CN207148285U - 一种开关设备智能检测终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开关设备智能检测终端，包括传感器单元、模拟信号调理电路、DSP芯片、电源模块、JTAG接口、时钟模块、无线通讯模块、液晶显示器和存储器，所述传感器单元包括直线位移传感器、振动传感器、霍尔电流传感器和温度传感器；所述传感器单元、模拟信号调理电路和DSP芯片依次相连；所述电源模块分别与所述模拟信号调理电路和DSP芯片相连；所述JTAG接口、时钟模块、无线通讯模块、液晶显示器和存储器分别与所述DSP芯片相连。本实用新型的开关设备智能检测终端，能够实现开关设备分合闸线圈的行程和速度检测、分合闸线圈电流的检测和操作过程中振动信号的检测，为实现开关设备缺陷智能检测提供基础数据。

Description

一种开关设备智能检测终端

技术领域

本实用新型涉及一种开关设备智能检测终端。

背景技术

与变压器、发电机相比，高压开关设备在线监测技术起步较晚。从某种意义上讲“GIS技术”和“状态检修”的概念促进了开关设备在线监测技术的发展。但直到90年代以后开关设备特别是高压断路器在线监测技术才逐渐发展起来，这主要是因为现在的电力系统事故已经不在单纯以其对电力系统的危害来衡量它造成的经济损失。

随着半导体技术和各种新型监测技术的飞速发展，为开关设备的在线监测创造了条件。一些先进国家从20世纪90年代开始进入以机械状态监测为基础的预知维修时代，该技术应用与研究发展很快，已积累大量数据经验，形成了较成熟的方法并已生产一些功能较齐全，抗干扰性能较高的产品。2000年，ALSTOM公司研制出了较为先进的CBWatch-1系统，该系统可准确监测SF6断路器压力值并预测压力变化，给出低压报警信号，并已应用于美国Grizzly变电站。具有代表性的还有美国CEI公司生产的SF6系列断路器监测系统可以在线监测灭弧室内SF6气体压力和温度，并能在线计算其密度，监测断路器内加热器、操作电流及分合闸线圈工作状况，预测灭弧室介质泄露趋势及其他故障。

此外，美国学者率先给出断路器寿命与开断电流的关系，提出“灭弧触头电寿命”的概念，“全工况跳合闸回路完整性监视”的概念也是同期提出的，此时的研究工作主要是围绕着断路器状态检修进行的。近些年随着研究的深入，各国先后都生产了自己的高压断路器在线监测装置，不过都存在检测结果的适应性和部分项目的检测手段仍然很不理想。

国内单位对现场断路器机械特性测试主要包括分、合闸的速度、时间、同期，分合闸线圈电流波形，速度行程曲线等，其中应用分合闸线圈电流波形来判断断路器缺陷的情况较少，且缺乏理论分析和缺陷类型的判断。在对断路器动作特性进行测试时，关注点多在断路器分、合闸时间、同期、行程特性曲线等项目，对于分、合闸线圈电流波形的关注和利用较少。

从以上国内外发展情况的总体来看，多数监测系统的没有很好的将诊断技术和监测技术结合起来，分析诊断也仅限于超标报警，具体详细的分析诊断基本上由试验人员完成。故此今后在线监测技术的发展趋势应是提高监视系统的可靠性和灵敏度，在不断积累监测数据和诊断经验的基础上发展人工智能技术，建立人工神经网和专家系统，逐步实现诊断自动化。

分合闸线圈是高压开关设备操动机构中的重要元件，作为开关设备操作的一级控制单元，其结构一般为螺管电磁铁。当分合闸线圈中通过电流时产生磁通，线圈内部的铁心受磁力吸动，从而控制断路器完成分闸或合闸操作。线圈电流随时间而变化，该电流波形反映了分合闸线圈本身以及所控制的机构在操作过程中的工作情况，包含了大量可作为诊断机械故障用的信息。

实验室和现场检测经验表明，分合闸线圈电流波形具有良好的重复性。通过对分合闸线圈电流的监测，可计算操动机构的启动时间、铁心运动时间、线圈需要的通电时间等，同时结合开关设备自身的参数范围，可判断开关设备的铁心行程、铁心卡滞、线圈状态(如是否存在匝间短路)以及操作机构的机构动作状况。

开关设备分合闸线圈的电流中含有丰富的信息可作为诊断机械故障的依据，它可以反映的状态有铁心行程、铁心卡滞等。通过对分、合闸操作线圈动作电流的监测，可以了解断路器二次控制回路的工作情况及机械操动机构状况等，为检修提供一个辅助判据。因此，分、合闸线圈的电流是开关设备状态监测的一个重要内容。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种开关设备智能检测终端，能够实现开关设备分合闸线圈行程和速度检测、分合闸线圈电流的检测和操作过程中振动信号的检测，为实现开关设备缺陷智能检测提供基础数据。

