CN202435020U - 智能电网监控保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能电网监控保护系统，包括主控单元、实时保护控制单元、电流监测单元、弧光传感器、温度传感器、弧光探头、孤光发光光源和红外温度传感器，弧光传感器将弧光探头接受的光信号转换为电信号，并将该电信号传递给实时保护控制单元，实时保护控制单元接受温度传感器和电流监测单元的信号，并根据弧光传感器、温度传感器和电流监测单元的信号控制电闸动作，主控单元与该实时保护控制单元电连接，该主控单元上电连接有红外温度传感器，孤光发光光源根据主控单元的指令发出用来检验弧光探头和弧光传感器是否故障的模拟弧光。从而达到了可靠的保护电路系统的目的。

Description

智能电网监控保护系统

技术领域

本实用新型涉及电网控制领域，具体地，涉及一种智能电网监控保护系统。

背景技术

西门子、Alstom、GE等国外著名企业也致力于弧光保护系统的研发工作。目前应用最为广泛弧光保护系统是VAMP弧光保护系统系列产品，VAMP电弧光保护系统是由芬兰VAMP公司研制、生产的新型保护装置，其保护对象为6(10)KV系统开关柜内元件及母线封闭设备。申请号为200710126774.9，名称为“整流柜电弧光保护装置”的专利文件，主要目的是限制故障电弧的持续时间；申请号为200710021083.2，名称为“电弧光保护单元在线测试方法”的专利文件，主要目的是对弧光保护系统的辅助单元进行测试作用；申请号为201010252661.5，名称为“一种快速电弧光保护方法”，目的主要是进行快速保护，仅采用单片机进行数据处理；申请号为200910273019.2，名称为“可实现电弧光保护的大电流中压开关柜”，主要目的是技术因弧光短路而导致的配电网故障。但现有的保护系统因功能比较单一，使的系统的可靠性较差。

同时环境的因素对系统的工作效率有不可忽视的影响，现有的弧光保护系统是没有考虑这些环境因素的，比如温度和灰尘浓度等。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种智能电网监控保护系统，以实现比较可靠的保护电路系统的优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种智能电网监控保护系统，包括主控单元、实时保护控制单元、电流监测单元、弧光传感器、温度传感器、弧光探头、孤光发光光源和红外温度传感器，所述弧光传感器将弧光探头接受的光信号转换为电信号，并将该电信号传递给实时保护控制单元，所述实时保护控制单元接受温度传感器和电流监测单元的信号，并根据上述弧光传感器、温度传感器和电流监测单元的信号控制电闸动作，所述主控单元与该实时保护控制单元电连接，该主控单元上电连接有红外温度传感器，所述孤光发光光源根据主控单元的指令发出用来检验弧光探头和弧光传感器是否故障的模拟弧光。

进一步的，该系统中还包括弧光辅助单元，所述弧光辅助单元电连接在实时保护控制单元上，为实时保护控制单元提供扩展接口。

进一步的，所述主控单元采用ARRM11处理器。

进一步的，该系统中还包括紫外监测单元，所述紫外监测单元可在弧光探头和弧光传感器出现故障时，替换弧光探头和弧光传感器进行电弧监测。

进一步的，该系统中设置有除尘和降温作用的风机。

本实用新型的技术方案通过利用弧光传感器和电流互感器进行弧光和电流的监测，完成整个系统的保护作用，从而达到了可靠的保护电路系统的目的，通过增加系统的自我修复模块，可以满足自监测和自修复功能。增加了紫外监测方案，这就增强了其可靠性。

而鉴于系统中的部分器件作用的环境因素，增加了温度和灰尘浓度的监测模块，并带有改善环境因素的作用。这样就完成了对原有系统的功能的改造和增强。此新型弧光保护系统运用最新的ARM11最为处理器，很好的满足了系统的数据处理要求。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的智能电网监控保护系统的结构框图；

图2为本实用新型实施例所述的智能电网监控保护系统的线路结构示意图；

图3为本实用新型实施例所述的实时保护单元的结构示意图；

图4为本实用新型实施例所述的弧光监测装置自检测系统的工作原理图；

图5为本实用新型实施例所述电流监测单元自我监测的工作原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1、图2所示，一种智能电网监控保护系统，包括主控单元、实时保护控制单元、电流监测单元、弧光传感器、温度传感器、弧光探头、孤光发光光源和红外温度传感器，弧光传感器将弧光探头接受的光信号转换为电信号，并将该电信号传递给实时保护控制单元，实时保护控制单元接受温度传感器和电流监测单元的信号，并根据上述弧光传感器、温度传感器和电流监测单元的信号控制电闸动作，主控单元与该实时保护控制单元电连接，该主控单元上电连接有红外温度传感器，孤光发光光源根据主控单元的指令发出用来检验弧光探头和弧光传感器是否故障的模拟弧光。该系统中还包括弧光辅助单元，弧光辅助单元电连接在实时保护控制单元上，为实时保护控制单元提供扩展接口。主控单元采用ARRM11处理器。该系统中还包括紫外监测单元，所述紫外监测单元可在弧光探头和弧光传感器出现故障时，替换弧光探头和弧光传感器进行电弧监测。并设置有除尘和降温作用的风机。

