CN113659725A - 一种应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统，包括：综合传感器、综合保护装置及主控室监控系统；所述综合传感器用于获取所述目标高压开关柜及其手车断路器的监测数据，并将所述监测数据发送至所述综合保护装置；所述综合保护装置用于监测所述监测数据，并对所述监测数据进行综合处理，得到处理后的监测数据；所述主控室监控系统用于接收所述处理后的监测数据，并基于所述处理后的监测数据，确定所述目标高压开关柜的故障预警评价结果。从而通过综合传感器获取高压开关柜及其手车断路器的监测数据，然后在综合保护装置处理后发送至主控室监控系统，在主控监控系统中进行综合分析和全面评估，得到故障预警评价结果。

Description

一种应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统
技术领域
本发明涉及电力设备监测技术技域，尤其涉及一种应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统。
背景技术
高压开关柜是电厂、配电站和变电站的重要配电设备。由于材料质量、制造工艺的特殊性，高压开关柜在长时间运行后，会带来一定隐患，尤其是在过载运行及开断短路故障电流的冲击下，将会导致部件机械强度减弱，以及绝缘劣化受损。随着时间的推移，隐患可能会引起设备出现触头接触不良、机构卡涩，甚至是开关柜绝缘击穿或断路器爆炸的故障，严重影响设备安全和电力系统的安全运行。
同时，由于现阶段高压开关柜常采用的在线监测系统缺乏比较完善的综合在线监测和设备隐患预警环节，导致无法对高压开关柜的健康度进行综合分析和评估，进而设备运维人员无法准确地在高压开关柜出现隐患的初期及时合理地安排维护和检修。
发明内容
本发明提供了一种应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统，用于对高压开关柜及其手车断路器的监测数据进行综合分析，进而确定高压开关柜的故障预警评价结果，为设备运维人员的维护和检修提供依据。
本发明提供的一种应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统，包括：综合传感器、综合保护装置及主控室监控系统；
所述综合传感器与所述综合保护装置连接，且所述综合传感器安装于目标高压开关柜；所述综合传感器用于获取所述目标高压开关柜及其手车断路器的监测数据，并将所述监测数据发送至所述综合保护装置；
所述综合保护装置与所述主控室监控系统远程连接，且所述综合保护装置安装于所述目标开关柜本体；所述综合保护装置用于监测所述监测数据，并对所述监测数据进行综合处理，得到处理后的监测数据；
所述主控室监控系统用于接收所述处理后的监测数据，并基于所述处理后的监测数据，确定所述目标高压开关柜的故障预警评价结果。
可选地，所述监测数据包括：实时振动信号、储能电机电流、断路器开端电流、机械实时特性信息、实时电气量、高压开关柜的开关状态及环境实时温湿度；
所述综合传感器具体用于：获取所述目标高压开关柜及其手车断路器的时振动信号、储能电机电流、断路器开端电流、机械实时特性信息、实时电气量、高压开关柜的开关状态及环境实时温湿度。
可选地，所述综合传感器包括：振动监测单元、储能电机电流监测单元、合分闸线圈电流监测单元、机械特性监测单元、电气量采集单元、开关柜状态监测单元和环境温湿度监测单元；
所述振动监测单元安装于所述手车断路器的外侧壁；所述储能电机电流监测单元安装于所述目标高压开关柜的储能电机回路；所述合分闸线圈电流监测单元安装于所述目标高压开关柜的合分闸线圈电气回路；所述机械特性监测单元安装于所述手车断路器的固封极柱底部。
可选地，所述综合保护装置与所述综合传感器的连接为无电气连接。
可选地，所述综合保护装置的连接接口由信息总线接口和高速总线接口组成；其中所述振动监测单元、所述储能电机电流监测单元、所述机械特性监测单元和所述合分闸线圈电流监测单元通过所述信息总线接口与所述综合保护装置连接；所述电气量采集单元、所述开关柜状态监测单元和所述环境温湿度监测单元通过所述高速总线接口与所述综合保护装置连接。
可选地，所述处理后的监测数据为符合预设的通信标准的监测数据。
可选地，所述主控室监控系统包括：综合分析专家系统和预警系统；
所述综合分析专家系统用于将所述处理后的监测数据输入预先训练的故障模型，得到对应的状态评估结果；
所述预警系统用于将所述状态评估结果输入预先训练的预警模型，得到对应的故障预警评价结果。
可选地，所述主控室监控系统还包括：显示单元；所述显示单元用于显示所述状态评估结果及其对应的故障预警评价结果。
可选地，所述预设的通信标准具体为IEC61850标准。
