CN201887549U - 用于断路器监控的智能组件装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于断路器监控的智能组件装置，包括：断路器监测单元一、断路器监测单元二、断路器保护单元以及合并单元；断路器监测单元一、断路器监测单元二以及断路器保护单元分别与合并单元相连接。本实用新型能解决现有技术无法给断路器提供全面的监控和保护的问题，应用灵活，可根据需求任意裁剪，极大地方便了现场的就地监测单元的扩充和维护；面且在监测断路器的电气参数和动作参数的同时可给断路器提供全面保护，能实时监测断路器的工作状态，为断路器提供完备的保护，延长断路器的使用寿命，具有极高的市场推广价值。

Description

用于断路器监控的智能组件装置

技术领域

本实用新型涉及智能电网中的断路器就地智能化领域，具体涉及一种用于断路器监控的智能组件装置。

背景技术

断路器是供电系统中的一次设备，正常情况下承担接通和断开高压电路中的空载和负荷电流。在智能电网总体规划下，实时、高效、真实的实现对断路器的监控和保护，关系到供电系统的可靠和安全运行。申请号为200910063631.7的文献中：提出一种基于双CPU的断路器智能控制器，该控制器包括电源单元、采集单元、开入开出单元、通信单元、人机交互单元和处理器单元等，可适用于高压等级断路器的复杂控制和状态监控。但该控制器采用一体化结构，不利嵌入式安装，又不带断路器保护，而且该控制器的通讯方式采用传统的RS485和以太网接口，不能满足智能电网对通讯协议及速率的要求。另外，申请号为99204501.0的文献中，提出一种用于各种型号配电开关的智能监控保护装置，该装置可智能化地实现分闸、合闸、欠压闭锁、欠压保护、漏电闭锁、漏电保护、过流和短路保护等多种监控保护功能。但该装置缺少对断路器的动作参数的监测，无法测量断路器的磨损情况及估算其生命周期，难以满足对断路器设备在线监测的要求。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种用于断路器监控的智能组件装置，能够在监测断路器的电气参数和动作参数的同时给断路器提供完备的保护，实现对断路器的全面监控和保护，满足智能电网对断路器智能化的要求，延长断路器的使用寿命。

用于断路器监控的智能组件装置，包括：断路器监测单元一、断路器监测单元二以及断路器保护单元，还包括合并单元；断路器监测单元一、断路器监测单元二以及断路器保护单元分别与所述合并单元相连接；

断路器监测单元一的功能是对断路器进行电气参数的监测，以及根据合并单元发送的第一控制指令将监测到的电气参数数据返回给合并单元；

断路器监测单元二的功能是对断路器进行动作参数的监测，以及根据合并单元发送的第二控制指令将监测到的动作参数数据返回给合并单元；

断路器保护单元的功能是对断路器进行保护，以及根据合并单元发送的第三控制指令将保护的状态参数数据返回给合并单元；

合并单元的功能是根据后台监控系统的请求分别向断路器监测单元一、断路器监测单元二以及断路器保护单元发送第一控制指令、第二控制指令以及第三控制指令，以及接收到断路器监测单元一、断路器监测单元二以及断路器保护单元返回的各参数数据后输出到后台监控系统。

从以上的方案可以看出，本实用新型的智能组件装置，能够在监测断路器的电气参数和动作参数的同时给断路器提供全面保护，实现了对断路器的全面在线监控和保护，满足智能电网对断路器智能化的要求，延长断路器的使用寿命；另外，用户可根据设备需求随意选配本实用新型的各监测和保护单元中的至少一个与合并单元进行组装，应用灵活，便于就地监测单元的扩充和维护。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图；

图2为本实用新型断路器监测单元一的电路原理框图；

图3为本实用新型断路器监测单元二的电路原理框图；

图4为本实用新型断路器保护单元的电路原理框图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种用于断路器监控的智能组件装置，该装置能解决现有技术中无法对断路器实行全面监测和保护的问题。下面结合附图详细说明本实用新型的技术方案。

本实用新型提供一种用于断路器监控的智能组件装置，如图1所示，包括：断路器监测单元一、断路器监测单元二、断路器保护单元以及合并单元；断路器监测单元一、断路器监测单元二以及断路器保护单元分别与所述合并单元相连接，并将连接好的各单元嵌入到断路器的机构箱中；

