CN201583603U - 开关柜验电避雷器在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压开关柜验电避雷器在线监测的装置。该装置将电压、电流信号同时作为开关柜避雷器的信号监测输入信号，将输入信号进行数字化处理后达到能实时显示线路出线侧设备的一次电压的具体数值，能采集开关柜内避雷器的动作次数以及每次动作的精确时间，每相避雷器的泄漏全电流、阻性电流，能通过设置的时间段自动记录全电流和阻性电流的值。该装置具有三个电流指示灯和三相避雷器直接连接。电流指示灯能通过避雷器的泄漏电流直接点亮，从而达到有电指示的目的。避雷器泄漏电流指示灯和线路一次电压值构成了双重间接验电，达到了开关柜间接验电的行业标准。

Description

开关柜验电避雷器在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种验电和监测装置，具体涉及一种高压开关柜验电避雷器在线监测的装置。

背景技术

10kV-35kV高压开关柜是变电站内最常用的电气设备。但是在实际应用中，缺乏对高压开关柜内避雷器的不停电检测手段和对高压开关柜内出现侧设备有效的双重间接验电装置。现行的室内开关柜内存在以下问题：1、避雷器计数器、泄露电流表或运行状态指示灯安装在高压开关柜内，不利于变电站运行人员的巡视检查。2、其显示部分发生故障后不便于维护及更换，需要在开关柜及出线侧停电后才能维护及更换。3、以避雷器泄露全电流(容性电流加阻性电流)来判断避雷器的运行状况，不能准确反映避雷器运行状况的物理特征。因为容性电流远大于阻性电流，而电力设备预防性规程要求检测避雷器阻性电流值变化。4、避雷器计数器仅能记录避雷器的动作次数，不能记录避雷器每次动作的时间，不利于事故的分析。5、现有的开关柜上的出线侧带电显示装置只能以指示灯或者有、无电显示反映设备带电状况，而不能较为准确的、实时动态的反应出设备的实际电压值，给运行人员准确的判断是否带电带来诸多不便。比如当线路侧开关刀闸断开后，在线路上有发电机发电将电能倒送回来，但倒送回来的电压较低，导致带电指示装置指示不明显，从而引发带电拉地刀接地的恶性误操作甚至人生伤亡事故等。6、由于现有的仅为单一原理和回路的间接验电装置，这也是目前开关柜带电显示装置存在的一个最大的缺陷，就是只能实现单重间接验电，难以满足高压开关柜间接验电的高可靠性要求。这不符合电力安全规定的标准：采用间接验电时，至少应该有两个及两个以上的指示同时发生对应变化。

申请日为2002年1月26日，公告号为CN1267798C，名称为“具有内设监测装置的开关柜或开关柜装置的中国发明专利，公开了一种内部带有监测装置的开关柜，该专利重点解决是关于开关柜内的温度、湿度监测并传输的问题，但是并没有能够解决上述几个问题。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种新型的开关柜验电避雷器在线监测装置。该装置能够在高压现场运行环境中有效的隔离高压一次设备，能安全可靠的进行不同原理和回路的双重间接验电，测量的避雷器泄露电流、阻性电流、线路侧设备电压以及放电次数真实可靠，并具有良好的抗电磁场干扰性能。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

提供一种开关柜验电避雷器在线监测装置，该装置至少分为三个单元，

第一单元是电压、电流采集单元，与开关柜内避雷器和电容式支柱传感器用线路相连，负责采集处理电流电压模拟信号，同时将采集处理完成后的信号以数字方式在数据总线上输出；

第二单元是中央控制处理器MCU带液晶显示装置，MCU通过数据总线与第一部分部分相连，负责通过规定的数据总线格式依次读取数据并处理，然后由显示装置显示出来；

第三单元是放电次数采集单元，通过线路与大电流放电保护装置Ih的开关触点相连，负责采集开关触点的闭合信号，并把开关信号转换成电平变换信号向MCU输入，由MCU进行放电次数计数。

