CN113484741A - 一种gis隔离开关工作状态监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GIS隔离开关工作状态监测装置及方法，包括用于检测隔离开关工作状态的工作状态检测模块、交流信号处理模块、电阻信号处理模块、分闸命令输入模块、合闸命令输入模块和微处理器模块即其监测方法，本发明利用开口式电流互感器获得GIS隔离开关操作机构驱动电机动作过程随时间变化的电流值，根据操作机构驱动电机动作过程随时间变化的电流值进而间接判断隔离开关隔离刀的动作状态；利用角位移传感器获得GIS隔离开关操作机构驱动电机随时间变化的转动位移值，判断GIS隔离开关刀闸的位置状态；累计GIS隔离开关分合闸动作次数，预测GIS隔离开关的机械寿命，有效提高了隔离开关工作状态监测的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种GIS隔离开关工作状态监测装置及方法。
背景技术
GIS设备中隔离开关的研究目前仅局限于绝缘特性的在线监测（例如局放、SF6气体泄漏等）的研究，GIS设备中的隔离开关是封闭在绝缘筒内的，不能直接观测到动静触头的分合到位情况的，而又无法在GIS内部安装传感器进行监测隔离开关的三工位位置、机构卡涩、电机线圈断线等故障信息，据统计，GIS设备中的隔离开关机械故障占总故障率的70-80%，主要存在问题是：操作失灵、分合闸卡涩、分合闸不到位等，现阶段对于此类缺陷的反措手段多数是对GIS连杆进行划线，这种判断手段当然存在很多不足，其余监测手段也有需要改进的地方。
如中国专利CN210119308U，公开日2020年2月28日，一种GIS隔离开关温度监测装置，包括开关外壳，开关外壳的内部两侧分别设置有动触头和静触头，开关外壳的表面设置有位于静触头正上方的固定孔，以及位于动触头正上方的滑槽，固定孔内固定安装有固定块，滑槽内设置有与滑槽匹配的滑动块，固定块和滑动块的内部分别设置有第一传感器安装槽和第二传感器安装槽，固定块和滑动块的底端均固定连接有监测杆，监测杆的底端均固定连接有导热环，导热环分别固定套设在动触头和静触头的外部，该装置能够直接监测触头的温度，能够在GIS隔离开关出现温度异常时，迅速的将GIS隔离开关关闭，避免事故恶化。但其仅靠温度监测无法对GIS隔离开关的工作状态进行具体有效的监测，需要结合对GIS隔离开关机械特性的检测手段，增强监测的覆盖率和准确度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：目前的GIS隔离开关监测方法对隔离开关工作状态的监测准确度不高的技术问题。提出了一种能够提高隔离开关工作状态监测的准确度的GIS隔离开关工作状态监测装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种GIS隔离开关工作状态监测装置，包括用于检测隔离开关工作状态的工作状态检测模块、交流信号处理模块、电阻信号处理模块、分闸命令输入模块、合闸命令输入模块和微处理器模块，所述工作状态检测模块分别与所述交流信号处理模块和所述电阻信号处理模块连接，所述交流信号处理模块和所述电阻信号处理模块均与所述微处理器模块连接，所述分闸命令输入模块的输出端和所述合闸命令输入模块的输出端均与所述微处理器模块的输入端连接。一种GIS隔离开关工作状态监测装置，开口式电流互感器的输出端与交流信号处理模块输入端连接；交流信号处理模块输出端与微处理器模块对应的A/D口连接；角位移传感器输出端与电阻信号处理模块的输入端连接；电阻信号处理模块输出端与微处理器模块对应的A/D口连接；分闸命令输入模块、合闸命令输入模块的输出端分别与微处理器模块输入端I/O口连接，分闸命令输入模块、合闸命令输入模块均采用开关接点信号，常闭为输入命令，常开为解除命令，分闸命令输入模块和合闸命令输入模块可设置计数单元，累计GIS隔离开关分合闸动作次数，微处理器模块采用STM32系列单片机。
作为优选，所述工作状态检测模块包括用于判断隔离开关隔离刀动作状态的开口式电流互感器和用于判断GIS隔离开关刀闸位置状态的角位移传感器，所述开口式电流互感器的输出端与所述交流信号处理模块的输入端连接，所述角位移传感器的输出端与电阻信号处理模块的输入端连接。开口式电流互感器为开口式交流电流互感器，测量范围为0-10AAC，测量时卡在隔离开关操作机构驱动电机一根电源线上，角位移传感器直接固定在电机输出轴上，角位移传感器采用旋转电位器式，角度变化电阻值发生变化，角位移电阻范围为0-10kΩ。