断路器监测单元一的功能是对断路器进行电气参数的监测，以及根据合并单元发送的第一控制指令将监测到的电气参数数据返回给合并单元；

断路器监测单元二的功能是对断路器进行动作参数的监测，以及根据合并单元发送的第二控制指令将监测到的动作参数数据返回给合并单元；

断路器保护单元的功能是对断路器进行保护，以及根据合并单元发送的第三控制指令将保护的状态参数数据返回给合并单元；

合并单元的功能是根据后台监控系统的请求分别向断路器监测单元一、断路器监测单元二以及断路器保护单元发送各控制指令(例如第一控制指令、第二控制指令以及第三控制指令等)，以及接收到断路器监测单元一、断路器监测单元二以及断路器保护单元返回的各参数数据(例如电气参数数据、动作参数数据以及状态参数数据等)后输出到后台监控系统。

作为一个较好的实施例，本实用新型中的合并单元、断路器监测单元一、断路器监测单元二以及断路器保护单元中均包括I2C(Inter-Integrated Circuit)总线接口，断路器监测单元一、断路器监测单元二以及断路器保护单元通过I2C总线与合并单元进行数据交互，如：合并单元通过I2C总线向各监测和保护单元发送各控制指令，或各监测和保护单元都通过I2C总线上传各参数数据到合并单元。I2C总线是两线式串行总线，易于智能组件模块的扩展。

合并单元为整个智能组件装置的整合件，采用国际标准IEC61850协议来实现整个智能组件装置与后台监控系统数据的传输。当接收到来自后台监控系统中的数据请求后，合并单元读取各单元中的内置属性字节来辨认各单元的类型并建立正确的连接，然后分别向各监测和保护单元发送相应的控制指令；当接收到各监测和保护单元返回的各参数数据后，合并单元对这些参数数据进行合并处理并将其传送到后台监控系统中。此外，合并单元中还可以内置电源，通过各单元中相应的电源接口装置，分别给各监测或保护单元进行供电。

图2为本实用新型的断路器监测单元一的一个实施例的电路原理框图，包括：①传感器，②模拟信号调理和比较启动电路，③A/D芯片，④DSP数字处理器，⑤I2C总线及电源接口，⑥RAM；其中①、②、③、④依次连接，④再分别与⑤、⑥以及③中的比较启动电路连接。其中：

①传感器，传感器包括电流传感器和霍尔传感器，这两个传感器相互独立，电流传感器负责完成交流电流的大电流变小电流后接入到模拟信号调理电路，主要起转换和隔离的作用；霍尔传感器负责完成分合闸线圈直流电流的转换和隔离后接入到模拟信号调理电路。本实用新型的传感器线性度好、抗干扰性强，能耐受变电站强电磁场下的干扰而不误动；

②模拟信号调理和比较启动电路，包括两个模拟信号调理电路和一个比较启动电路，传感器中的电流信号须在其中一个模拟信号调理电路中经过跟随、程控处理，才能进入A/D芯片。这里为了保证信号的真实，采用了OPA2277UA运算放大器和高精密、低温漂系数的电阻电容；比较启动电路通过接收另一个模拟信号调理电路中的信号，经硬件电路完成对分合闸线圈电路和一个门槛电流的比较，当分合闸线圈电流大于门槛电流时，将通过I/O接口触发DSP数字处理器进行各电气参数的录波；

③A/D芯片，采用2×4通道并行MAX125AD转换芯片，分辨率14位，采样速率12.8k，其输入端与模拟信号调理输出端相连，输出端与DSP数字处理器相连；

④DSP数字处理器，这里采用TI公司的TMS320F2812芯片，晶振为倍频20MHz。DSP数字处理器分别与A/D芯片、RAM、I2C总线及电源接口相连接。当该监测单元上电后，DSP数字处理器首先对以前的数据进行初始化，然后实时监测断路器各电气参数并存储到RAM中，当从I/O接口接收到启动比较电路的触发信号时，启动对各监测信号的录波并存储；当监测到I2C总线上的相关指令时，根据指令的需求读取RAM中的数据并通过I2C总线向合并单元传送断路器的各项电气参数或录波数据；

