CN114977075A - 一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统 - Google Patents

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俞斌
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Abstract

本发明公开了一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统，包括压板位置传感器、数据采集终端以及在线巡视智能预警模块，所述数据采集终端通过通信方式采集继电保护装置中断路器位置、软压板位置以及刀闸位置，数据采集终端通过压板位置传感器采集硬压板位置，在线巡视智能预警模块实时接收数据采集终端采集的信息；在线巡视智能预警模块通过一次设备的运行状态识别到继电保护装置目标状态，将继电保护装置当前运行状态与其目标状态实时进行比较，不一致就告警；本发明的优点在于：适用范围广，更低的建设成本和较高的效率，具有更高的实用化效果，更容易投入实际应用。

Description

一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统
本申请为申请号202111081620.9、申请日2021年9月15日、发明名称“一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统”的分案申请。
技术领域
本发明涉及继电保护在线监测领域，更具体涉及一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统。
背景技术
随着电网规模的扩大发展，设备运维工作的信息化、智能化水平得到大幅提高，但也面对着运行设备快速增长、交直混合日趋复杂、人员数量增长有限的挑战。当前变电站保护压板信息管理和应用还是采用传统的人工运检模式，压板投切操作、压板定期位置核对性检查等工作，均需要通过运检人员抵达变电站现场后才能开展工作，对人员的依赖程度高。
智能变电站中由于信号、控制等回路的网路化，软压板的功能则大大加强，保护装置有大量的软压板，出口硬压板移到了户外的智能汇控柜。保护功能切换、投退是通过在保护装置、后台机中对软压板进行投退实现，保护物理出口功能的切换是通过户外智能汇控柜出口硬压板投退实现，由于软压板投退不直观，出口硬压板位置无法在线采集，极易造成保护装置软压板、硬压板的漏投、漏退、误投、误退等，可能使得一次设备在错误保护配置、甚至在无保护配置下运行，严重威胁设备与电网安全，压板信息和状态难以监测已成为困扰广大运维人员现场工作开展的难点和痛点。
中国专利公开号CN111416438A，公开了一种变电站端硬压板状态监测与智能校核方法及系统，该专利申请的方法包括获取变电站保护定值单中的保护定值信息；与测控系统通讯采集变电站一次设备运行状态识别变电站运行方式；采集变电站端的各个硬压板的实际状态；根据保护定值信息、变电站运行方式确定各个硬压板的理论状态；将各个硬压板的实际状态、理论状态进行比较确定状态异常的硬压板；系统包括上位机、图形识别设备以及压板状态采集装置。该专利申请通过智能校核逻辑能够实现对硬压板状态及继电保护定值单进行状态校核，对于异常状态及时预警，全面提升变电站硬压板投退正确率。但是该专利申请只涉及硬压板是信息采集，只能覆盖传统变电站，适用范围窄，且其数据采集时需要多个系统的数据支持，建设成本增加，效率较低，其根据保护定值信息、变电站运行方式确定各个硬压板的理论状态，一次设备状态运行的识别处理较为复杂，难以投入实际应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术压板在线监视系统只能覆盖传统变电站，适用范围窄，建设成本增加，效率较低，一次设备状态运行的识别处理较为复杂，难以投入实际应用。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统，包括压板位置传感器、数据采集终端以及在线巡视智能预警模块，所述数据采集终端通过通信方式采集继电保护装置中断路器位置、软压板位置以及刀闸位置，数据采集终端通过压板位置传感器采集硬压板位置，在线巡视智能预警模块实时接收数据采集终端采集的信息；
在线巡视智能预警模块读取一二次设备状态对应实例化文件，一二次设备状态对应实例化文件定义一次设备不同运行状态下对应的断路器位置及刀闸位置，定义不同类型继电保护装置不同运行状态下的软压板及硬压板投退规则矩阵，定义一次设备不同运行状态下对应的继电保护运行状态，在线巡视智能预警模块通过采集到的断路器及刀闸实时数据识别一次设备的当前运行状态，通过采集到的软压板、硬压板实时数据识别到继电保护装置的当前运行状态；并通过一次设备的运行状态识别到继电保护装置目标状态，将继电保护装置当前运行状态与其目标状态实时进行比较，不一致就告警。
本发明采集的信息覆盖继电保护软压板、硬压板，系统可以在全部类型变电站中使用，适用范围广，采用压板位置传感器采集硬压板位置+通信接入方式采集继电保护装置信息，不需要多个系统的数据支持，具有更低的建设成本和较高的效率，简化了一次设备状态运行的识别处理，采用基本运行规则自动生成一二次设备运行状态的关联关系，根据关联关系得出继电保护装置当前运行状态与目标状态并进行比较，具有更高的实用化效果，更容易投入实际应用。
进一步地，所述一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统还包括配置工具，所述配置工具用于构建全站一二次设备模型并定义一次设备不同运行状态下对应的断路器位置及刀闸位置、不同类型继电保护装置不同运行状态下的软压板及硬压板投退规则矩阵以及一次设备不同运行状态下对应的继电保护运行状态生成一二次设备状态对应实例化文件。
