CN113253105A - 高压开关动作特性测量系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种高压开关动作特性测量系统。所述系统包括：信号发生模块、开关驱动模块、开关位置测量模块、信号接收模块以及主控模块；信号发生模块、开关驱动模块、开关位置测量模块以及信号接收模块基于统一的时钟信号同步计时，信号发生模块、开关驱动模块、开关位置测量模块以及信号接收模块与主控模块进行无线通信。上述系统，各模块之间进行无线通讯，省去了拆接线缆和携带线缆线箱的麻烦，缩短了测量时长，各模块通过统一的时钟信号能将其得到的测量数据添加统一精度时标，进而使主控模块能够根据接收到的携带统一精度时标的测量数据，实现高压开关的动作特性参数的准确计算。

Description

高压开关动作特性测量系统

技术领域

本申请涉及电力设备检测技术领域，特别是涉及一种高压开关动作特性测量系统。

背景技术

高压开关是电网系统中一个至关重要的电力设备，它的运行可靠性直接关系到电网的运行安全和可靠性。然而，电压开关故障事件时有发生，使得电网系统存在重大隐患。因此，高压开关的动作特性测试是高压开关运维检修的一个重要试验。

目前，现有的高压开关动作特性测试仪的主要测试方法是采用线缆和线夹将仪器的测试电源接入高压开关两端接线端子，通过测试开关分合闸动作过程中回路中开关的通断状态和时间来测量高压开关的动作特性。但是，上述高压开关动作特性测试方法现场需要准备很多线缆，试验时要接好线缆，试验后要拆除线缆，还必须携带专用线箱放置这些线缆，十分不便，试验时间也会很长。要实现高压开关动作特性的准确测量，对于同步采集数据的时间精度要求非常高，若摒弃传统的通过线缆连接的测量方式实现无线测量，则实现数据的高精度同步采集又面临巨大挑战。

因此，需要提供一种高效且准确的高压开关动作特性测量方案。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够高效且准确的高压开关动作特性测量系统。

一种高压开关动作特性测量系统，系统包括信号发生模块、开关驱动模块、开关位置测量模块、信号接收模块以及主控模块；

信号发生模块、开关驱动模块、开关位置测量模块以及信号接收模块基于统一的时钟信号同步计时；

主控模块无线发送测量信号至信号发生模块、开关驱动模块、开关位置测量模块以及信号接收模块；

信号发生模块响应测量信号，输出电流信号至待测高压开关组件，并基于统一的时钟信号同步为电流信号的输出时刻添加统一精度时标，得到信号输出时刻，将信号输出时刻无线发送至主控模块；

开关驱动模块响应测量信号，驱动待测高压开关组件中的高压开关进行分合闸操作，并基于统一的时钟信号同步为高压开关的驱动时刻添加统一精度时标，得到开关驱动时刻，并将开关驱动时刻无线发送至主控模块；

开关位置测量模块响应测量信号，基于统一的时钟信号同步为测量的高压开关在分合闸动作过程中的位置信息添加统一精度时标，得到位置数据，将位置数据无线发送至主控模块；

信号接收模块响应测量信号，基于统一的时钟信号同步为测量到的高压开关分合闸状态变化数据添加统一精度时标，得到状态变化数据，将状态变化数据无线发送至主控模块，高压开关分合闸状态变化数据基于电流信号的变化信息得到；

