CN114566877A - 一种用于高压开关柜的安全监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于高压开关柜的安全监测系统，包括：时钟电路，接收控制电路的控制信号并发送第一时钟信号和第二时钟信号，与升压电路和反相电路连接，其中反相电路和升压电路并联；升压电路，接收时钟控制信号，接收第一时钟控制信号以及提供控制电路电源，与稳压电路连接；反相电路，接收第二时钟信号以及判断是否发送开关控制信号，与控制电路连接；控制电路，根据反相电路发送的开关控制信号控制开关；实时监控开关柜内的功率、温度、电流变化情况，防止出现开关柜内的温度、功率、电流等数据无法被及时反馈，出现安全问题；接触熔断器组合电路限制故障电流，速断保护优先容电器完成。

Description

一种用于高压开关柜的安全监测系统

技术领域

本发明涉及智能控制领域，尤其是涉及一种用于高压开关柜的安全监测系统。

背景技术

开关柜(switch cabinet)是一种电气设备，开关柜外线先进入柜内主控开关，然后进入分控开关，各分路按其需要设置。如仪表，自控，电动机磁力开关，各种交流接触器等，有的还设高压室与低压室开关柜，设有高压母线，如发电厂等，有的还设有为保护主要设备的低周减载器。

开关柜(switchgear)的主要作用是在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行开合、控制和保护用电设备。开关柜内的部件主要有断路器、隔离开关、负荷开关、操作机构、互感器以及各种保护装置等组成。开关柜的分类方法很多，如通过断路器安装方式可以分为移开式开关柜和固定式开关柜;或按照柜体结构的不同，可分为敞开式开关柜、金属封闭开关柜、和金属封闭铠装式开关柜;根据电压等级不同又可分为高压开关柜，低压开关柜等。主要适用于发电厂、变电站、石油化工、冶金轧钢、轻工纺织、厂矿企业和住宅小区、高层建筑等各种不同场合。

通过一系列多种光源的传感试验研究,确定了内部故障电弧弧光的特征.在此基础上,采用弧光单判据规则,研发了光纤传感器和一种经济实用的分布式多点内部故障电弧检测保护装置.该装置不仅结构简单、成本低廉,而且动作时间快、抗干扰能力强;不仅可单独使用,也可与各种继电保护装置集成,从而使得开关柜在成本增加不多的情况下,技术水平和附加值都得到很大提高。

例如，一种在中国专利文献上公开的“开关柜监控设备”，其公开号为CN105353708A包括信号采集效率低，无法实时监控开关柜内的功率、温度、电流变化情况，导致开关柜停止工作、造成工作人员安全隐患等问题。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中开关柜监控系统信号采集效率低，无法实时监控开关柜内的功率、温度、电流变化情况，导致开关柜停止工作、造成工作人员安全隐患等问题，提供一种用于高压开关柜的安全监测系统，用于解决当前技术中无法实时精准监控每个开关柜工作状态数据，防止出现开关柜内的温度、功率、电流等数据无法被及时反馈，出现安全问题。

