CN113701932B - 一种隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测装置及方法 - Google Patents

一种隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测装置及方法，传感信号采集装置用于实时采集隔离开关触头触指夹紧力及温度，为信号发送装置提供信号源；信号发射装置与信号接收终端通过无线网络连接；其中信号发射装置的发射频率可调；太阳能供电装置用于为无线信号采集及信号发射装置供电；信号接收终端与PLC可编程逻辑控制器之间采用设定的设备通信协议；PLC可编程逻辑控制器通过以太网接口经以太网交换机将报文发送至上位机；上位机运行组态软件，组态软件通过设计的人机交互界面可以完成测量数据及报警信息的实时显示、存储、查询及报表输出。解决了隔离开关长期运行下静触头夹紧力无法量化的问题，避免因夹紧力过小造成导电回路过热，形成停电事故。

Description

一种隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测装置及方法
技术领域
本发明属于智能变电站技术领域，更具体地，涉及一种隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测装置。
背景技术
根据国网主推的变电站“一键顺控”智能化建设要求，需要隔离开关等一次设备提供可靠的辅助信号，以此来作为主控逻辑判断的第二判据。其中通过检测导电触头与触指间压力、温度等信号，可以非常直接的反应开关的当前工况，为后台提供可靠的逻辑信号。
高压隔离开关在户外长期运行过程中，由于受到外部自然环境及自身设计结构等因素影响，导电部分触头与触指间夹紧力可能会发生变化，夹紧力过小会导致导电接触面通流减小温度升高，严重时产生拉弧烧蚀导电，进而引发电网安全事故。
现有技术文件1(CN201402191Y)公开了一种用于高压隔离开关的夹紧力在线检测装置，它包括数据处理单元以及分别位于被检高压隔离开关两端的安装座和传感器支架总成，传感器支架总成固定于安装架上，一个以上称重传感器装设于传感器支架总成内，称重传感器通过数据线与数据处理单元相连。现有技术文件1的不足在于，其夹紧力在线监测装置方案，只适用于隔离开关生产装配线上对产品的夹紧力进行检测，而不能用于在线路上带电运行状态下的隔离开关的夹紧力检测。同时该方案无法解决夹紧力数据无线传输的问题。
现有技术文件2(CN207600651U)公开了一种通用式多功能隔离开关温度夹紧力监测装置，包括复合传感器，复合传感器包括压力传感器和红外线测温仪，红外线测温仪的发射头通过红外线发射孔正对隔离开关的触指；压力传感器安装于触指弹簧和弹簧座之间，触指弹簧的一端压于压力传感器上，触指弹簧的另一端通过弹簧衬套与隔离开关的触指相连，弹簧座通过连板与隔离开关的传动架相连。现有技术文件2的不足在于，所述复合传感器安装于触指弹簧处，其检测数据受弹簧性能影响较大，同时该方案仅适用于单柱垂直伸缩及水平旋转式等带有触指弹簧的隔离开关，对接触压力来自材料变形之类的隔离开关(GW6双臂垂直伸缩式)无法适用。同时单片机存在编程复杂，接口通用度不高的缺点。。
如此就需要一种预警手段，可以在发生严重安全事故前及时觉察事故隐患，并将其扼杀在摇篮之中。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测装置，可以实时无线采集高压侧导电部分的夹紧力及温度参数，通过接收终端将接收到的数据处理，并上传至后台上位机，通过人机交互系统可以实时观察所有数据参数、报警信息等，同时还提供就地开关量信号，以供后台信号采集之用。
本发明采用如下的技术方案。本发明的第一方面提供了一种隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测装置，包括：传感信号采集装置、信号发射装置、太阳能供电装置、信号接收终端、PLC可编程逻辑控制器和上位机；所述传感信号采集装置用于实时采集隔离开关触头触指夹紧力及温度，将表征隔离开关触头触指夹紧力及温度的模拟信号转换为数字信号并存储，为信号发送装置提供信号源；
所述信号发射装置与信号接收终端通过无线网络连接；其中所述信号发射装置的发射频率可调，基于发射频率与功耗成正比适应性地调整发射功率；
所述太阳能供电装置用于为无线信号采集及信号发射装置供电，或采用磁感应取电装置代替太阳能供电装置为无线信号采集及信号发射装置供电。。
所述信号接收终端与所述PLC可编程逻辑控制器之间采用设定的设备通信协议，信号接收终端将信号按照通信协议报文格式进行数据传输
所述PLC可编程逻辑控制器通过以太网接口经以太网交换机将报文发送至上位机；
所述上位机运行组态软件，组态软件通过设计的人机交互界面可以完成测量数据及报警信息的实时显示、存储、查询及报表输出。