实现上述目的的技术方案是：一种开关设备智能检测终端，包括传感器单元、模拟信号调理电路、DSP芯片、电源模块、JTAG接口、时钟模块、无线通讯模块、液晶显示器和存储器，其中：

所述传感器单元包括直线位移传感器、振动传感器、霍尔电流传感器和温度传感器；

所述传感器单元、模拟信号调理电路和DSP芯片依次相连；

所述电源模块分别与所述模拟信号调理电路和DSP芯片相连；

所述JTAG接口、时钟模块、无线通讯模块、液晶显示器和存储器分别与所述DSP芯片相连。

上述的一种开关设备智能检测终端，其中，所述直线位移传感器实时检测开关设备的分合闸线圈直线位移信号，该分合闸线圈直线位移信号经过所述模拟信号调理电路调理后传输给所述DSP芯片；

所述振动传感器实时检测开关设备的分合闸操作过程中的振动信号，该振动信号经过所述模拟信号调理电路调理后传输给所述DSP芯片；

所述霍尔电流传感器实时检测开关设备的分合闸线圈电流信号，该分合闸线圈电流信号经过所述模拟信号调理电路调理后传输给所述DSP芯片；

所述温度传感器实时检测开关设备的合分闸线圈触头温度信号，该合分闸线圈触头温度信号经过所述模拟信号调理电路调理后传输给所述DSP芯片；

所述DSP芯片对接收的各种信号进行分析、变换和滤波处理后得到相应的分合闸线圈直线位移数据、振动数据、分合闸线圈电流数据和合分闸线圈触头温度数据，各数据通过所述无线通讯模块传给上位机；

所述时钟模块用于为所述DSP芯片提供时间基准；

所述液晶显示器用于显示开关设备的分合闸线圈直线位移数据、振动数据、分合闸线圈电流数据和合分闸线圈触头温度数据；

所述存储器用于存储分合闸线圈直线位移数据、振动数据、分合闸线圈电流数据和合分闸线圈触头温度数据；

所述电源模块分别为所述模拟信号调理电路和DSP芯片供电。

上述的一种开关设备智能检测终端，其中，所述振动传感器选用带永磁吸盘型集成加速度传感器，测量开关设备的分合闸操作过程中从直流到2kHz的振动量。

上述的一种开关设备智能检测终端，其中，所述无线通讯模块采用ZigBee无线组网通信。

本实用新型的开关设备智能检测终端，能够实现开关设备分合闸线圈的行程和速度检测、分合闸线圈电流的检测和操作过程中振动信号的检测，为实现开关设备缺陷智能检测提供基础数据。

附图说明

图1为本实用新型的开关设备智能检测终端的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：

请参阅图1，本实用新型的最佳实施例，一种开关设备智能检测终端，包括传感器单元11、模拟信号调理电路12、DSP芯片13、电源模块14、JTAG接口15、时钟模块16、无线通讯模块17、液晶显示器18和存储器19。

传感器单元11包括直线位移传感器111、振动传感器112、霍尔电流传感器113和温度传感器114；传感器单元11、模拟信号调理电路12和DSP芯片13依次相连；电源模块14分别与模拟信号调理电路12和DSP芯片13相连；JTAG接口15、时钟模块16、无线通讯模块17、液晶显示器18和存储器19分别与DSP芯片13相连。

振动传感器112选用带永磁吸盘型集成加速度传感器，装撤灵活方便，可以测量开关设备的分合闸操作过程中从直流到2kHz的振动量。

机械振动信号是一个丰富的信息载体，包含有大量的设备状态信息，它由一系列瞬态波形构成，每一个瞬态波形都是断路器操作期间内部“事件”的反映。振动信号是对设备内部多种激励源的响应，对开关设备如断路器而言，激励源包括合分闸电磁铁、储能机构、脱扣机构、四连杆机构等内部构件的运动。断路器机械状态的改变，将导致振动信号的变化。通过适当的检测手段和信号处理方法，可以识别振动的激励源，从而找出故障源——这是利用振动信号作为故障诊断依据的理论基础。

断路器在合、分闸过程中，机构零部件之间每次碰撞或摩擦会引起机械振动。断路器的铁、铜结构是振动信号的良导体，对于同一台断路器虽然多次操作，只要是在其相同部位测得的振动波形，具有良好的重复性。同样，通过多次实测记录表明，不同型号不同品牌断路器操作机构的振动信号具有其独特性；而在不同时间测得的同一台断路器或相同类型的断路器其对应的振动信号具有相似性。但同一台断路器测点部位的变化或断路器大修前后，其固有的振动特性会有较小的变化。为此，合理选择相同类型断路器的相同测点部位是振动检测的基本要求，也是事前没有现成的样本库的主要原因。因为测试工作往往不允许打开开关柜柜门放置振动传感器，所以其合适部位的选择尤为重要。带永磁吸盘型集成加速度传感器只需要吸附在开关柜上即可，装撤灵活方便。