作为优选，所述交流信号处理模块包括二极管整流电路和电容滤波电路，所述二极管整流电路的输出端与所述电容滤波电路的输入端连接。交流信号处理模块包括二极管整流电路和电容滤波电路，二极管整流电路输出端与电容滤波电路连接，实现将交流信号转换成直流信号。
作为优选，所述电阻信号处理模块包括用于将可变电阻信号转换成直流电压信号的H桥平衡电路，所述H桥平衡电路分别与所述角位移传感器和所述微处理器模块连接。电阻信号处理模块采用H桥平衡电路，将可变电阻信号转换成直流电压信号。
作为优选，本装置还包括存储模块，所述存储模块的输入端与所述微处理器模块的输出端连接。存储模块输入端与微处理器模块输出端I/O口连接；存储模块采用至少16GB的U盘存储，便于储存以及更换记录的数据。存储模块可设置大数据更新存储单元，通过网络更新GIS隔离开关的相关数据，便于微处理器模块对比分析GIS隔离开关操作机构驱动电机动作过程随时间变化的电流值及GIS隔离开关操作机构驱动电机随时间变化的转动位移值，根据每次动作存储值，通过大数据分析综合判断GIS隔离开关工作状态是否存在健康隐患。
作为优选，本装置还包括用于显示隔离开关工作状态的显示模块，所述显示模块与所述微处理器模块连接。显示模块输入端与微处理器模块输出端I/O口连接；显示模块采用3.5寸彩色液晶屏，显示当前最大电流值、分合闸累计次数、当前状态、电流-时间包络线及当前变化曲线、位移-时间曲线及包络线、当前时间。
作为优选，本装置还包括通信模块，所述通信模块包括信息传输单元，所述通信模块的输入端与所述微处理器模块对应端通信口连接。通信模块输入端与微处理器模块对应端通信口连接，通信模块采用带光耦隔离的RS485通信模块。
作为优选，本装置还包括时钟模块，所述时钟模块的输出端与所述微处理器模块的输入端连接；所述时钟模块采用DS1302芯片。时钟模块输出端与微处理器模块输入端I/O口连接；时钟模块采用DS1302芯片，用于提供计时功能。
作为优选，本装置还包括电源模块，所述电源模块与所述微处理器模块连接；所述电源模块的输入为220VAC，所述电源模块的输出为5VDC。电源模块采用抗四级电磁干扰的电源模块，输入电压220VAC，输出为5VDC。
一种GIS隔离开关工作状态监测方法，利用上述监测装置，包括如下步骤：
S1：通过开口式电流互感器和角位移传感器获得隔离开关的工作状态数据信息；
S2：对获得的工作状态数据信息进行数据处理，将处理后的工作状态数据信息传输给微处理器模块；
S3：通过分、合闸命令输入模块读取当前隔离开关的开关状态；
S4：累计GIS隔离开关分合闸动作次数，将分合闸信息传输给微处理器模块；
S5：微处理器模块根据接收到的数据进行整合分析；
S6：微处理器模块将接收数据和分析结果通过通信模块进行上传。
通过交流信号处理模块对开口式电流互感器采集的数据进行整流和滤波，通过电阻信号处理模块的H桥平衡电路，将角位移传感器的可变电阻信号转换成直流电压信号，实现获得的工作状态数据信息的数据处理，过滤掉干扰因素。微处理器模块将接收数据和分析结果通过通信模块上传给控制中心或使用者
本发明的实质性效果是：本发明利用开口式电流互感器获得GIS隔离开关操作机构驱动电机动作过程随时间变化的电流值，根据操作机构驱动电机动作过程随时间变化的电流值进而间接判断隔离开关隔离刀的动作状态；利用角位移传感器获得GIS隔离开关操作机构驱动电机随时间变化的转动位移值，判断GIS隔离开关刀闸的位置状态，判断GIS隔离开关在何处存在卡涩阻力；累计GIS隔离开关分合闸动作次数，根据累计GIS隔离开关分合闸动作次数预测GIS隔离开关的机械寿命，有效提高了隔离开关工作状态监测的准确度。
附图说明
图1为本实施例的组成示意图；
图2为本实施例实施步骤的流程图。
其中：1、微处理器模块，2、工作状态检测模块，3、交流信号处理模块，4、电阻信号处理模块，5、分闸命令输入模块，6、合闸命令输入模块，7、电源模块，8、存储模块，9、显示模块，10、通信模块，11、时钟模块，12、开口式电流互感器，13、角位移传感器。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
一种GIS隔离开关工作状态监测装置，如图1所示，包括用于检测隔离开关工作状态的工作状态检测模块2、交流信号处理模块3、电阻信号处理模块4、分闸命令输入模块5、合闸命令输入模块6和微处理器模块1，工作状态检测模块2分别与交流信号处理模块3和电阻信号处理模块4连接，工作状态检测模块2包括用于判断隔离开关隔离刀动作状态的开口式电流互感器12和用于判断GIS隔离开关刀闸位置状态的角位移传感器13，开口式电流互感器12的输出端与交流信号处理模块3的输入端连接，角位移传感器13的输出端与电阻信号处理模块4的输入端连接。开口式电流互感器12为开口式交流电流互感器，测量范围为0-10AAC，测量时卡在隔离开关操作机构驱动电机一根电源线上，角位移传感器13直接固定在电机输出轴上，角位移传感器13采用旋转电位器式，角度变化电阻值发生变化，角位移电阻范围为0-10kΩ。
