CN205809245U - 一种高压断路器机械特性状态在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压断路器机械特性状态在线监测系统，包括若干设置在高压断路器端的数据采集单元、监控执行单元和远程服务器：数据采集单元包括电流传感器、电压传感器、位移传感器和带有高速高精度模拟量、数字量输入和输出功能的电路控制板，电流传感器、电压传感器、位移传感器与电路控制板连接；监控执行单元包括数据存储模块、显示终端、FPGA处理器和通讯模块，电路控制板与FPGA处理器连接，FPGA处理器同时与数据存储模块、显示终端、通讯模块连接；若干监控执行单元通过通讯模块与远程服务器连接。本实用新型的高压断路器机械特性状态在线监测系统具有实时性强、准确度高、抗干扰能力强、可靠性高和成本低廉的特点。

Description

一种高压断路器机械特性状态在线监测系统

技术领域

本实用新型涉及断路器机械特性状态在线监测系统技术领域，具体是指一种高压断路器机械特性状态在线监测系统。

背景技术

随着我国电力事业的迅速发展和电力自动化系统的突飞猛进,电力系统供电设备的定期检修工作越来越不适应电力生产实际的需要。实行设备状态在线监测逐渐引入了电力系统生产研究领域。

断路器是电力系统的重要执行元件，是仅次于发电机和变压器的大型电力设备,正常运行时它完成倒换运行操作,把设备或线路接入电网或退出运行,起运行控制作用；当设备和线路发生故障时能快速切断故障线路,保证无故障部分正常运行,起运行保护作用。但是，断路器也是集故障、检修、参数测量频次最多的一种重要电力设备，运行过程中有很高的故障率，易引起电网事故，造成较大的经济损失，因此对其可靠性提出了非常高的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种高压断路器机械特性状态在线监测系统，对高压断路器的异常进行实时预警，具有实时性强、准确度高、抗干扰能力强、可靠性高和成本低廉的特点。

本实用新型可以通过以下技术方案来实现：

本实用新型公开了一种高压断路器机械特性状态在线监测系统，包括 若干设置在高压断路器端的数据采集单元、监控执行单元和远程服务器：所述数据采集单元包括电流传感器、电压传感器、位移传感器和带有高速高精度模拟量、数字量输入和输出功能的电路控制板，所述电流传感器、电压传感器、位移传感器与所述电路控制板连接；所述监控执行单元包括数据存储模块、显示终端、FPGA处理器和通讯模块，所述电路控制板与所述FPGA处理器连接，所述FPGA处理器同时与数据存储模块、显示终端、通讯模块连接；所述若干监控执行单元通过所述通讯模块与远程服务器连接。

进一步地，所述电流传感器、电压传感器、位移传感器设置在高压断路器的每相线路中。

进一步地，所述电流传感器为安装在开关执行机构的线圈侧的驱动信号电流互感器。

进一步地，所述电压传感器为安装在开关的站端侧和线路侧的电压互感器。

进一步地，所述位移传感器为安装在开关上的开关行程信号传感器。

进一步地，所述通讯模块为基于Internet的以太通讯网络或基于无线信号传输的移动通讯网络。

进一步地，所述显示终端为LED显示屏或LED显示屏。

进一步地，所述电流传感器还包括设置在储能电机的驱动信号电流互感器。

本实用新型一种高压断路器机械特性状态在线监测系统，具有如下的有益效果：

第一、实时性强，与离线式测量设备相比，在线式测量更加容易对被测量设备建立起一个专家数据库，通过数据库分析实时对设备状态及老化程度进行分析，特别是偶发性异常状态的监测，及时预警；

第二、准确度高，在线式测量设备所有的测量信号来源于实际的工作负载，比离线式设备的模拟负载能更加真实的反应测试设备的运行状态，提高测量准确度；

第三、抗干扰能力强，综合考虑在线式设备的所处的高压，强辐射等环境因素的影响，输入与输出信号全部采用高速光电隔离的方式来设计，采用高可靠性FPGA处理器来完成数据的采集于分析；

第四、可靠性高，所述在线监测系统同时采集电流、电压和唯一信号对断路器的状态进行异常监控，采集数据源广，异常监测结果准确，有效避免预警的错误，提高了系统的可靠性；

第五、成本低廉，整个在线监控系统采用远程服务器同时连接若干个监控执行单元和数据采集单元，采用通讯方式实现数据交互监控预警，有效减少人力物力的损耗，有效降低了高压断路器的维护成本。