更进一步的技术方案是：所述的电压、电流采集单元包括三组电容C1、C2和三相电能采集芯片，三组电容C1、C2分别串联在电压输出单元

的二次回路中，将三相摸拟电压信号

分压后送入三相电能采集芯片；而电流模拟信号的输入则是用引线从避雷器下面串联的大电流放电保护装置将三相电流信号

引出，通过串联在避雷器引出电流回路上的电阻转换成电压信号后，再连接到三相电能采集芯片中。

所述的三相电能采集芯片是一个能同时采集三相电压电流相位的电能计量芯片或者是三个具有自动采集转换电压电流相位的电能计量芯片或者是AD采集芯片等。

所述放电次数采集单元包括每相一个光电隔离器GG，该光电隔离器GG的输入端与大电流放电保护装置的K_A、K_B、K_C的采集口相连，输出端接电压比较器或施密特反向器，由光电隔离器GG向电压比较器或施密特反向器输入一电平变化信号再由电压比较器或施密特反向器向MCU输入一电平变化信号，并引发MCU进行计数。

所述避雷器的泄漏电流回路上还串联有LED发光二极管L1、L2、L3，LED发光二极管L1、L2、L3另一端接地；或者在避雷器泄露电流回路上串联一电流互感器，在互感器的二次电流回路上接入LED发光二极管L1、L2、L3。

当然MCU最后通过液晶控制接口单元YJDY与液晶屏相连。

最后液晶屏还可以安装在开关柜壳体外。而且电压、电流采集单元与第二单元MCU带液晶显示装置的MCU部分，是一个自带AD采集接口的微处理器，例如DSP。

本实用新型工作原理如下：

目前开关柜中常用的与开关柜高压带电显示装置配合使用的容性支柱绝缘式传感器(如CG系列传感器)作为三相电压输入单元

将一次带电设备的电压经电容隔离抽取转换成二次电压信号输出，再通过两个串联的电容C1、C2将二次电压分压后，在通过滤波放大等处理后输出毫伏信号给本实用新型的第一部分电能计量芯片或A/D采集芯片的电压采集端。同时，将开关柜内的避雷器以及和避雷器串联在一起的大电流放电保护装置作为三相电流输入单元

将避雷器的泄露全电流信号输入，通过串联在输入泄露电流回路上的小电阻R1，将电流信号通过滤波放大等处理转换成毫伏电压信号，输出给本装置电能计量芯片或A/D采集芯片的电流采集端。在同时采集到电压信号和电流信号后，电能计量芯片或A/D采集芯片自动进行计算或模数转换，电能计量芯片计算得出电压电流的有效值和电压电流的相角差，然后通过数据总线，将数字信号传送到本装置第二部分的MCU；或A/D采集芯片对电压电流信号进行模数转换和周期采样，将数字信号传送到本装置第二部分的MCU。MCU通过数据总线接收到电压电流采集单元传回的三相电流电压数字信号后，若上一步没有进行信号计算处理，也可由MCU将对应三相的电压和电流信号进行快速傅立叶变化计算和积分计算，同样可以得到相角差φa、φb、φc和每相的全电流有效值和电压有效值。同时，MCU通过全电流值以及每相的相角差值，可计算得出每相的阻性电流值，并通过液晶控制接口单元YJDY将避雷器的三相全电流、阻性电流、电压数值直接显示在液晶屏上。

此外，三相电流输入单元除输入避雷器的泄露全电流外，还通过三相的Ih向装置提供一对无源的开关信号采集接口K_A、K_B、K_C。K_A、K_B、K_C的一端接本装置放电次数采集单元的光电隔离器GG输入端，另一端接入电流和电压信号的公共地端。当线路避雷器动作，电流信号输入单元中的大电流放电保护装置Ih将过电流直接泄放到大地，同时其开关信号采集接口的开关触点闭合，使得电次数采集单元中的光电隔离器GG输入端对地导通，光电隔离器GG通过输入的电流信号，使其中的光电三极管导通，光隔GG的输出信号由高电平变成低电平进入MCU的INT中断输入口，由此引发MCU的中断计数程序进行对应的每相放电次数的累计，同时MCU通过时钟芯片规定的数据总线读取和变电站GPS时钟信号同步的时钟芯片的时钟数据，同放电次数一起存储在MCU的ROM中。通过上述过程就达到了采集避雷器动作次数和时间的功能。

三相电流输入单元

输入避雷器的泄露全电流，不仅要提供电流信号给电压、电流采集单元进行采集，同时还利用泄露电流直接点亮串联在泄露电流回路上的LED发光二极管L1、L2、L3或者作为电流互感器的原边，让互感器的副边点亮LED。运行人员进行双重间接验电时，一方面查看液晶屏上的通过CG系列传感器输入的电压信号的数值，一方面查看L1、L2、L3是否点亮，这样就可以通过避雷器回路电流监测和CG传感器回路的电压的双重检测判断线路侧设备是否带电。

