，从而判断GIS隔离开关是否存在机械故障及其故障类型；
S3：采用振动传感器采集GIS隔离开关触头的振动信息，并将采集到的振动信息通过WiFi模块传输到后台数据中心，从而监测隔离开关的开合状态；
S4：结合S1绘制的实时监测电流-时间曲线和S3中采集的隔离开关触头的振动信息，从而辅助判断GIS隔离开关的机械故障类型；
S5：当后台数据中心根据上述步骤判断出GIS隔离开关出现机械故障时，会进行报警并反馈故障具体信息，提醒相关人员进行检修。
5.根据权利要求4所述的一种GIS隔离开关的开关动作状态实时监测方法，其特征在于，所述S2中，投运时的电流-时间曲线的包络线为GIS隔离开关初始投放正常运行时所绘制的电流-时间曲线的包络线，所述投运时的电流-时间曲线的包络线存储在后台数据库中。
6.根据权利要求4所述的一种GIS隔离开关的开关动作状态实时监测方法，其特征在于，所述S2中，判断GIS隔离开关是否存在机械故障及其故障类型的方法具体如下：
S2-1：如果S1中绘制的实时监测电流-时间曲线与投运时电流-时间曲线的包络线基本吻合或者实时监测电流-时间曲线在投运时电流-时间曲线的包络线的范围内，则表示GIS隔离开关没有出现机械故障；
S2-2：如果S1中绘制的实时监测电流-时间曲线突然断线，则表示GIS隔离开关的驱动电机连接的操作机构出现卡死现象；
S2-3：如果S1中绘制的实时监测电流-时间曲线超出投运时电流-时间曲线的包络线的范围，则表示GIS隔离开关的驱动电机连接的操作机构出现电机卡涩现象；
S2-4：如果S1中绘制的实时监测电流-时间曲线在时间上比投运时电流-时间曲线的包络线的长或者短，则表示隔离开关的操作机构闸刀运作速度受到影响。
7.根据权利要求4所述的一种GIS隔离开关的开关动作状态实时监测方法，其特征在于，所述S3中，GIS隔离开关的开合状态的监测方法具体如下：振动传感器采集到的测量值会在GIS隔离开关的分闸瞬间点和合闸瞬间点发生突变，出现变化拐点，根据变化拐点判断GIS隔离开关的开合状态，其中，分闸瞬间点为GIS隔离开关的动触头和静触头刚分开时；合闸瞬间点为隔离开关的动触头和静触头刚合上时。
8.根据权利要求7所述的一种GIS隔离开关的开关动作状态实时监测方法，其特征在于，所述S4中，辅助判断GIS隔离开关的机械故障类型的具体步骤如下：
S4-1：在分合闸的位置，如果S1中绘制的实时监测电流-时间曲线的电流变化在时间上偏离了振动传感器的测量值的变化拐点，则表示GIS隔离开关的操作机构的分合闸不到位；
S4-2：在分合闸的位置，如果S1中绘制的实时监测电流-时间曲线的电流变化和振动传感器的测量值在分合闸位置的变化拐点出现持续长时间的波动，则表示GIS隔离开关触头的动轴发生松动，导致动触头与静触头刀口发生偏离。
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