CN1542882A - 可微机联网、实时监控的新型智能电气防误系统 - Google Patents

Abstract

本发明为可微机联网、实时监控的新型智能电气防误系统，涉及一种将电力系统高、低压开关柜的电气防止误操作装置中现有机电一体化防误装置改进为具有联网功能、可实时监控的新型智能电气防误系统。本发明包括：现场各开关柜状态动画显示单元，实时监控报警单元，现场视频监视单元三部分构成，能够真正实现：实时监控，动画显示：清晰直观的从微机屏幕中查看各柜、各锁的实时状态信息；具有实时自检，自动报警，显示报警故障点的功能，防止了由于防误装置本身的故障而导致的误操作的发生；同时具有视频图像采集功能和联网功能，可在局域网上或广域网上实时查看现场各柜、各锁的状态信息；可扩展性强，可与电力系统综合自动化接口。

Description

可微机联网、实时监控的新型智能电气防误系统

技术领域

本发明涉及电力系统高低开关柜防止误操作装置，特别是涉及机电一体化防误装置。

背景技术

目前，电力系统的高低开关柜的防止误操作装置主要有机械锁、微机锁、机电一体化锁(也称电磁锁、电气锁)三种，被广泛应用，但在实际应用中或多或少的存在一些问题，其中的机电一体化防误锁(装置)主要存在的不足：

(1)由于没有将实时自检的信息上传给电气运行人员，没有将检测到的防误装置自身故障报警并显示出来，因此一旦防误装置本身出现故障，运行人员将无法马上知晓。所以，不能及时处理，这就造成了防误功能的失效，甚至误导操作人员，引导误操作的情况，这是极其危险的。

(2)由于没有微机联网，所以不能适应电力系统综合自动化和现代化的需要，不能适应电力系统可持续发展的需要。

发明内容

针对以上不足之处，本发明公开了一种将现有机电一体化防误装置改进为具有联网功能、可实时监控的新型智能电气防误系统。

本发明采取技术方案：本发明包括：现场各开关柜状态动画显示单元，实时监控报警单元，现场视频监视单元三部分构成，其中现场各开关柜状态动画显示单元和实时监控报警单元由监控微机，其串口接RS232/485转换器，再经485总线接至分布式数据采集模块，再经数据采集线路接至各开关柜中心控制器的I/O接口，再由开关柜中心控制器经线路接至相应的锁具和检测单元，共八部分连接而成。

本发明在监控微机上安装工业监控软件(国内外著名的监控软件均可)在监控软件的开发环境中进行一系列的开发设置，并把现场电气一次系统图作为在运行环境中的监控主画面。当运行人员需要查看某一开关柜当前具体运行信息(开关的开/合、手车的位置：工作位置/拉出工作位置、刀闸的合/分、前网门的开/关、后下门的开/关、后上门的开/关、地线的拆/挂等情况)和防误锁具的解锁/闭锁信息时，通过鼠标点击监控主画面的一次系统图中的目标开关，即可立即看到该开关柜的实物模型动画显示(或照片)，从而，使想要了解的信息一目了然。同时，本发明将实时检测由分布式数据采集模块采集的数据并于预先设置的正常数据比较，当发现数据不一致时，迅速启动报警单元，立即弹出报警画面，显示报警信息；同时，警铃响起并伴有语音提示，使运行人员马上知道故障点，并立即处理，避免了现有机电一体化防护装置由于不具有自检报警功能而引起误操作的情况，进一步防止了电气操作人员的误操作，提高了防误装置的可靠性；同时，本系统自动将报警信息记录在数据库中并生成报表，以备事后追忆分析，并可随时打印出来。同时，如果监控微机连接在局域网上，则局域网上的任何一台微机都可以实时查看到上述状态信息，便于管理人员及相关人员实时掌握现场运行情况。

现场视频单元由：视频采集卡(内置于监控微机内)，摄像机，云台，RS232/485转换器、解码器、数据采集模块、红外开关和线路等八部分构成。当需要监视现场画面时，只要点击监控主画面的“视频”按钮，就可以将现场的视频图像采集到微机屏幕上监视，进步对操作人员和现场设备进行远方监视，防止误操作的发生和对开关柜及防误装置运行状况、故障情况的进一步确认。

