CN209117829U - 隔离开关合/分闸不到位的故障检测装置 - Google Patents

Abstract

隔离开关合/分闸不到位的故障检测装置，包括启动电路模块、行程测量模块、时间测量模块、微处理器模块、结果显示模块、供电电源模块；所述启动电路模块，用于检测到隔离开关异步电机接入电源回路流过电流时，启动装置的其它功能模块实现检测功能；所述行程测量模块，用于测量隔离开关合闸、分闸过程中驱动电机转子的转动圈数；所述时间测量模块，用于测量隔离开关合闸、分闸过程的持续时间；所述微处理器模块，用于根据行程测量结果和时间测量结果，判断隔离开关合/分闸是否到位，所述结果显示模块，用于显示装置的判断结果，并根据检测的故障等级分别用不同的信号状态显示。本实用新型装置能及时发现隔离开关的机械问题，延长设备的使用寿命。

Description

隔离开关合/分闸不到位的故障检测装置

技术领域

本发明属于变电站隔离开关故障检测技术领域，具体是一种隔离开关合/分闸不到位的故障检测装置。

背景技术

隔离开关是变电站内必不可少的重要高压电器设备之一，在无负载情况下进行刀闸切换，以及在被检修设备与带电设备间进行明显的断开点，达到电气隔离的目的。隔离开关一般为三相联动式的，动力源为异步电动机，经过机械齿轮组成的减速装置将力矩传递给主轴，再由连接钢件带动支柱瓷瓶旋转，实现隔离开关的合(分)闸过程。隔离开关的主轴通常称为“垂直连接杆”，连接钢件称为“水平连接杆”，通过铰接结构改变力矩的方向。然而，隔离开关长期暴露在室外日晒雨淋或室内高温等恶劣环境中，尤其是在像沿海地区，空气中盐雾含量较多，随着运行时间的延长，各转动部分和传动部位出现锈蚀等现象。将导致操作力矩增大，机械传动部件强度下降，引发隔离开关合(分)闸不到位，进一步将造成导电回路电阻增大、设备过热、传动机构损坏变形等严重事故，降低了供电可靠性，增加了工作人员的作业量和作业时间。因此，如果能够有效检测隔离开关的机械状态，及时发现合(分)不到位故障，防止延误停送电时间，对提高设备的供电可靠性有着重要意义。

隔离开关接到远方或就地分闸(合闸)命令后，闭合分闸(合闸)控制回路的开关触点，电机得电，实现隔离开关的分(合)动作。合(分)过程中，当垂直连接杆的辅助机构到限位开关，控制回路中开关触点打开，电机失电，完成隔离开关的合(分)动作。因此，仅依靠辅助接点的开合，只能粗略获取隔离开关是否合(分)到位的结果，并且严重依赖辅助接点自身的状况，难以精确衡量隔离开关行程的具体位置。另外，对隔离开关状态检测手段还有红外测温、触头温度在线监测、绝缘子超声波探伤等，多用于检测导电回路发热和支柱绝缘子裂纹，也无法检测隔离开关合(分)闸到位情况。

发明内容

本实用新型提供一种隔离开关合/分闸不到位的故障检测装置，能及时发现隔离开关的机械问题，延长设备的使用寿命。

本实用新型采取的技术方案为：

隔离开关合/分闸不到位的故障检测装置，包括启动电路模块、行程测量模块、时间测量模块、微处理器模块、结果显示模块、供电电源模块；所述启动电路模块、行程测量模块、时间测量模块、结果显示模块分别连接微处理器模块。

所述启动电路模块，用于检测到隔离开关异步电机接入电源回路流过电流时，启动装置的其它功能模块实现检测功能；

所述行程测量模块，用于测量隔离开关合闸、分闸过程中驱动电机转子的转动圈数；

所述时间测量模块，用于测量隔离开关合闸、分闸过程的持续时间；

所述微处理器模块，用于根据行程测量结果和时间测量结果，判断隔离开关合/分闸是否到位，并输出“正常”、“一般”和“重要”三种不同故障等级的结果信号；

所述结果显示模块，用于显示装置的判断结果，并根据检测的故障等级分别用不同的信号状态显示。

所述供电电源模块，用于不同电压等级的直流电源。

隔离开关合/分闸不到位的故障检测装置，包括启动电路模块、行程测量模块、时间测量模块、微处理器模块U6、结果显示模块；所述启动电路模块、行程测量模块、时间测量模块、结果显示模块分别连接微处理器模块U6。

所述启动电路模块包括电流传感器U5、电压比较器U1B，电流输入输出端P4连接电流传感器U5，电流传感器U5连接电压比较器U1B输入端，电压比较器U1B的输出端Vout连接微处理器模块；

