CN206420949U - 一种开关柜在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种开关柜在线监测装置，包括分别设置在断路器的分闸线圈回路与合闸线圈回路上用于采集电流信号的霍尔传感器；与所述霍尔传感器电连接的信号调理电路，所述信号调理电路通过模数转换芯片与控制器连接，所述控制器控制所述模数转换芯片进行信号采集，所述模数转换芯片将采集数据返回至控制器。本实用新型的开关柜在线监测装置，能提供大量连续的异常数据，避免信息的离散化、碎片化，及早发现偶发性故障征兆，大大提前发现设备故障预警特征，降低故障造成损失。

Description

一种开关柜在线监测装置

技术领域

本实用新型属于开关柜在线监测技术领域，具体涉及一种开关柜在线监测装置，对开关柜进行断路器机构状态监测，以及温度在线监测和局放(局部放电)在线监测。。

背景技术

现有技术中，对开关柜的断路器机械特性的检测，目前主要是在开关柜检修或者倒闸操作时，通过手持设备进行机械特性试验来得到相关状态数据。手持方式不能实时了解断路器的工作状态，如果断路器在长期运行过程中出现了问题，需要等到定期的巡检或者例行检修维护时才能知道，设备运行中机械的性能变坏极有可能无法及时监测到，因而手持式设备对断路器机构故障的判断存在滞后性。目前，针对断路器机构状态检测，尚无有效的带电在线检测手段。

电力设备的绝缘能力是决定电力设备能够安全稳定运行的重要因素。目前高压电力设备数量越来越多,电压等级越来越高，电力设备现场试验方法的不足和投运的电力设备出现的绝缘故障严重威胁着电力系统的安全运行。局部放电(在本申请中有些地方被简称为局放)检测是反映设备绝缘状况的有效手段。电力设备内部的局部放电不仅产生电信号，而且伴随着有声信号和光信号，并导致气体分解。地电波法和超声波法是目前开关柜设备局放测试中应用较广的两种方法。

发电厂、变电站的高压开关柜、母线接头、室外刀闸开关等重要的设备，在长期运行过程中，开关的触点和母线连接等部位因老化或接触电阻过大而发热，如果这些发热部位的温度无法监测，就容易引发事故。据统计，我国每年发生电力事故，40％由高压电气设备过热所致；而在采用高压开关柜和电力电缆的供电系统中有70％以上的电缆运行故障是因为连接部位接触电阻变大、过负荷等引起接头温度过高所致。对高压开关柜连接点的温度变化进行实时监测及预警是非常必要的。常规的测温方式主要有光纤测温、无线有源测温、无线感应测温、红外测温等，而常规测温在开关柜内覆盖面低、便利性差，有的无法做到实时监测，有的甚至会引入新的安全隐患，导致事故停电火灾频发。声表面波测温技术是开关柜实时温度检测技术上的突破，属于高电压设备安全在线监测方面的一项颠覆性技术，是真正安全的无源无线技术。温度在线监测采用声表面波(SAW，Surface Acoustic Wave)技术，声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波。通过采用特殊设计的声表(SAW)谐振器,当有一个固定频率的电波输入到声表谐振器，谐振器输出的电波信号频率会随着谐振器感受到的环境温度的变化而变化，利用它的这个特性，通过采集谐振器的输出频率，就可以换算出谐振器对应的环境温度，达到测量环境温度的目的。因此声表面波测温技术是真正安全的无源无线技术，特别适合在开关柜等高压危险的密闭环境下使用。

实用新型内容

本实用新型的其中一个目的是，提供一种开关柜在线监测装置、至少对开关柜的断路器机械特性进行在线监测。

为实现上述目的，本实用新型采取如下技术方案：

本实用新型的一个优选实施例的开关柜在线监测装置，包括分别设置在断路器的分闸线圈回路与合闸线圈回路上用于采集电流信号的霍尔传感器；与所述霍尔传感器电连接的信号调理电路，所述信号调理电路通过模数转换芯片与控制器连接，所述控制器控制所述模数转换芯片进行信号采集，所述模数转换芯片将采集数据返回至控制器。