更进一步地，所述一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统还包括用于投退操作预演和逻辑验证的上位机，上位机向在线巡视智能预警模块申请继电保护装置的目标状态，在线巡视智能预警模块根据继电保护装置的目标状态以及一二次设备状态对应实例化文件返回需要投退的断路器、刀闸、软压板以及硬压板对应的清单，操作者根据清单进行投退操作，在线巡视智能预警模块全程监护并验证投退操作是否有误，如果有误则告警，上位机实时接收告警信息。
进一步地，所述数据采集终端通过IEC61850规约与继电保护装置通信连接，采集继电保护装置中断路器位置、软压板位置以及刀闸位置。
进一步地，各个所述压板位置传感器上电后接收数据采集终端的时间同步请求，同步自身时间，各个所述压板位置运行预设时间后，向数据采集终端发送数据完毕后重新向数据采集终端请求时间。
进一步地，各个所述压板位置传感器在唤醒周期内等时间间隔依次唤醒，每个硬压板对应的压板位置传感器的唤醒时刻为T＝T0+TI×N，其中，T0表示唤醒周期，TI表示等时间间隔，N表示当前硬压板的组内编号。
进一步地，所述压板位置传感器包括感应装置，所述感应装置的外壳内封装有感应开关、电源、主控模块、无线发送模块以及射频天线，所述电源给感应开关、主控模块以及无线发送模块供电，所述主控模块的IO采集端口与感应开关的开关量信号输出端连接，所述主控模块的数据传输端口与无线发送模块的数据接收端口连接，无线发送模块的数据发送端口与射频天线连接。
更进一步地，所述感应开关为微动开关，所述硬压板包括控制硬压板投切状态的连片式旋钮、将硬压板固定在外部设备上的第一固定件以及将硬压板与继电保护二次回路进行连接的第一接线柱，所述感应装置固定安装在第一固定件的侧面，第一固定件的上方转动连接连片式旋钮，所述第一接线柱安装在第一固定件的下方。
更进一步地，所述第一固定件包括左右对称设置的两个中空圆柱体，两个中空圆柱体通过连接板固定连接，两个中空圆柱体的底部各连接一个具有外螺纹且内部中空的第一螺栓；所述两个中空圆柱体的侧面以及连接板的侧面与所述感应装置的外壳的侧面固定连接；
所述连片式旋钮包括左右两侧为弯钩中间为长方形板的接触片，所述接触片左右两侧的弯钩朝向相反，所述接触片两侧的弯钩分别位于两个中空圆柱体的上方且弯钩的钩眼正对着中空圆柱体的中空部，所述长方形板的中间卡接一个卡块，所述卡块绝缘，所述卡块的侧面正对着所述感应开关的触点；
所述第一接线柱有两个，每个第一螺栓的中空部对应设置一个第一接线柱，第一接线柱依次穿过接触片上的弯钩以及第一固定件的中空圆柱体的中空部、第一固定件下方的第一螺栓的中空部与第一固定件固定连接；两个所述第一接线柱接入继电保护二次回路。
进一步地，所述感应开关为滚珠开关，所述硬压板包括控制硬压板投切状态的插拔旋钮、将硬压板固定在外部设备上的第二固定件以及将硬压板与继电保护二次回路进行连接的第二接线柱，所述感应装置安装在插拔旋钮上方随插拔旋钮运动。
更进一步地，所述第二固定件的长度方向上的中心向下开设第一通孔，所述第二固定件上位于第一通孔的下方的位置安装限位装置，所述限位装置为中空圆柱体；所述第二固定件上位于第一通孔的左右两侧的位置各开设一个第二通孔，所述第二固定件上第二通孔的下方的位置安装带外螺纹且内部为正六边形中空的第二螺栓；
更进一步地，所述插拔旋钮包括与第二固定件形状大小匹配的主体结构，所述感应装置通过双面胶安装在插拔旋钮的主体结构的上方，所述主体结构的中心向下垂直安装一个拉杆，拉杆外套设弹簧，所述拉杆的端部套设一个固定栓，拉杆的端部以及固定栓均纵向开设有直径相同的螺孔，螺丝穿过固定栓一侧的螺孔再穿过拉杆的端部的螺孔以及固定栓另一侧的螺孔后锁紧；所述主体结构上位于拉杆的两侧的位置各安装一个导杆，两个导杆位于主体结构的一侧电连接。
更进一步地，所述第二接线柱包括螺钉、具有内螺纹且与所述螺钉螺纹连接的长杆，长杆的外侧形状与第二固定件下方的第二螺栓的正六边形中空部形状匹配；所述拉杆位于限位装置内，弹簧位于限位装置与拉杆之间的间隙内，插拔旋钮的主体结构左右两侧的导杆分别安装在所述第二固定件的两个第二通孔内，所述第二接线柱的长杆从下向上穿过第二固定件下方的第二螺栓的正六边形中空部，初始状态下，第二接线柱中的螺钉与导杆接触。
进一步地，所述数据采集终端包括控制电路、电源电路、无线通信电路、以太网通信电路以及多个485串口通信电路，所述多个485串口通信电路、无线通信电路、以太网通信电路以及电源电路均与控制电路连接，所述控制电路通过无线通信电路接收变电站内感知类传感器的信号，所述控制电路通过485串口通信电路以及以太网通信电路与在线巡视智能预警模块通信连接。
本发明的优点在于：
(1)本发明采集的信息覆盖继电保护软压板、硬压板，系统可以在全部类型变电站中使用，适用范围广，采用压板位置传感器采集硬压板位置+通信接入方式采集继电保护装置信息，不需要多个系统的数据支持，具有更低的建设成本和较高的效率，简化了一次设备状态运行的识别处理，采用基本运行规则自动生成一二次设备运行状态的关联关系，根据关联关系得出继电保护装置当前运行状态与目标状态并进行比较，具有更高的实用化效果，更容易投入实际应用。
(2)本发明设置用于投退操作预演和逻辑验证的上位机，及时发现现场操作中对压板的误操作，确保电网安全稳定的运行。
(3)本发明各个所述压板位置传感器上电后接收数据采集终端的时间同步请求，同步自身时间，各个所述压板位置运行预设时间后，向数据采集终端发送数据完毕后重新向数据采集终端请求时间，纠正长时间运行后的时间偏差。
(4)本发明为防止多个压板位置传感器同时唤醒时发送数据发生碰撞，设置唤醒周期，各压板位置传感器在唤醒周期内等时间间隔依次唤醒，各压板唤醒时间点根据组内编号固定。
(5)本发明针对常规变电站和智能变电站的硬压板，通过非电量感应原理传感器也即滚珠开关或者微动开关检测压板状态，随着压板可操作部分位置的改变，将压板状态的变化转换为开关量输出，上传给主控模块。通过卡装和粘贴的方式安装在原有压板上，无需停电和改变保护测控装置及压板工作状态。