主控模块根据接收到的信号输出时刻、开关驱动时刻、位置数据以及状态变化数据，得到高压开关动作特性测量数据。

在一个实施例中，信号发生模块、开关驱动模块、开关位置测量模块以及信号接收模块分别内置有相同的北斗同步对时组件，北斗同步组件用于输出统一的时钟信号。

在一个实施例中，北斗同步对时组件包括方波发生器、锁相环和北斗芯片，方波发生器以及北斗芯片分别与锁相环连接。

在一个实施例中，统一的时钟信号包括通用时间、秒脉冲以及同步脉冲；

北斗芯片输出通用时间和秒脉冲，锁相环通过秒脉冲对方波发生器调相，生成与秒脉冲同步的同步脉冲。

在一个实施例中，信号发生模块包括用于耦合电流信号的信号耦合器，信号接收模块包括用于感应高压开关分合闸动作过程中电流信号的变化信息的柔性传感器。

在一个实施例中，信号耦合器包括信号耦合线圈，柔性传感器包括柔性线圈；

信号发生模块通过信号耦合线圈嵌套在待测高压开关组件的高压开关支路一侧，信号接收模块通过柔性传感器嵌套在待测高压开关组件的高压开关支路另一侧。

在一个实施例中，开关位置测量模块吸附于待测高压开关组件的开关联动轴。

在一个实施例中，主控模块还包括网络通信单元，网络通信单元与主控模块中的处理器单元连接。

在一个实施例中，电流信号包括预设频率的电流信号，预设频率用于表征身份信息。

在一个实施例中，主控模块还包括显示单元，显示单元与主控模块中的处理器单元连接。

在一个实施例中，主控模块还包括打印单元，打印单元与主控模块中的处理器单元连接。

在一个实施例中，主控模块还包括网络通信模块，网络通信模块与主控模块中的处理器单元连接。

上述高压开关动作特性测试系统，各模块之间进行无线通讯，省去了拆接线缆和携带线缆线箱的麻烦，极大地缩短了测量时长，各模块通过统一的时钟信号能将其得到的测量数据添加统一精度时标，使得主控模块能够根据携带统一精度时标的数据，准确计算高压开关的动作特性参数。综上所述，本申请提供的高压开关动作特性测试系统能够实现高效且准确的高压开关动作特性测量。

附图说明

图1为一个实施例中高压开关动作特性测量系统的系统结构框图；

图2为另一个实施例中高压开关动作特性测量系统的系统结构框图；

图3为一个实施例中主控模块的结构框图；

图4为另一个实施例中主控模块的结构框图；

图5为一个实施例中北斗同步对时组件的结构原理示意图；

图6为一个实施例中信号发生模块的结构原理示意图；

图7为一个实施例中信号接收模块的结构原理示意图；

图8为一个实施例中开关位置检测模块的结构原理示意图；

图9为一个实施例中信号接收模块的结构原理示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

试验人员发现，现有的通过接入线缆的方式测量高压开关动作参数的方式，除了上述的拆接线麻烦，影响测量效率之外，还因试验测试回路必须接入现场开关回路，而现场高压开关一般接在母线或其他高压回路，这些回路即使检修停电，但是也会在变电站恶劣的电磁环境中感应很高的感应电压，会随着测试线缆传递到测试仪器，一方面损坏仪器，另一方面也会给试验人员带来触电风险。并且，高压开关两侧如果是双端接地状态就不能测量，只能拆掉一端的地刀接地线或打开一端地刀，这对一些GIS(Geographic InformationSystem或Geo－Information system，地理信息系统)高压开关来说只能拆掉一端的地刀接地线，试验完成又接回去，这些对开关本身有完全风险，同时也给测试过程带来很多工作量。鉴于此，本申请提供了一种高压开关动作特性测量系统。

在一个实施例中，如图1所示，高压开关动作特性测量系统，包括：信号发生模块100、开关驱动模块200、开关位置测量模块300、信号接收模块400以及主控模块500；

信号发生模块100、开关驱动模块200、开关位置测量模块300以及信号接收模块400基于统一的时钟信号同步计时；

主控模块500无线发送测量信号至信号发生模块100、开关驱动模块200、开关位置测量模块300以及信号接收模块400；

信号发生模块100响应测量信号，输出电流信号至待测高压开关组件，并基于统一的时钟信号同步为电流信号的输出时刻添加统一精度时标，得到信号输出时刻，将信号输出时刻无线发送至主控模块500；

