CN202041618U - 高压断路器在线监测装置 - Google Patents

Abstract

一种高压断路器在线监测装置，本实用新型包括传感器和高压断路器在线监测单元分别与振动传感器、高压传感器、温度传感器、霍尔传感器、光电行程传感器连接构成。本实用新型断路器工作状态的检测可采用电流、电压、温度、行程、振动等多种类型的传感器实现，无可调整部件，不需现场整定，受环境因素的影响小，且采用非接触检测方法，不影响断路器的正常工作，具有操作方便、易于使用，准确度高等优点。

Description

高压断路器在线监测装置

技术领域

本实用新型属高压断路器在线监测领域，特别涉及一种高压断路器在线监测装置。 

背景技术

当今社会对电能的依赖性越来越高，对供电设备的安全及可靠性也提出更高的要求。高压断路器在电力系统中作为重要的一次保护设备，关系着电力系统运行的安全可靠性，正常运行时用来进行倒换运行方式，把设备或线路接入电路或退出运行，起到控制作用，当设备和线路发生故障时又能快速切除，因而实时在线监测断路器显得尤为必要。然而直到目前，一直缺乏一种可采用电流、电压、温度、行程、振动等多种类型的传感器实现高压断路器工作状态的实时在线检测的装置。 

发明内容

本实用新型的目的是满足现有技术的需求，提供一种可采用电流、电压、温度、行程、振动等多种类型的传感器实现高压断路器工作状态实时在线监测的装置。 

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的。 

高压断路器在线监测装置，由高压断路器在线监测单元分别与振动传感器、高压传感器、温度传感器、霍尔传感器、光电行程传感器连接构成。 

本实用新型高压断路器在线监测单元本身又由光电隔离模块、数据放大滤波模块、AD转换模块、微处理器模块、接口模块依序连接构成，而微处理器模块又分别与显示模块、通信模块连接构成。微处理器采用TI公司TMS320LF2407芯片。通信模块采用GPRS通信或ZigBee通信方式进行组网。 

本实用新型的有益效果是，断路器工作状态的检测可采用电流、电压、温度、行程、振动等多种类型的传感器实现。装置无可调整部件，不需现场整定，受环境因素的影响小，且采用非接触检测方法，不影响断路器的正常工作，具有操作方便、易于使用，准确度高等优点。 

下面结合附图及实施例进一步阐述本实用新型内容。 

附图说明

图1为本实用新型总体结构示意图； 

图2为高压断路器在线监测单元连接结构示意图。

具体实施方式

如图1，一种高压断路器在线监测装置，本实用新型由高压断路器在线监测单元分别与振动传感器、高压传感器、温度传感器、霍尔传感器、光电行程传感器连接构成。高压断路器在线监测单元如图2所示由光电隔离模块、数据放大滤波模块、AD转换模块、微处理器模块、接口模块依序连接构成，而微处理器模块又分别与显示模块、通信模块连接构成。微处理器采用TI公司DSP TMS320LF2407芯片。DSP器件比单片机具有较高的集成度、更快的CPU，更大容量的存储器，内置有波特率发生器和FIFO缓冲器。DSP器件具有高速的数据运算能力、高度专业化的指令集，提高了FFT快速傅里叶变换和滤波器的运算速度。此外，DSP器件提供JTAG接口，具有更先进的开发手段等。通信模块采用GPRS通信或ZigBee通信方式进行组网。GPRS通信安全可靠。因为在SIM卡中有一个永久性的存储器，既有存储能力，又有进行计算的能力，成本低，并且质地结实耐用，易于推广。Zigbee通信方式造价低，;每个Zigbee 网络节点不仅本身可以与监控对象联系，例如传感器连接直接进行数据采集和监控，它还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料; 除此之外，每一个Zigbee网络节点（FFD）还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点（RFD）无线连接。 

一、本实用新型机械特性的监测 

机械特性采集的具体参数如下：

a.分合闸线圈时间；

b.主轴连杆位移量；

c.主触头状态信号

d.辅助接点状态信号。

根据以上信号分析得到断路器分合闸机械特性参数。具体这些参数采集的原理如下： 

时间量采集

分合闸线圈的时间依靠回路电流信号设置的阈值，超过阈值时开始计时，然后换算为时间，也即时间量主要依赖DSP芯片的定时器完成，由分合闸命令触发分合闸时间记录序列，记录分合过程的时间特性，根据各动作时刻在分合闸操作时间序列中的位置确定各时间参量。 

位移量采集

位移量采集靠光电式行程传感器来实现的，其工作原理如下：把旋转光栅安装在断路器操作机构的主轴上，利用光栅和光电断续器的相对运动，经过光电转换，将位移信号转换为电信号。光栅移动一个孔距，产生一个周期的脉冲信号，由于动触头的运动速度是变化的，所以周期是不等的，这样通过孔距和周期即可求解该行程处的平均速度，根据各个周期的总时间和偏转角度即可求出总行程。

