CN203607326U - 一种真空开关真空度在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种真空开关真空度在线监测系统，包括全量程传感器、三相离子柱、信号处理显示电路板、发光二极管电路板和硅光太阳能电池板，所述三相离子柱的输入端与全量程传感器的输出端相连，三相离子柱的输出端与信号处理显示电路板的输入端相连，信号处理显示电路板的输出端与发光二极管电路板的输入端相连，发光二级管电路板的输出端与硅光太阳能电池板的输入端相连，还包括信号采集器和信号处理器，所述信号采集器与发光二极管电路板与信号处理器红外连接，在信号采集器之前的电路上设有双选通开关。本实用新型解决了一次和二次回路的隔离问题，消除了安全隐患，消除了信号采集端三相之间的相互干扰。

Description

一种真空开关真空度在线监测系统

技术领域

本发明涉及一种真空开关真空度在线监测系统，属于在线监测技术领域。

背景技术

真空开关在低压及中压领域是极有前途的一种开关器件。真空开关作为新一代先进的开关设备，在我国目前电网改造中得到广泛的应用。真空开关灭弧室的真空度是决定其电气性能的主要因素之一，灭弧室内真空度的劣化，不仅降低了真空开关长期耐受系统电压的能力和在运行过程中耐受内、外过电压的能力，而且极难有效地断开故障电流，因此，迫切需要对运行中真空开关的真空度进行监测。

目前，对真空开关真空度的测试方法从大的方面来说，可分为离线监测和在线监测两大类。

离线监测的方法有很多，而且发展得也比较成熟；其中，磁控放电法是一种重复性较好的定量测量方法。离线监测的最大的弊端就是该检测方法必须是在断电情况下进行检测，不能实时监测真空度，无法真正意义上排除因真空度降低而造成的危险。

而在线监测由于要在不改动开关主体结构及运行状态的前提下，随时监测其真空度的变化，因此，要实现真空度的直接测量，还存在很多的难点。

用于真空度在线监测的间接方法主要有电光变换法、 耦合电容法等。

电光变换法是基于 “电光效应”原理 ,利用某些光学元件如 Pockels 元件在电场中能改变光学性能 ,从而把与真空度对应的电场变化转换成光通量的变化，但该方法的主要问题是光学元件的工作稳定性差、 成本高。

耦合电容法是根据局部放电测量原理提出来的。若当被测真空灭弧室的带电触头至中间屏蔽罩间的耐压强度由于真空度降低而下降 ,则当工频电压从零点升至某一值时,带电触头和屏蔽罩之间的等值电容发生放电,该局部放电信号可通过位于屏蔽罩与接地箱壳之间的两个局部放电探头进行在线监测。这种方法的主要问题是其测量的灵敏度还有待于进一步地验证。

此外，常见的真空灭弧室真空度测试方法还有：工频耐压法、观察法、火花计法、吸气剂颜色变化的判定法、磁控放电法等等。

总的来说，真空度在线监测是在高压端通过如图1所示的取样电阻处取得采样电压，然后，通过信号采集、处理、传输、显示完成的。从信号采集端到信号处理端包括两个的传输通路，一个是信号传输通路，另外一路为光能传输通路。但是，采集端存在泄漏高压的可能，一旦发生故障，对操作人员的人生安全造成极大的威胁，所以在操作人员一侧必须增加强而有效的高压隔离措施，以保证操作人员的人生安全。信号传输通路的高压隔离相对比较容易，如可以通过红外方式或者是光纤方式，电源供电传输通路的供电则比较麻烦，小体积变压器要隔离如此高的电压几乎是不现实的。

如申请号为201210039152.3，名称为《一种真空开关真空度在线监测系统》的中国发明专利，其公开了，在高压端通过取样电阻获取反映真空开关真空度的真空度传感信号，然后通过信号采集板转换为数字的真空度传感数据，采集到的真空度传感数据通过红外信号发送出去；在低压端通过红外信号接收模块接收来自高压端的红外信号，得到采集的真空度传感数据，并传输到信号处理、显示电路板进行处理，显示出监测的真空开关真空度，实现在线监测。在本发明中包括两个的传输通路，一个是信号传输通路，另外一路为光能传输通路，实现了高压端即信号采集端到低压端即操作人员一侧的电气隔离，提高了操作的安全性。

但是，这该公开文件中，还存在一下一些不足之处：

1. 该在线监测系统是在电压区间上进行一个点的采集，然后再与各级电压进行比较，最后进行显示，具有偶然误差性，偶然误差会带来错误显示；

2. 采用普通的采集芯片，达不到采集要求；

在信号采集器上，信号取样端和采集、模数转换回路的地不是同一个地；取样端的地是我们平常的大地，信号是以负电压信号的方式输入；进入采集器后，该电路上有一个公共的地，该地为虚拟的地，两个地不一样。再该在线监测系统中，将两者直接连接，导致采集的三相信号相互耦合，即取样端三相相当于共正，若两个地连接后又相当于共负，直接连接将产生相互的干扰。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种真空开关真空度在线监测系统，解决现有在线监测系统安全性不高，尤其是存在偶然性误差并且信号采集容易受到干扰的技术问题，从而能有效的解决上述现有技术中存在的问题。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现：一种真空开关真空度在线监测系统，包括全量程传感器、三相离子柱、信号处理显示电路板、发光二极管电路板和硅光太阳能电池板，所述三相离子柱的输入端与全量程传感器的输出端相连，三相离子柱的输出端与信号处理显示电路板的输入端相连，信号处理显示电路板的输出端与发光二极管电路板的输入端相连，发光二级管电路板的输出端与硅光太阳能电池板的输入端相连，还包括信号采集器和信号处理器，所述信号采集器与发光二极管电路板与信号处理器红外连接，在信号采集器之前的电路上设有双选通开关。