一个优选实施例的开关柜在线监测装置，还包括与所述控制器连接的用于存储所采集的数据的存储器。

一个优选实施例的开关柜在线监测装置，还包括局部放电检测模块和设置于开关柜的仪表室侧壁上的局部放电传感器，所述局部放电传感器与局部放电检测模块电连接。

一个优选实施例的开关柜在线监测装置，还包括温度监测模块和设置于开关柜的电缆室或母线室内的声表面波传感器，所述温度监测模块与声表面波传感器电连接。

一个优选实施例的开关柜在线监测装置，还包括温度监测模块和设置于开关柜的电缆室和母线室内的声表面波传感器，所述温度监测模块与声表面波传感器电连接。

作为优选，其中一个开关柜在线监测装置还包括人机接口、通讯接口和USB接口。

一个优选实施例的开关柜在线监测装置，所述控制器为现场可编程门阵列。

本实用新型的开关柜在线监测装置，能提供大量连续的异常数据，避免信息的离散化、碎片化，及早发现偶发性故障征兆，大大提前发现设备故障预警特征，降低故障造成损失。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实用新型的实施例一的开关柜在线监测装置的电路示意图；

图2为本实用新型的实施例二的开关柜在线监测装置的电路示意图；

图3为本实用新型的实施例一和实施例二的开关柜在线监测装置的控制原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的实施例中，控制器采取FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)。控制器还可以采取其他处理器如51单片机、ARM处理器和DSP(数字信号处理器)等。

如图1和图3所示，实施例一的开关柜在线监测装置，包括分别设置在断路器11的分闸线圈回路与合闸线圈回路上用于采集电流信号的霍尔传感器41,42；与所述霍尔传感器41,42电连接的信号调理电路，所述信号调理电路通过模数转换芯片与控制器(FPGA)连接，所述控制器控制所述模数转换芯片进行信号采集，所述模数转换芯片将采集数据返回至控制器。在图1的示意图中，霍尔传感器41接在分闸线圈61的回路中，其中71为常开辅助接点，51为分闸接点，霍尔传感器41用于采集分闸线圈61的电流信号。类似地，霍尔传感器42接在合闸线圈62的回路中，其中72为常闭辅助接点，52为合闸接点，霍尔传感器42用于采集合闸线圈62的电流信号。

如图1和图3所示，将两个霍尔传感器41,42分别闭环接入断路器分闸线圈回路或者合闸线圈回路，霍尔传感器41,42将电流信号通过信号调理电路送给模数转换芯片(ADC)，控制器控制模数转换芯片进行信号采集，模数转换芯片将采集数据返回至控制器，控制器将采集数据缓冲后送给处理器(CPU)进行分析处理，处理器分析判断当前数据是否存在分/合闸动作，如果有分/合闸动作，处理器将保存完整波形数据至存储器(图3中，处理器(CPU)采用ARM芯片)。

如图3所示，本实施例的开关柜在线监测装置还包括人机接口、通讯接口和USB接口，从存储器读取数据。用户可以通过人机接口，例如触摸屏查看动作波形数据及历史数据。此外，保存的波形数据也可以通过通讯接口送至后台进行数据的深入分析。波形数据还可以通过USB接口导入外部的存储设备中。此开关柜在线监测装置对高压断路器操动机构的在线监测，有利于实时了解高压断路器的工作状态、实现机械故障的诊断，尽量提前发现潜在故障，从而为实现状态检修创造了必要的条件，避免了设备故障，减小了事故的发生和发展，降低了设备的故障率，有效提高断路器的可靠性，增强电力系统的安全性、可靠性、经济性。柜内、柜外在线实时监测，捕捉异常状态的连续数据，避免人工检测信息的离散化、碎片化。强大的数据缓存功能，自动实现纵向比较，横向比较分析，不需要人工干预，减少因巡检人员操作差异带来的随机性。