一种用于高压开关柜的安全监控系统，包括：

时钟电路，接收控制电路的控制信号并发送第一时钟信号和第二时钟信号，与升压电路和反相电路连接，其中反相电路和升压电路并联；

升压电路，接收时钟控制信号，接收第一时钟控制信号以及提供控制电路电源，与稳压电路连接；

反相电路，接收第二时钟信号以及判断是否发送开关控制信号，与控制电路连接；

控制电路，根据反相电路发送的开关控制信号控制开关。

作为优选，时钟电路发出的第一时钟信号和第二时钟信号为互补的不交叠时钟信号，反相电路包括第一反相单元和第二反相单元，第一反相单元和第二反相单元均为CMOS反相器；第一反相单元和第二反相单元均为CMOS反相器；第一反相单元包括第一MOS管和第二MOS管；第二反相单元包括第三MOS管和第四MOS管；第一MOS管和第三MOS管为PMOS管，第二MOS管和第四MOS管为NMOS管；第一MOS管的栅极与第二MOS管的栅极连接后与时钟电路连接，用于接收第一时钟控制信号；第一MOS管的源极与供电电源连接；第一MOS管的漏极与第二MOS管的漏极连接后与第三MOS管的栅极连接；第三MOS管的栅极与第四MOS管的栅极连接；第三MOS管的源极与电压提升电路连接；第三MOS管的漏极和第四MOS管的漏极连接后作为输出端用于输出开关控制信号；第二MOS管的源极和第四MOS管的源极连接后接地；通过CMOS反向器的信号处理，降低整体电路的电能消耗，提高控制电路的抗干扰能力，使得获取的开关柜数据更精确。

作为优选，控制电路包括：

放大电路，将输入的微弱信号电压放大，与稳压电路连接；

稳压电路，利用电路的调整作用使输出电压稳定；

控制电路包括电源VCC、若干电阻、发光二极管LED、按键开关SB、电容C1、二极管D1和若干三极管；电阻R1一端分别连接电源VCC和三极管VT2发射极，三极管VT2基极分别连接电阻R1和电阻R2，电阻R2另一端分别连接发光二极管LED正极和按键开关SB，发光二极管LED负极连接三极管VT3集电极，三极管VT3基极连接电阻R4，电阻R4另一端分别连接电阻R3、电容C1和单片机IO2端口，电容C1另一端分别连接电阻R3另一端和二极管D1负极，二极管D1正极分别连接三极管VT3发射极和三极管VT1发射极并接地，三极管VT1基极连接按键开关SB另一端，三极管VT1集电极连接单片机IO1端口，三极管VT2集电极通过稳压模块连接输出端Vo，本开关控制电路通过使用按键开关SB配合多个三极管作为单片机上电以及失电的控制元件，电路结构非常简单，能有效对单片机电源及其电机进行控制。

作为优选，稳压模块采用三端稳压器控制，二极管D1为稳压二极管，三端稳压器用于直流电路的保护电路，起到降压、稳压的作用，稳压二极管在电路中起稳定电压的作用，能有效降低检修人员的风险，确保人身、电网和设备安全。

作为优选，在安全柜的真空断路器设置为接触熔断器组合电路，包括高压限电流熔断器、高压接触器、集成化的多功能综合保护断路器，减少中间延时，电流越大限电流熔断器开关故障电流的时间越短。

因此，本发明具有以下有益效果：

实时监控开关柜内的功率、温度、电流变化情况，防止出现开关柜内的温度、功率、电流等数据无法被及时反馈，出现安全问题；

接触熔断器组合电路限制故障电流，速断保护优先容电器完成。

附图说明

图1是本发明的系统开关设备结构示意图；

图2是本发明的系统电路原理图；

图3是本发明的控制电路结构图。

其中：A.母线室；B电费室；C.断路器隔室；D.继电器仪表室。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步具体的描述。

母线室A中包括有主母线，主母线从一个开关柜引至另一个开关柜，通过分支小母线和静触头盒固定，全部母线可根据用户需求用热缩绝缘套管塑封，当用户和工程有额外的特殊需求时，母线排上的联接螺栓可用绝缘套和端帽封装；当母线穿越开关柜隔板时，用母线套管固定，如果出现内部故障电弧，能限制事故蔓延到邻柜，并能保障母线的机械强度。

在断路器隔室内安装特定的导轨，供断路器手车在内导轨滑行与工作，隔室内设置有手车，手车能在工作位置、试验位置之间定向移动，移动活门安装在手车室的后壁上，手车从试验位置移动至工作位置的过程中，活门自动打开，反方向移动手车则完全复合，降低漏电触电风险，保障操作人员的安全，减少工作人员触及带电体的概率；手车能在开关柜半闭状态下进行实际操作，通过观察窗可以看到手车在柜内所处的位置，同时也能看到手车上的ON（用以使断路器合闸）/OFF（用以使断路器分闸）按钮和ON/OFF机械位置指示器及其储能/释能状态指示器。