作为优选，还包括单片机，单片机上设有人机交互按钮和液晶显示器。

作为进一步优选，所述三相离子柱包括绝缘外壳、依次紧固在绝缘外壳内的串、并联电阻、二极管、取样电阻和隔离电阻。

作为进一步优选，信号采集器的信号采集端到信号处理器的信号接收端之间设有两路通路，分别为由位于中部隔离带分隔而成的光能传输通路和红外信号传输通路。

本在线监测系统在信号取样后进入采集器前增加了双选通开关，任何时候只有一相的选通开关闭合接通，另外两相均断开，彻底切断了耦合通路，保证了信号的正确性。

另外，信号处理器把所有的物理电压信号都转化为数字信号，把物理量数字化，然后通过传输后取平均值，从而消除了偶然误差带来的错误显示，同时采用高精度的采集芯片，将处理过的数据通过红外发送端发送，同时将红外传输通路与发光二极管能量传输通路隔离，使二者能量通路之间没有相互的干扰，保证信号传输的精度要求。

综上所述，本真空开关真空度在线监测系统保证了与一次侧的高压电气隔离，保障了二次侧操作人员的人生安全，同时，两路传输通路的隔离能够有效的消除二者之间的干扰，提高信号的传输精度，消除信号的传输误差，真正的实现了与高压端电气隔离、高精度的在线真空度信号采集系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明真空开关真空度在线监测系统具备如下的优点：

1.信号采集器与信号处理器之间信号以红外方式传送，解决了一次和二次回路的隔离问题，消除了安全隐患；

2.增加了选通开关，消除了信号采集端三相之间的相互干扰，通过现有单片机控制选通开关的动作，实现三相信号的读取。

附图说明

图1是本发明真空开关真空度在线监测系统的离子柱图；

图2是本发明真空开关真空度在线监测系统的实际接线图；

图3是本发明真空开关真空度在线监测系统的系统流程图；

图4是本发明真空开关真空度在线监测系统的系统结构图；

图5是本发明信号取样回路形成的通道。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。

如图1-5所示，本发明真空开关真空度在线监测系统包括以下主要部件：

信号采集器，采用高精度采集芯片采集电信号，将处理过后的数据通过红外发送端发送，同时，将红外传输通路与发光二极管能量传输通路隔离。

双选通开关，设置于信号取样后进入信号采集器前；消除信号采集端三相之间的相互干扰，通过现有单片机控制选通开关的动作，实现三相信号的读取。

双选通开关，通过现有单片机控制选通开关的动作，实现三相信号的正确读取，消除了信号采集端三相之间的相互干扰。该双选通开关的存在解决了如现有申请号为201210039152.3，名称为《一种真空开关真空度在线监测系统》的中国发明专利中存在的三相之间信号相互干扰的问题，在本发明中，如图5所示，采用在信号输入端加选通开关的办法得以解决，即：当采集模块开始工作时，通过单片机控制选通开关，其中一相导通，另外两相断开，将这一相的信号送入单片机处理，按事先设定好的时序依次循环，这样就成功避免了三项之间相互干扰的问题，保证了采集数据的正确性以及系统的可靠性。另外由于电路要求低电压、低功耗，对器件的选择有很大的局限性。

具体来说，选用由美国ADI生产的ADG888: 0.4Ω、CMOS、双通道双刀双掷开关器件。它具有低功耗(<0.1μW)和小尺寸特性，在工作温度范围（−40℃至+125℃）内，导通电阻小于0.6Ω。

信号处理器，将信号采集器传送来的物理电压信号转化为数字信号，把物理量数字化后取平均值，再通过红外线传输给信号处理、显示电路板，进行信号处理、显示和实时监测。

发光二极管电路板和一硅光太阳能电池板，信号处理、显示电路板为发光二极管电路板进行供电，其内的发光二极管发光，使电能转换为光能，硅光太阳能电池板中的电池接收光照，再使光能转换为电能；硅光电池获得能量后向采集器中的储能电容充电；当储能电容上的电压达到预定值后，信号采集模板开始工作，进行信号采集，并将采集到的数据通过红外发光二极管发送给LED阵列电路板，LED阵列电路板将信号传输到信号处理、显示电路板。