本发明的有益效果主要体现在以下几个方面：

(1)清晰直观的从微机屏幕中查看各柜、各锁的实时状态信息。

(2)具有自动报警，显示报警故障点，并记录生成报表等功能，使防误系统工作更可靠，避免了由于防误装置本身的故障而导致的误操作的发生。

(3)具有联网功能，可在局域网上或广域网上实时查看上述1、2、和4中的状态信息。

(4)能将现场的视频影像采集到屏幕上，使运行、管理及相关人员实时监视，查看现场状况。

(5)可扩展性强，可与电力系统综合自动化接口。

附图说明

图1是开关柜动画显示结构框图(监控画面数据采集结构框图)

图2是监控画面工作原理框图

图3是电气(一次系统)防误监控主画面

图4是开关柜实物模型动画显示画面(运行状态)

图5是开关柜实物模型动画显示画面(停电检修状态)

图6是报警窗口画面

图7是监控现场俯视图

图8是监控微机联网结构示意图

图9是视频监控原理接线图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发展进一步说明。

其中，图1中，1是电气防误系统监控主机，2是RS232/485通信模块，3是分布式数据采集模块，4是各开关柜中心控制器(其I/O接口与数据线7相连)，5是各柜的相应锁具，包括：手车锁，后下、上门锁、前网门锁，(前、后)地线检测器等；对变电所防误，相应的锁具主要为：电源侧刀闸锁、负荷侧刀闸锁、旁路刀闸锁和相应的前门、后门锁和地线检测器(前、后)等，有的开关为手车开关时，还应有手车锁；6是RS485线缆；7是数据线；8是各锁具线路。图1的这种结构连接是完成数据采集并上传和指令下达的硬件基础，是创建数据库、实时动画显示、自动检测、报警显示的基础。

图2是监控画面动态显示的工作原理框图，是在监控主机内部进行的数据上传和指令下行的流程示意图，其中1是监控软件的界面运行系统，2是数据库系统，3是I/O驱动程序，4是微机串行口COM1。

本发明的硬件由附图1中和附图9中所示的硬件两大部分组成，其中附图1中的硬件有：监控主机1、RS232/485转换器2、分布式数据采集模块3、各柜中心控制器4、各锁具5、RS485线缆6、数据线7、锁具线路8共同构成。附图9中硬件由监控主机1(或带有显录器的硬盘录像机)、内置监控主机1中的视频采集卡(或视频压缩卡)2、摄像机3、云台4、RS232/485转换器5、解码器6、数据采集模块7、红外探测器8等共同构成。本发明实时监控自检报警、自动生成报表、视频图象监视、联网等众多功能是在所采用的性能稳定的工业监控软件平台上，进行编程、设置等二次开发设计的基础上实现的，软件是运行于Windows98/2000/NT中文平台的中文界面的人机界面软件，采用的多线程、COM组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行稳定可靠。我们预先在软件的开发环境进行监控画面的设计、外部设备的定义、数据库变量的定义、建立动画连接、命令语言等一系列设置后，再配合数据的采集上传过程，最终可实现现场开关柜各部位状态和各防误锁具状态的实时显示在监控微机的屏幕上以动画的形式被监控人员所实时了解，如附图4和附图5所示，只需在监控主画面(如附图3)中轻点所要所要查看的目标开关即可。

结合附图1和附图2说明数据上传过程：

由于各开关柜的各部位的状态信息和防误锁具的各状态信息众多，包括开关的分闸/合闸，手车在工作位置/拉出工作位置、后下门在开位/关位、后上门的开位/关位、各锁具的解锁/闭锁等信息，都是通过安装在开关柜体上的各个锁具5内置的位置状态检测装置检测到向上传递的，上传过都相同，现仅以开关处于停电检修时的后下门在开位为例加以说明：如图5中后下门6在打开位置，则后下门锁8检测到是开门信号，该信号通过图1中的线路8上传给本开关柜的中心控制器4的I/O接口，并经数数据采集线路7送至分布式数据采集模块3，再经RS485线缆送到RS232/485转换器，2送至微机1的串口COM1上，再参见附图2中(1)-(2)-(3)的过程：传至微机串口COM1的后下门开位信号经I/O驱动程序3传送到数据库2上，并经数据库处理后，传送给界面运行系统view的变量，并在界面运行系统1中的画面上动画显示出来，即通过鼠标点击目标开关，即可看到该开关的柜体、锁具的具体状态信息，并以动画的形式显示出来，这里看到的是如图5中后下门6开位情况，这样就完成了一个数据的从采集到以动画形式动态显示的全部过程。

