CN207442532U - 一种应用于断路器的环网式监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于断路器应用技术领域，具体公开了一种应用于断路器的环网式监测系统，包括相配合使用的远程监控设备、辅助监控结构、多个环网监控结构，及与多个环网监控结构相配合使用的三相分合闸辅助接点、三相分合闸线圈传感器、三相储能电流传感器、三相穿心式CT传感器、三相振动传感器、三相行程传感器、三相温湿度传感器。本实用新型有益效果在于：采用环网数据传输结构，实时在线监测断路器的运行状态，建立标准的断路器监测模型和完整的专家诊断系统，对采集到的数据进行分析诊断，同时通过以太网把数据传送到数据服务器，实现快速而又精准的对断路器的问题进行定位，为运行调度和检修人员提供快速、准确的信息，推动智能电网升级改造。

Description

一种应用于断路器的环网式监测系统

技术领域

本实用新型属于断路器应用技术领域，具体涉及一种应用于断路器的环网式监测系统。

背景技术

随着我国电力行业的快速发展，变电站自动化技术取得了很大进步，但在反映电气设备健康状况的状态监测方面还有所欠缺，不能做到真正意义上的无人值守。变电站中断路器是机械和电气动作频繁的设备，运行过程中易发生故障，易引起电网事故，从而造成较大的经济损失，因此，断路器的在线状态监测技术是实现变电站无人值守的关键的技术。

高压断路器是电力系统一次设备中检修维护工作量最大的设备，有关统计表明，一半以上的变电站维护费用是花在开关上，而其中 60％以上又是用于断路器的小修和例行检修上。以往断路器的维修，多采用定期进行预防性检修，不论设备运行状态、受损情况如何，都要定期对设备进行检修。在大多数情况下，以时间为基础的预防性定期维护是不经济的，许多断路器的故障率并不因为周期性检修而降低，而且有些被检修后断路器的可靠性又常常因人为因素的干预而降低；每台断路器的实际故障情况不能预示，以至以时间为基础的预防性定期维护并不能及时有效地排除故障。针对断路器是连续运行的设备，为保证断路器的运行可靠性，在选择维护周期时，往往比较保守，造成了不必要的浪费。定期维护、检修都会直接影响电力系统的电网稳定运行，经济损失大，而如何能够实时了解断路器的状态，减少过早或不必要的停电试验或检修，做到应修则修，提高电力系统的可靠性和经济性是当前所亟待解决的。

因此，基于上述问题，本实用新型提供一种应用于断路器的环网式监测系统。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种应用于断路器的环网式监测系统，其通过多个监控单元实现对断路器工作状态参数进行实时监控并将断路器工作状态参数参数至远程监控中心上位机对断路器进行管控，提高管控效率且有效保证断路器使用工作状态安全，同时采用环网结构，保证数据传输的及时性、精准性，实现了对断路器的高效、持续监控。

技术方案：本实用新型提供一种应用于断路器的环网式监测系统，包括远程监控设备，及与远程监控设备相配合使用的若干个辅助监控结构，及与若干个辅助监控结构相配合使用的若干个第一监控结构、若干个第二监控结构、若干个第三监控结构、若干个第四监控结构、若干个第五监控结构、若干个第六监控结构、若干个第七监控结构，及分别与若干个第一监控结构、若干个第二监控结构、若干个第三监控结构、若干个第四监控结构、若干个第五监控结构、若干个第六监控结构、若干个第七监控结构相配合使用的三相相分合闸辅助接点、三相分合闸线圈传感器、三相储能电流传感器、三相穿心式CT传感器、三相振动传感器、三相行程传感器、三相温湿度传感器；所述若干个辅助监控结构、若干个第一监控结构、若干个第二监控结构、若干个第三监控结构、若干个第四监控结构、若干个第五监控结构、若干个第六监控结构、若干个第七监控结构分别构成环网结构且分别由信号处理模块，及分别与信号处理模块连接的A/D转换电路、信号放大电路、信号编译电路、存储器、输入/输出接口电路和输出电路组成。