当系统发生故障时，弧光传感器将弧光信号转化为电信号，通过I/O接口传给实时保护控制单元，实时保护控制单元通过检测电流信号，在该检测电流信号达到启动值时， 即发出跳闸信号。

实时保护主控单元最主要的功能是对弧光信号和过流信号进行快速的运算分析，其本质就是一个逻辑电路，实时保护主控单元如图3所示。它要完成的功能就是接收来自弧光传感器和电流监测单元的信号，通过运算处理，进行分析判断，根据分析的结果去执行相应的操作。当实时保护主控单元分析的结果满足跳闸条件时，实时保护主控单元自动发出跳闸指令以切除故障的发生；当实时保护主控单元分析的结果满足警告条件的时候，实时保护主控单元自动向总控单元发出警告指令，以使得工作人员可以进行具体的检查。实时保护主控单元通常是安装在母线系统电源进线柜或者电源进线柜旁边的开关柜二次控制门板上。实时保护主控单元设有四个数据输入口，可接24路弧光信号或者电流信号（根据具体的需要，对监测量的实际多少可以进行相应的扩展），输出接口包括4路快速跳闸输出和6 路常规继电器跳闸输出。为了工作人员能够准确知道故障出现在哪个环节上，可以根据实时保护主控单元中弧光信号或电流信号的输入，快速准确的找到事故发生点。

弧光辅助单元作为实时保护单元的扩展接口。弧光辅助单元主要在接收到弧光传感器传过来的弧光信息后向实时保护单元发送光信号。当实时保护主控单元自带的接口数量不能满足客户的实际要求的时候，就需要用到弧光辅助单元。弧光辅助单元增加了数据接口，从而增加监测点的数量，扩大了监测面，使得系统的监测范围曾大。

电流监测单元进行过流监测。由于环境中存在的各种不可避免的光存在（如：电闪雷鸣、照明电器烧毁的瞬间、汽车大灯及太阳光等强光反射），在这种情况下，实时保护主控单元或弧光辅助单元感受到的弧光信息不一定是事故产生所发出的信息，仅仅进行弧光检测来进行跳闸动作可能会造成误判。通过过流监测还能排除由整流元件（可控硅/二极管）过电压、过热之外等其他元器件故障因素。电流监测单元的过流监测辅助弧光监测一起工作，这样就增强系统的准确判断能力。 

弧光传感器是整个弧光监测保护系统中的重要组成部分。专用于母线保护的电弧光传感器安装在开关柜的各间隔室内，当电弧光产生并且燃烧的时候，由于光的急剧变化，弧光探头检测到电弧光信息后经由电弧光传感器传递给弧光辅助单元或实时保护主控单元。

温度传感器可用于监视整流柜内部的关键部件（如母线、元件、保护元件）的温度，在超过其整定值时主单元可发出报警信号。

电弧光监测保护装置需要具备自我诊断能力的单元有：弧光探头；弧光信息与过流信息快速保护逻辑电路。弧光探头的敏感度降低或者损坏时，将不能进行正常的监测工作；同样，当弧光信息与过流信息快速保护逻辑电路出现问题的时候，系统同样不能进行正常的监测工作。为了达到弧光监测保护装置的自我诊断能力，我们采用在原有的装置内增加一个特制的电弧光源，用于模拟系统真实发生电弧光，此模拟电弧信号由主控单元指令指示时发出，用于检测电弧光监测装置是否处于正常的工作状态。在设置好特制电弧光源的发光周期，特制电弧光源每隔一个周期发出一次模拟真实电弧光的人工弧光，这样就可以检测系统电弧光装置是否处于正常运行模式。在特定时间内，弧光单元发送给实时保护控制单元的信息就不作任何的警告或者跳闸动作，只起到检测电弧光保护装置的作用。检测弧光监测装置是否正常的原理图如图4所示。当电弧光监测保护装置自我诊断出具体的故障后，总控单元得知信息后，就将启动自我修复功能。电弧光监测保护装置容易出现故障的地方主要为弧光探头和弧光传感器出现；本技术方案采用并行工作的配套设施替代其工作，在系统内配置一套紫外监测单元。当电弧光监测保护装置失去工作能力的时候，总控单元会自动的切换到紫外监测单元上面来，由它去完成电弧光监测保护装置所要完成的任务。这样子电源开关柜的监测工作将不停歇的一直工作下去，达到了现代电网所需要的目的。为了避免弧光信息和过流信息快速综合逻辑电路出现故障。本技术方案采用装备两套快速保护逻辑电路，即方案中实时保护单元，它可以实时的快速的进行保护。快速保护逻辑电路不仅成本不高，而且容易实现，因此只要配置两套完全一样的快速保护逻辑电路，当其中一个快速保护逻辑电路出现故障的时候，总控系统向其发出自动切换信号，使其自动切换到备用逻辑电路上。