下面结合实施例进一步说明本发明的一系列特征：

现以发电厂厂用电6KV母线室电气防误为例加以说明(变电所的电气防误同理)：

1、实时监控、动画显示(以单回路供电的手车开关为例)

发电厂机组运行过程中，电气运行人员只要在监控微机前用鼠标轻点所需监控的目标开关图标，(如附图3所示“电气防误监控系统”画面上)即可看到即刻弹出的目标开关的柜体实物模型动画显示画面(或照片显示画面)如图4和图5所示，此时各部位的状态信息即可一目了然，分两种情况加以说明：(1)若本目标开关在供电运行状态，看到结果：由于开关在供电运行中手车在工作位置，后下门、后上门都是在关位，地线是拆除的。所以，通过鼠标点击可以看到如图4所示，手车2在工作位置，开关标示牌3显示在合闸位置，后上门5、后下门6均在关位(也可通过按下右下方“背面”按钮，使动画转至背面查看)，此时，地线9未挂，所以没有显示，在图5中(b)背面图中可以看到；从图4中可以看到：手车锁4在闭锁位置(正常运行过程中手车开关在合位，其手车2是不允许拉出的，所以这时手车锁是闭锁的)，没有解锁状态的灯光显示，后上门5、后下门6的门锁均在闭锁状态也没有解锁状态的灯光显示(由于手车2在工作位置，无论开关是在合闸位置还是在分闸位置，其后下门6都不应开启，后下门锁8应在闭锁状态，而后上门5只有在本段母线全部停电时才可以打开，其它任何时间都是有电的，是不允许任何一个后上门5打开的，所以，后上门锁7始终是闭锁状态，无解锁时的灯光显示)，由于地线9已拆除，地线检测器10检测不到地线9，所以上传的是无地线信号，在动画画面中是没有地线的。(2)若目标开关在停电检修状态看到结果：此时，一般情况是手车开关拉出工作位置，后下门在开位，地线一端挂在负荷侧母线上，另一端经地线检测器接地。所以，通过鼠标点击查看到的动画显示是如图5中两图所示：手车2已拉出工作位置，开关状态标志牌3显示在分闸位置，后下门6在打开位置，地线9挂在负荷侧母线上，另一端接在地线检测器上，[如果此时地线刚刚拆除，则动画显示的结果是地线9没有了，若地线9未拆除而关上后下门6，则动画显示结果是透过后下门6地线9在后下门闪光，并在监控画面上弹出报警窗口，显示地线未拆除报警信息，同时，灯光、警铃将一直响起，并有语音“地线未拆除，请拆除后再关后下门”的语音提示，直到运行人员手动解除为止。这一过程中，手车锁4始弱处于闭锁状态，只有地线9彻底拆除和后下门6关好后，该手车锁4方才解锁，允许把手车推至实验位置试验或推进工作位置]。从图5中可以看到手车锁4在闭锁位置(因为后下门6在开位或其虽在关位，但地线9仍未拆除，手车锁4仍旧闭锁，防止手车推入工作位置)无解锁状态的灯光显示，即11不亮；后下门锁8处于解锁状态，13亮；后上门锁处于闭锁状态，12不亮。