本技术方案的，所述若干个辅助监控结构，还包括与输出电路连接的显示屏，及与输入/输出接口电路连接的声光报警模块、数据传输模块，其中，显示屏采用LED或LCD液晶显示器，声光报警模块由频闪灯、喇叭组成。

本技术方案的，所述信号处理模块采用ARM 内核嵌入式工业控制CPU。

本技术方案的，所述应用于断路器的环网式监测系统，还包括与若干个信号处理模块连接的定位模块，其中，定位模块采用GPS或GPRS，用于分别定位若干个辅助监控结构、若干个第一监控结构、若干个第二监控结构、若干个第三监控结构、若干个第四监控结构、若干个第五监控结构、若干个第六监控结构、若干个第七监控结构的位置。

本技术方案的，所述应用于断路器的环网式监测系统，还包括分别与三相分合闸辅助接点、三相分合闸线圈传感器、三相储能电流传感器、三相穿心式CT传感器、三相振动传感器、三相行程传感器、三相温湿度传感器相配合使用的若干个开关监控组件，其中，开关监控组件由合并单元模块、系统测控模块、继电保护模块、计量模块和开关控制模块组成。

与现有技术相比，本实用新型一种应用于断路器的环网式监测系统的有益效果在于：1、结构设计合理，不影响、不改变断路器本身结构及特性，数据传输的环网结构设计，保证监控数据传输的及时性、精准性，提高监控效率；2、液晶显示屏实时显示断路器的运行状态，实时显示获取断路器参数及曲线，便于检修工作人员进行维护、检测；3、有效的对断路器分合闸线圈进行实时监测幷起保护作用，当线圈电流异常时进行报警，采用穿心式霍尔传感器采集电流信号，不影响断路器原有操作；对断路器触头的位移行程进行监测，当位移变化量超过标准值范围时自行报警，大幅提高供电的可靠性，同时带标准的 RS485 通信接口，根据需要可将设备状态上传至远程监控设备，便于远方监测断路器状态；4、实现定期计划检修向状态检修的转变，实时掌握设备特性状态，按需维修，避免设备过度维修和带故障运行；5、实现对断路器带电运行状态和停运状态两种模式的监测。

附图说明

图1是本实用新型的一种应用于断路器的环网式监测系统的结构示意图；

图2是本实用新型的一种应用于断路器的环网式监测系统的辅助监控结构或第一监控结构或第二监控结构或第三监控结构或第四监控结构或第五监控结构或第六监控结构或第七监控结构的部分组成模块工作流程结构示意图；

图3是本实用新型的一种应用于断路器的环网式监测系统的开关监控组件组成结构示意图；

其中，图中序号标注如下：1-远程监控设备、2-辅助监控结构、3-第一监控结构、4-第二监控结构、5-第三监控结构、6-第四监控结构、7-第五监控结构、8-第六监控结构、9-第七监控结构、10-三相相分合闸辅助接点、11-三相分合闸线圈传感器、12-三相储能电流传感器、13-三相穿心式CT传感器、14-三相振动传感器、15-三相行程传感器、16-三相温湿度传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型。

如图1、图2和图3所示的一种应用于断路器的环网式监测系统，包括远程监控设备1，及与远程监控设备1相配合使用的若干个辅助监控结构2，及与若干个辅助监控结构2相配合使用的若干个第一监控结构3、若干个第二监控结构4、若干个第三监控结构5、若干个第四监控结构6、若干个第五监控结构7、若干个第六监控结构8、若干个第七监控结构9，及分别与若干个第一监控结构3、若干个第二监控结构4、若干个第三监控结构5、若干个第四监控结构6、若干个第五监控结构7、若干个第六监控结构8、若干个第七监控结构9相配合使用的三相相分合闸辅助接点10、三相分合闸线圈传感器11、三相储能电流传感器12、三相穿心式CT传感器13、三相振动传感器14、三相行程传感器15、三相温湿度传感器16（其中，上述的三相分别指A相、B相、C相）；若干个辅助监控结构2、若干个第一监控结构3、若干个第二监控结构4、若干个第三监控结构5、若干个第四监控结构6、若干个第五监控结构7、若干个第六监控结构8、若干个第七监控结构9分别构成环网结构且分别由信号处理模块，及分别与信号处理模块连接的A/D转换电路、信号放大电路、信号编译电路、存储器、输入/输出接口电路和输出电路组成。

