CN114326497A - 隔离开关可靠性试验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种隔离开关可靠性试验平台，包括：传感器单元，传感器单元用于测量隔离开关的工作状态；IO控制单元，IO控制单元的输入端用于输入开入信号，IO控制单元的输出端用于连接输入隔离开关电动机的控制端；监控主机，传感器单元和IO控制单元与监控主机无线通讯连接，监控主机内设置有大数据分析单元。无需布线，安装方便。监控主机实时监控隔离开关的工作状态和开入开出量信号，通过内置的大数据对分析单元对监控数据进行可靠性分析，对隔离开关分合试验的全过程、全节点进行采样监测，不仅能精确的体现设备的工况，也可以为问题分析和设备优化改进提供准确的数据依据。

Description

隔离开关可靠性试验平台

技术领域

本发明涉及隔离开关测试领域，具体的涉及一种隔离开关可靠性试验平台。

背景技术

带有电动操作机构的隔离开关，是变电站使用最多的一种电气设备，可在无负荷电流的条件下分、合电路，对电力系统电路进行隔离，形成明显的断开点。隔离开关的本体分合闸操作主要由隔离开关的电动操作机构和机械传动机构配合完成。因其机构外露及使用时机械撞击力量大，其正常的磨耗和损坏频度高，是变电场站检修维护占据工作量较大份额的一类设备。

隔离开关在现场运行中，面临着电动操作机构行程开关不灵敏、传动齿轮断齿、机构位置检修调试不当、电机内部故障及电源缺相等问题，这些都将造成隔离开关不能电动分、合闸操作的现象，给运行和维护造成极大的困难，无法满足系统安全运行的要求。

因此，对于隔离开关生产厂家，如何设计安全可靠的隔离开关电气传动系统，对产品的稳定可靠运行至关重要，现有的隔离开关试验装置接线复杂、安装不便，并且功能单一，无法满足隔离开关的可靠性试验需求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种隔离开关可靠性试验平台，能够现有的隔离开关试验装置接线复杂、安装不便，并且功能单一的问题。

根据本发明第一方面实施例的隔离开关可靠性试验平台，包括：传感器单元，所述传感器单元用于测量隔离开关的工作状态；IO控制单元，所述IO控制单元的输入端用于输入开入信号，所述IO控制单元的输出端用于连接输入隔离开关电动机的控制端；监控主机，所述传感器单元通过第一无线通信模块与所述监控主机通讯连接，所述IO控制单元通过第二无线通信模块与所述监控主机通讯连接，所述监控主机内设置有大数据分析单元以用于根据传感器单元和IO控制单元发送回的监控数据进行可靠性分析。

根据本发明第一方面实施例的隔离开关可靠性试验平台，至少具有如下技术效果：本发明实施方式通过传感器单元实时测量隔离开关的工作状态信息并通过无线反馈给监控主机，通过单独设置的IO控制单元实现对隔离开关开入开出量的监控和对隔离开关电动机的控制，传感器单元和IO控制单元都通过无线通信单元与监控主机通讯，无需布线，安装方便。监控主机实时监控隔离开关的工作状态和开入开出量信号，通过内置的大数据对分析单元对监控数据进行可靠性分析，对隔离开关分合试验的全过程、全节点进行采样监测，不仅能精确的体现设备的工况，也可以为问题分析和设备优化改进提供准确的数据依据。

根据本发明的一些实施例，所述传感器单元包括第一MCU、电流电压传感器、编码器和压力传感器；所述电流电压传感器用于检测隔离开关电动机的电流电压数据，所述编码器用于检测隔离开关电动机的转动数据；所述压力传感器用于检测隔离开关的夹紧力，所述电流电压传感器、编码器和压力传感器分别连接所述第一MCU的信号输入端，所述第一MCU通过第一无线通信模块与所述监控主机通讯连接。

根据本发明的一些实施例，还包括温升试验单元，所述温升试验单元包括第三MCU、大电流发生器和温度传感器，所述第三MCU连接所述大电流发生器的控制端，所述大电流发生器的一端用于连接母线，所述大电流发生器的另一端用于连接隔离开关；所述温度传感器安装在隔离开关触头上，所述温度传感器连接所述第三MCU的信号输入端，所述第三MCU通过第三无线通信模块与所述监控主机通讯。

根据本发明的一些实施例，所述温度传感器为多个，多个所述温度传感器分为两组，一组温度传感器环绕一圈均匀分布在隔离开关触头的前段侧壁上，另一组温度传感器环绕一圈均匀分布在隔离开关触头的中段侧壁上。