可选地，所述显示单元具体为LCD显示器。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明的一种应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统，包括：综合传感器、综合保护装置及主控室监控系统；所述综合传感器与所述综合保护装置连接，且所述综合传感器安装于目标高压开关柜；所述综合传感器用于获取所述目标高压开关柜及其手车断路器的监测数据，并将所述监测数据发送至所述综合保护装置；所述综合保护装置与所述主控室监控系统远程连接，且所述综合保护装置安装于所述目标开关柜本体；所述综合保护装置用于监测所述监测数据，并对所述监测数据进行综合处理，得到处理后的监测数据；所述主控室监控系统用于接收所述处理后的监测数据，并基于所述处理后的监测数据，确定所述目标高压开关柜的故障预警评价结果。
如此，通过综合传感器获取高压开关柜及其手车断路器的监测数据，然后在综合保护装置处理后发送至主控室监控系统，在主控监控系统中进行综合分析和全面评估，得到故障预警评价结果，以供设备运维人员的维护和检修参考，进而克服设备运维人员对高压开关柜及其手车断路器的过检修或缺检修情况。
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，显而易见地，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图；
图1为本发明的一种应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统实施例的组成示意图；
图2为本发明的一种应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统实施例的综合传感器安装示意图；
图3为本发明的一种应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统实施例的无故障模型手车断路器测点的振动位移响应示意图；
图4为本发明的一种应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统实施例的预警模型示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
因此迫切需要研究能实现高压开关柜电气、机械及环境状态综合检测，并能对缺陷发展趋势提供分析数据，为及早发现高压开关柜及其手车断路器机械特性、触头应力、绝缘损伤、部件松动及运行环境异常(机构弹簧特性异常变化、接头与触头接触不良、机械部件出现松动、绝缘件受损等)等隐患，及时开展高压开关柜及其手车断路器的状态维护检修提供依据与支撑，确保设备健康度和有效延长开关柜使用寿命。
请参阅图1，图1为本发明的一种应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统实施例的组成示意图，包括：综合传感器1、综合保护装置2、主控室监控系统3、振动监测单元11、储能电机电流监测单元12、合分闸线图电流监测单元13、机械特性监测单元14、电气量采集单元15、开关柜状态监测单元16、环境温湿度监测单元17、综合分析专家系统31、预警系统32和显示单元33。
本方案的一种电力顶管隧道沉降监测系统，主要是应用于解决现阶段高压开关柜常采用的在线监测系统缺乏比较完善的综合在线监测和设备隐患预警环节，导致无法对高压开关柜的健康度进行综合分析和评估，进而设备运维人员无法准确地在高压开关柜出现隐患的初期及时合理地安排维护和检修的问题。
具体的，该应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统，包括：综合传感器1、综合保护装置2及主控室监控系统3；
所述综合传感器1与所述综合保护装置2连接，且所述综合传感器1安装于目标高压开关柜；所述综合传感器1用于获取所述目标高压开关柜及其手车断路器的监测数据，并将所述监测数据发送至所述综合保护装置2；
所述综合保护装置2与所述主控室监控系统3远程连接，且所述综合保护装置2安装于所述目标开关柜本体；所述综合保护装置2用于监测所述监测数据，并对所述监测数据进行综合处理，得到处理后的监测数据；
所述主控室监控系统3用于接收所述处理后的监测数据，并基于所述处理后的监测数据，确定所述目标高压开关柜的故障预警评价结果。
请参阅图1和图2，图2为本发明的一种电力顶管隧道沉降监测系统实施例的激光方向示意图，其中H为沉降高度，21为沉降前的地下顶管隧道，22为沉降后的地下顶管隧道。
进一步地，所述监测数据包括：实时振动信号、储能电机电流、断路器开端电流、机械实时特性信息、实时电气量、高压开关柜的开关状态及环境实时温湿度；
所述综合传感器具体用于：获取所述目标高压开关柜及其手车断路器的时振动信号、储能电机电流、断路器开端电流、机械实时特性信息、实时电气量、高压开关柜的开关状态及环境实时温湿度。
在本发明实施例中，发生整体沉降的时候，电力顶管隧道1内部的角度采集器103、激光发生器101和激光接收器102无法监测到整体沉降的情况，所以针对整体沉降情况，需要使用整体沉降监测系统，配合部分沉降监测系统使用能提高系统稳定性。整体监测系统中的激光发生器101和通讯控制模块104会设定于一种一体化装置中，激光接收器102和通讯控制模块104也会设定于一种一体化装置中。