所述行程测量模块包括反射式光电传感器、设置在转子轴上的明暗相间的反光条a，反射式光电传感器垂直对准设有反光条a位置的转子轴，反射式光电传感器的发光端部与反光条a平行；

所述时间测量模块包括晶振电路；

所述结果显示模块包括语音提示芯片U3、绿色电源指示灯LG、黄色电源指示灯LY、红色电源指示灯LR；

所述绿色电源指示灯LG、黄色电源指示灯LY、红色电源指示灯LR分别与继电器KR的开关触点、继电器KG的开关触点、继电器KY的开关触点串联；继电器KR、继电器KG、继电器KY分别通过三极管Q1、Q2、Q3连接微处理器模块U6；

所述语音提示芯片U3连接存储器模块U2、扬声器模块LS1。

该装置还包括供电电源模块，所述供电电源模块包括LM7805芯片、AMS1117-3.3转换电源电压芯片，分别用于将24V直流电压转换为5V和3.3V。

在距离反光条a的起始处L长度位置增加了一条反光带。

所述反射式光电传感器采用TCRT5000红外光电传感器。

所述微处理器模块U6采用Atmega32单片机。

本实用新型一种隔离开关合/分闸不到位的故障检测装置，优点在于：

1、测量隔离开关异步电动机转子转动的圈数，作为隔离开关合(分)闸过程的行程指标；测量隔离开关异步电动机运行时间，作为隔离开关合(分)闸过程的时间指标，以此计算隔离开关动触头位置，并检测判断合(分)闸结果是否到位。

2、如果诊断出隔离开关合(分)过程时间异常，根据情况严重等级，装置点亮黄灯或红灯，并发出提示声音，提醒运行人员及时处理，避免事故扩大。

附图说明

图1为本实用新型系统结构示意图。

图2为本实用新型的电流检测模块电路图。

图3为本实用新型的反光条展开示意图。

图4为本实用新型的反光条安装示意图。

图5为本实用新型的脉冲检测电路图。

图6为本实用新型的晶振电路图。

图7为本实用新型的主控制电路图。

图8为本实用新型的结果显示电路图。

图9为本实用新型的语音提示电路图。

图10为本实用新型的直流稳压供电电源模块电路图。

具体实施方式

如图1所示，隔离开关合/分闸不到位的故障检测装置，包括启动电路模块、行程测量模块、时间测量模块、微处理器模块、结果显示模块、供电电源模块；所述启动电路模块、行程测量模块、时间测量模块、结果显示模块分别连接微处理器模块。

启动电路模块：当检测到隔离开关异步电机接入电源回路流过电流时，启动装置的其它功能模块实现检测功能。

行程测量模块：测量隔离开关合闸、分闸过程中驱动电机转子的转动圈数。

时间测量模块：测量隔离开关合闸、分闸过程的持续时间。

微处理器模块：单片机微处理根据行程测量结果和时间测量结果，判断隔离开关合(分)闸是否到位，并输出“正常”、“一般”和“重要”三种不同故障等级的结果信号。

结果显示模块：显示装置的判断结果，并根据检测的故障等级分别用不同的信号状态显示。

供电电源模块：主要为装置提供5V、24V等不同电压等级的直流弱电电源。

(一)、启动电路模块：

通常情况下，变电站隔离开关合闸、分闸等操作频率比较低，为了降低整套装置的工作时间，提高其使用寿命，仅当检测到隔离开关驱动电机电源回路有电流流过时，才启动装置的主要模块。该电路与单片机I/O端口相连，当电机电路接通时，输入至单片机信号为“1”；否则为“0”。

启动电路核心元器件采用由Allegro公司生产的ACS712-5电流传感器，该传感器主要由靠近芯片表面的铜制电流通路和精确的低偏置线性霍尔传感器电路等组成，其铜制电流通路施加的电流能够被集成霍尔元件感应，并转化为成比例的输出电压。具有响应时间快、灵敏度高、低噪声、线性误差小、绝缘电压高等特点。

电路中使用ACS712-5芯片，P4为电流输入输出端，Vout为电压出端，当有电流通过时，Vout会有电压的变化，即输入到比较器LM339正输入端电压会发生变化，当高于负输入端时输出会有跳变，单片机可以检测出隔离开关电机开始工作。图2为电流检测模块电路图。

(二)、行程测量模块：

隔离开关异步电机工作过程中，其转子高速旋转带动减速机构转动。因此，可以测量转子转动圈数N，作为测量隔离开关导电臂运转行程。测量原理为：记录转子在转动过程中，反射式光电传感器接收到的脉冲个数，再转换为转动圈数N。测量器件安装要求为：(1)在转子轴上牢固粘贴一圈明暗相间的反光条a；(2)将反射式光电传感器垂直对准粘贴反光条a位置的转轴，调整安装位置使光电传感器的发光端部与反光条a平行，并使两者间的距离适当。反光条a如图3所示。