根据本发明的一些实施例，每组温度传感器的数量为6个。

根据本发明的一些实施例，每组温度传感器中相邻温度传感器的夹角为60度。

根据本发明的一些实施例，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块皆采用ZIGBEE模块。

根据本发明的一些实施例，所述IO控制单元包括第二MCU、开入接口和开出接口，所述开入接口连接所述第二MCU的信号输入端，所述第二MCU的信号输出端连接所述开出接口，所述开出接口用于连接隔离开关电动机的控制端。

根据本发明的一些实施例，所述第二MCU的型号为STM32F407。

根据本发明的一些实施例，所述大数据分析单元包括数据管理模块、知识库模块和推理机模块，所述数据管理模块用于获取隔离开关的实时监测数据、运行操作数据和检修试验历史数据，所述知识库模块用于存储隔离开关的技术参数、故障模拟及调试特征量和现场运行检修经验；所述推理机模块用于对隔离开关的健康状况进行分析评估与异常判断，并对隔离开关的异常判断结果给出诊断理由。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例中隔离开关可靠性试验平台的原理框图；

图2为本发明实施例中大数据处理单元的原理框图；

图3为本发明实施例中传感器单元在隔离开关触头的安装侧视图；

图4为本发明实施例中传感器单元在隔离开关触头的安装正视图；

图5为本发明实施例中隔离开关可靠性试验平台的试验流程图。

附图标号

传感器单元100、第一无线通信模块110、第一MCU120、电流电压传感器130、编码器140、压力传感器150、IO控制单元200、第二MCU220、开入接口230、开出接口240、监控主机300、温升试验单元400、第三MCU410、大电流发生器420、温度传感器430、第三无线通信模块440。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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发明和简化描述，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发明的限制。

在发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参考图1，一种隔离开关可靠性试验平台，包括：传感器单元100、IO控制单元200和监控主机300，传感器单元100的作用是测量隔离开关电驱动分合操作的工作状态，包括电动机电气量测量，电动机电压、电流测量等。为实现后台控制的自动分合操作，本发明中设置独立的IO控制单元200，IO控制单元200的输入端输入开入信号，开入信号包括主触点、辅助触点、双确认信号的分位合位信号，电动机异常信号等，IO控制单元200的输出端连接输入隔离开关电动机的控制端，实现开出控制，开出控制可以通过软件下发命令，完成电动机的分合操作。

传感器单元100通过第一无线通信模块110与监控主机300通讯连接，IO控制单元200通过第二无线通信模块210与监控主机300通讯连接，监控主机300内设置有大数据分析单元，根据传感器单元100和IO控制单元200发送回的监控数据进行可靠性分析。

其中，传感器单元100包括第一MCU120、电流电压传感器130、编码器140和压力传感器150；电流电压传感器130通过电阻分压和高精度采样电阻实现对隔离开关电动机电压电流量的采样，编码器140的作用是检测隔离开关电动机的转动数据，例如驱动电机转速、转动角度、转动角加速度等；压力传感器150实现对隔离开关闭合状态的夹紧力测量，可判断电动机驱动隔离开关合闸操作后的夹紧力是否满足标准要求，电流电压传感器130、编码器140和压力传感器150分别连接第一MCU120的信号输入端，第一MCU120通过第一无线通信模块110与监控主机300通讯连接。本实施例中第一MCU120的型号为STM32L073。传感器单元100采用电池供电，避免外接电缆增加接线安装难度。

IO控制单元200是为了满足对电动驱动系统的操作控制和隔离开关位置信号的输入。单独设置IO控制单元200的主要原因是，该部分开入开出量，基本都接自隔离开关电动操作机构箱，相对集中也方便供电，另一方面，开除操作需要控制电动机的分合及方向，继电器操作的功耗较大，不适合采用电池供电的独立单元。IO控制单元200包括第二MCU220、AC/DC电源模块和16个开入接口230和8个开出接口240，开入接口230连接第二MCU220的信号输入端，第二MCU220的信号输出端连接开出接口240，开出接口240用于连接隔离开关电动机的控制端。可以有效采集隔离开关和电动机的开入数字信号量采集和控制输出。本实施例中第二MCU220的型号为STM32F407。

其中，第一无线通信模块110和第二无线通信模块210皆采用ZIGBEE模块。本实施例中采用工业无线ZIGBEE网络组网技术搭建，是传感器单元100和IO控制单元200与监控主机300之间进行通信的无线通信通道。无线ZIGBEE网络具有低功耗、抗干扰能力强、传输速度较快、通信距离较远、投入成本低、易组网等特点，是一种先进的无线网络方式。能够实现电动隔离开关检测的在线模式，满足实时刀闸操作信息回传监控主机300的功能需求。