交流信号处理模块3和电阻信号处理模块4均与微处理器模块1连接，微处理器模块1可采用STM32系列单片机，交流信号处理模块3包括二极管整流电路和电容滤波电路，二极管整流电路的输出端与电容滤波电路的输入端连接。交流信号处理模块3包括二极管整流电路和电容滤波电路，二极管整流电路输出端与电容滤波电路连接，实现将交流信号转换成直流信号。电阻信号处理模块4包括用于将可变电阻信号转换成直流电压信号的H桥平衡电路，H桥平衡电路分别与角位移传感器13和微处理器模块1连接。电阻信号处理模块4采用H桥平衡电路，将可变电阻信号转换成直流电压信号。
分闸命令输入模块5的输出端和合闸命令输入模块6的输出端均与微处理器模块1的输入端连接。分闸命令输入模块5、合闸命令输入模块6的输出端分别与微处理器模块1输入端I/O口连接，分闸命令输入模块5、合闸命令输入模块6均采用开关接点信号，常闭为输入命令，常开为解除命令，分闸命令输入模块5和合闸命令输入模块6可设置计数单元，累计GIS隔离开关分合闸动作次数，一种GIS隔离开关工作状态监测装置，开口式电流互感器12的输出端与交流信号处理模块3输入端连接；交流信号处理模块3输出端与微处理器模块1对应的A/D口连接；角位移传感器13输出端与电阻信号处理模块4的输入端连接；电阻信号处理模块4输出端与微处理器模块1对应的A/D口连接。
本装置还包括存储模块8、用于显示隔离开关工作状态的显示模块9、通信模块10、时钟模块11和电源模块7，存储模块8的输入端与微处理器模块1的输出端连接。存储模块8输入端与微处理器模块1输出端I/O口连接；存储模块8采用至少16GB的U盘存储，便于储存以及更换记录的数据。存储模块8可设置大数据更新存储单元，通过网络更新GIS隔离开关的相关数据，便于微处理器模块1对比分析GIS隔离开关操作机构驱动电机动作过程随时间变化的电流值及GIS隔离开关操作机构驱动电机随时间变化的转动位移值，根据每次动作存储值，通过大数据分析综合判断GIS隔离开关工作状态是否存在健康隐患。
显示模块9与微处理器模块1连接。显示模块9输入端与微处理器模块1输出端I/O口连接；显示模块9采用3.5寸彩色液晶屏，显示当前最大电流值、分合闸累计次数、当前状态、电流-时间包络线及当前变化曲线、位移-时间曲线及包络线、当前时间。
通信模块10包括信息传输单元，通信模块10的输入端与微处理器模块1对应端通信口连接。通信模块10输入端与微处理器模块1对应端通信口连接，通信模块10采用带光耦隔离的RS485通信模块10。时钟模块11的输出端与微处理器模块1的输入端连接；时钟模块11采用DS1302芯片。时钟模块11输出端与微处理器模块1输入端I/O口连接；时钟模块11采用DS1302芯片，用于提供计时功能。电源模块7与微处理器模块1连接；电源模块7的输入为220VAC，电源模块7的输出为5VDC。电源模块7可采用抗四级电磁干扰的电源模块7。
一种GIS隔离开关工作状态监测方法，如图2所示，利用上述监测装置，包括如下步骤：
S1：通过开口式电流互感器12和角位移传感器13获得隔离开关的工作状态数据信息；
S2：对获得的工作状态数据信息进行数据处理，将处理后的工作状态数据信息传输给微处理器模块1；
S3：通过分、合闸命令输入模块6读取当前隔离开关的开关状态；
S4：累计GIS隔离开关分合闸动作次数，将分合闸信息传输给微处理器模块1；
S5：微处理器模块1根据接收到的数据进行整合分析；
S6：微处理器模块1将接收数据和分析结果通过通信模块10进行上传。
通过交流信号处理模块3对开口式电流互感器12采集的数据进行整流和滤波，通过电阻信号处理模块4的H桥平衡电路，将角位移传感器13的可变电阻信号转换成直流电压信号，实现获得的工作状态数据信息的数据处理，过滤掉干扰因素。微处理器模块1将接收数据和分析结果通过通信模块10上传给控制中心或使用者
本实施例将隔离开关的分合闸命令接入到GIS隔离开关工作状态监测装置，进而直观显示当前隔离开关的状态，并累计GIS隔离开关分合闸动作次数，根据累计GIS隔离开关分合闸动作次数预测GIS隔离开关的机械寿命；GIS隔离开关工作状态监测装置具有自学习功能，根据GIS隔离开关操作机构驱动电机动作过程随时间变化的电流值及GIS隔离开关操作机构驱动电机随时间变化的转动位移值，根据每次动作存储值，通过大数据分析综合判断GIS隔离开关工作状态是否存在健康隐患。