⑤I2C总线及电源接口，I2C总线实现监测单元和合并单元的连接，监测单元的电源由合并单元提供。该接口为双排插针结构，单元两侧各一个，为一公一母，便于各单元的级联，不用时可以封盖住；

⑥RAM，主要用来存储DSP数字处理器中的相关数据。

从以上的描述可知，本实用新型的断路器监测单元一通过电流传感器、霍尔传感器和DSP数字信号处理器等实现对断路器负荷电流、分合闸线圈电流、储能时间以及分合闸开关信号等电气参数的实时监测和对断路器分合闸动作时进行录波，并通过对分合闸线圈电流波形的纵向比对，能及时判断断路器的各项电气参数是否运行正常。

图3为本实用新型断路器监测单元二的电路原理框图，包括：①传感器、②模拟信号调理电路、③A/D芯片、④DSP数字处理器、⑤I2C总线及电源接口、⑥RAM、⑦接至断路器动作辅助触点；其中①、②、③、④依次连接，④再分别与⑤、⑥、⑦连接。其中：

①传感器，包括位移传感器与震动传感器，位移传感器主要用来检测断路器动作时触头的行程和时间特性，行程传感器的测量精度不小于0.1％；震动传感器用来监测在断路器动作时整个断路器构架的震动信号，其通过吸盘安装在断路器的构架上。要求传感器灵敏度高，能捕捉到微小信号的变化；同时抗干扰性强，能耐受变电站强电磁场下的干扰；

②模拟信号调理电路，与断路器监测单元一相类似的，断路器监测单元二中的不同传感器中的电流信号也须分别在两个模拟信号调理电路中经过跟随、程控处理，才能进入A/D芯片。为了保证信号的真实，同样采用了OPA2277UA运算放大器和高精密、低温漂系数的电阻电容；

③A/D芯片、⑤I2C总线及电源接口以及⑥RAM这三个模块与上述断路器监测单元一中的对应模块相同，这里不再赘述；

④DSP数字处理器，采用TI公司的TMS320F2812芯片，晶振为倍频20MHz。DSP数字处理器分别与A/D芯片、RAM、I2C总线及电源接口相连接，除此之外还预留有一个I/O接口与断路器动作辅助触点相连接。当该监测单元上电后，DSP数字处理器首先对以前的数据进行初始化，然后实时监测断路器各参数并存储到RAM中；当断路器动作辅助触点变位时，I/O通知DSP数字处理器启动录波和监测各传感器捕获的动作参数并存储到RAM中；当监测到I2C总线上的相关指令时，根据指令的需求读取RAM中的数据并通过I2C总线向合并单元传送断路器的各项动作参数或录波数据；

⑦断路器动作辅助触点，当断路器动作时，该辅助触点变位，从0→1或1→0，通过I/O接口触发DSP数字处理器。

从以上的描述可知，本实用新型的断路器监测单元二通过位移传感器和震动传感器技术实现对断路器的磨损及运行状况的持续监测，计算出断路器的触点的动作时间、行程、同期性、弹跳时间和燃弧时间等动作参数；通过纵向对比断路器动作时的震动波形，能分析判断该断路器的机械特性来辅助判断断路器各紧固件是否松动等。

另外，断路器监测单元二采用类指纹原理，通过记录新投运断路器前预定次数(例如这里可选取前5次)的分合闸线圈电流、震动波形等作为断路器的指纹波形，把后续该断路器动作时录取到的相应波形与指纹波形进行比对，能清楚地发现其波形的渐变过程，及时发现断路器的安全隐患，真正实现断路器的状态监测。

图4为本实用新型的断路器保护单元的电路原理框图，包括：①互感器、②模拟信号调理电路、③A/D芯片、④DSP数字处理器、⑤I2C总线及电源接口、⑥RAM、⑦信号开入回路、⑧继电器开出回路；其中①、②、③、④依次连接，④再分别与⑤、⑥、⑦、⑧相连接。其中：