参考图2，大数据分析单元实现隔离开关状态监测及预警，是隔离开关异常预警和检修决策的核心功能，其包括数据管理模块、知识库模块和推理机模块三个主要功能单元，数据管理模块采集隔离开关的静态信息数据和动态特征数据，动态特征数据为隔离开关的实时监测数据，静态信息数据为参数和运行操作数据；知识库模块用于存储隔离开关的技术参数、故障模拟及调试特征量和现场运行故障数据；通过知识库中异常及故障诊断规则，由推理机模块中相关智能逻辑推理模式，对隔离开关的健康状况进行分析评估与异常判断，并由按照相关解释性知识对其异常判断结果给出诊断理由。大数据分析单元根据不同设备的历史数据分析比对，可以判断隔离开关在重复试验情况下，设备机械特性、电气特性的裂化程度和趋势。厂家可以根据分析结果提出更优化的设计改进方案。

隔离开关由于动静触头接触不良，导致通入电流后触头异常发热，造成触头烧蚀故障，因此本发明实施例中除了电动机构的试验以外，还可以通过温升试验单元400对隔离开关触头进行可靠性试验。温升试验单元400包括第三MCU410、大电流发生器420和温度传感器430，第三MCU410连接大电流发生器的控制端，大电流发生器420的一端连接母线，大电流发生器420的另一端连接隔离开关；温度传感器430安装在隔离开关触头上，温度传感器430连接第三MCU410的信号输入端，第三MCU410通过第三无线通信模块440与监控主机300通讯。第三无线通信模块440也采用ZIGBEE模块。利用大电流发生器420为隔离开关触头加载大电流，通过温度传感器430实时监测触头温度的变化。

为了更全面的监测隔离开关触头的温度场分布，本实施例中温度传感器430为多个，参考图3和图4，多个温度传感器430分为两组，一组温度传感器430环绕一圈均匀分布在隔离开关触头的前段侧壁上，另一组温度传感器430环绕一圈均匀分布在隔离开关触头的中段侧壁上。每组温度传感器430的数量为6个，相邻温度传感器430的夹角为60度。当然，温度传感器430的组数和每组的具体数量不受限制，也可以采用三组、四组或其他组数，每组的数量也可以采用4个、8个或其他数量。

参考图5，本发明的试验流程为：

1、单次分合操作过程，由测试人员操作完成，监控主机300实时监测界面显示关键测量与信号量，以及传感器单元100和IO控制单元200通信状态。如缺少必要的传感器或IO控制单元200不在线则提示告警信息，无法完成试验。测试人员开始一次测试流程后，开始计时，并通过IO控制单元200下发合操作，电动机开始工作，界面显示电动机电压电流变化曲线，以及电动机转轴旋转速度和位置曲线，当动静触头接触，通过辅助触点关闭电动机，结束计时，计算一次分操作时间。同时检查主信号、辅助信号、双确认信号是否都检测到合位置。如合操作过程电压电流、操作时间、旋转速度、夹紧力及关联信号位置都正常则提示合操作试验完成，并保存测试数据。否则提示告警信息和类型并保存测试数据。分操作与合操作类似，但无需检查触头夹紧力。

2、成组重复试验，厂家为了验证产品的可靠性，需要对设备连续进行几千次甚至上万次重复分合试验，测试过程如出现偶发性异常，如位置确认信号不完整，速度突变等异常情况，需要记录统计。每一次完整的分合操作耗时在1分钟左右，考虑每次测试的间隔，耗时长，操作繁琐。通过成组试验，在循环测试界面设置连续测试次数，试验中断条件等参数后，可在无人监视的情况下开始重复试验。试验过程自动记录，界面显示试验统计信息，包括完成次数、异常次数、每次操作的时间、异常原因等。用户可以设置异常次数限值中断试验，电气异常会自动中断试验，防止电动机过载引起安全事故。

本发明通过分布采集隔离开关在分合操作过程中电动机、动静触头的电气量参数和信号量，实现对操作过程的全方位监测，并通过无线网络汇总测量数据，由监控主机300进行监控。透过由监控主机300设置操作次数和故障判定条件，实现隔离开关电驱动分合操作成组试验。

分合操作的过程量数据及故障数据保存到数据管理模块，作为知识库模块的数据输入源，大数据分析单元通过对操作数据对分析和拟合，可以对操作数据进行分析判断，并给出诊断参考信息。

综上，本发明实施例具有如下优点：

测量准确完备，对隔离开关分合试验的全过程、全节点进行采样监测，能够实时监测分合操作的电气量、机械量和信号量信息，不仅能精确的体现设备的工况，也可以为问题分析和设备优化改进提供准确的数据依据。

安装方便，由于设备结构的种类较多，现场可能采用的双确认方式也不同，采用了分布安装的传感器单元100，方便安装和布置，同时使用电池供电无线通信，避免现场接线提高测试平台搭建效率。

扩展性强，IO控制单元200留有充足的开入接口和开出接口，针对不同的电机操作结构都能完整接入，而且采集模块灵活可配方便接入系统，满足不同电压等级、不同规模的测试需要。