如图2所示，本实用新型的实施例二的开关柜在线监测装置还包括局部放电检测模块和设置于开关柜1的仪表室侧壁上的局部放电传感器91，所述局部放电传感器91与局部放电检测模块电连接。其中的局部放电检测模块可采用现有技术的地电波法或超声波法，此两种方法可参考如下文献：《基于暂态地电波信号的局部放电检测技术研究》，(陈敏，华北电力大学(北京)，2013)，此处不再赘述。

本实用新型的实施例二的开关柜在线监测装置还包括温度监测模块和设置于开关柜1的电缆室12和母线室13内的声表面波传感器81，所述温度监测模块与声表面波传感器81电连接。实施例二的开关柜在线监测装置实现温度在线监测，采用声表面波(SAW，Surface Acoustic Wave)技术，声表面波是沿物体表面传播的一种弹性波。通过采用特殊设计的声表(SAW)谐振器,当有一个固定频率的电波输入到声表谐振器，谐振器输出的电波信号频率会随着谐振器感受到的环境温度的变化而变化，利用它的这个特性，通过采集谐振器的输出频率，就可以换算出谐振器对应的环境温度，达到测量环境温度的目的。因此声表面波测温技术是真正安全的无源无线技术，特别适合在开关柜等高压危险的密闭环境下使用。

关于采取声表面波传感器81进行温度监测的温度监测模块，其结构与工作原理详见文献《基于DSP的声表面波温度测量系统的设计》(作者：何海国；王佳；金晓芬，载《浙江电力》2016年01期),此处不再赘述。本实施例采用声表面波器件，实现真正的无源传感器设计，传感器与采集无线连接，具有突出的安全性、可靠性和可维护性。

此外，如图2所示，实施例二的开关柜在线监测装置，实现了三合一的集成功能，集成了断路器机构在线监测、温度在线监测、局放在线监测功能，可以实现开关柜状态的全方位监测，多维度、多状态量的综合分析评估，克服了单一状态量监测系统的局限性，为科学安排检修计划提供更加准确、有效的支撑，提高开关柜的可用系数和系统供电可靠性，减少用户停电时间。本实用新型的开关柜在线监测装置提供大量连续的异常数据，避免信息的离散化、碎片化，及早发现偶发性故障征兆，大大提前发现设备故障预警特征，降低故障造成损失。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种开关柜在线监测装置，其特征在于，包括分别设置在断路器的分闸线圈回路与合闸线圈回路上用于采集电流信号的霍尔传感器；

与所述霍尔传感器电连接的信号调理电路，所述信号调理电路通过模数转换芯片与控制器连接，所述控制器控制所述模数转换芯片进行信号采集，所述模数转换芯片将采集数据返回至控制器。

2.如权利要求1所述的开关柜在线监测装置，其特征在于，还包括与所述控制器连接的用于存储所采集的数据的存储器。

3.如权利要求1所述的开关柜在线监测装置，其特征在于，还包括局部放电检测模块和设置于开关柜的仪表室侧壁上的局部放电传感器，所述局部放电传感器与局部放电检测模块电连接。

4.如权利要求1或3所述的开关柜在线监测装置，其特征在于，还包括温度监测模块和设置于开关柜的电缆室或母线室内的声表面波传感器，所述温度监测模块与声表面波传感器电连接。

5.如权利要求1或3所述的开关柜在线监测装置，其特征在于，还包括温度监测模块和设置于开关柜的电缆室和母线室内的声表面波传感器，所述温度监测模块与声表面波传感器电连接。

6.如权利要求1所述的开关柜在线监测装置，其特征在于，还包括人机接口、通讯接口和USB接口。

7.如权利要求1所述的开关柜在线监测装置，其特征在于，所述控制器为现场可编程门阵列。