进一步优选的，及若干个辅助监控结构2，还包括与输出电路连接的显示屏，及与输入/输出接口电路连接的声光报警模块、数据传输模块，其中，显示屏采用LED或LCD液晶显示器，声光报警模块由频闪灯、喇叭组成；及信号处理模块采用ARM 内核嵌入式工业控制CPU；及应用于断路器的环网式监测系统，还包括与若干个信号处理模块连接的定位模块，其中，定位模块采用GPS或GPRS，用于分别定位若干个辅助监控结构2、若干个第一监控结构3、若干个第二监控结构4、若干个第三监控结构5、若干个第四监控结构6、若干个第五监控结构7、若干个第六监控结构8、若干个第七监控结构9的位置；及应用于断路器的环网式监测系统，还包括分别与三相相分合闸辅助接点10、三相分合闸线圈传感器11、三相储能电流传感器12、三相穿心式CT传感器13、三相振动传感器14、三相行程传感器15、三相温湿度传感器16相配合使用的若干个开关监控组件，其中，开关监控组件由合并单元模块、系统测控模块、继电保护模块、计量模块和开关控制模块组成。

其中，应用于断路器的环网式监测系统，还包括SF6压力监控模块和避雷器状态监控模块（记录全泄漏电流、阻性电流和雷击次数，通过带有变送装置的传感器把避雷器状态引入系统进行监测），监测SF6气体的密度，微水、温度、压力、露点，检测是否有气体泄露或者压力变小，通过带有变送装置的传感器把断路器的SF6的状态引入系统进行监测。

本系统的环网式监测系统，为了达到集中管理目的，通过网络平台实现远程的集中管理和监测，所有相关设备或者信息都可以通过网络实现信息的交互，为以后相关新设备状态的监测搭建了一个完整的平台，对于管理人员来说，通过该平台也能实现更多的有效管理；系统支持IEC61850规约，并能通过9-2标准实现从合并单元获取一次回路电流；系统通信单元支持100Base-FX接口和100Base-TX接口；捕捉设备动作时的环境和实时数据，并对采集到的数据进行分析诊断，为发生故障的部位和原因提供科学依据。

下表为环网式监测系统性能指标，

下表为环网式监测系统运行环境及标准，

下表为开关监控组件内监测功能组常用IED技术要求，监测参量表，

主IED，监测功能组设一个主IED，监测功能组中可以包括局放监测IED、机械特性监测IED、SF6气体密度监测IED等，具体监测项目根据用户要求确定。主IED承担所有监测IED监测结果的综合分析，并与相关系统进行信息互动。主IED及各监测IED的组成（见图3）。

局放监测IED，传感器的安装要求一般采用UHF传感器，分内置和外置两种。内置式传感器安装数量及安装位置在高压开关设备设计制造时确定，并在本体适当位置植入，内置式传感器应满足高压开关设备对其密封性、绝缘性要求，并在出厂时同高压开关一起完成出厂各项相关试验。对新投运的高压开关设备，应安装内置式特高频(UHF)传感器。外置式传感器安装在高压开关本体外的合适位置，不能影响高压开关设备的绝缘性能并兼顾美观性要求，且便于现场维护。传感器外壳喷涂颜色和GIS外壳颜色一致，上面应有明显的设备安全标识（符合GB 2894中相关规定），所有金属裸露部分应有防锈蚀措施，满足户外使用的防雨、防尘等可靠性要求，传感器外部接线应符合现场对其布线要求。对已投运的高压开关设备，一般可安装外置式超高频传感器。如在设备检修时有条件进行内置超高频传感器安装改造的GIS，在不影响设备绝缘性、密封性要求的前提下也可加装内置式超高频传感器。