请参阅图1，进一步地，所述综合传感器1包括：振动监测单元11、储能电机电流监测单元12、合分闸线圈电流监测单元13、机械特性监测单元14、电气量采集单元15、开关柜状态监测单元16和环境温湿度监测单元17；
所述振动监测单元11安装于所述手车断路器的外侧壁；所述储能电机电流监测单元12安装于所述目标高压开关柜的储能电机回路；所述合分闸线圈电流监测单元13安装于所述目标高压开关柜的合分闸线圈电气回路；所述机械特性监测单元14安装于所述手车断路器的固封极柱底部。
在本发明实施例中，振动传感器11采集断路器工作时振动特征，机械特性传感器14捕捉绝缘拉杆运行轨迹和速度，分析出断路器分合闸速度、开距和超程等数据，电气量及开关柜状态量通过电气量采集单元15、开关柜状态监测单元16在二次电气回路采集开关柜运行过程中采集。
进一步地，所述综合保护装置与所述综合传感器的连接为无电气连接。
请参阅图1，进一步地，所述综合保护装置1的连接接口由信息总线接口a和高速总线接口b组成；其中所述振动监测单元11、所述储能电机电流监测单元12、所述机械特性监测单元13和所述合分闸线圈电流监测单元14通过所述信息总线接口a与所述综合保护装置2连接；所述电气量采集单元15、所述开关柜状态监测单元16和所述环境温湿度监测单元17通过所述高速总线接口b与所述综合保护装置2连接。
进一步地，所述处理后的监测数据为符合预设的通信标准的监测数据。
更进一步地，所述预设的通信标准具体为IEC61850标准。
请参阅图1，进一步地，所述主控室监控系统3包括：综合分析专家系统31和预警系统32；
所述综合分析专家系统31用于将所述处理后的监测数据输入预先训练的故障模型，得到对应的状态评估结果；
所述预警系统32用于将所述状态评估结果输入预先训练的预警模型，得到对应的故障预警评价结果。
请参阅图1，进一步地，所述主控室监控系统3还包括：显示单元33；所述显示单元33用于显示所述状态评估结果及其对应的故障预警评价结果。
在本发明实施例中，综合分析专家系统31能针对处理后的监测数据进行综合分析和处理，具体地，是对处理后的实时振动信号、储能电机电流、断路器开端电流、机械实时特性信息、实时电气量、高压开关柜的开关状态及环境实时温湿度进行状态评估。而预警系统32能基于状态评估结果与机械状态之间存在的固定映射关系，而确定故障预警评价结果。
在具体实现中，首先基于获取监测样本数据，并基于监测样本数据对故障模型进行训练，得到训练好的故障模型，具体的训练过程包括：根据监测样本数据对应的故障响应进行回归分析以及测试样本的测试，得到目标故障模型，以该神经模型对处理后的监测数据进行预测，得到状态评估结果，然后将状态评估结果输入预先构建的网络预警模型，得到故障预警评价结果。
进一步地，请参阅图3，图3为本发明的一种应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统实施例的无故障模型手车断路器测点的振动位移响应示意图，其中横坐标为频率，单位为hZ，纵坐标为位移响应，单位为m，具体的监测样本数据的获取步骤为在高压开关柜及其瘦腿断路器无故障情况下，获取39Hz、45Hz、88Hz、92Hz、234Hz、260Hz、280Hz和290Hz这八个存在比较明显峰值的所有种类的监测数据，作为监测样本数据。
同时，将状态评估结果输入预先构建的网络预警模型具体为从状态评估结果数据中提取特征向量Yi＝[Yi1，Yi2，......，Yin]作为手车断路器预警诊断样本，用于预警模型的输入进行机械故障的诊断，然后将特征向量Yi作为预警样本，输入如图4所示的本发明的一种应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统实施例的预警模型示意图中的BP神经网络中，从而在输出层得到输出层节点数为Fi＝[F1，F2，F3，F4......Fn。
选取n种机械状态作为预警判别模式，分别为：正常状态F1、电弧(注意状态)F2、电弧(异常状态)F3、电弧(严重状态)F4、操作机构储能状况(注意状态)F5、操作机构储能状况(异常状态)F6、操作机构储能状况(严重状态)F7、结构状况(注意状态)F8、结构状况(异常状态)F9、结构状况(严重状态)F10等。其中结构状况由触头接触不良、组件的绝缘老化或劣化等原因引起，绝缘各机械状态对应的故障预警输出结果会在显示单元33中显示，而显示形式如下表所示：
Figure BDA0003275175790000081
在一个可选实施例中，所述显示单元具体为LCD显示器。