优选地，传感信号采集装置包括：压力传感器和温度传感器，压力传感器和温度传感器安装在隔离开关的导电管内部。
优选地，压力传感器的压力测量范围0-2000N，夹紧力误差±10N，温度传感器的温度测量范围-40℃～150℃，温度误差±3℃。
优选地，信号号发射装置与信号接收终端采用ZigBee无线通信网络，2.4GHz发射频率，传输速度250kb/S。
优选地，太阳能供电装置包括蓄电池，蓄电池采用38Ah大容量电池，在无光照的恶劣天气下可以连续工作150小时以上。
优选地，PLC可编程逻辑控制器采用Modbus-RTU标准设备通信协议控制信号接收终端，PLC可编程逻辑控制器具有RS-485通信接口和以太网接口。
优选地，组态画面中，将实时显示导电夹紧力、温度、电池电量、超温报警、欠压报警、通信故障报警信息，运维人员还可以自行设定温度及夹紧力的报警阀值。
本发明的第二方面提供了一种利用隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测装置的在线遥测方法，包括以下步骤：
步骤1，设置在隔离开关导电管内的传感信号采集装置实时采集隔离开关触头触指夹紧力及温度，将表征隔离开关触头触指夹紧力及温度的模拟信号转换为数字信号并存储；
步骤2，传感信号采集装置将表征隔离开关触头触指夹紧力及温度的数字信号发送至信号发射装置，信号发射装置以设定频率通过无线网络将数字信号发送至信号接收终端；
步骤3，信号接收终端接收所述数字信号，PLC可编程逻辑控制器通过设定的通信协议控制信号接收终端，信号接收终端按照通信协议报文格式进行数据传输，通过PLC可编程逻辑控制器以太网接口经以太网交换机将报文发送至上位机；
步骤4，上位机运行的组态软件通过设计的人机交互界面可以完成测量数据及报警信息的实时显示、存储、查询及报表输出。
优选地，步骤1、2中，采用太阳能供电装置为传感信号采集装置和信号发射装置供电；
步骤2中，信号发射装置采用ZigBee无线通信网络将数字信号发送至信号接收终端。
优选地，步骤3中，PLC可编程逻辑控制器通过Modbus-RTU标准设备通信协议控制信号接收终端。
步骤4中，在组态画面中，将实时显示导电夹紧力、温度、电池电量、超温报警、欠压报警、通信故障报警等信息，运维人员还可以自行设定温度及夹紧力的报警阀值等参数。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，隔离开关触指触头夹紧力/温度在线遥测装置，具有以下优势：
1)高精度：压力传感器压力测量范围0-2000N，夹紧力误差±10N；温度传感器温度测量范围-40℃～150℃，温度误差±3℃。
2)实时性：可实现人机交互界面实时反映啮合夹紧力状态和触头温度变化。
3)适应性：可适用于钳夹式、剪刀式结构隔离开关，可应用于110-550kV各电压等级
4)高可靠性：线信号传输采用ZigBee无线通信网络，2.4GHz发射频率，传输速度250kb/S，可以覆盖50米范围内信号传输。
本装置解决了隔离开关长期运行下静触头夹紧力无法量化的问题，避免因夹紧力过小造成导电回路过热，形成停电事故。同时此夹紧力装置还可作为一种移动的检测装置，检修时可检测其他钳夹式隔离开关的夹紧力，对隔离开关的运行状态实时感知，保证电网的可靠运行。
附图说明
图1为本发明提供的一种隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测装置的结构示意图；
图2为本发明提供的一种隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测方法的流程图。
图中：
1-隔离开关导电部分；
2-传感信号采集装置；
3-信号发射装置；
4-信号接收终端；
5-PLC可编程逻辑控制器；
6-以太网交换机；
7-上位机。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1所示，本发明提供了一种隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测装置，包括：传感信号采集装置2、信号发射装置3、太阳能供电装置、信号接收终端4、PLC可编程逻辑控制器5和上位机7。
所述传感信号采集装置用于实时采集隔离开关触头触指夹紧力及温度，将表征隔离开关触头触指夹紧力及温度的模拟信号转换为数字信号并存储，为信号发送装置提供信号源；传感信号采集装置包括：压力传感器和温度传感器，压力传感器和温度传感器安装在隔离开关导电部分1的导电管内部。一个优选但非限制性的实施方式为，压力传感器的压力测量范围0-2000N，夹紧力误差±10N，温度传感器的温度测量范围-40℃～150℃，温度误差±3℃。可适用于钳夹式、剪刀式结构隔离开关，可应用于110-550kV各电压等级。
所述信号发射装置与信号接收终端通过无线网络连接，一个优选但非限制性的实施方式为，采用ZigBee无线通信网络，2.4GHz发射频率，传输速度250kb/S，可以覆盖50米范围内信号传输，大大提升了可靠性。