下表为局放监测IED技术指标和要求，

序号	测量方法	测量范围	检定方法
				1	UHF（外置）	50pC～1000pC	试验室模拟检测
2	UHF（内置）	100pC～1000pC	试验室模拟检测

评估分析要求，局放监测IED对各传感器的局部放电信号进行采样，每次采样长度应不少于５０个工频周期，最短监测周期不大于1小时，监测周期可调。

局放监测IED对局部放电特征信息进行分析，至少包含：最大放电量、放电相位（如可能）、单位时间放电次数。局放监测IED应具备自评估功能，每隔6小时以如下报文格式“唯一性标识、故障部位、故障模式（内部放电类型）、风险程度（用百分数表示）”通过过程层网络向主IED报告一次自评估结果，风险程度每增大2%增加报文一次，直至达到最短监测周期。局放监测IED中能保存一年以上的特征信息和24小时的实时数据，采用掉电非易失存储技术。在必要时，可通过站控层网路通过主IED调用存储的特征信息和实时数据。

断路器机械特性监测IED，传感器的安装要求机械特性监测可包括分、合闸线圈电流波形、行程曲线、储能状态等，涉及传感器比较多。分、合闸线圈电流波形由小电流传感器以穿心方式从分、合闸控制回路取样，传感器应紧固于合适的位置；行程曲线由位移传感器取样，位移传感器应紧固于操动机构的某一合适位置，确保不影响操动机构的机械运动；储能状态的监测包括储能电机的电流和电压，其中电流由小电流传感器以穿心方式从储能电机电源回路取样，电压可由分压器取样，确保电流和电压传感器不影响储能电机的安全运行。

技术指标见下表，采用事件驱动监测技术，数据存储采用掉电非易失存储技术至少存储一年以上的监测数据，必要时可通过站控层网路经由主IED调用历史监测数据。

断路器机械特性监测项目技术要求，

评估分析要求，断路器机械特性监测IED根据所测分合闸电流波形、行程曲线、储能状态等综合分析断路器操动机构的工作状态。一般采用指纹分析技术，当与原始指纹相比发生明显改变时，视为可靠性下降或存在缺陷，按照 “唯一性标识、故障部位、故障模式、风险程度（用百分数表示）”的报文格式通过过程层网络向主IED报告自评估结果。

气体密度、水分监测IED，传感器的安装要求，SF6密度和水分通过密度传感器和湿度传感器监测。密度传感器和湿度传感器安装在本体外壳并通过导管和气室连通。传感器应满足高压开关设备对其密封性、绝缘性要求，并在出厂时同高压开关一起完成出厂各项相关试验。技术指标及要求SF6密度测量的准确级应为2.5级；水分测量的不确定度应不大于10ppm。最小监测周期应不大于2小时，监测周期可调。采用掉电非易失存储技术至少存储一年以上的监测数据，必要时，可通过站控层网路经由主IED调用历史监测数据。

评估分析要求，气体密度和水分监测IED根据所测气室的气体密度和水分综合分析气室的密封状态和绝缘受潮风险，根据相关标准或制造商积累的经验，按照 “唯一性标识、故障部位、故障模式、风险程度（用百分数表示）”的报文格式通过过程层网络向主IED报告自评估结果。

合并单元模块：采集本间隔各类CT、PT信号，并将合并信息传至过程层网络或/和继电保护装置；系统测控模块：接收本间隔合并单元采样值，并将处理结果传送至站控层网络；计量模块：从过程层网络上接收所需电压、电流信息，对电能量进行计算，将结果传送至站控层网络。