开关驱动模块200响应测量信号，驱动待测高压开关组件中的高压开关进行分合闸操作，并基于统一的时钟信号同步为高压开关的驱动时刻添加统一精度时标，得到开关驱动时刻，并将开关驱动时刻无线发送至主控模块500；

开关位置测量模块300响应测量信号，基于统一的时钟信号同步为测量的高压开关在分合闸动作过程中的位置信息添加统一精度时标，得到位置数据，将位置数据无线发送至主控模块500；

信号接收模块400响应测量信号，基于统一的时钟信号同步为测量到的高压开关分合闸状态变化数据添加统一精度时标，得到状态变化数据，将状态变化数据无线发送至主控模块500，高压开关分合闸状态变化数据基于电流信号的变化信息得到；

主控模块500根据接收到的信号输出时刻、开关驱动时刻、位置数据以及状态变化数据，得到高压开关动作特性测量数据。

如图2所示，待测高压开关组件可包括导线、高压开关主触头、母线侧刀闸、负荷侧刀闸以及接地刀闸等。高压开关动作特性参数包括高压开关动作的时间、行程以及速度等动作特性参数。本实施例中，统一精度时标可以是精度为0.01ms的时标。信号发生模块100、开关驱动模块200、开关位置测量模块300以及信号接收模块400可通过物联网通信单元与主控模块500进行无线通信。主控模块500可以是手持式装置，只要其处于模块间无线通信的距离内便可通过物联网通信技术相互通讯。

具体实施时，可以是测试开始时，试验人员手持主控模块500，通过按下主控模块500的“测试”按键，使得主控模块500生成测量信号、并通过物联网模块将测量信号无线发送至其他各模块，各模块通过统一的时钟信号为其动作信息和采集到的测量信息添加统一的精度达到0.01ms的时标，并把各自的动作和测量信息通过物联网通信单元发送到主控模块500，主控模块500根据接收到的测量信息结合统一时标，准确计算断路器开关的分合闸时间点、分合闸速度等断路器开关的动作特性参数。

上述高压开关动作特性测量系统，不仅可以在高压开关双端接地情况下的测量其动作特性，各模块之间进行无线通讯，省去了拆接线缆和携带线缆线箱的麻烦，缩短了测量时长，并极大地提高了现场试验的安全，进一步的，各模块基于统一的时钟信号能将其得到的测量数据添加统一精度时标，使得主控模块500能够根据携带统一精度时标的测量数据，实现高压开关的动作特性参数的准确计算。

在一个实施例中，如图3所示，主控模块500还包括网络通信单元520，网络通信单元520与主控模块500中的处理器单元510连接。

本实施例中，网络通信单元520可以是3G/4G/5G通信单元。具体的，主控模块500包括处理器单元510、网络通信单元520和物联网通信单元600，物联网通信单元600和网络通信单元520分别与处理器单元510连接，处理器单元510包括主控CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)和存储器，上述器件构成整个系统的控制核心。整个高压开关动作特性测量系统由主控模块500统一控制，主控模块500通过物联网通信单元600实现对各个模块发送指令信号，并接收各个模块返回的测量信息，根据返回的测量信息计算高压开关的动作时间、距离及动作速度等开关动作特性参数。

主控模块500在计算得到高压开关动作开关特性参数之后，可通过3G/4G/5G通信单元将测量数据和结果返回数据中心云服务器。本实施例中，通过网络通信单元520将测量数据和波形数据等发送至数据中心，能够实现数据的统一管理和试验报告的自动生成，进一步节省现场试验人员处理数据的工作，也可以方便运维人员结合数据中心数据对高压开关的运行状态做精准评估，可以有效的保护开关，提高开关运行可靠性。