附图说明

附图1为本实用新型一种高压断路器机械特性状态在线监测系统的原理框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合实施例及附图对本实用新型产品作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型公开了本实用新型公开了一种高压断路器机械特性状态在线监测系统，包括若干设置在高压断路器端的数据采集单元、监控执行单元和远程服务器：所述数据采集单元包括电流传感器、电压传感器、位移传感器和带有高速高精度模拟量、数字量输入和输出功能的电路控制板，所述电流传感器、电压传感器、位移传感器与所述电路控制板连接；所述监控执行单元包括数据存储模块、显示终端、FPGA处理器和通讯模块，所述电路控制板与所述FPGA处理器连接，所述FPGA处理器同时与数据存储模块、显示终端、通讯模块连接；所述若干监控执行单元通过所述通讯模块与远程服务器连接。所述电流传感器、电压传感器、位移传感器设置在高压断路器的每相线路中。所述电流传感器为安装在开关执行机构的线圈侧的驱动信号电流互感器。所述电压传感器为安装在开关的站端侧和线路侧的电压互感器。所述位移传感器为安装在开关上的开关行程信号传感器。所述通讯模块为基于Internet的以太通讯网络或基于无线信号传输的移动通讯网络。所述显示终端为LED显示屏或LED显示屏。所述电流传感器还包括设置在储能电机的驱动信号电流互感器。

在具体功能上，数据采集单元、监控执行单元和远程服务器具有如下作用：

数据采集单元是整个监测系统的数据来源，数据采集单元的性能直接 决定了整个监测系统的性能。

监控执行单元是现场侧的监测执行设备，每台高压断路器配置一台数据采集单元。监控执行单元采集来自数据采集单元的数据，存储数据并实时以直观的方式显示在显示终端上，分析采样的特性信号，实时与特征数据库中的数据进行比对分析，当数据存在突发异常时能够快速处置，并对各种特性数据的趋势进行分析，当特性趋势超出设定的范围时及时预警。同时该监控执行单元起着也起着通讯桥梁的作用，负责把各类原始数据发送到远程服务器进行进一步数据处理，接收来自远程服务器的控制命令。

远程服务器是整个监控系统的大脑所在，一套远程服务器可以与多个监控执行单元连接，同时管理多个监控执行单元。来自各个数据采集单元不同型号的高压断路器的机械特性数据汇集与此，形成完整的专家数据库分析模块。通过该远程服务器操控人员也可以实时下达操控命令给各个监控执行单元，实现人机互动。

在实际的应用过程中，本监测系统主要功能是对高压断路器开关特性进行实时分析，监控各类突发事件，对断路器的开关特性趋势提供一个合理的预判标准，主要对以下几个特性来分析：

a)对断路器各相的分合闸速度、分合闸时间、三相过冲等进行自动分析；

b)自动标注断路器主要运行参数；

c)监测操作线圈电流，绘制电流-时间曲线，可有效地分析判断操动 机构的状态，通过对线圈电流的监测可以了解断路器操动机构的情况，根据测得的电流波形计算操动机构启动时间、线圈通电时间等。根据断路器自身参数范围，比较判断操动机构是否出现铁芯空行程、弹簧卡涩、匝间短路等故障；

d)可以监测断路器储能状态，对于液压机构还可以记录储能次数、储能时间以及储能频率，分合闸、储能电机电流传感器。

与离线式测量设备相比，本实用新型所述在线式监控系统可以利用真实的系统负载为高压断路器提供一个连续的监测服务，采用真实的环境能够更加清晰的反应开关在高压状态下的实际工作状态。

就本实用新型所述监控系统而言，其基本原理为：以每个高压断路器的单相为例，在开关的站端侧和线路侧各安装一套电流电压互感器，实时监控开关两侧电路的负荷状况，在开关执行机构的线圈侧安装驱动信号电流互感器，监控驱动信号的状态，同时在开关上安装开关行程信号传感器用于监控开关光行程数据。系统上电就绪后处于运行状态，开关动作及开关特性处于监控状态。

在监控系统的具体运行过程中，开关特性监控功能从功能上来划分可以分为四种功能监控：

第一.紧急异常特性分析

紧急异常特性分析是指开关处于正常(即开关闭合)工作状态时的开关异常特性分析，数据采集单元实时监控电压电流传感器，行程传感器以 及执行机构电流传感器的工作状态，实时对开关两侧的电压电流的突变监控提供报警信息，记录开关是否存在偷跳等现象。