如图3所示，开关监控组件还包括过程层网络通信和站控层网络通信，遵循DL/T860（IEC61850）通信协议。开关监控组件内所有IED都应接入过程层网络，同时需要与站控层网络有信息交互需要的IED，还应接入站控层网络，如监测功能组的主IED、非电量保护装置IED（如集成）等。根据实际情况，开关监控组件内可以有不同的交换机配置方案，应采用优先级设置、流量控制、VLAN划分等技术优化过程层网络通信，可靠、经济地满足智能组件过程层及站控层的网络通信要求。网络通信应满足以下技术要求：GOOSE信息处理时延应满足站内各种情况下最大不超过4ms。GOOSE用于传输模拟量时，应支持死区配置。装置光通信接口输出最低功率应为-22.5dbm，裕度应在10dbm以上；输入最低功率应为-30dbm，裕度应为10dbm。开关监控组件对外通信接口至少应支持100Mbit/s。开关监控组件对外通信接口应采用光纤接口，宜采用ST接口。快速以太网接口支持100Mbit/s或1000Mbit/s,可选择（SC/ST/FC）类型端口模块。

本结构的应用于断路器的环网式监测系统所监测各项目的目的体现为，1、合闸时间位移曲线：可以准确反映断路器动触头合闸特性，并可以与由标准曲线生成的包络线对照；2、断路器超行程：确保刚分速度和分闸速度，确保触头压力符合产品要求；3、断路器合闸时间：合闸时间的变化反映出机构的灵活性及机构磨损信息；4、断路器合闸平均速度：合闸平均速度反映着机构灵活性，同时通过平均速度可以发现合闸能量的变化，如果是弹簧机构，则可能是因为合闸弹簧的刚度降低造成；5、断路器刚合速度：可以精确计算出断路器在刚合瞬间的合闸速度，刚合速度过低，在关合短路故障时容易发生触头熔焊；6、分闸时间位移曲线：可以准确反映断路器动触头分闸特性，并可以与由标准曲线生成的包络线对照；7、断路器触头开距：断路器开距过小影响真空断口绝缘水平，也有可能造成断路器短路开断后的重燃，开距过大会影响真空灭弧室波纹管伸缩长度，从而降低真空灭弧室寿命；8、断路器分闸时间：分闸时间的变化反映出机构的灵活性及机构磨损信息；9、断路器分闸平均速度：平均分闸速度反映出断路器在分闸过程中受力情况是否正常，平均速度过高，对断路器的机构强度以及操作振动问题将会比较突出，平均速度过低则会影响开断电流，因此要将平均速度调至合理的范围；10、断路器刚分速度：刚分速度是断路器能否成功开断短路电流最关键数据，刚分速度达不到要求会导致短路开断时燃弧时间过长，触头烧蚀加剧；11、断路器分闸线圈电流曲线：机构卡涩，开关分、合不到位，分、合闸铁芯卡死或机构转轴生锈，都将造成线圈烧毁，这些故障都可以从线圈电流上反映出来；12、断路器合闸线圈电流曲线：机构卡涩，开关分、合不到位，分、合闸铁芯卡死或机构转轴生锈，都将造成线圈烧毁，这些故障都可以从线圈电流上反映出来，最终检修人员可根据所测量的上述参数了解断路器的运行状态，掌握断路器的运行参数，从而进行检修计划的制定和调整。

本结构的应用于断路器的环网式监测系统，1、动作参数准确报告，对断路器的行程、平均速度、刚分、刚合速度、储能状态、分合闸线圈电流、分合闸次数、三项同期性等参数准确检测；2、强大数据支持功能，对断路器机械动作的全信息任意读取，为特性分析提供强大的数据支持，可以任意读取曲线上的电流、行程、时间、速度等参数值，更可以对断路器运行曲线灵活分析，对于专业管理人员可以自定义多项参数，系统能够自动得到这些条件下结果，该项功能为运行、生产、科研人员提供良好的分析手段和技术支持，系统至少能保存最近64次动作波形，以便在必要时可通过站控层网络由主IED调用历史监测信息。能智能连续记录不同长度的动作波形长度，可以记录超长波形，具有极强的抗干扰能力，确保数据记录的完整性；3、机械特性强大分析，通过数据分析得到分合闸时间、分合闸速度、过冲、三相不同期、弹跳、分合闸次数等，通过对曲线（行程-时间曲线、操作线圈电流曲线）的全面对比分析，结合出厂标准曲线（断路器出厂时通过机械特性试验获得），对高压断路器运行的状态进行了实时的监测和评估，判断机械状态的变化以及发展趋势（包括行程状态、时间发展、速度变化、拒动、偷跳等可能出现情况的判断），根据主回路电流以及行程曲线分析得到燃弧时间和电寿命，通过对储能电机电流波形的变化以及频率分析出储能电机的工作状态，包括储能电机启动电流、操作电流、运行时间，统计储能电机的启动次数/24h、累计工作时间/24h等，结合断口位置以及各种曲线，定性分析触头的磨损量。