(6)本发明通过连片式旋钮控制硬压板投切状态，硬压板投切过程中连片式旋钮转动，感应开关的触点正对所述连片式旋钮，随着连片式旋钮的转动使得连片式旋钮与感应开关接触或者不接触，从而触发感应开关或者不触发，感应开关的状态对应着硬压板的状态，通过主控模块接收感应开关的状态并将开关量信号通过无线发送模块以及射频天线发送出去也即硬压板的状态发送出去，因此硬压板投切状态不需要人工定期巡检，对于硬压板的投退情况监视方式安全有效，避免对电网的安全稳定运行造成影响。
(7)本发明通过插拔旋钮控制硬压板投切状态，硬压板投切过程中插拔旋钮转动，感应装置安装在插拔旋钮上方随插拔旋钮运动，感应装置在运动过程中感应开关动作，通过感应开关的状态间接反映硬压板投切状态，并且通过主控模块接收感应开关的状态并将开关量信号通过无线发送模块以及射频天线发送出去，因此硬压板投切状态不需要人工定期巡检，对于硬压板的投退情况监视方式安全有效，避免对电网的安全稳定运行造成影响。
(8)本发明通过无线通信电路接收变电站内感知类传感器的信号并传输给控制电路进行处理，控制电路通过485串口通信电路以及以太网通信电路与外部应用系统也即在线巡视智能预警模块通信连接，控制电路将经过处理的数据传输给外部应用系统，传感器的数据解析和处理不需要后台应用软件实现，对后台应用软件要求不高，适应性比较强。
附图说明
图1为本发明实施例1所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统的系统结构示意图；
图2为本发明实施例1所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统的数据处理流程图；
图3为本发明实施例1所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统的在线巡视智能预警模块结构框图；
图4为本发明实施例1所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统的在线巡视智能预警模块工作流程图；
图5为本发明实施例1所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统中全站一二次设备模型一个示例图；
图6为本发明实施例1所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统中继电保护与压板的关联模型一个示例图；
图7为本发明实施例1所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统中上位机进行投退操作预演和逻辑验证的逻辑框图；
图8为本发明实施例1所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统中上位机进行投退操作预演和逻辑验证的流程图；
图9为本发明实施例1所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统中压板位置传感器的电路原理图；
图10为本发明实施例1所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统中压板位置传感器的硬压板投入状态下的结构示意图；
图11为本发明实施例1所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统中压板位置传感器的硬压板退出状态下的结构示意图；
图12为本发明实施例1所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统中数据采集终端的电路原理框图；
图13为本发明实施例1所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统中数据采集终端的电源电路的原理图；
图14为本发明实施例1所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统中数据采集终端的控制电路的原理图；
图15为本发明实施例1所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统中数据采集终端的无线通信电路的原理图；
图16为本发明实施例1所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统中数据采集终端的以太网通信电路的原理图；
图17为本发明实施例1所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统中数据采集终端的485串口通信电路的原理图；
图18为本发明实施例2所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统中压板位置传感器的第二固定件的结构示意图；
图19为本发明实施例2所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统中压板位置传感器的插拔旋钮的结构示意图；
图20为本发明实施例2所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统中压板位置传感器的第二接线柱的结构示意图；
图21为本发明实施例2所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统中压板位置传感器的装配示意图；
图22为本发明实施例2所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统中压板位置传感器的分解示意图；
图23为本发明实施例2所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统中压板位置传感器的硬压板退出状态下的示意图；