隔离开关异步电机转子转轴周长为24L(L的数值可以根据转轴直径D计算得到，满足24L＝3.14×D)。反射式传感器既能够发出红外光，又能够吸收红外光。反光条a的白色区域反光，黑色区域不反光。反射式传感器在吸收红外光与中断的交替过程中产生计数脉冲，根据此脉冲个数M可以折算出转子旋转的圈数W，满足W＝M/4。

为了检测隔离开关的合闸、分闸状态(即转子的正转或者反转状态)，在距离反光条a的起始处L长度(15°)位置增加了一条反光带。如果检测到一个反光带脉冲后间隔二十四分之一周期再次检测到一个反光带脉冲，表明转子正转；反之，转子反转。

配合反光条a使用的反射式光电传感器是基于TCRT5000红外光电传感器制作的测量模块。该模块由一个高发射功率的红外发射二极管和一个高灵敏度的光电晶体红外接收管组成，发射管发出的红外信号经过反射后被接收管收到时，接收二极管的电阻值将发生变化，可表征为电路电压的变化，再经过滤波整形、模数转换后输出。该传感器模块具有可靠性高、灵敏度高、发射接收频率高、响应速度快、功耗低、体积小、安装方便等优点，工作电压为5V，检测距离在1-8mm范围内(焦距为2.5mm)。

图5为脉冲检测电路，通过比较器LM339比较两个输入端的电压大小，当传感器检测到反光时会将其导通接地，比较器的负输入端会高于正输入端，会有低电平的跳变输入单片机从而检测出，滑动变阻器R5可以调节正输入端的输入电压可使电路更易于调节。

(三)、时间测量模块：

晶体振荡器(简称为“晶振”)利用电能和机械能相互转化时产生共振，提供精确、稳定的振荡频率，广泛应用于单片机系统中，可以作为单片机的基本时钟频率。因此可以使用单片机的晶振回路作为时间测量的计数依据。当控制系统检测到启动回路发送信号为“1”时，开始累加计数；直到启动回路发送信号为“0”时，停止计数。假设总共起振次数为N，晶振频率为f，则测量时间为：N/f秒。

晶振电路中使用11.0592MHz晶振，为了更好地实现晶振起振，配置了两个30pF电容，如图6所示。

(四)、控制系统：

控制系统作为隔离开关合(分)闸不到位故障检测装置的核心元器件，实现采集电机转子行程、电机转子运行时间；以此判断隔开开关的运动状态(“合闸”或者“分闸”)，是否存在合(分)闸不到位的故障情况，并输出判断结果；驱动结果显示模块直观地提醒运维人员。

判断依据如下：正常情况下，隔离开关合闸过程电机转子行程为SH,运行时间为TH；隔离开关分闸过程电机转子行程为SF,运行时间为TF。当隔离开关合(分)过程中，控制系统采样计算出电机转子行程为SI，运行时间为TI，判断逻辑如下：

考虑到测量过程存在一定得误差，结合实际经验，上述判断行程裕度为3％。判断时间裕度为1％。

考虑到采样性能和处理速度等因素，控制系统核心器件选用Atmega32单片机，它是基于增强AVR RISC结构的高性能、低功耗8位微控制器，具有32KB的内可编程Flash系统，2K字节可选外部存储空间，共32个可编程I/O，8路10位的ADC采样器件，以及独立振荡器的实时计数器RTC。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，使Atmega32的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，从而可以缓解系统在功耗和处理速度之间的矛盾。

主控电路中S1为复位按键，手工按下后重置重新开始工作。单片机中PB0-PB2连接语音模块，使用三线串口模式控制语音模块；PD2连接检测电路；PD3连接电流装置一旦没有电流时单片机进入休眠状态，如图7所示。

(五)、结果显示模块：

根据控制系统判断出的隔离开关是否合(分)到位的情况，通过I/O口驱动结果显示模块，以不同颜色的指示灯和声音提示运维人员。其中，绿灯表示“正常”级别；黄灯表示“一般”级别，即行程符合要求，运行时间超时；红灯表示“严重”级别，并给出判断依据作为声音提示，内容如下：“合闸行程少，运行时间少”、“合闸行程少，运行时间多”、“分闸行程少，运行时间少”、“分闸行程少，运行时间多”。