断路器在分合闸动作过程由于弹力的作用，动触头有弹跳的过程，在本实用新型中首先将预知的断路器行程长度设定为100%，又采用两路相差90度的光电断续器构成位移传感器，根据两路输出信号的超前滞后关系决定分合闸的运动方向。

状态信号采集

主触头和辅助接点的状态信号主要依赖主触头和辅助接点流过电流进行间接反映，进而通过AD转换模块进行处理得到。 

二、本实用新型分合闸线圈信号检测 

分合闸线圈电流为直流电流量，经过霍尔传感器变换成电压信号，经过低通滤波器滤波的信号经过AD转换器进行模数转换处理，完成对分合闸线圈电流信号的采集。安装方式为传感器铁芯开口安装，不影响断路器的二次接线。尔传感器是基于霍尔效应的原理。所谓霍尔效应是指若在半导体薄片的两端通以控制电流I，并在薄片垂直的方向上施加磁感应强度为B的磁场，则在垂直于电流和磁场方向上将产生电势UH的现象,所产生的电动势称为霍尔电压或霍尔电势。当霍尔元件的材料和几何尺寸确定之后，霍尔电势的大小正比于控制电流I和磁感应强度B，即UH=KHIB，对于确定的霍尔元件而言，KH为常数。霍尔传感器结构简单，频率响应宽，可实现非接触检测。同理分合闸线圈电流为直流电压量，经过霍尔传感器完成采集。

三、本实用新型触头电寿命在线监测原理 

在触头电寿命监测方面，以往对电磨损的监测是以记录累计开断电流或累计电弧能量为依据的，但也与触头分断速度有关系，因而本实用新型采用触头累积磨损量作为判断电寿命依据的断路器在线诊断方法，此方法更能准确地反映断路器触头的电寿命，且易于工程实施。

监测的具体参数为刀闸开断电流，但由于不同开端电流时电磨损的差别很大，因此测量开断电流的精度直接影响触头电寿命预测的准确度。在这种情况下选择平均斜率算法。

四、本实用新型主触头导电性能的监测 

断路器在正常工作的电流主要从主触头流过，发热不可避免，从而逐渐造成机械磨损和电磨损，具体表现为接触电阻不断增大而使主触头温度不断升高，具体接触电阻的大小的计算涉及到温度、触头材料、工艺、绝缘材料等诸多因素的影响，断路器导电回路的总电阻R计算公式为：R=（Φ1—Φ0）* Kα*I*I*Rt0

其中Φ1断路器外表面温度；Φ0断路器周围空气温度；Kα为交流附加损耗系数，与集肤效应有关；I为断路器负荷电流；Rt0为断路器外表面散热热阻（空气层热阻）。

同时根据在线监测数据趋势，来分析标定断路器的接触电阻。 

五、本实用新型振动信号的在线监测 

断路器操作过程中机械零部件间的撞击或摩擦会引起振动。断路器传动机构的监测针对断路器分合动作时其机械振动进行。首先录下断路器正常状态下的机械振动“指纹波”,断路器传动机构出现卡涩、断裂、松动等问题,其振动事件频率和时间会发生改变;另外,分合动作撞击力度的改变也直接影响振动信号的幅度。传动机构异常的分合振动波形是与正常状况的分合振动波形有明显区别的。振动信号可以反映断路器的机械状态。其最大优点是不涉及电气测量，监测过程对断路器无任何影响。

振动信号的监测主要靠压电式加速度传感器进行振动测量。和其它类型的传感器相比具有灵敏度高、频率范围宽、线性动态范围大、体积小、安装形式多样等一系列优点。压电式传感器是基于压电效应的原理。所谓压电效应是指正压电效应，当沿着一定的方向对某些电介质加力而使其变形时，内部产生极化现象，在它的两个表面上产生极性相反的电荷，当外力去掉后，又重新恢复不带电状态，这种机械能转化为电能的现象称为正压电效应。压电式加速度传感器的主要部件包括壳体、压电片和紧压在压电片上的质量块组成。由于质量块产生正比于加速度的惯性力，此力作用在压电片上，由正压电效应使压电片表面产生正比于加速度的电荷。 

Claims (3)

1.高压断路器在线监测装置，其特征在于：由高压断路器在线监测单元分别与振动传感器、高压传感器、温度传感器、霍尔传感器、光电行程传感器连接构成。

2.根据权利要求1所述的高压断路器在线监测装置，其特征是：高压断路器在线监测单元本身又由光电隔离模块、数据放大滤波模块、AD转换模块、微处理器模块、接口模块依序连接构成，而微处理器模块又分别与显示模块、通信模块连接构成。

3.根据权利要求2所述的高压断路器在线监测装置，其特征是：通信模块采用GPRS通信或ZigBee通信方式进行组网。

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