所述信号发射装置的发射频率可调，基于发射频率与功耗成正比适应性地调整发射功率，一个优选但非限制性的实施方式为，将信号发射装置的发射频率设为10s/次。
所述太阳能供电装置用于为无线信号采集及信号发射装置供电，太阳能供电装置包括蓄电池，一个优选但非限制性的实施方式为，蓄电池采用38Ah大容量电池，在无光照的恶劣天气下可以连续工作150小时以上。或采用磁感应取电装置代替太阳能供电装置为无线信号采集及信号发射装置供电。
所述信号接收终端用于将高压侧信号进行接收并向上一级传输，信号接收终端与所述PLC可编程逻辑控制器之间采用设定的设备通信协议，信号接收终端将信号按照通信协议报文格式进行数据传输。
所述PLC可编程逻辑控制器采用Modbus-RTU标准设备通信协议控制信号接收终端，一个优选但非限制性的实施方式为，所述PLC可编程逻辑控制器可以采用西门子S7-200SMART PLC，其本身具有RS-485通信接口，并支持Modbus通信协议，同时具有以太网通信功能，因此无需进行额外功能模块扩展，即可实现多种通信功能，是高性价比的理想之选。
所述上位机运行组态软件，组态软件通过设计的人机交互界面可以完成测量数据及报警信息的实时显示、存储、查询及报表输出等功能。在组态画面中，将实时显示导电夹紧力、温度、电池电量、超温报警、欠压报警、通信故障报警等信息，运维人员还可以自行设定温度及夹紧力的报警阀值等参数。一个优选但非限制性的实施方式为，所述上位机组态软件可以选用现有技术中，市场上可以采购的已有软件，采用北京亚控科技发展有限公司的组态王KingView。
在进一步优选的实施方式中，上位机通过以太网交换机6与多个PLC可编程逻辑控制器相连接，每个PLC可编程逻辑控制器与信号接收终端相连接，信号接收终端设置在信号发射装置设定距离范围之内。通过该架构的设计，完成对分布设置在多处的隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测装置进行集中式的遥测。可实现人机交互界面实时反映啮合夹紧力状态和触头温度变化。本装置解决了隔离开关长期运行下静触头夹紧力无法量化的问题，避免因夹紧力过小造成导电回路过热，形成停电事故。同时此夹紧力装置还可作为一种移动的检测装置，检修时可检测其他钳夹式隔离开关的夹紧力，对隔离开关的运行状态实时感知，保证电网的可靠运行。
如图2所示，本发明的又一实施例提供了一种隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测方法，包括以下步骤：
步骤1，设置在隔离开关导电管内的传感信号采集装置实时采集隔离开关触头触指夹紧力及温度，将表征隔离开关触头触指夹紧力及温度的模拟信号转换为数字信号并存储；
步骤2，传感信号采集装置将表征隔离开关触头触指夹紧力及温度的数字信号发送至信号发射装置，信号发射装置以设定频率通过无线网络将数字信号发送至信号接收终端；
步骤3，信号接收终端接收所述数字信号，PLC可编程逻辑控制器通过设定的通信协议控制信号接收终端，信号接收终端按照通信协议报文格式进行数据传输，通过PLC可编程逻辑控制器以太网接口经以太网交换机将报文发送至上位机；
步骤4，上位机运行的组态软件通过设计的人机交互界面可以完成测量数据及报警信息的实时显示、存储、查询及报表输出。
在进一步优选的实施方式中，步骤1、2中，采用太阳能供电装置为传感信号采集装置和信号发射装置供电。在更进一步优选的实施方式中，太阳能供电装置在无光照的恶劣天气下以内置38Ah大容量蓄电池为传感信号采集装置和信号发射装置供电，可连续工作150小时以上。
在进一步优选的实施方式中，步骤2中，信号发射装置采用ZigBee无线通信网络将数字信号发送至信号接收终端。在更进一步优选的实施方式中，步骤2中，信号发射装置以2.4GHz发射频率，传输速度250kb/S，覆盖50米范围，将数字信号发送至信号接收终端。
在进一步优选的实施方式中，步骤3中，PLC可编程逻辑控制器通过Modbus-RTU标准设备通信协议控制信号接收终端。
在进一步优选的实施方式中，步骤4中，在组态画面中，将实时显示导电夹紧力、温度、电池电量、超温报警、欠压报警、通信故障报警等信息，运维人员还可以自行设定温度及夹紧力的报警阀值等参数。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，隔离开关触指触头夹紧力/温度在线遥测装置，具有以下优势：
1)高精度：压力传感器压力测量范围0-2000N，夹紧力误差±10N；温度传感器温度测量范围-40℃～150℃，温度误差±3℃。
2)实时性：可实现人机交互界面实时反映啮合夹紧力状态和触头温度变化。
3)适应性：可适用于钳夹式、剪刀式结构隔离开关，可应用于110-550kV各电压等级
4)高可靠性：线信号传输采用ZigBee无线通信网络，2.4GHz发射频率，传输速度250kb/S，可以覆盖50米范围内信号传输。