综上所述：本实用新型的有益效果是：

1、能实时显示线路出线侧设备的一次电压的具体数值，其显示的数字精度误差不超过实时电压的±150V。

2、能采集开关柜内避雷器的动作次数以及每次动作的精确时间，每相避雷器的泄漏全电流、阻性电流，能通过设置的时间段自动记录全电流和阻性电流的值。

3、具有三个电流指示灯和三相避雷器直接连接。电流指示灯能通过避雷器的泄漏电流直接点亮，从而达到有电指示的目的。同时，避雷器泄漏电流指示灯和线路一次电压值构成了双重间接验电，达到了开关柜间接验电的行业标准。

解决了目前开关柜上使用的验电显示装置均没有实现双重间接验电问题，对高压带电没有实现定量的显示，避雷器的监测不够全面等诸多问题。

附图说明

图1为本实用新型监测装置的电路原理框图；

图2为本实用新型的具体实施方式的电路原理图；

图3为本实用新型的图2中放电次数采集单元的放大电路图；

图4为本实用新型的图2中MCU带液晶显示装置单元的放大电路图；

图5为本实用新型的图示中电压、电流采集和输入单元的放大电路图；

图6为避雷器全电流、阻性电流、一次电压的向量关系图；

图7为本实用新型的LCD液晶显示屏的具体元器件图；

图8为图5虚线框中电路放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。具体介绍实现本实用新型所述方法装置的具体实施方式：如图1和图2所示，装置分为三个单元，

-第一单元是电压、电流采集单元1，与开关柜内避雷器和电容式支柱传感器用线路相连，负责采集电流电压模拟信号，同时对模拟进行A/D采样和转换，将处理完成后的数据以数字方式在数据总线上输出；

-第二单元是MCU带液晶显示装置2，MCU通过数据总线与第一部分部分相连，负责通过规定的数据总线格式依次读取数据0并进行对应三相的电压和电流信号快速傅立叶变化计算和积分计算，得出相角差φa、φb、φc和每相的全电流有效值、阻性电流值以及电压有效值。然后由显示装置显示出来；

-第三单元是放电次数采集单元3，通过线路与电流输入单元中的Ih相连，负责采集Ih提供的开关触点闭合信号，并将该触点的闭合动作转换成电平信号的变化向MCU输入，由MCU计数放电次数。

液晶屏是安装在开关柜壳体外的，便于显示结果为人们所见。

图4为本实用新型一个实施方式的电路原理图，下面再结合图4来详细介绍本实用新型所述的开关柜避雷器在线监测装置的具体电路原理。

如图4所示，将开关柜内常用的CG传感器作为三相电压输入单元

将一次带电设备的电压通过电容隔离抽取转换成二次电压信号输出，通过两个串联的电容C1、C2将二次电压分压后，在通过运放芯片LM353做放大处理，信号处理后进入模拟开关器件ADG429BN，通过ADG429BN的分时切换将放大的毫伏信号输送给跟随器件LM353进行阻抗匹配后送入电压A/D采集芯片AD977BN进行模数转换。开关柜内的避雷器以及和避雷器串联在一起的大电流放电保护装置作为三相电流输入单元

将避雷器的泄露全电流信号输入，在输入泄露电流回路上串联有小电阻R1，R1上流过的泄露电流产生的电压信号通过运放芯片LM353做放大处理，信号处理后进入模拟开关器件ADG429BN，通过ADG429BN的分时切换将放大的毫伏信号输送给跟随器件LM353进行阻抗匹配后送入电压A/D采集芯片AD977BN进行模数转换。两个AD977BN芯片完成A/D采样和转换后通过数据总线将数字信号传送到本装置第二部分的中央信号处理器ATMEGA64。ATMEGA64通过数据总线接收到电压电流采集单元传回的三相电流电压数字信号后，将电压和电流进行FFT算法变化，可计算得出相位角，然后用电流乘以相位角的余弦，即可得出每相的避雷器阻性电流，并通过液晶控制接口控制芯片HT1621B将三相全电流、阻性电流、电压数值直接显示在液晶屏LCD上。