在一个实施例中，主控模块500还包括显示单元530，显示单元530与处理器单元510连接，具体的，显示单元530可以是数显屏，用于显示高压开关动作特性测量数据以及波形数据等数据。另一个实施例中，如图4所示，主控模块500还包括打印单元540，打印单元540与处理器单元510连接，用于打印高压开关动作特性测量数据以及波形数据等数据。

在一个实施例中，信号发生模块100、开关驱动模块200、开关位置测量模块300以及信号接收模块400分别内置有相同的北斗同步对时组件，北斗同步组件用于输出统一的时钟信号。

其中，统一的时钟信号包括通用时间、秒脉冲以及同步脉冲。

在另一个实施例中，统一的时钟信号可通过网络同步发送至信号发生模块100、开关驱动模块200、开关位置测量模块300以及信号接收模块400，使得信号发生模块100、开关驱动模块200、开关位置测量模块300以及信号接收模块400无需安装有北斗同步对时组件，只需同步接收统一的时钟信号即可。

在另一个实施例中，如图5所示，北斗同步对时组件600包括方波发生器610、锁相环620和北斗芯片630，方波发生器610以及北斗芯片630分别与锁相环620连接。

本实施例中，方波发生器610可以是100kHz方波发生器。具体实施时，北斗芯片630输出高精度同步对时用秒脉冲(以下简称秒脉冲)，同时，通过串口输出通用时间，锁相环620通过北斗芯片630输出的秒脉冲对100kHz方波发生器调相，最后生成与秒脉冲同步的高精度100kHz同步脉冲，北斗同步对时组件600输出100kHz同步脉冲、北斗芯片的秒脉冲和通用时间信息，用于其他各模块添加统一精度时标。

在一个实施例中，信号发生模块100包括用于耦合电流信号的信号耦合器，信号接收模块400包括用于感应高压开关分合闸动作过程中电流信号的变化信息的柔性传感器。

如图在另一个实施例中，信号耦合器包括信号耦合线圈，柔性传感器包括柔性线圈；信号发生模块100通过信号耦合线圈嵌套在待测高压开关组件的高压开关支路一侧，信号接收模块400通过柔性传感器嵌套在待测高压开关组件的高压开关支路另一侧。

如图6所示，信号发生模块100包括北斗同步对时组件600、计时器550、第一主控芯片110、信号发生器120、信号耦合线圈130和物联网通信单元700。信号发生模块100通过信号耦合线130圈嵌套在高压开关支路一侧的导线上，其输出的特殊电流信号通过信号耦合线圈130加载到双端接地的高压开关回路上。计时器550对北斗同步对时组件600输出的100kHz同步脉冲计数，北斗同步对时组件600输出秒脉冲清空计时器550的计数器，如此，根据计时器550的计数准确得到精确到0.01ms的同步计时。第一主控芯片110通过物联网通信单元700接收主控模块500发过来的测量信号，第一主控芯片110控制信号发生器120输出携带身份标识信息的电流信号，电流信号通过信号耦合线圈130耦合到待测高压开关组件中的开关回路和接地回路。第一主控芯片110记录下信号发生器120输出电流信号的通用时间及计数器的计时值，生成精确的0.01ms的信号发生时刻的统一时标，并通过物联网通信单元700将信号输出时刻无线发送至主控模块500。

如图7所示，信号接收模块400包括北斗同步对时组件600、计时器550、开关动作信号测量单元410、柔性传感器420、第二主控芯片430和物联网通信单元700。

具体实施时，信号接收模块400通过柔性线圈嵌套在高压开关支路另一侧的导线上，接收并测量信号发生模块100输出的电流信号。具体的，同样，计时器550和北斗同步对时组件600结合得到精确到0.01ms的同步计时。柔性传感器420识别携带身份标识信息的电流信号，感应开关分合闸动作过程中开关回路上电流信号的变化信息，开关动作信号测量单元410将柔性传感器420感应得到的开关回路上电流信号的变化信息转换为开关动作信号脉冲，将开关动作信号脉冲作用到计时器550上，便得到开关动作状态变化的精确到0.01ms同步计时值和通用时间，这就给开关分合闸状态变化添加统一的精度为0.01ms的时标，得到状态变化数据。第二主控芯片430接收计时器550输出的带统一时标的状态变化数据，通过物联网通信单元700将状态变化数据无线发送至主控模块500。