图24为本发明实施例2所提供的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统中压板位置传感器的硬压板退出状态下插拔旋钮绕第二固定件旋转的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统，包括压板位置传感器、数据采集终端以及在线巡视智能预警模块，所述数据采集终端通过通信方式采集继电保护装置中断路器位置、软压板位置以及刀闸位置，数据采集终端通过压板传感器采集硬压板位置，在线巡视智能预警模块实时接收数据采集终端采集的信息。
按照电力系统对一次设备运行状态的定义，一次设备有如下几种运行状态：运行、检修、冷备、热备；继电保护装置有如下几种运行状态:运行、检修、信号、退出。一次设备在不同的运行状态下，关联的继电保护装置有对应的运行状态。因此在压板状态的监视中，通过一次设备不同运行状态下继电保护装置对应运行状态的分析即可快速实现压板投退状态的在线监视与预警。
首先定义一次设备不同的运行状态下，对应的断路器及刀闸位置，以220kV线路为例：
Figure BDA0003616247180000071
其次定义不同类型继电保护装置不同运行状态下的压板投退规则矩阵，以线路保护为例：
Figure BDA0003616247180000072
Figure BDA0003616247180000081
再次定义一次设备不同运行状态下对应的继电保护运行状态，以220kV线路为例：
Figure BDA0003616247180000082
在线巡视智能预警模块读取一二次设备状态对应实例化文件，一二次设备状态对应实例化文件按照上述方式定义一次设备不同运行状态下对应的断路器位置及刀闸位置，定义不同类型继电保护装置不同运行状态下的软压板及硬压板投退规则矩阵，定义一次设备不同运行状态下对应的继电保护运行状态，在线巡视智能预警模块通过采集到的断路器及刀闸实时数据识别一次设备的当前运行状态，通过采集到的软压板、硬压板实时数据识别到继电保护装置的当前运行状态；并通过一次设备的运行状态识别到继电保护装置目标状态，将继电保护装置当前运行状态与其目标状态实时进行比较，不一致就告警。
如图2至图4所示，在线巡视智能预警模块分为数据刷新与处理子模块、模型与公共缓存子模块、状态分析子模块、周期巡视与智能预警子模块以及结果文件生成子模块，继电保护软硬压板一体化在线监视系统还包括配置工具，在线巡视智能预警模块的处理流程如下：所述配置工具构建全站一二次设备模型并定义一次设备不同运行状态下对应的断路器位置及刀闸位置、不同类型继电保护装置不同运行状态下的软压板及硬压板投退规则矩阵以及一次设备不同运行状态下对应的继电保护运行状态生成一二次设备状态对应实例化文件。全站一二次设备模型如图5所示，模型可以根据变电站实际情况进行建立，变电站不同，一二次设备模型不同。线路、变压器、母线运行状态的变化的通过断路器和刀闸的分合操作实现。因此只需要通过关联断路器位置及刀闸位置识别就可以直接判断出线路、变压器、母线实际的运行状态。继电保护装置的运行状态变化通过软压板、硬压板的投退操作实现。因此只需要通过关联的软压板、硬压板的当前投退状态就可以直接判断出继电保护运行状态。继电保护与压板的关联模型如图6所示。
模型与公共缓存子模块初始化，读取全站一二次设备状态对应实例化文件。
数据刷新与处理子模块周期地从实时数据库(实时数据库为数据采集终端采集的数据储存位置)中读取最新软压板状态、硬压板状态以及断路器、刀闸状态到模型与公共缓存子模块。
状态分析子模块根据一二次设备运行状态定义以及最新实时数据自动分析出一次设备当前运行状态、继电保护装置当前运行状态，并将最新状态写入数据库。
周期巡视与智能预警子模块根据一次设备当前运行状态、继电保护当前运行状态、一二次设备运行状态的关联关系，一次设备当前运行状态、继电保护当前运行状态、一二次设备运行状态的关联关系在上文几个表格中已经定义，根据定义生成的一二次设备状态对应实例化文件即体现了关联关系。实时分析运行状态的匹配正确性，发现异常时发出异常告警信息，调用结果文件生成子模块生成场景报告明细文件。
周期巡视与智能预警子模块还根据预先设定的周期自动调用结果生成子模块生成巡视报告文件。
如图7和图8所示，继电保护软硬压板一体化在线监视系统还包括用于投退操作预演和逻辑验证的上位机，当操作者进行软压板、硬压板投退操作时，通过上位机向在线巡视智能预警模块申请继电保护装置的目标状态，在线巡视智能预警模块根据继电保护装置的目标状态以及一二次设备状态对应实例化文件返回需要投退的断路器、刀闸、软压板以及硬压板对应的清单、一次设备和二次设备当前运行状态、各个压板的最新状态，操作者确认后即可开始压板的投退操作，操作者根据清单进行投退操作，每操作一项，在线巡视智能预警模块在软压板和硬压板投退清单自动打勾，并给出对应的保护装置功能或回路连同的前后变化提示，在线巡视智能预警模块全程监护并验证投退操作是否有误，当出现压板投退顺序错误、误投退清单外的压板时，在线巡视智能预警模块给出压板投退错误的告警，上位机实时接收告警信息。
本发明针对常规变电站和智能变电站的软压板以及断路器、刀闸位置，通过与保护装置建立以太网或串口通信，即可实现软压板实时状态、断路器和刀闸位置的采集。在常规变电站一般采用IEC103规约，在智能变电站一般采用IEC61850规约，变电站的母线保护装置支持同电压等级全站断路器位置的采集并输出。针对常规变电站和智能变电站的硬压板，通过非电量感应原理传感器检测压板状态，随着压板可操作部分位置的改变，将压板状态的变化转换为开关量输出，上传给主控模块103，将开关量信号采集并输出。通过卡装和粘贴的方式安装在原有压板上，无需停电和改变保护测控装置及压板工作状态。本实施例中，如图9所示，压板位置传感器包括感应装置1，所述硬压板包括控制硬压板投切状态的连片式旋钮3、将硬压板固定在外部设备上的第一固定件2以及将硬压板与继电保护二次回路进行连接的第一接线柱4，所述感应装置1固定安装在第一固定件2的侧面，第一固定件2的上方转动连接连片式旋钮3，所述第一接线柱4安装在第一固定件2的下方，所述感应装置1包括感应开关101，感应开关101为微动开关，感应装置1的外壳正对所述第一固定件2的一侧开设有第一凹槽，所述感应开关101卡在所述第一凹槽内且感应开关101的触点正对所述连片式旋钮3，感应装置1的外壳内封装有电源102、主控模块103、无线发送模块104以及射频天线105，所述电源102给感应开关101、主控模块103以及无线发送模块104供电，所述主控模块103的IO采集端口与感应开关101的开关量信号输出端连接，所述主控模块103的数据传输端口与无线发送模块104的数据接收端口连接，无线发送模块104的数据发送端口与射频天线105连接。