本实施例利用开口式电流互感器12获得GIS隔离开关操作机构驱动电机动作过程随时间变化的电流值，根据操作机构驱动电机动作过程随时间变化的电流值进而间接判断隔离开关隔离刀的动作状态，即从接地位经过中间位到工作位的动作状态及隔离刀刀闸刀口接触状态；利用角位移传感器13获得GIS隔离开关操作机构驱动电机随时间变化的转动位移值，根据隔离开关操作机构驱动电机随时间变化的转动位移进而间接判断GIS隔离开关刀闸的位置状态，且结合隔离开关操作机构驱动电机动作过程随时间变化的电流值，判断GIS隔离开关在何处存在卡涩阻力，有效提高了隔离开关工作状态监测的准确度。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种GIS隔离开关工作状态监测装置，其特征在于，包括用于检测隔离开关工作状态的工作状态检测模块（2）、交流信号处理模块（3）、电阻信号处理模块（4）、分闸命令输入模块（5）、合闸命令输入模块（6）和微处理器模块（1），所述工作状态检测模块（2）分别与所述交流信号处理模块（3）和所述电阻信号处理模块（4）连接，所述交流信号处理模块（3）和所述电阻信号处理模块（4）均与所述微处理器模块（1）连接，所述分闸命令输入模块（5）的输出端和所述合闸命令输入模块（6）的输出端均与所述微处理器模块（1）的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种GIS隔离开关工作状态监测装置，其特征在于，所述工作状态检测模块（2）包括用于判断隔离开关隔离刀动作状态的开口式电流互感器（12）和用于判断GIS隔离开关刀闸位置状态的角位移传感器（13），所述开口式电流互感器（12）的输出端与所述交流信号处理模块（3）的输入端连接，所述角位移传感器（13）的输出端与电阻信号处理模块（4）的输入端连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种GIS隔离开关工作状态监测装置，其特征在于，所述交流信号处理模块（3）包括二极管整流电路和电容滤波电路，所述二极管整流电路的输出端与所述电容滤波电路的输入端连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种GIS隔离开关工作状态监测装置，其特征在于，所述电阻信号处理模块（4）包括用于将可变电阻信号转换成直流电压信号的H桥平衡电路，所述H桥平衡电路分别与所述角位移传感器（13）和所述微处理器模块（1）连接。
5.根据权利要求3所述的一种GIS隔离开关工作状态监测装置，其特征在于，还包括存储模块（8），所述存储模块（8）的输入端与所述微处理器模块（1）的输出端连接。
6.根据权利要求1或2所述的一种GIS隔离开关工作状态监测装置，其特征在于，还包括用于显示隔离开关工作状态的显示模块（9），所述显示模块（9）与所述微处理器模块（1）连接。
7.根据权利要求3所述的一种GIS隔离开关工作状态监测装置，其特征在于，还包括通信模块（10），所述通信模块（10）包括信息传输单元，所述通信模块（10）的输入端与所述微处理器模块（1）对应端通信口连接。
8.根据权利要求1或2所述的一种GIS隔离开关工作状态监测装置，其特征在于，还包括时钟模块（11），所述时钟模块（11）的输出端与所述微处理器模块（1）的输入端连接；所述时钟模块（11）采用DS1302芯片。
9.根据权利要求1或2所述的一种GIS隔离开关工作状态监测装置，其特征在于，还包括电源模块（7），所述电源模块（7）与所述微处理器模块（1）连接；所述电源模块（7）的输入为220VAC，所述电源模块（7）的输出为5VDC。
10.一种GIS隔离开关工作状态监测方法，利用如权利要求1-9所述的任意一种GIS隔离开关工作状态监测装置，其特征在于，包括如下步骤：
S1：通过开口式电流互感器（12）和角位移传感器（13）获得隔离开关的工作状态数据信息；
S2：对获得的工作状态数据信息进行数据处理，将处理后的工作状态数据信息传输给微处理器模块（1）；
S3：通过分、合闸命令输入模块（6）读取当前隔离开关的开关状态；
S4：累计GIS隔离开关分合闸动作次数，将分合闸信息传输给微处理器模块（1）；
S5：微处理器模块（1）根据接收到的数据进行整合分析；
S6：微处理器模块（1）将接收数据和分析结果通过通信模块（10）进行上传。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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