结果显示模块用到的指示灯为绿、黄、红三色小型电源指示灯，型号为NXD，供电电源为直流24V，指示灯电路如图8所示。

通过单片机的I/O口分别控制继电器Relay_G、Relay_Y、Relay_R，实现在不同情况下点亮绿、黄、红三种颜色指示灯的功能。继电器的供电电压为5V，当I/O口发出高电平时，NPN三极管导通，继电器将对应的开关触点KG、KY、KR吸合；反之当I/O口发出低电平时，NPN三极管关断，继电器将开关触点KG、KY、KR松开。

结果显示模块用到语音提示芯片WT588D16，是一款功能强大的可重复擦除烧写的语音单片机芯片，具有功能多、音质好、方便操作、性能稳定等优点，尤其是发出的声音音量可调节，能够穿透隔离开关机构的金属箱。WT588D16支持按键控制模式、并口模式、一线串口模式及三线串口模式，该装置中用到三线串口模式实现功能。语音提示电路如图8所示，语音芯片接收单片机的三线信息控制整个模块，25Pxx为spi-flash存储器，语音芯片的工作模式为PWM模式，通过PWM驱动speaker。语音提示电路如图9所示。

(六)、供电电源模块：

变电站隔离开关电机电源为三相交流380V，因此可直接选用其中的单相220V作为装置的供电电源。装置芯片等需用到3.3V、5V电压，指示灯等器件需用到24V电压，经过整流得到。该模块附带稳压功能。

该模块可以将开关电源整流出的24V直流电压，转换为其他模块使用的5V和3.3V，分别用到LM7805芯片和AMS1117-3.3转换电源电压芯片，通过在输入输出端设计电容进行滤波。电路如图10所示。

Claims (6)

1.隔离开关合/分闸不到位的故障检测装置，包括启动电路模块、行程测量模块、时间测量模块、微处理器模块、结果显示模块、供电电源模块；所述启动电路模块、行程测量模块、时间测量模块、结果显示模块分别连接微处理器模块；其特征在于：

所述启动电路模块，用于检测到隔离开关异步电机接入电源回路流过电流时，启动装置的其它功能模块实现检测功能；

所述行程测量模块，用于测量隔离开关合闸、分闸过程中驱动电机转子的转动圈数；

所述时间测量模块，用于测量隔离开关合闸、分闸过程的持续时间；

所述微处理器模块，用于根据行程测量结果和时间测量结果，判断隔离开关合/分闸是否到位，并输出“正常”、“一般”和“重要”三种不同故障等级的结果信号；

所述结果显示模块，用于显示装置的判断结果，并根据检测的故障等级分别用不同的信号状态显示；

所述供电电源模块，用于不同电压等级的直流电源。

2.隔离开关合/分闸不到位的故障检测装置，包括启动电路模块、行程测量模块、时间测量模块、微处理器模块U6、结果显示模块；所述启动电路模块、行程测量模块、时间测量模块、结果显示模块分别连接微处理器模块U6；其特征在于：

所述启动电路模块包括电流传感器U5、电压比较器U1B，电流输入输出端P4连接电流传感器U5，电流传感器U5连接电压比较器U1B输入端，电压比较器U1B的输出端Vout连接微处理器模块；

所述行程测量模块包括反射式光电传感器、设置在转子轴上的明暗相间的反光条（a），反射式光电传感器垂直对准设有反光条（a）位置的转子轴，反射式光电传感器的发光端部与反光条（a）平行；

所述时间测量模块包括晶振电路；

所述结果显示模块包括语音提示芯片U3、绿色电源指示灯LG、黄色电源指示灯LY、红色电源指示灯LR；

所述绿色电源指示灯LG、黄色电源指示灯LY、红色电源指示灯LR分别与继电器KR的开关触点、继电器KG的开关触点、继电器KY的开关触点串联；继电器KR、继电器KG、继电器KY分别通过三极管Q1、Q2、Q3连接微处理器模块U6；

所述语音提示芯片U3连接存储器模块U2、扬声器模块LS1。

3.根据权利要求2所述隔离开关合/分闸不到位的故障检测装置，其特征在于：该装置还包括供电电源模块，所述供电电源模块包括LM7805芯片、AMS1117-3.3转换电源电压芯片，分别用于将24V直流电压转换为5V和3.3V。

4.根据权利要求2所述隔离开关合/分闸不到位的故障检测装置，其特征在于：在距离反光条（a）的起始处L长度位置增加了一条反光带。

5.根据权利要求2所述隔离开关合/分闸不到位的故障检测装置，其特征在于：所述反射式光电传感器采用TCRT5000红外光电传感器。

6.根据权利要求2所述隔离开关合/分闸不到位的故障检测装置，其特征在于：所述微处理器模块U6采用Atmega32单片机。