上述实施例，通过信号耦合技术和柔性线圈感应技术，有效地解决了现场高压开关双端接地情况下，传统方法无法测量开关动作特性问题，使得现场测量开关动作特性可以不打开开关两侧接地刀闸，减少现场拆除地刀双端接地的困难和繁重工作，提高测试的准确度，节约工作时间，简化试验流程。同时也减少不接地端感应触电危险，进一步提高现场试验设备和人身安全系数。

如图8所示，开关位置测量模块300包括北斗同步对时组件600、计时器550、位置测量单元310、位置传感器320、第三主控芯片330和物联网通信单元700。计时器550和北斗同步对时组件600结合得到精确到0.01ms的同步计时。位置传感器320感应得到开关分合闸动作过程中的位置变化信息，位置测量单元310将位置传感器320得到的位置变化信息通过AD转换为位置数据，并且将北斗同步对时组件600输出的100kHz同步脉冲作为AD采样的触发信号，实现位置变化信息和其他模块的信号同步采样，并且将北斗同步对时组件600输出的秒脉冲作为每秒采样的起始基准，再结合北斗同步对时组件600输出的通用时间及计数器的计时值，给位置变化信息添加统一的精度为0.01ms的时标，得到位置数据。第三主控芯片330收到位置测量单元310采集的带统一时标的位置数据，通过物联网通信单元700将位置数据发送给主控模块500。

如图9所示，开关驱动模块200包括北斗同步对时组件600、计时器550、第四主控芯片210、开关分合闸驱动电源220和物联网通信单元700。开关驱动模块200通过其自身的输出线夹加在开关的驱动回路。计时器550和北斗同步对时组件600结合得到精确到0.01ms的同步计时。第四主控芯片210通过物联网通信单元700接收主控模块500发送的测量信号，第四主控芯片210控制开关分合闸驱动电源220输出0～220V/0～20A的直流控制高压开关进行分合闸操作。第四主控芯片210记录下开关分合闸驱动电源220输出直流的通用时间及计数器的计时值，生成精确的0.01ms的开关开始分合闸操作的时刻的统一时标，得到开关驱动时刻、并通过物联网通信单元700将开关驱动时刻发送给主控模块500。

为了更清楚地描述本申请，下面将结合一个实例对本申请进行说明：

测量开始时，试验人员手持主控模块处于无线通信的有效距离内，通过按下主控模块的“测量”按键，使得主控模块生成测量信号、并通过物联网通信模块将测量信号同步无线发送至信号发生模块、开关驱动模块、开关位置测量模块以及信号接收模块。此时，信号发生模块响应测量信号，为了电流信号能够被轻松识别，输出携带身份信息的电流信号，通过信号耦合线圈将信号耦合到待测高压开关组件中的开关回路和接地回路，并通过北斗同步对时组件为其发出电流信号的时刻添加统一精度时标，得到信号输出时刻并将其无线发送至主控模块；开关驱动模块响应该测量信号，输出0～220V/0～20A的直流控制开关分合闸操作，并通过北斗同步对时组件为模块驱动开关的时刻添加统一精度时标，得到开关驱动时刻并将其无线发送至主控模块；开关位置测量模块响应该测量信号，通过北斗同步对时组件为测量到的开关分合闸动作过程中的位置变化信息添加统一精度时标，得到位置数据并将其无线发送给主控模块；信号接收模块响应该测量信号，通过北斗同步对时组件将柔性传感器感应到的开关分合闸状态变化数据添加统一精度时标，得到状态变化数据并将其无法发送给主控模块；主控模块根据接收的带统一时标的信号输出时刻、开关驱动时刻、位置数据以及状态变化数据，得到高压开关动作特性测量数据，计算出高压开关动作的时间、行程及速度等动作特性参数。最后，通过数显屏显示上述测量数据，通过打印机打印测量数据，并通过3G/4G/5G通信模块将测量数据发送到数据中心云服务器，以便自动生成试验报告。