无线通讯模块17采用ZigBee无线组网通信，DSP芯片13通过Zigbee无线组网通信方式将各种数据上传至上位机即后台监控系统。

本实用新型的一种开关设备智能检测终端，在使用时，各传感器与待检测的开关设备相连，开关设备智能检测终端通过Zigbee无线组网通信方式与后台监控系统进行通信，其工作原理为：

(1)直线位移传感器111实时检测开关设备的分合闸线圈直线位移信号，该分合闸线圈直线位移信号经过模拟信号调理电路12调理后传输给DSP芯片13；

(2)振动传感器112实时检测开关设备的分合闸操作过程中的振动信号，该振动信号经过模拟信号调理电路12调理后传输给DSP芯片13；

(3)霍尔电流传感器113实时检测开关设备的分合闸线圈电流信号，该分合闸线圈电流信号经过模拟信号调理电路12调理后传输给DSP芯片13；

(4)温度传感器114实时检测开关设备的合分闸线圈触头温度信号，该合分闸线圈触头温度信号经过模拟信号调理电路12调理后传输给DSP芯片13。

(5)DSP芯片13对接收的各种信号进行分析、变换和滤波处理后得到相应的分合闸线圈直线位移数据、振动数据、分合闸线圈电流数据和合分闸线圈触头温度数据，各数据通过无线通讯模块17传给上位机；

(6)时钟模块16用于为DSP芯片13提供时间基准，经过DSP芯片13处理的各种信号转为相应的数据时记录有时间；

(7)液晶显示器18用于显示开关设备的分合闸线圈直线位移数据、振动数据、分合闸线圈电流数据和合分闸线圈触头温度数据；

(8)存储器19用于存储分合闸线圈直线位移数据、振动数据、分合闸线圈电流数据和合分闸线圈触头温度数据；

(9)电源模块14分别为模拟信号调理电路12和DSP芯片13供电。

综上所述，本实用新型的开关设备智能检测终端，能够实现开关设备分合闸线圈的行程和速度检测、分合闸线圈电流的检测和操作过程中振动信号的检测，为实现开关设备缺陷智能检测提供基础数据。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。

Claims (4)

1.一种开关设备智能检测终端，其特征在于，包括传感器单元、模拟信号调理电路、DSP芯片、电源模块、JTAG接口、时钟模块、无线通讯模块、液晶显示器和存储器，其中：

所述传感器单元包括直线位移传感器、振动传感器、霍尔电流传感器和温度传感器；

所述传感器单元、模拟信号调理电路和DSP芯片依次相连；

所述电源模块分别与所述模拟信号调理电路和DSP芯片相连；

所述JTAG接口、时钟模块、无线通讯模块、液晶显示器和存储器分别与所述DSP芯片相连。

2.根据权利要求1所述的一种开关设备智能检测终端，其特征在于，所述直线位移传感器实时检测开关设备的分合闸线圈直线位移信号，该分合闸线圈直线位移信号经过所述模拟信号调理电路调理后传输给所述DSP芯片；

所述振动传感器实时检测开关设备的分合闸操作过程中的振动信号，该振动信号经过所述模拟信号调理电路调理后传输给所述DSP芯片；

所述霍尔电流传感器实时检测开关设备的分合闸线圈电流信号，该分合闸线圈电流信号经过所述模拟信号调理电路调理后传输给所述DSP芯片；

所述温度传感器实时检测开关设备的合分闸线圈触头温度信号，该合分闸线圈触头温度信号经过所述模拟信号调理电路调理后传输给所述DSP芯片；

所述DSP芯片对接收的各种信号进行分析、变换和滤波处理后得到相应的分合闸线圈直线位移数据、振动数据、分合闸线圈电流数据和合分闸线圈触头温度数据，各数据通过所述无线通讯模块传给上位机；

所述时钟模块用于为所述DSP芯片提供时间基准；

所述液晶显示器用于显示开关设备的分合闸线圈直线位移数据、振动数据、分合闸线圈电流数据和合分闸线圈触头温度数据；

所述存储器用于存储分合闸线圈直线位移数据、振动数据、分合闸线圈电流数据和合分闸线圈触头温度数据；

所述电源模块分别为所述模拟信号调理电路和DSP芯片供电。

3.根据权利要求1所述的一种开关设备智能检测终端，其特征在于，所述振动传感器选用带永磁吸盘型集成加速度传感器，测量开关设备的分合闸操作过程中从直流到2kHz的振动量。

4.根据权利要求1所述的一种开关设备智能检测终端，其特征在于，所述无线通讯模块采用ZigBee无线组网通信。