本结构的应用于断路器的环网式监测系统，采用先进的通讯、微处理器、传感器、数据库管理等技术对运行中断路器的机械特性等进行长期连续监视，实时在线监测断路器的运行状态，通过提取断路器机械运动参数和气体状态，建立标准的断路器监测模型和完整的专家诊断系统，对采集到的数据进行分析诊断，对每一个波形数据提供完美的评价体系等。同时，利用IEC61850协议，通过以太网把数据传送到数据服务器，实现本地数字化、远程网络化、监测与预警自动化，快速而又精准的对断路器的问题进行定位，为运行调度和检修人员提供快速、准确的信息，推动智能电网升级改造。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种应用于断路器的环网式监测系统，其特征在于：包括远程监控设备（1），及与远程监控设备（1）相配合使用的若干个辅助监控结构（2），及与若干个辅助监控结构（2）相配合使用的若干个第一监控结构（3）、若干个第二监控结构（4）、若干个第三监控结构（5）、若干个第四监控结构（6）、若干个第五监控结构（7）、若干个第六监控结构（8）、若干个第七监控结构（9），及分别与若干个第一监控结构（3）、若干个第二监控结构（4）、若干个第三监控结构（5）、若干个第四监控结构（6）、若干个第五监控结构（7）、若干个第六监控结构（8）、若干个第七监控结构（9）相配合使用的三相相分合闸辅助接点（10）、三相分合闸线圈传感器（11）、三相储能电流传感器（12）、三相穿心式CT传感器（13）、三相振动传感器（14）、三相行程传感器（15）、三相温湿度传感器（16）；所述若干个辅助监控结构（2）、若干个第一监控结构（3）、若干个第二监控结构（4）、若干个第三监控结构（5）、若干个第四监控结构（6）、若干个第五监控结构（7）、若干个第六监控结构（8）、若干个第七监控结构（9）分别构成环网结构且分别由信号处理模块，及分别与信号处理模块连接的A/D转换电路、信号放大电路、信号编译电路、存储器、输入/输出接口电路和输出电路组成。

2.根据权利要求1所述的一种应用于断路器的环网式监测系统，其特征在于：所述若干个辅助监控结构（2），还包括与输出电路连接的显示屏，及与输入/输出接口电路连接的声光报警模块、数据传输模块，其中，显示屏采用LED或LCD液晶显示器，声光报警模块由频闪灯、喇叭组成。

3.根据权利要求1或2所述的一种应用于断路器的环网式监测系统，其特征在于：所述信号处理模块采用ARM 内核嵌入式工业控制CPU。

4.根据权利要求1所述的一种应用于断路器的环网式监测系统，其特征在于：所述应用于断路器的环网式监测系统，还包括与若干个信号处理模块连接的定位模块，其中，定位模块采用GPS或GPRS，用于分别定位若干个辅助监控结构（2）、若干个第一监控结构（3）、若干个第二监控结构（4）、若干个第三监控结构（5）、若干个第四监控结构（6）、若干个第五监控结构（7）、若干个第六监控结构（8）、若干个第七监控结构（9）的位置。

5.根据权利要求4所述的一种应用于断路器的环网式监测系统，其特征在于：所述应用于断路器的环网式监测系统，还包括分别与三相相分合闸辅助接点（10）、三相分合闸线圈传感器（11）、三相储能电流传感器（12）、三相穿心式CT传感器（13）、三相振动传感器（14）、三相行程传感器（15）、三相温湿度传感器（16）相配合使用的若干个开关监控组件，其中，开关监控组件由合并单元模块、系统测控模块、继电保护模块、计量模块和开关控制模块组成。