本领域技术人员可以理解，图1-9中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于高压开关动作特性测量系统上的限定。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种高压开关动作特性测量系统，其特征在于，所述系统包括信号发生模块、开关驱动模块、开关位置测量模块、信号接收模块以及主控模块；

所述信号发生模块、所述开关驱动模块、所述开关位置测量模块以及所述信号接收模块基于统一的时钟信号同步计时；

所述主控模块无线发送测量信号至所述信号发生模块、所述开关驱动模块、所述开关位置测量模块以及所述信号接收模块；

所述信号发生模块响应所述测量信号，输出电流信号至待测高压开关组件，并基于统一的时钟信号同步为电流信号的输出时刻添加统一精度时标，得到信号输出时刻，将所述信号输出时刻无线发送至所述主控模块；

所述开关驱动模块响应所述测量信号，驱动所述待测高压开关组件中的高压开关进行分合闸操作，并基于所述统一的时钟信号同步为高压开关的驱动时刻添加统一精度时标，得到开关驱动时刻，并将所述开关驱动时刻无线发送至所述主控模块；

所述开关位置测量模块响应所述测量信号，基于所述统一的时钟信号同步为测量的高压开关在分合闸动作过程中的位置信息添加统一精度时标，得到位置数据，将所述位置数据无线发送至所述主控模块；

所述信号接收模块响应所述测量信号，基于所述统一的时钟信号同步为测量到的高压开关分合闸状态变化数据添加统一精度时标，得到状态变化数据，将所述状态变化数据无线发送至所述主控模块，所述高压开关分合闸状态变化数据基于所述电流信号的变化信息得到；

所述主控模块根据接收到的所述信号输出时刻、所述开关驱动时刻、所述位置数据以及所述状态变化数据，得到高压开关动作特性测量数据。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号发生模块、所述开关驱动模块、所述开关位置测量模块以及所述信号接收模块分别内置有相同的北斗同步对时组件，所述北斗同步组件用于输出所述统一的时钟信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述北斗同步对时组件包括方波发生器、锁相环和北斗芯片，所述方波发生器以及所述北斗芯片分别与所述锁相环连接。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述统一的时钟信号包括通用时间、秒脉冲以及同步脉冲；

所述北斗芯片输出所述通用时间和秒脉冲，所述锁相环通过所述秒脉冲对方波发生器调相，生成与所述秒脉冲同步的同步脉冲。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号发生模块包括用于耦合电流信号的信号耦合器，所述信号接收模块包括用于感应高压开关分合闸动作过程中电流信号的变化信息的柔性传感器。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述信号耦合器包括信号耦合线圈，所述柔性传感器包括柔性线圈；

所述信号发生模块通过所述信号耦合线圈嵌套在所述待测高压开关组件的高压开关支路一侧，所述信号接收模块通过所述柔性传感器嵌套在所述待测高压开关组件的高压开关支路另一侧。

7.根据权利要求1至6任一项所述的系统，其特征在于，所述开关位置测量模块吸附于所述待测高压开关组件的开关联动轴。

8.根据权利要求1至6任一项所述的系统，其特征在于，所述主控模块还包括显示单元，所述显示单元与所述主控模块中的处理器单元连接。

9.根据权利要求1至6任一项所述的系统，其特征在于，所述主控模块还包括网络通信单元，所述网络通信单元与所述主控模块中的处理器单元连接。

10.根据权利要求1至6任一项所述的系统，其特征在于，所述电流信号包括预设频率的电流信号，所述预设频率用于表征身份信息。

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