此外，避雷器和保护器除输入避雷器的泄露全电流外，还向监测装置提供一对无源的开关信号采集接口K_A、K_B、K_C。K_A、K_B、K_C的一端接光电隔离器PC817输入端，另一端接入电流和电压信号的公共地端。当线路避雷器动作，大电流放电保护装置Ih将过电流直接泄放到大地，同时其开关信号采集接口的开关触点闭合，使得电次数采集单元中的光电隔离器PC817的输入端通过上拉电阻R2对地导通，PC817通过输入的电流信号，使其中的光电三极管导通，输出信号由高电平变成低电平。其电平信号经过RC滤波电路和两个施密特反向器74HC14的处理，最后再变成低电平信号进入中ATMEGA64的INT中断输入口，由此引发ATMEGA64的中断计数程序进行对应的每相放电次数的累计，同时ATMEGA64通过数据总线读取和变电站GPS时钟信号同步的时钟芯片DS1302Z的时钟数据，同放电次数一起存储在ATMEGA64的ROM中。通过上述过程就达到了采集避雷器动作次数和时间的功能。同时，ATMEGA64通过PC817和串口转TTL电平芯片SP3232EEN连接，把存储在ROM中的数据通过RS232口传输到上位机。

此外，避雷器的泄露全电流，不仅要提供信号给电压、电流采集单元进行采集，同时还利用泄露电流直接点亮串联在泄露电流回路上的LED发光二极管。运行人员进行双重间接验电时，一方面查看液晶屏上的通过CG系列传感器输入的电压信号的数值，一方面查看L1、L2、L3是否点亮，这样就可以通过避雷器回路电流监测和电路传感器“CG”回路的电压的双重检测判断线路侧设备是否带电并且显示出来。因此满足了《国家电网公司电力安全工作规程》中关于间接验电的标准“4.3.3条”，即“对无法进行直接验电的设备，可以进行间接验电，即检查隔离开关(刀闸)的机械指示位置，电气指示，仪表及带电显示装置指示的变化，且至少应有两个及以上指示已同时发生对应变化”的规定。

当然本实用新型的具体电路实施方式绝不仅限于上述优选方式，凡能达到上述各单元功能模块的具体电路设计都属于上述实施方式的简单变换。

Claims (7)

1.一种开关柜验电避雷器在线监测装置，该装置至少分为三个单元，其特征在于：

第一单元是电压、电流采集单元(1)，与开关柜内避雷器和电容式支柱传感器用线路相连，负责采集处理电流电压模拟信号，同时将采集处理完成后的信号以数字方式在数据总线上输出；

第二单元是中央控制处理器MCU带液晶显示装置(2)，MCU通过数据总线与第一部分部分相连，负责通过规定的数据总线格式依次读取数据并处理，然后由显示装置显示出来；

第三单元是放电次数采集单元(3)，通过线路与大电流放电保护装置Ih)的开关触点相连，负责采集开关触点的闭合信号，并把开关信号转换成电平变换信号向MCU输入，由MCU进行放电次数计数。

2.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述的电压、电流采集单元(1)包括三组电容(C1、C2)和三相电能采集芯片，三组电容(C1、C2)分别串联在电压输出单元的二次回路中，将三相摸拟电压信号

分压后送入三相电能采集芯片；而电流模拟信号的输入则是用引线从避雷器下面串联的大电流放电保护装置将三相电流信号(P_A ^&、P_B ^&、P_C ^&)引出，通过串联在避雷器引出电流回路上的电阻转换成电压信号后，再连接到三相电能采集芯片中。

3.如权利要求2的所述的监测装置，其特征在于：所述的三相电能采集芯片是一个能同时采集三相电压电流相位的电能计量芯片或者是三个具有自动采集转换电压电流相位的电能计量芯片或者是AD采集芯片。

4.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述放电次数采集单元(3)包括每相一个光电隔离器(GG)，该光电隔离器(GG)的输入端与大电流放电保护装置的(K_A、K_B、K_C)的采集口相连，输出端接电压比较器或施密特反向器，由光电隔离器(GG)向电压比较器或施密特反向器输入一电平变化信号再由电压比较器或施密特反向器向MCU输入一电平变化信号，并引发MCU进行计数。

5.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述避雷器的泄漏电流回路上串联有LED发光二极管(L1、L2、L3)，LED发光二极管(L1、L2、L3)另一端接地；或者在避雷器泄露电流回路上串联一电流互感器，在互感器的二次电流回路上接入LED发光二极管(L1、L2、L3)。

6.如权利要求5所述的监测装置，其特征在于：MCU通过液晶控制接口单元YJDY与液晶屏相连，液晶屏安装在开关柜壳体外。

7.如权利要求1的所述的监测装置，其特征在于：电压、电流采集单元(1)与第二单元MCU带液晶显示装置(2)的MCU部分，是一个自带AD采集接口的微处理器。

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