所述第一固定件2包括左右对称设置的两个中空圆柱体201，两个中空圆柱体201通过连接板202固定连接，两个中空圆柱体201的底部各连接一个具有外螺纹且内部中空的第一螺栓203，所述中空圆柱体201的内径与第一螺栓203的内径相同，两个中空圆柱体201中的一个设有弧形挡板204，所述弧形挡板204安装在中空圆柱体201的上方。所述两个中空圆柱体201的侧面以及连接板202的侧面与所述感应装置1的外壳的侧面固定连接，感应装置1外壳的底面与所述中空圆柱体201的底面齐平。
所述连片式旋钮3包括左右两侧为弯钩中间为长方形板的接触片301，所述接触片301左右两侧的弯钩朝向相反，所述接触片301两侧的弯钩分别位于两个中空圆柱体201的上方且弯钩的钩眼正对着中空圆柱体201内部中空。所述长方形板的中间设置一个卡块302，所述卡块302底部设有卡槽，所述卡块302通过其底部的卡槽卡接在所述长方形板的中间，所述卡块302的侧面正对着所述感应开关101的触点。所述接触片301、连接板202、感应装置1、两个中空圆柱体201之间形成一个空腔，所述感应装置1的外壳上的第一凹槽位于空腔所在侧且第一凹槽内卡接的感应开关101的触点正对所述卡块302的侧面。所述卡块302绝缘，卡块302用于人工手动旋转接触片301使得接触片301远离第一接线柱4或者与第一接线柱4接触同时卡块302在旋转过程中会远离感应开关101或者触碰感应开关101。
所述第一接线柱4有两个，第一接线柱4为上下端具有外螺纹中间光滑的圆柱体杆状结构，所述弯钩上下各设一个第一垫片6，弯钩上方的第一垫片6上设有螺帽5，弯钩下方的第一垫片6与中空圆柱体201的上方之间设置第一螺母7，所述第一固定件2下方的第一螺栓203螺纹连接一个第二螺母8，所述第一固定件2下方的第一螺栓203的正下方设置一个第三螺母9、第三螺母9的下方依次设置两个第二垫片10，第二垫片10的下方设置第四螺母11，所述螺帽5与所述第一接线柱4的上端螺纹连接，第一接线柱4依次穿过一个第一垫片6、接触片301上的弯钩、另一个第一垫片6、第一螺母7、第一固定件2的中空圆柱体201的中空部、第一固定件2下方的第一螺栓203的中空部、第三螺母9、两个第二垫片10以及第四螺母11，所述第一螺母7、第三螺母9以及第四螺母11均与所述第一接线柱4螺纹连接。
所述第一固定件2上的弧形挡板204的内弧面与所述第一垫片6的外侧贴合，弧形挡板204用于在接触片301绕着第一接线柱4旋转的时候防止跑偏。
所述第一固定件2下方的第一螺栓203的中空部内设置第二凹槽，所述第一接线柱4正对所述第二凹槽的位置设置凸块，所述凸块卡接在所述第二凹槽内，用于进一步卡紧所述传感器，中空圆柱体201以及第一螺栓203的中空部也通过设置螺纹与第一接线柱4进行螺纹连接。所述第一固定件2下方的第一螺栓203与第二螺母8用于将传感器固定在外部设备上，所述两个第二垫片10之间的间隙用于连接继电保护二次回路的导线。
本实施例中压板位置传感器的工作过程为：参阅图10，硬压板投入时，连片式旋钮3的接触片301两个的弯钩均卡在所述第一接线柱4上，第一接线柱4与接触片301处于连接状态，继电保护二次回路导通，此时卡块302刚好抵住所述感应开关101的触点，微动开开关动作也即处于闭合状态，主控模块103的IO采集端口与感应开关101的开关量信号输出端连接，采集感应开关101的开关量信号，主控模块103的数据传输端口与无线发送模块104的数据接收端口连接，无线发送模块104的数据发送端口与射频天线105连接，主控模块103通过无线发送模块104以及射频天线105将接收到的感应开关101的开关量信号发送出去也即感应开关101闭合的信号发送出去，由于感应开关101的开关量信号与硬压板的投退状态(也即接触片301与第一接线柱4接触与否)对应，相当于将硬压板投入的信号发送出去。
参阅图11，硬压板退出时，连片式旋钮3上的卡块302带动接触片301绕着装有弧形挡板204的一侧的第一接线柱4向远离感应装置1的方向旋转，接触片301的另一侧的弯钩远离第一接线柱4，接触片301两个的弯钩只有一个卡在其对应的第一接线柱4上，第一接线柱4与接触片301处于非连接状态，继电保护二次回路断开，此时卡块302远离所述感应开关101的触点，微动开开关不动作也即处于断开状态，主控模块103的IO采集端口与感应开关101的开关量信号输出端连接，采集感应开关101的开关量信号，主控模块103的数据传输端口与无线发送模块104的数据接收端口连接，无线发送模块104的数据发送端口与射频天线105连接，主控模块103通过无线发送模块104以及射频天线105将接收到的感应开关101的开关量信号发送出去也即感应开关101断开的信号发送出去，由于感应开关101的开关量信号与硬压板的投退状态(也即接触片301与第一接线柱4接触与否)对应，相当于将硬压板退出的信号发送出去。
如图12所示，本实施例中，所述数据采集终端包括电源电路12、控制电路13、无线通信电路14、以太网通信电路15以及多个485串口通信电路16，所述多个485串口通信电路16、无线通信电路14、以太网通信电路15以及电源电路12均与控制电路13连接，所述控制电路13通过无线通信电路14接收变电站内感知类传感器的信号，所述控制电路13通过485串口通信电路16以及以太网通信电路15与外部应用系统通信连接。