2、实时自检，报警显示

由于在机组运行过程中，当需要对某个开关进行停电检修时，假设对附图7中的8号开关进行停电检修，而其旁边两开关均在正常供电运行中，其后下门应在关位，其后下门锁应在闭锁状态，但7号开关柜的防误锁具后下门锁由于某些原因已经在解锁状态，电气运行人员并不知晓。当把8号开关跳闸后，并拉出手车后，其后下门锁自动解锁，此时运行人员一但走错间隔，误开7号柜的后下门挂地线，将会造成重大人身、设备的损伤事故，是极其危险的。为了防止此类事故的发生，弥补现有电气防误装置不能及时检测自身故障，并及时报警通知运行人员，以便及时处理的不足，本发明将正常的停、送电的操作程序和正常情况下各开关柜的各部位状态和相应锁具的解、闭锁情况预先编程存储在监控软件的数据库中，当现场采集来的各种信号通过附图1和附图2所示的上传过程，送至数据库中时，系统会自动检测并与之对比，一旦发现异常，即立刻在如附图3主监控画面上立即报警，在其右上角的报警灯会立即闪烁不停，警铃响起，并立刻弹出如附图6所示的报警窗口，监控人员可以立即看到：报警的日期、时间、报警点(故障点)原状态、现状态、报警组名、报警服务器和具体的操作人员的详细信息，使监控人员立即了解故障情况。因此，在机组正常运行中，各开关柜和各防误装置的所有状态信息都被系统实时监测，一旦发现任何一个开关柜的任何部位或者任何防误锁具的任何异常状况都将立刻报警，并显示故障点，使监控人员及时掌握现场情况并妥善处理，而不会发生像上述所提到的危险状况。同时，为了进一步了解故障情况，监控人员可以按下附图6中右上角的“报警显示”按钮，或直接用鼠标点击监控主画面上的报警点开关，即可立即切换到报警点开关的动画显示画面(如图4、图5)，通过上面的按钮具体查看；同时，还可以通过按下附图6中的右上角的“视频”按钮，或通过附图3中的主监控画面上的“视频”按钮，切换到现场视频图像监控画面来具体查看，对故障进一步确认，以便及时妥善处理。这就提高了防误装置的可靠性和运行的稳定性，进一步防止误操作的发生，提高了电力生产的安全性。同时，系统会将报警信息自动生成报表存储在数据库中，以备随时调用；同时，电气监控人员可以在附图3中的主监控画面的“报警”按钮，调出“历史报警”窗口(与附图6相似，只是没有“视频”、“报警显示”按钮)，了解所有所需查看的报警信息，如需打印出来只需按下“打印”按钮即可。

3、微机联网，实时查验

本功能是在单机电气防误监控系统的基础上的升级和补充，可以实现多机协同监控，进一步防止误操作的发生。本功能实施的前提条件是：(1)在局域网的指定web服务器中必须安装与本发明所采用同版本监控软件，并安装带有web功能的加密锁；(2)网络必须用TCP/IP连通。

在如附图8所示的联网结构图中，监控主机4作为网络中的数据采集站，并通过网线与局域网相连接，并通过TCP/IP网络协议与多个计算机(客户机、web服务器等)进行通讯，再由web服务器2与Internet连接。由于所采用的监控软件具有Internet功能，支持Internet/Intranet访问，因此，可以被任一台连接在局域网上的计算机和连接在Internet上的计算机(即远程站点)坊问查询。同时，由于在指定为web服务器上安装了带有web功能的加密锁3，因此，我们只要在web服务器上的监控软件中将组织好的监控画面预先设置成可发布网页格式(HTML文件)，并将该文件夹设置为“共享”文件夹即可以在局域网中的任何一台或多台计算机上(客户机5)利用IE浏览器随时访问“电气防误监控系统”的画面和报警信息等；同时，远程站点也可以利用IE浏览器登录web服务器，实时查看监控画面和报警信息，这就使得管理人员和相关人员实时了解现场情况，当遇到现场重大操作又不能亲临现场时，可以通过本系统的联网功能，实时查看现场画面和报警信息，及时提醒操作人员有可能的错误操作，进一步防止电气误操作的发生。同时，一旦现场中的设备或防误装置发生故障无法处理时，也可以联系厂家技术服务部门，厂家工程师可以在几千里之外通过Internet登录到web服务器上，及时监视现场的故障情况，诊断故障并指导在现场的技术人员妥善处理，保障现场正常生产秩序。

4、现场视频，图像监视

如图9所示，视频监控单元由内置监控主机的视频采集卡(或视频压缩卡)2(需要录像功能，最好采用带用视频压缩卡和显示器的硬盘录像机，放在监控主机旁边)、摄像机3、云台4、RS232/485转换器5、解码器6、数据采集模块7、红外探测器8等共同组成，能够实现实时视频监控、云台控制、报警联动等功能，对电气防误系统报警后的进一步确认故障点非常有利，是对实时动画监控系统的进一步补充，对现场的设备运行状态、操作人员的人身安全都起到了实时监视、提示的的作用，再配合硬盘录像功能的使用，可以对现场的设备故障、人员的每次操作全程录像并储存在硬盘中，以备事后追忆。