全量程传感器，用以获取真空开关真空度的高压传感信号。

三相离子柱，一端与全量程传感器的高压传感信号相连，另一端接地，且其取样电阻两端作为信号采集端，获取反映真空开关真空度的真空度传感信号；该三相离子柱包括绝缘外壳、依次紧固在绝缘外壳内的串、并联电阻、二极管、取样电阻和隔离电阻。

信号处理、显示电路板；信号处理、显示电路板连续接收数个信号采集电路板的信号，并将采集到的信号按时间进行存储、显示并按要求向上位机传送。

另外，还包括单片机，单片机上设有人机交互按钮和液晶显示器；通过人机交互按钮，可以更加有效的根据实际情况来进行在线监测调控；用液晶显示屏替代原来的数码管和发光二极管，直观显示三相真空度和相应的真空等级。

该单片机的主控器采用美国TI处理芯片MSP430F149或者MSP430F122。

其中：MSP430F149是一种新型的混合信号处理器，采用了美国德州仪器(Texas Instruments)公司最新低功耗技术(工作电流为0.1-400 pA)，它将大量的外围模块整合到片内，具有如下特点:

1.低 电 压、超低功耗：工作电压3.3V ，等待方式下工作电流为1.3 w A，在RAM保持关闭工作方式下工作电流仅为0.1A。

2.具有12位的模数转换器(ADC12)，可以得到很高的精度，并且省去了使用专门的模数转换器给设计电路板带来的麻烦。

3.拥有大容量的存储空间：存储器方面包括多达60k ROM和2k RAM，存储空间完全可以满足程序及数据的需要。

4.两通路串行通信接口：可用于与计算机进行异步或同步串行通信。

5.硬件乘法器：该乘法器独立于CPU进行乘法运算的操作，在提高乘法运算速度的同时也提升了CPU的利用效率。

6.串行在系统编程：通过仿真器对程序进行下载，并通过专用软件对程序及单片机的工作状态进行监控，极大地方便了程序的调试。

本发明的工作流程：

考虑到最终量产时信号采集电路板所需的功率很小，采集的频率也不会太频繁，为此我们在该采集板上安装一块小功率的硅光电池太阳能板，为采集板进行供电。

太阳能电池板是通过超高亮发光二极管照明来提供能量，具体系统流程如图3所示：当要让信号采集板工作时先用信号处理、显示电路板为超高亮发光二极管电路板进行供电，发光二极管发光，使电能转换为光能，硅光电池接收光照，再使光能转换为电能，硅光电池获得能量后再向储能电容充电，当电容上的电压达到预定值后信号采集电路板开始工作，并将采集到的数据通过红外发光二极管发送给LED电路板，最后传输到信号处理、显示电路板。

信号处理、显示电路板收到信号后本次采集活动结束，用于能量传送的发光二极管熄灭，信号采集电路板无电停止工作。

信号处理、显示电路板可以用相同的方法连续接收多个信号采集电路板的信号，并将采集到的信号按时间进行存储、显示、和按要求向上位机传送。这样，只要信号采集电路板和信号处理、显示电路板的空气隔离距离能够保证，就充分确保了二者之间的电气隔离，能够做到即使采集端发生故障，高压串扰到信号采集电路板，也能保证信号处理、显示端的操作人员的人生安全，解决了其在线真空度检测的安全性这一最重要的因素。

综上所述，本实施例所述的真空开关真空度在线监测系统具备如下的优点：

1.低功耗：采用美国TI处理芯片MSP430F149或者MSP430F122进行控制处理。

2.高压隔离：采用光隔离技术，确保系统操作的安全性。

3.高精度：采用高精度的采样芯片和AD处理，保证精度。

4.准确性；采用高级的微处理芯片，保证准确性。

5.安全可靠：有多种软件和硬件保护。

6.体积小，易携带。

7.外壳精致美观。

以上对本发明进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的结构进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求规定的构思和范围。

Claims (4)

1.一种真空开关真空度在线监测系统，包括全量程传感器、三相离子柱、信号处理显示电路板、发光二极管电路板和硅光太阳能电池板，所述三相离子柱的输入端与全量程传感器的输出端相连，三相离子柱的输出端与信号处理显示电路板的输入端相连，信号处理显示电路板的输出端与发光二极管电路板的输入端相连，发光二级管电路板的输出端与硅光太阳能电池板的输入端相连，其特征在于：还包括信号采集器和信号处理器，所述信号采集器与发光二极管电路板与信号处理器红外连接，在信号采集器之前的电路上设有双选通开关。

2.如权利要求1所述的真空开关真空度在线监测系统，其特征在于：还包括单片机，单片机上设有人机交互按钮和液晶显示器。

3.如权利要求2所述的真空开关真空度在线监测系统，其特征在于：所述三相离子柱包括绝缘外壳、依次紧固在绝缘外壳内的串、并联电阻、二极管、取样电阻和隔离电阻。

4.如权利要求1或者2或者3中任一所述的真空开关真空度在线监测系统，其特征在于：信号采集器的信号采集端到信号处理器的信号接收端之间设有两路通路，分别为由位于中部隔离带分隔而成的光能传输通路和红外信号传输通路。

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