通信稳定，采用了自组网的ZigBee通信方式，传输距离远、速度快，以及软件内部的通信校验及重发机制，保证数据准确可靠快速汇总传输。

自动化测试功能，用户可以通过监控主机300进行循环试验，无需人工干预完成上万次重复的分合试验，能够全过程保存试验数据。成组试验完成后，后台软件可以统计本组试验的测试结果，包括成功次数、失败次数。分操作时间、合操作时间统计对比，变化趋势等数据，都方便用户发现设备在多次操作后，各模块性能的变化和偏差，并根据试验数据做出产品优化和改进。

大数据分析单元根据历史数据记录，提供了丰富的诊断和分析功能，专大数据分析单元以历史数据结果为依据行程知识库。后续的每次试验完成，可以选择自动分析功能，大数据分析单元可以对当前的分合试验结果数据进行智能诊断，并输出分析结果和诊断意见。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种隔离开关可靠性试验平台，其特征在于，包括：

传感器单元(100)，所述传感器单元(100)用于测量隔离开关的工作状态；

IO控制单元(200)，所述IO控制单元(200)的输入端用于输入开入信号，所述IO控制单元(200)的输出端用于连接输入隔离开关电动机的控制端；

监控主机(300)，所述传感器单元(100)通过第一无线通信模块(110)与所述监控主机(300)通讯连接，所述IO控制单元(200)通过第二无线通信模块(210)与所述监控主机(300)通讯连接，所述监控主机(300)内设置有大数据分析单元以用于根据传感器单元(100)和IO控制单元(200)发送回的监控数据进行可靠性分析。

2.根据权利要求1所述的隔离开关可靠性试验平台，其特征在于：所述传感器单元(100)包括第一MCU(120)、电流电压传感器(130)、编码器(140)和压力传感器(150)；所述电流电压传感器(130)用于检测隔离开关电动机的电流电压数据，所述编码器(140)用于检测隔离开关电动机的转动数据；所述压力传感器(150)用于检测隔离开关的夹紧力，所述电流电压传感器(130)、编码器(140)和压力传感器(150)分别连接所述第一MCU(120)的信号输入端，所述第一MCU(120)通过第一无线通信模块(110)与所述监控主机(300)通讯连接。

3.根据权利要求1所述的隔离开关可靠性试验平台，其特征在于：还包括温升试验单元(400)，所述温升试验单元(400)包括第三MCU(410)、大电流发生器(420)和温度传感器(430)，所述第三MCU(410)连接所述大电流发生器的控制端，所述大电流发生器(420)的一端用于连接母线，所述大电流发生器的另一端用于连接隔离开关；所述温度传感器(430)用于安装在隔离开关触头上，所述温度传感器(430)连接所述第三MCU(410)的信号输入端，所述第三MCU(410)通过第三无线通信模块(440)与所述监控主机(300)通讯。

4.根据权利要求3所述的隔离开关可靠性试验平台，其特征在于：所述温度传感器(430)为多个，多个所述温度传感器(430)分为两组，一组温度传感器(430)环绕一圈均匀分布在隔离开关触头的前段侧壁上，另一组温度传感器(430)环绕一圈均匀分布在隔离开关触头的中段侧壁上。

5.根据权利要求4所述的隔离开关可靠性试验平台，其特征在于：每组温度传感器(430)的数量为6个。

6.根据权利要求4所述的隔离开关可靠性试验平台，其特征在于：每组温度传感器(430)中相邻温度传感器(430)的夹角为60度。

7.根据权利要求1所述的隔离开关可靠性试验平台，其特征在于：所述第一无线通信模块(110)和第二无线通信模块(210)皆采用ZIGBEE模块。

8.根据权利要求1所述的隔离开关可靠性试验平台，其特征在于：所述IO控制单元(200)包括第二MCU(220)、开入接口(230)和开出接口(240)，所述开入接口(230)连接所述第二MCU(220)的信号输入端，所述第二MCU(220)的信号输出端连接所述开出接口(240)，所述开出接口(240)用于连接隔离开关电动机的控制端。

9.根据权利要求8所述的隔离开关可靠性试验平台，其特征在于：所述第二MCU(220)的型号为STM32F407。

10.根据权利要求1所述的隔离开关可靠性试验平台，其特征在于：所述大数据分析单元包括数据管理模块、知识库模块和推理机模块，所述数据管理模块用于获取隔离开关的实时监测数据、运行操作数据和检修试验历史数据，所述知识库模块用于存储隔离开关的技术参数、故障模拟及调试特征量和现场运行检修经验；所述推理机模块用于对隔离开关的健康状况进行分析评估与异常判断，并对隔离开关的异常判断结果给出诊断理由。

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