开关柜内隔室包括联锁装置，为操作人员与设备提供可靠的安全性：

当接地开关在分闸位置时，手车才能从实验位置移动至工作台；

断路器在手车已充分咬合在试验或工作位置时，才能进行操作；

手车在工作位置时，二次插头被锁定，不能拔出；

接地开关关合时，手车不能从试验位置移动至工作位置；

接地开关仅在手车出处于试验位置时才能进行操作。

开关柜监控系统硬件包括采集单元、通信单元、报警单元、控制单元，其中，所述采集单元设置于开关柜内，所述采集单元包括温度传感器与功率传感器，所述采集单元的输出端连接所述控制器的输入端以采集工作参数，所述控制器的输出端通过通信单元将采集的工作参数传输至监控室；所述报警单元连接所述控制器的输出端以发出警报声，所述控制器的输出端连接有功率调节单元，所述功率调节单元根据所述控制器输出调节所述开关柜的功率，上述单元均设置在开关柜内，以实时监控工作参数。

当开关柜工作时，采集单元采集该开关柜内的工作参数(温度、功率)，控制器接收该工作参数检测是否超过预设参数(预设工作参数)；当检测到该工作参数是超过预设参数时，根据控制器控制功率调节单元根据所述控制器输出调节所述开关柜的功率，以及调节开关柜内温度的散热风扇，分别达到调节控制开关柜内功率和温度的目的；其中，所述显示屏显示当前开关柜内的温度和功率。

本发明的控制单元包括：

时钟电路，接收控制电路的控制信号并发送第一时钟信号和第二时钟信号，与升压电路和反相电路连接，其中反相电路和升压电路并联；

升压电路，接收时钟控制信号，接收第一时钟控制信号以及提供控制电路电源，与稳压电路连接；

反相电路，接收第二时钟信号以及判断是否发送开关控制信号，与控制电路连接；

控制电路，根据反相电路发送的开关控制信号控制开关。

时钟电路发出的第一时钟信号和第二时钟信号为互补的不交叠时钟信号，反相电路包括第一反相单元和第二反相单元，第一反相单元和第二反相单元均为CMOS反相器；第一反相单元和第二反相单元均为CMOS反相器；第一反相单元包括第一MOS管和第二MOS管；第二反相单元包括第三MOS管和第四MOS管；第一MOS管和第三MOS管为PMOS管，第二MOS管和第四MOS管为NMOS管；第一MOS管的栅极与第二MOS管的栅极连接后与时钟电路连接，用于接收第一时钟控制信号；第一MOS管的源极与供电电源连接；第一MOS管的漏极与第二MOS管的漏极连接后与第三MOS管的栅极连接；第三MOS管的栅极与第四MOS管的栅极连接；第三MOS管的源极与电压提升电路连接；第三MOS管的漏极和第四MOS管的漏极连接后作为输出端用于输出开关控制信号；第二MOS管的源极和第四MOS管的源极连接后接地；通过CMOS反向器的信号处理，降低整体电路的电能消耗，提高控制电路的抗干扰能力，使得获取的开关柜数据更精确。

如图3所示，控制单元中设置有控制电路，通过控制引线盘的定向旋转，单片机开关控制电路，包括电阻R1、发光二极管LED、按键开关SB、电容C1、二极管D1和三极管VT1，电阻R1一端分别连接电源VCC和三极管VT2发射极，三极管VT2基极分别连接电阻R1和电阻R2，电阻R2另一端分别连接发光二极管LED正极和按键开关SB，发光二极管LED负极连接三极管VT3集电极，三极管VT3基极连接电阻R4，电阻R4另一端分别连接电阻R3、电容C1和单片机IO2端口，电容C1另一端分别连接电阻R3另一端和二极管D1负极，二极管D1正极分别连接三极管VT3发射极和三极管VT1发射极并接地，三极管VT1基极连接按键开关SB另一端，三极管VT1集电极连接单片机IO1端口，三极管VT2集电极通过稳压模块连接输出端Vo；稳压模块采用三端稳压器控制；二极管D1为稳压二极管。