①互感器，采用防浪涌的保护用电压电流互感器，要求在20倍额定情况下，仍保证信号的转换真实，且转换精度小于2％；

②模拟信号调理电路、③A/D芯片、⑤I2C总线及电源接口以及⑥RAM这几个模块原理同上述断路器监测单元二，这里不再赘述；

④DSP数字处理器，采用TMS320F2812DSP数字信号处理器，该DSP数字处理器分别与A/D芯片、RAM、I2C总线及电源接口、信号开入回路以及继电器开出回路相连接，其中信号开入回路为通过预留的I/O接口与DSP数字处理器相连接。当该保护单元上电后，DSP数字处理器首先对以前的数据进行初始化，然后实时监测断路器各参数并存储到RAM中；当I/O接口接收到信号开入回路中的数据时，DSP数字处理器通过检测I/O接口的变化，能完整地了解该断路器的工作状态，并将该状态参数数据存储到RAM中；当DSP数字处理器接收到I2C总线上的相关指令时，根据指令的需求读取RAM中的数据并通过I2C总线向合并单元传送断路器的各项参数和数据；

⑦信号开入回路，开入信号采用光耦隔离后输入到DSP数字处理器的I/O接口；

⑧继电器开出回路，采用继电器硬节点开出，保护单元实时监测断路器的各项参数，通过预先设定的保护动作值，可智能化地实现分闸、合闸、欠压闭锁、欠压保护、漏电闭锁、漏电保护、过流和短路保护等各种保护功能，通过预设动作出口标志位来选择性的发出动作命令，闭锁或切除断路器的运行，继电器的出口时间要求要短，才能保证断路器的安全。

从以上的描述可知，断路器保护单元能实时监测断路器的各项参数，通过预先设定的保护动作值，可智能化地实现分闸、合闸、欠压闭锁、欠压保护、漏电闭锁、漏电保护、过流和短路保护等各种保护功能，且动作出口时间短，实用性强。

本实用新型的智能组件装置，能适用于10kV及以上电压等级的断路器。

用于断路器监控的智能组件装置，由于每个监测和保护单元中都有单独的处理器，且各监测和保护单元分别与合并单元相连接，采用这种多CPU的积木式结构进行组装，实现了对断路器的全面监控和保护，在监测断路器的电气参数和动作参数的同时给断路器提供全面保护，满足了智能电网对断路器智能化的要求，实时监测断路器的工作状态，为断路器提供完备的保护，可延长断路器的使用寿命，具有极高的市场推广价值；且用户可根据设备需求对智能组件装置进行任意裁剪，应用灵活，极大地方便了现场的就地监测单元的扩充和维护。另外，本实用新型采用变电站通信网络和系统国际标准IEC61850实现信息的上传下达，提高了断路器“互操作”能力和兼容性，满足了智能电网对该类设备的要求。

以上所述的本实用新型实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.用于断路器监控的智能组件装置，包括：断路器监测单元一、断路器监测单元二以及断路器保护单元，其特征在于，还包括合并单元；所述断路器监测单元一、断路器监测单元二以及断路器保护单元分别与所述合并单元相连接；

所述断路器监测单元一用于对所述断路器进行电气参数的监测，以及根据所述合并单元发送的第一控制指令将所述监测到的电气参数数据返回给所述合并单元；

所述断路器监测单元二用于对所述断路器进行动作参数的监测，以及根据所述合并单元发送的第二控制指令将所述监测到的动作参数数据返回给所述合并单元；

所述断路器保护单元用于对所述断路器进行保护，以及根据所述合并单元发送的第三控制指令将所述保护的状态参数数据返回给所述合并单元；

所述合并单元用于根据后台监控系统的请求分别向所述断路器监测单元一、断路器监测单元二以及断路器保护单元发送各控制指令，以及接收到所述断路器监测单元一、断路器监测单元二以及断路器保护单元返回的各参数数据后输出到所述后台监控系统。

2.根据权利要求1所述的用于断路器监控的智能组件装置，其特征在于，所述合并单元、断路器监测单元一、断路器监测单元二以及断路器保护单元中均包括I2C总线接口，所述断路器监测单元一、断路器监测单元二以及断路器保护单元通过所述I2C总线与所述合并单元进行数据交互。

3.根据权利要求1所述的用于断路器监控的智能组件装置，其特征在于，所述合并单元采用IEC61850协议来实现与后台监控系统的互联互通。

4.根据权利要求2或3所述的用于断路器监控的智能组件装置，其特征在于，所述智能组件装置适用于10kV及以上电压等级的断路器。

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