如图13所示，所述电源电路12包括电阻RF1、压敏电阻RV1、芯片DC1、电容C1、二极管D1、电容C2、电容C7、电阻R6以及发光二极管CR5，所述芯片DC1的型号为IRM-02-3.3。所述电阻RF1的一端和压敏电阻RV1的一端分别接在外部电源接口的两端，电阻RF1的另一端、压敏电阻RV1的另一端以及芯片DC1的第一引脚连接，芯片DC1的第二引脚与压敏电阻RV1的一端连接；芯片DC1的第四引脚、电容C1的一端、二极管D1的引脚、电容C2的一端以及电容C7的一端连接，电容C7的一端作为电源VCC的一个输出接口，芯片DC1的第三引脚、电阻R6的一端、电容C1的另一端、二极管D1的阳极、电容C2的另一端以及电容C7的另一端连接，电容C7的另一端接地；电阻R6的另一端与发光二极管CR5的阴极连接，发光二极管CR5的阳极作为电源VCC的另一个输出接口。电源电路12通过芯片DC1降压提供工作电路所需的电压，通过电容电阻组成滤波电路滤除电压干扰，提供稳定可靠的电源。
如图14所示，所述控制电路13包括芯片U2A、晶振CRY1、电阻R3、电容C5、电阻R7以及发光二极管CR6，所述芯片U2A的型号为STM32L051C8T6。所述晶振CRY1的一端与芯片U2A的第三引脚连接，晶振CRY1的另一端与芯片U2A的第四引脚连接，电阻R3的一端与芯片U2A的第四十四引脚连接，电阻R3的另一端接地；所述电容C5的一端与芯片U2A的第七引脚连接，电容C5的另一端接地；电阻R7的一端与芯片U2A的第三十三引脚连接，电阻R7的另一端与发光二极管CR6的阴极连接，发光二极管CR6的阳极接电源VCC。
如图15所示，所述无线通信电路14包括芯片U1、电容C3、电容C4、电容C6及电感L1，所述芯片U1的型号为ZM433SX-L。所述芯片U1的第五引脚与芯片U2A的第三十二引脚连接，芯片U1的第六引脚与芯片U2A的第三十一引脚连接，芯片U1的第十四引脚、第十五引脚、第十六引脚、第十七引脚以及第十八引脚一一对应的与芯片U2A的第二十六引脚、第二十七引脚、第二十八引脚、第二十九引脚及第三十引脚连接；电容C3的一端与芯片U1的第二十一引脚连接，电容C3的另一端与电容C4的一端连接，电容C4的一端作为天线接口连接天线，电容C4的另一端接地；电感L1的一端接芯片U1的第十三引脚，电感L1的另一端接电源VCC，电容C6的一端接芯片U1的第十二引脚，电容C6的另一端接电感L1的一端；芯片U1的第一引脚至第四引脚、第十一引脚、第二十二引脚、第二十引脚以及第十九引脚均接地。
如图16所示，所述以太网通信电路15包括芯片T1、电容C9以及电容C8，所述芯片T1的第八引脚与芯片U2A的第十二引脚连接，芯片T1的第九引脚与芯片U2A的第十三引脚连接，电容C8的一端、电容C9的一端、芯片T1的第十一引脚、芯片T1的第十五引脚以及芯片T1的第十四引脚连接，电容C8的另一端、电容C9的另一端以及芯片T1的第十引脚连接并接地；芯片T1的第十二引脚与其第十六引脚连接，芯片T1的第十三引脚与其第七引脚连接。
如图17所示，所述485串口通信电路16包括发光二极管CR1、发光二极管CR2、电阻R1、电阻R2以及芯片U4，所述芯片U4的型号为RSM485CHT。所述发光二极管CR1的阳极以及发光二极管CR2的阳极均与电源VCC连接，电阻R1的一端与发光二极管CR1的阴极连接，电阻R2的一端与发光二极管CR2的阴极连接，电阻R1的另一端与芯片U4的第三引脚连接，电阻R2的另一端与芯片U4的第四引脚连接，芯片U4的第一引脚接电源VCC，芯片U4的第二引脚接地，芯片U4的第三引脚接芯片U2A的第二十一引脚，芯片U4的第四引脚接芯片U2A的第二十二引脚，所述芯片U4的第八引脚至第十引脚作为外部通信接口与外部应用系统通信连接。
数据采集终端通过无线通信电路14接收变电站内感知类传感器的信号并传输给控制电路13进行处理，控制电路13通过485串口通信电路16以及以太网通信电路15与外部应用系统通信连接，控制电路13将经过处理的数据传输给外部应用系统，本实施例中外部应用系统即为在线巡视智能预警模块，传感器的数据解析和处理不需要后台应用软件实现，对后台应用软件要求不高，适应性比较强。
压板位置传感器与数据采集终端在实际部署中采用星形通信，压板位置传感器为发送端，数据采集终端为接收端，一个数据采集终端周围对应多个压板位置传感器。压板位置传感器上电后接收数据采集终端的时间同步请求，收到后同步自身时间，通过这一方式实现全部传感器的同步。传感器在运行7天后，在数据发送完毕后重新向数据采集终端请求时间，纠正长时间运行后的时间偏差。为防止多个压板位置传感器同时唤醒时发送数据发生碰撞，以10分钟为一次唤醒周期，各压板位置传感器等时间间隔依次唤醒，各压板唤醒时间点根据组内编号固定，计算方式为：
T＝T0+TI×N
T0表示唤醒周期点，为每小时的0、10、20、30、40、50的整分钟时刻。
TI表示等时间间隔，以200个压板的设计量，时间间隔
Figure BDA0003616247180000131
N表示压板的组内编号。
例：组内17号压板：3×17＝51s，其唤醒时间点为每小时的51s，10分51s，20分51s以此类推。
实施例2
本发明实施例2与实施例1的区别在于，硬压板结构不同，从而压板位置传感器相比实施例1有所不同，本实施例中压板位置传感器中电路原理相同，参阅图9，只是本实施例感应开关101为滚珠开关。压板位置传感器包括感应装置1，所述感应装置1通过双面胶安装在所述硬压板上方，所述感应装置1的外壳内封装有感应开关101、电源102、主控模块103、无线发送模块104以及射频天线105，所述电源102给感应开关101、主控模块103以及无线发送模块104供电。所述主控模块103的IO采集端口与感应开关101的开关量信号输出端连接，所述主控模块103的数据传输端口与无线发送模块104的数据接收端口连接，无线发送模块104的数据发送端口与射频天线105连接。主控模块103的IO采集端口采集感应开关101的开关量信号并将其通过无线发送模块104以及射频天线105发送出去。所述主控模块103可以采用STM32L051C8T6，也可以采用其他型号的单片机或者微控制器。无线发送模块104的主芯片可以采用ZM433SX-L，也可采用其他无线传输模块。