本装置解决了隔离开关长期运行下静触头夹紧力无法量化的问题，避免因夹紧力过小造成导电回路过热，形成停电事故。同时此夹紧力装置还可作为一种移动的检测装置，检修时可检测其他钳夹式隔离开关的夹紧力，对隔离开关的运行状态实时感知，保证电网的可靠运行。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测装置，包括：传感信号采集装置、信号发射装置、太阳能供电装置、信号接收终端、PLC可编程逻辑控制器和上位机；其特征在于，
所述传感信号采集装置设置在隔离开关导电管内，用于实时采集隔离开关触头触指夹紧力及温度，将表征隔离开关触头触指夹紧力及温度的模拟信号转换为数字信号并存储，为信号发送装置提供信号源；传感信号采集装置包括：压力传感器和温度传感器，压力传感器和温度传感器安装在隔离开关的导电管内部；
所述信号发射装置与信号接收终端通过无线网络连接；其中所述信号发射装置的发射频率可调，基于发射频率与功耗成正比适应性地调整发射功率；
所述太阳能供电装置用于为无线信号采集及信号发射装置供电；
所述信号接收终端与所述PLC可编程逻辑控制器之间采用设定的设备通信协议，信号接收终端将信号按照通信协议报文格式进行数据传输；
所述PLC可编程逻辑控制器通过以太网接口经以太网交换机将报文发送至上位机；
所述上位机运行组态软件，组态软件通过设计的人机交互界面可以完成测量数据及报警信息的实时显示、存储、查询及报表输出。
2.根据权利要求1所述的隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测装置，其特征在于：
压力传感器的压力测量范围0-2000N，夹紧力误差±10N，温度传感器的温度测量范围-40℃~150℃，温度误差±3℃。
3.根据权利要求1所述的隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测装置，其特征在于：
信号号发射装置与信号接收终端采用ZigBee无线通信网络，2.4GHz发射频率，传输速度250kb/S。
4.根据权利要求1所述的隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测装置，其特征在于：
太阳能供电装置包括蓄电池，蓄电池采用38Ah大容量电池，在无光照的恶劣天气下可以连续工作150小时以上。
5.根据权利要求1所述的隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测装置，其特征在于：
PLC可编程逻辑控制器采用Modbus-RTU标准设备通信协议控制信号接收终端，PLC可编程逻辑控制器具有RS-485通信接口和以太网接口。
6.根据权利要求1所述的隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测装置，其特征在于：
组态画面实时显示导电夹紧力、温度、电池电量、超温报警、欠压报警、通信故障报警信息，运维人员还可以自行设定温度及夹紧力的报警阈值。
7.一种利用如权利要求1-6中任一项隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测装置的在线遥测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，设置在隔离开关导电管内的传感信号采集装置实时采集隔离开关触头触指夹紧力及温度，将表征隔离开关触头触指夹紧力及温度的模拟信号转换为数字信号并存储；
步骤2，传感信号采集装置将表征隔离开关触头触指夹紧力及温度的数字信号发送至信号发射装置，信号发射装置以设定频率通过无线网络将数字信号发送至信号接收终端；
步骤3，信号接收终端接收所述数字信号，PLC可编程逻辑控制器通过设定的通信协议控制信号接收终端，信号接收终端按照通信协议报文格式进行数据传输，通过PLC可编程逻辑控制器以太网接口经以太网交换机将报文发送至上位机；
步骤4，上位机运行的组态软件通过设计的人机交互界面可以完成测量数据及报警信息的实时显示、存储、查询及报表输出。
8.根据权利要求7所述的隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测方法，其特征在于：
步骤1、2中，采用太阳能供电装置为传感信号采集装置和信号发射装置供电；
步骤2中，信号发射装置采用ZigBee无线通信网络将数字信号发送至信号接收终端。
9.根据权利要求8所述的隔离开关触指触头夹紧力及温度在线遥测方法，其特征在于：
步骤3中，PLC可编程逻辑控制器通过Modbus-RTU标准设备通信协议控制信号接收终端；
步骤4中，在组态画面中，将实时显示导电夹紧力、温度、电池电量、超温报警、欠压报警、通信故障报警信息，运维人员还可以自行设定温度及夹紧力的报警阈值参数。
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