快速保护逻辑电路的自我检测弧光探头的自我诊断能一样，人为的设定模拟事故信息的输入时间周期，在特定时间点上逻辑电路向实时保护主控系统传送的信息，实时保护主控系统将不进行跳闸或警告动作，而仅仅是向工作人员传达快速保护逻辑电路正常与否的信息。综合逻辑电路的自我监测原理如图5所示。 

灰尘等因素对绝缘介质寿命也有影响，各种绝缘介质长期暴露在自然环境中，往往要受到环境中各种因素的影响，从而影响其绝缘特性。由于环境中的各种自然灰尘会携带各种化学物质，这对绝缘介质的绝缘特性影响极大。如果绝缘介质不再有绝缘性，从而将漏电，这是及其危险的，会带来灾难性的后果。从另外一个方面考虑，灰尘不仅会影响到绝缘介质的绝缘特性，还会影响电弧光传感器的敏感度。为满足现代智能电网的智慧特性，灰尘聚积在绝缘介质上或者电弧光传感器探头上的时候会对绝缘介质的绝缘特性和弧光探头敏感度有影响。灰尘是质量较轻的物质，通过设计一种小型设备用来吸收或者吹散灰尘的聚积。因此采用风机的方式将聚积的灰尘吹散开来。在系统中加入风机的作用不仅可以有效的降低灰尘对绝缘介质的绝缘性的影响和电弧光探头敏感度的影响，还可以降低系统工作环境的温度。

绝缘介质的自然老化是不可避免的，对绝缘介质老化的实时监测就显得特别的重要。当绝缘介质老化的时候，将有微小的电流产生，发生微量的热量，通过用红外温度传感器对其温度进行测量，从而监测出绝缘介质的老化程度。由此红外测温方法监测绝缘介质老化程度的仪器可以通过通信接口把数据传递给总控单元，然后由工作人员直接读取，从而达到了实时的监控作用。在智能电网的监测系统中，起到了重要的预防作用。

总控单元采用ARRM11处理器，配置具有满足CGL标准的电信级Linux内核， CGL标准中定义了满足电信级需求的Linux操作系统及应用所必须的特性和技术指标，所具备的特性和技术指标有：系统可靠性；系统可用性；技术标准符合性；平台特性；调试和优化工具；系统性能；硬件兼容性；内核性能；可升级性；安全访问控制机制；保密和完整性机制；用户层完整性检测；日志安全性和保密性；信息完整性和来源的可确认性；系统日志和事件日志机制。

基于IEC61850通信标准的电力交互通信是目前全球范围内的统一智能电网通信标准。IEC61850是变电站自动化系统通信协议体系的一个重要的国际标准，代表了变电站自动化系统最新的发展方向。本实用新型的技术方案中的智能电网关键设备具备基于IEC61850通信的接口技术，便于系统的兼容和升级。

系统中也运用电力网络路由器。利用传输电流的电力线作为通信载体，将一个电表回路下的任何一个电源插座转换为网络接口，即插即用，无须另外布线，就可以和以太网互联，并接入Internet网。这样达到互联的通信效果，可以实现远程的控制。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种智能电网监控保护系统，其特征在于，包括主控单元、实时保护控制单元、电流监测单元、弧光传感器、温度传感器、弧光探头、孤光发光光源和红外温度传感器，所述弧光传感器将弧光探头接受的光信号转换为电信号，并将该电信号传递给实时保护控制单元，所述实时保护控制单元接受温度传感器和电流监测单元的信号，并根据上述弧光传感器、温度传感器和电流监测单元的信号控制电闸动作，所述主控单元与该实时保护控制单元电连接，该主控单元上电连接有红外温度传感器，所述孤光发光光源根据主控单元的指令发出用来检验弧光探头和弧光传感器是否故障的模拟弧光。

2.根据权利要求1所述的智能电网监控保护系统，其特征在于，还包括弧光辅助单元，所述弧光辅助单元电连接在实时保护控制单元上，为实时保护控制单元提供扩展接口。

3.根据权利要求1所述的智能电网监控保护系统，其特征在于，所述主控单元采用ARRM11处理器。

4.根据权利要求1或2所述的智能电网监控保护系统，其特征在于，还包括紫外监测单元，所述紫外监测单元可在弧光探头和弧光传感器出现故障时，替换弧光探头和弧光传感器进行电弧监测。

5.根据权利要求4所述的智能电网监控保护系统，其特征在于，该系统中设置有除尘和降温作用的风机。

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