如图18及图21所示，所述硬压板包括第二固定件17、插拔旋钮18以及安装在第二固定件17上的两个第二接线柱19，所述第二固定件17安装在外部设备上，所述第二固定件17上设有安装孔1701，所述第二固定件17通过安装孔1701将其固定在外部设备上，例如安装在需要设置硬压板的继电保护装置上，所述第二固定件17为长方体结构，第二固定件17的长度方向上的中心向下开设第一通孔1702，第二固定件17上位于第一通孔1702的左右两侧的位置各开设一个第二通孔1703，所述第二固定件17上位于第一通孔1702的下方的位置安装限位装置1704，所述限位装置1704为中空圆柱体，所述第二固定件17上第二通孔1703的下方的位置安装带外螺纹且内部为正六边形中空的第二螺栓1705，第二螺栓1705外部固定有第五螺母1706，所述第五螺母1706与第二固定件17底面具有间隙，第五螺母1706用于进一步将第二固定件17锁紧固定在外部设备上。
如图19所示，所述插拔旋钮18包括与第二固定件17大小匹配的长方体主体结构1801，所述感应装置1通过双面胶安装在插拔旋钮18的主体结构1801的上方。所述主体结构1801的中心向下垂直安装一个拉杆1802，所述主体结构1801上位于拉杆1802的两侧的位置各安装一个导杆1803，两个导杆1803位于主体结构1801的一侧电连接，所述拉杆1802整体为圆柱体结构，拉杆1802外套设弹簧1804，所述拉杆1802端部为扁平状，拉杆1802的端部套设一个固定栓1805，所述固定栓1805内部具有与拉杆1802的端部形状大小匹配的槽，拉杆1802的端部以及固定栓1805均纵向开设有直径相同的螺孔，螺丝1806穿过固定栓1805一侧的螺孔再穿过拉杆1802的端部的螺孔以及固定栓1805另一侧的螺孔后锁紧，弹簧1804被限定在拉杆1802上。所述限位装置1704的直径大于所述第二固定件17的第一通孔1702的直径，固定栓1805的直径大于第一通孔1702的直径小于限位装置1704的直径，所述弹簧1804的一端抵接所述第二固定件17的第一通孔1702的下方，弹簧1804的另一端抵接固定栓1805的上部，第二固定件17向上拉，固定栓1805和拉杆1802整体向上移动，弹簧1804在限位装置1704内处于压缩状态，第二固定件17向下回位，固定栓1805和拉杆1802整体向下移动，弹簧1804在限位装置1704内恢复，处于正常状态，初始状态下，弹簧1804处于既不压缩也不拉紧的状态，第二固定件17的上表面刚好贴合插拔旋钮18的主体结构1801的下表面。
如图20所示，所述第二接线柱19包括螺钉1901、具有内螺纹且与螺钉1901螺纹连接的长杆1902，长杆1902的外侧形状与第二固定件17下方的第二螺栓1705的正六边形中空部形状匹配，长杆1902与所述第二固定件17下方的第二螺栓1705固定连接。为了便于接线，螺钉1901的下端安装有第三垫片1903，同时为了导电效果好，在长杆1902与导杆1803之间的间隙增设环形铜片1904。
所述拉杆1802位于限位装置1704内，弹簧1804位于限位装置1704与拉杆1802之间的间隙内，插拔旋钮18的主体结构1801左右两侧的导杆1803分别安装在所述第二固定件17的两个第二通孔1703内，所述第二接线柱19穿过第二固定件17下方的第二螺栓1705的正六边形中空部，初始状态下，第二接线柱19中的螺钉1901与导杆1803接触，所述导杆1803以及螺钉1901导电，所述第二固定件17的外表面以及插拔旋钮18的外表面以及感应装置1的外壳均绝缘。
本实施例中压板位置传感器的工作过程为：
首先需要说明的是，滚珠开关的工作原理为现有技术，滚珠开关内部有一个放置滚珠的盒子，盒子三个面分别设置一个触点编号A、B、C，当压板投入时，滚珠开关旋转，其中A和B两个触点接通，当压板退出时，滚珠开关旋转一定角度，滚珠滚动，A和B两个触点断开，B和C两个触点导通，实际应用中只使用触点A和触点B，实现滚珠滚动的时候切换滚珠开关的通电状态。
如图21至图24所示，初始状态下，两个第二接线柱19接入继电保护二次回路中，插拔旋钮18的两个导杆1803分别位于第二固定件17的两个第二通孔1703内，导杆1803与第二接线柱19中的螺钉1901接触，电路处于接通状态，也即硬压板处于投入状态，此时感应装置1中的感应开关101的滚珠未滚动，感应开关101处于闭合状态，主控模块103的IO采集端口采集感应开关101的开关量信号并将其通过无线发送模块104以及射频天线105发送出去，外部采集设备采集到感应开关101处于闭合状态，此时表明硬压板处于投入状态。
如图23所示，当硬压板退出时，也即将插拔旋钮18和感应装置1整体向上提拉，导杆1803离开第二通孔1703，插拔旋钮18中心的拉杆1802绕第一通孔1702旋转使得导杆1803偏离插拔旋钮18的主体结构1801然后停止提拉动作，在弹簧1804的作用下，插拔旋钮18的主体结构1801向下运动与第二固定件17的上表面贴合，此时由于导杆1803已经被拉出第二通孔1703外，导杆1803与第二接线柱19中的螺钉1901不接触，此时电路处于断路状态，也即硬压板处于退出状态，此时感应装置1中的感应开关101的滚珠滚动，感应开关101处于断开状态，主控模块103的IO采集端口采集感应开关101的开关量信号并将其通过无线发送模块104以及射频天线105发送出去，外部采集设备采集到感应开关101处于断开状态，此时表明硬压板处于退出状态。