在本发明所提供的应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统，包括：综合传感器1、综合保护装置2及主控室监控系统3；所述综合传感器1与所述综合保护装置2连接，且所述综合传感器1安装于目标高压开关柜；所述综合传感器1用于获取所述目标高压开关柜及其手车断路器的监测数据，并将所述监测数据发送至所述综合保护装置2；所述综合保护装置2与所述主控室监控系统3远程连接，且所述综合保护装置2安装于所述目标开关柜本体；所述综合保护装置2用于监测所述监测数据，并对所述监测数据进行综合处理，得到处理后的监测数据；所述主控室监控系统3用于接收所述处理后的监测数据，并基于所述处理后的监测数据，确定所述目标高压开关柜的故障预警评价结果。
如此，通过综合传感器获取高压开关柜及其手车断路器的监测数据，然后在综合保护装置处理后发送至主控室监控系统，在主控监控系统中进行综合分析和全面评估，得到故障预警评价结果，以供设备运维人员的维护和检修参考，进而克服设备运维人员对高压开关柜及其手车断路器的过检修或缺检修情况。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统，其特征在于，包括：综合传感器、综合保护装置及主控室监控系统；
所述综合传感器与所述综合保护装置连接，且所述综合传感器安装于目标高压开关柜；所述综合传感器用于获取所述目标高压开关柜及其手车断路器的监测数据，并将所述监测数据发送至所述综合保护装置；
所述综合保护装置与所述主控室监控系统远程连接，且所述综合保护装置安装于所述目标开关柜本体；所述综合保护装置用于监测所述监测数据，并对所述监测数据进行综合处理，得到处理后的监测数据；
所述主控室监控系统用于接收所述处理后的监测数据，并基于所述处理后的监测数据，确定所述目标高压开关柜的故障预警评价结果。
2.根据权利要求1所述的应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统，其特征在于，所述监测数据包括：实时振动信号、储能电机电流、断路器开端电流、机械实时特性信息、实时电气量、高压开关柜的开关状态及环境实时温湿度；
所述综合传感器具体用于：获取所述目标高压开关柜及其手车断路器的时振动信号、储能电机电流、断路器开端电流、机械实时特性信息、实时电气量、高压开关柜的开关状态及环境实时温湿度。
3.根据权利要求2所述的应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统，其特征在于，所述综合传感器包括：振动监测单元、储能电机电流监测单元、合分闸线圈电流监测单元、机械特性监测单元、电气量采集单元、开关柜状态监测单元和环境温湿度监测单元；
所述振动监测单元安装于所述手车断路器的外侧壁；所述储能电机电流监测单元安装于所述目标高压开关柜的储能电机回路；所述合分闸线圈电流监测单元安装于所述目标高压开关柜的合分闸线圈电气回路；所述机械特性监测单元安装于所述手车断路器的固封极柱底部。
4.根据权利要求1-3中任一所述的应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统，其特征在于，所述综合保护装置与所述综合传感器的连接为无电气连接。
5.根据权利要求4所述的应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统，其特征在于，所述综合保护装置的连接接口由信息总线接口和高速总线接口组成；其中所述振动监测单元、所述储能电机电流监测单元、所述机械特性监测单元和所述合分闸线圈电流监测单元通过所述信息总线接口与所述综合保护装置连接；所述电气量采集单元、所述开关柜状态监测单元和所述环境温湿度监测单元通过所述高速总线接口与所述综合保护装置连接。
6.根据权利要求1所述的应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统，其特征在于，所述处理后的监测数据为符合预设的通信标准的监测数据。
7.根据权利要求1所述的应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统，其特征在于，所述主控室监控系统包括：综合分析专家系统和预警系统；
所述综合分析专家系统用于将所述处理后的监测数据输入预先训练的故障模型，得到对应的状态评估结果；
所述预警系统用于将所述状态评估结果输入预先训练的预警模型，得到对应的故障预警评价结果。
8.根据权利要求7所述的应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统，其特征在于，所述主控室监控系统还包括：显示单元；所述显示单元用于显示所述状态评估结果及其对应的故障预警评价结果。
9.根据权利要求6所述的应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统，其特征在于，所述预设的通信标准具体为IEC61850标准。
10.根据权利要求7所述的应用于高压开关柜及其手车断路器的监测系统，其特征在于，所述显示单元具体为LCD显示器。
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