本控制电路的工作原理是：如图3所示，SB按下瞬间，VT2、VT1导通，输出端Vo输出稳定的直流电压给单片机供电；单片机工作后，将最先进行IO口初始化，IO1设为输入状态，启用内部上拉；IO2设为输出状态，输出高电平，这时VT2、VT3导通，LED发光，稳压模块能够正常工作，单片机进入工作状态；当SB再次按下时，检测单片机IO1端口电平为低，单片机使IO2输出低电平，VT2、VT3不导通，此时稳压模块输入电压几乎为0，单片机不工作，单片机系统关闭，本发明单片机开关控制电路通过使用按键开关SB配合多个三极管作为单片机上电以及失电的控制元件，电路结构简单，能有效对单片机电源及其电机进行控制，防止出现开关柜内的温度、功率、电流等数据无法被及时反馈，出现安全问题；接触熔断器组合电路限制故障电流，速断保护优先容电器完成。

上述电源开关控制电路，电路处于待机状态时，控制信号输出高电平将整个电路唤醒，控制按键开关SB导通，进而控制稳压模块的导通，稳压模块导通后输出的电压供给单片机使单片机的电源得电，实现单片机相应的逻辑控制，待单片机完成控制操作后需要进入待机状态，控制信号输出低电平，控制按键开关SB关断，稳压模块断电，单片机也断电，整个电路进入待机状态，此时，整个电路中的所有元器件均处于断电状态，整个电路在待机状态时的输出功耗为零功耗，降低了功耗，整体装置设计使用双线轮工作模式，提高引线布置的效率。

以上实施例只是本发明的一种较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其他的变体及改型。

Claims (6)

1.一种用于高压开关柜的安全监测系统，包括：

时钟电路，接收控制电路的控制信号并发送第一时钟信号和第二时钟信号，与升压电路和反相电路连接，其中反相电路和升压电路并联；

升压电路，接收时钟控制信号，接收第一时钟控制信号以及提供控制电路电源，与稳压电路连接；

反相电路，接收第二时钟信号以及判断是否发送开关控制信号，与控制电路连接；

控制电路，根据反相电路发送的开关控制信号控制开关。

2.根据权利要求1所述的一种用于高压开关柜的安全监测系统，其特征是，所述时钟电路发出的第一时钟信号和第二时钟信号为互补的不交叠时钟信号；

根据权利要求1所述的一种用于高压开关柜的安全监测系统，其特征是，所述反相电路包括第一反相单元和第二反相单元；所述第一反相单元和所述第二反相单元均为CMOS反相器。

3.根据权利要求1所述的一种用于高压开关柜的安全监测系统，其特征是，所述控制电路包括：

放大电路，将输入的微弱信号电压放大，与稳压电路连接；

稳压电路，利用电路的调整作用使输出电压稳定。

4.根据权利要求4所述的一种用于高压开关柜的安全监测系统，其特征是，所述控制电路包括电源VCC、若干电阻、发光二极管LED、按键开关SB、电容C1、二极管D1和若干三极管。

5.根据权利要求5所述的一种用于高压开关柜的安全监测系统，其特征是，所述电阻R1一端分别连接电源VCC和三极管VT2发射极，三极管VT2基极分别连接电阻R1和电阻R2，电阻R2另一端分别连接发光二极管LED正极和按键开关SB，发光二极管LED负极连接三极管VT3集电极，三极管VT3基极连接电阻R4，电阻R4另一端分别连接电阻R3、电容C1和单片机IO2端口，电容C1另一端分别连接电阻R3另一端和二极管D1负极，二极管D1正极分别连接三极管VT3发射极和三极管VT1发射极并接地，三极管VT1基极连接按键开关SB另一端，三极管VT1集电极连接单片机IO1端口，所述三极管VT2集电极通过稳压模块连接输出端Vo。

6.根据权利要求6所述的一种用于高压开关柜的安全监测系统，其特征是，所述稳压模块采用三端稳压器控制，所述二极管D1为稳压二极管。

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