如图21所示，当硬压板再次投入时，将插拔旋钮18和感应装置1整体向上提拉，插拔旋钮18中心的拉杆1802绕第一通孔1702旋转使得导杆1803靠近插拔旋钮18的主体结构1801并将导杆1803插入第二通孔1703内之后停止提拉动作，在弹簧1804的回复力作用下，插拔旋钮18的主体结构1801向下运动与第二固定件17的上表面贴合，此时由于导杆1803与第二接线柱19中的螺钉1901接触，此时电路再次处于接通状态，也即硬压板处于投入状态，此时感应装置1中的感应开关101的滚珠滚动到初始位置，感应开关101处于闭合状态，主控模块103的IO采集端口采集感应开关101的开关量信号并将其通过无线发送模块104以及射频天线105发送出去，外部采集设备采集到感应开关101处于闭合状态，此时表明硬压板处于投入状态。通过感应开关101感应硬压板的投切状态，从而将信号发送出去，便于监测硬压板的状态，不需要人工观察和记录硬压板的投切状态。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统，其特征在于，包括压板位置传感器、数据采集终端以及在线巡视智能预警模块，所述数据采集终端通过通信方式采集继电保护装置中断路器位置、软压板位置以及刀闸位置，数据采集终端通过压板位置传感器采集硬压板位置，在线巡视智能预警模块实时接收数据采集终端采集的信息；
在线巡视智能预警模块读取一二次设备状态对应实例化文件，一二次设备状态对应实例化文件定义一次设备不同运行状态下对应的断路器位置及刀闸位置，定义不同类型继电保护装置不同运行状态下的软压板及硬压板投退规则矩阵，定义一次设备不同运行状态下对应的继电保护运行状态，在线巡视智能预警模块通过采集到的断路器及刀闸实时数据识别一次设备的当前运行状态，通过采集到的软压板、硬压板实时数据识别到继电保护装置的当前运行状态；并通过一次设备的运行状态识别到继电保护装置目标状态，将继电保护装置当前运行状态与其目标状态实时进行比较，不一致就告警。
2.根据权利要求1所述的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统，其特征在于，还包括配置工具，所述配置工具用于构建全站一二次设备模型并定义一次设备不同运行状态下对应的断路器位置及刀闸位置、不同类型继电保护装置不同运行状态下的软压板及硬压板投退规则矩阵以及一次设备不同运行状态下对应的继电保护运行状态生成一二次设备状态对应实例化文件。
3.根据权利要求2所述的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统，其特征在于，还包括用于投退操作预演和逻辑验证的上位机，上位机向在线巡视智能预警模块申请继电保护装置的目标状态，在线巡视智能预警模块根据继电保护装置的目标状态以及一二次设备状态对应实例化文件返回需要投退的断路器、刀闸、软压板以及硬压板对应的清单，操作者根据清单进行投退操作，在线巡视智能预警模块全程监护并验证投退操作是否有误，如果有误则告警，上位机实时接收告警信息。
4.根据权利要求1所述的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统，其特征在于，所述数据采集终端通过IEC61850规约与继电保护装置通信连接，采集继电保护装置中断路器位置、软压板位置以及刀闸位置。
5.根据权利要求1所述的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统，其特征在于，各个所述压板位置传感器上电后接收数据采集终端的时间同步请求，同步自身时间，各个所述压板位置运行预设时间后，向数据采集终端发送数据完毕后重新向数据采集终端请求时间。
6.根据权利要求1所述的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统，其特征在于，各个所述压板位置传感器在唤醒周期内等时间间隔依次唤醒，每个硬压板对应的压板位置传感器的唤醒时刻为T＝T0+TI×N，其中，T0表示唤醒周期，TI表示等时间间隔，N表示当前硬压板的组内编号。
7.根据权利要求1所述的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统，其特征在于，所述压板位置传感器包括感应装置，所述感应装置的外壳内封装有感应开关、电源、主控模块、无线发送模块以及射频天线，所述电源给感应开关、主控模块以及无线发送模块供电，所述主控模块的IO采集端口与感应开关的开关量信号输出端连接，所述主控模块的数据传输端口与无线发送模块的数据接收端口连接，无线发送模块的数据发送端口与射频天线连接。
8.根据权利要求7所述的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统，其特征在于，所述感应开关为微动开关，所述硬压板包括控制硬压板投切状态的连片式旋钮、将硬压板固定在外部设备上的第一固定件以及将硬压板与继电保护二次回路进行连接的第一接线柱，所述感应装置固定安装在第一固定件的侧面，第一固定件的上方转动连接连片式旋钮，所述第一接线柱安装在第一固定件的下方。
9.根据权利要求7所述的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统，其特征在于，所述感应开关为滚珠开关，所述硬压板包括控制硬压板投切状态的插拔旋钮、将硬压板固定在外部设备上的第二固定件以及将硬压板与继电保护二次回路进行连接的第二接线柱，所述感应装置安装在插拔旋钮上方随插拔旋钮运动。
10.根据权利要求1所述的一种继电保护软硬压板一体化在线监视系统，其特征在于，所述数据采集终端包括控制电路、电源电路、无线通信电路、以太网通信电路以及多个485串口通信电路，所述多个485串口通信电路、无线通信电路、以太网通信电路以及电源电路均与控制电路连接，所述控制电路通过无线通信电路接收变电站内感知类传感器的信号，所述控制电路通过485串口通信电路以及以太网通信电路与在线巡视智能预警模块通信连接。
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