第二、静态特性分析

静态特性分析是指开关处于正常(即开关闭合)工作状态时的触点接触特性分析，此时主要分析指的是开关导通时触电的接触情况。电压电流互感器实时监控开关两侧的负载状况以及执行机构的信号状况，通过数据采集单元采集这几个信号绘制实时曲线图，高速计算单元实时分析数据频谱图判断是否由于开关触点存在缺陷，比如触点接触不良而照成异常的电压电流波形等

第三、动态特性分析

动态特性分析是指开关处于开启或闭合工作状态时的特性分析，此时主要分析行程、平均速度、刚分、刚和速度、储能状态、分和闸电流、三项同期、弹跳次数及时间等参数，这部分工作主要是在数据终端上完成。

在具体事项过程中，行程分析逻辑分析程序为：

数据采集单元上电就绪后，高速采集来自行程传感器的信号，当高压开关执行机构得到动作指令后，开始动作，此时行程分析程序开始动作记录下动作前行程位置，稳定后行程位置，以及超行程位置等信息。

电压电流记录程序逻辑分析：

数据采集单元上电就绪后，高速采集来自电压电流传感器的信号，以开关执行机构的电流传感器为参考点，记录下连续的电压/时间时域信号， 电流/时间时域信号

时间记录程序逻辑分析：

数据采集单元上电就绪后，数据采集单元处于就绪状态，数据采集单元监测到电流，电压及行程信号传感器动作后，数据采集单元处于工作状态，记录下分闸，合闸等动作时间，以备下一步用，时间精度为1us。

参数计算程序逻辑分析：

根据采集到的电压，电流以及行程信号，计算子程序可以判断出该断路器是处于合闸，还是分闸过程。通过行程传感器可以分析计算断路器的和分闸过程中的总行程，开距，超程等参数。通过时间记录程序可以分析计算断路器的和分闸时间，弹跳时间等时间参数。通过已记录的和分闸行程与和分闸时间的关系利用公式：V0＝△S/△T(1)即可计算各个速度参数。通过记录断路器两侧电流电压传感器信号可以记录开关弹跳次数等参数。

第四.开关趋势特性分析开关特性分析是指在上述实时分析的基础上，通过一定的数据的累积以及原始的经验数据得到的专家数据库中的数据，这部分工作主要是在远程服务器中实现。通过实时分析开关的特性状态，对开关特性变化的情况设定一个限值，当系统检测到开关特性超过这个设定值时，系统提出一个提示性信息，提醒用户可能存在的安全隐患，避免事故的进一步扩大，减少损失

以上，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何 形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本实用新型；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时，凡依据本实用新型的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本实用新型的技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高压断路器机械特性状态在线监测系统，其特征在于：包括若干设置在高压断路器端的数据采集单元、监控执行单元和远程服务器：

所述数据采集单元包括电流传感器、电压传感器、位移传感器和带有高速高精度模拟量、数字量输入和输出功能的电路控制板，所述电流传感器、电压传感器、位移传感器与所述电路控制板连接；

所述监控执行单元包括数据存储模块、显示终端、FPGA处理器和通讯模块，所述电路控制板与所述FPGA处理器连接，所述FPGA处理器同时与数据存储模块、显示终端、通讯模块连接；

所述若干监控执行单元通过所述通讯模块与远程服务器连接。

2.根据权利要求1所述的高压断路器机械特性状态在线监测系统，其特征是：所述电流传感器、电压传感器、位移传感器设置在高压断路器的每相线路中。

3.根据权利要求2所述的高压断路器机械特性状态在线监测系统，其特征是：所述电流传感器为安装在开关执行机构的线圈侧的驱动信号电流互感器。

4.根据权利要求3所述的高压断路器机械特性状态在线监测系统，其特征是：所述电压传感器为安装在开关的站端侧和线路侧的电压互感器。

5.根据权利要求4所述的高压断路器机械特性状态在线监测系统，其特征是：所述位移传感器为安装在开关上的开关行程信号传感器。

6.根据权利要求5所述的高压断路器机械特性状态在线监测系统，其特征是：所述通讯模块为基于Internet的以太通讯网络或基于无线信号传输的移动通讯网络。

7.根据权利要求6所述的高压断路器机械特性状态在线监测系统，其特征是：所述显示终端为LED显示屏或LED显示屏。

8.根据权利要求7所述的高压断路器机械特性状态在线监测系统，其特征是：所述电流传感器还包括设置在储能电机的驱动信号电流互感器。