正常监控时，只要在“电气防误监控系统”的主要画面(如图3)上按下“视频”按钮，即可立即切换到现场的视频图像监控画面上，需要看具体设备的部位和人员操作时，只要按下相应的“向上”、“向下、向左”、“向右”“向前”、“向后”等按钮，即时可将指令通过串口经RS232/485转换器5送至解码器6，经解码器解码后输出到相应的控制线路上，控制云台4和录像机镜头3，使其做出相应的“向上”、“向下”、“向左”、“向右”“向前”、“向后”等动作，从而，使摄像机3能够采集到所需要的现场影像，并经视频线送至视频采集卡2上，在微机屏幕上显示出来。如需切换画面时，只需按下“图像分割器”按钮，再双击所要看的图像画面，即可实现不同摄像机之间的图像画面切换，这样，就可以让监控人员实时了解现场的设备运行状态，进行远程监视，监护现场人员的具体操作，进一步防止误操作的发生。

当一旦有人进入现场时，在监控主画面上会自动报警，弹出现场视频监控画面，并有“有人进入现场，请注意”的语音提示，同时，报警灯光闪烁，警铃响起，只有监控人员确认方可解除。报警信号是通过安装在现场的红外探测器8探测到人体红外信号，经放大转换送至数据采集模块7，经线路送至RS232/485转换器5，经转换后送入微机串口，才启动报警程序的。如果需要录像，只需在硬盘录像机监视器上的视频监控画面上按下“录像”按钮即可开始录像。对现场操作进行录像可以记录操作的全过程，当遇到故障、人员违章、事故等情况，可将需要的录像进行刻录成光盘保存入档，对事后追忆，分析故障、事故原因，分清责任和人员培训，安监教育等工作，都是不可多得的非常珍贵的第一手现场资料，对发电厂、变电所的安全生产是非常必要的。

5、扩展性强，与自动化接口

本系统具有极强的扩展功能，与网络仪表、可通信智能化模块、SEG微机继电保护等智能单元配合使用，可构成智能防误及智能配电一体化系统，可真正实现实时防误、分布式测量、集中监控、管理等多种功能于一体的智能监控系统。

Claims (7)

1.一种可微机联网、实时监控的新型智能电气防误系统，其特征是，本发明的硬件结构特点一：由监控微机，其串口接RS232/485转换器，再经485总线接至分布式数据采集模块，再经数据采集线路接至各开关柜中心控制器的I/O接口，再由开关柜中心控制器经线路接至相应的锁具和检测单元，共八部分连接而成。

2.根据权利要求1所述的可微机联网、实时监控的新型智能电气防误系统，其特征是，本发明具有实时监控、动画显示功能。即：通过鼠标点击监控画面中的目标开关，即可查看到动画显示的开关柜的各个部位和锁具的实时状态信息。

3.根据权利要求1所述的可微机联网、实时监控的新型智能电气防误系统，其特征是，本发明具有实时自检，报警显示功能，能将现场设备的任何异常、故障、事故和动作等信息实时自检并自动报警，显示报警信息，故障点，并自动记录保存，生成报表，避免了由于原有电气防误装置，由于不具有故障自检上传功能而引发的误操作的情况。

4.根据权利要求1所述的可微机联网、实时监控的新型智能电气防误系统，其特征是，具有微机联网功能，使管理人员或相关人员在局域网或广域网上任意联网的微机上实时查看现场设备的运行情况和各部位的状态信息。

5.根据权利要求1所述的可微机联网、实时监控的新型智能电气防误系统，其特征是，硬件结构特点二是：由现场视频单元由：视频采集卡(内置于监控微机内)，摄像机，云台，RS232/485转换器、解码器、数据采集模块、红外开关和线路等八部分构成。当需要监视现场画面时，只要点击监控主画面的“视频”按钮，就可以将现场的视频图像采集到微机屏幕上监视，进步对操作人员和现场设备进行远方监视，防止误操作的发生和对开关柜及防误装置运行状况、故障情况的进一步确认。

6.根据权利要求5所述的可微机联网、实时监控的新型智能电气防误系统，其特征是，视频图像显示功能，能随时将摄像头采集的视频图像显示在屏幕上，使监控人员不用亲自到现场即可对现场的各柜、锁具的运行情况了如指掌，同时，对报警窗口显示的故障点进行进一步的确认，进一步防止误操作发生。

7.根据权利要求1所述的可微机联网、实时监控的新型智能电气防误系统，其特征是，极强的扩展性，可于电力系统综合自动化接口，与网络电力仪表，可通信智能模块等智能单元配合使用，可构成“智能防误及智能配电一体化系统”。

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