CN211046571U - 一种中压开关柜实时状态监测与管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种中压开关柜实时状态监测与管理系统，该系统包括前端采集单元、智能控制单元、网络传输单元、应用服务器、与应用服务器连接的用户管理终端，前端采集单元包括安装在开关柜柜体内相应位置的多个检测装置，用于采集开关柜相应位置的各类基础监测数据信号，智能控制单元接收基础监测数据信号并通过网络传输单元与应用服务器传输开关柜的各类监测量信号。本实用新型通过采集开关柜内部的各类基础数据，经过监测数据的汇集和初步处理、多个独立、常规的数据模型服务器的分析，可以将中压开关柜的健康状态以数据可视化的形式传输至用户终端实时进行管理。

Description

一种中压开关柜实时状态监测与管理系统

【技术领域】

本实用新型涉及电力系统监测技术领域，具体的，涉及一种中压开关柜实时状态监测与管理系统。

【背景技术】

中压开关柜广泛应用在电力用户供配电系统中，主要起电能分配、控制和保护功能。在中压开关柜的使用过程中，经常出现回路接触不良异常发热导致设备烧毁，内部断路器分合闸电磁线圈绝缘劣化匝间短路，操作机构润滑不良，动作迟滞甚至误动和拒动，电动机构驱动电机内部故障，绝缘材料局部放电导致击穿事故，过压过流导致设备故障，内部操动组件难以监视等突出问题。

现有的中压开关柜在线监测手段往往偏重某一方面，功能单一，通讯方式和通讯协议各异，若要集合多种监测方式，多个采集、通讯、处理模块无法合理安装，且多数设备仅提供原始数据的直接上传和简单判断，没有专业的数据模型处理，也没有统一的应用服务器提供整体健康状态的管理。

随着智能供配电技术的发展和工业用户对设备安全监测需求的增长，以及检修方式从定期检修向状态检修的转变，都需要对开关柜的各项指标状态进行系统监测和管理，不但要求在线采集各类基础数据，还需要以专业的数据分析模型进行故障诊断，识别潜在故障，及时消除，避免事故发生，并能在移动终端和桌面电脑终端同时实现模型数据的可视化呈现和设备健康管理功能。

【实用新型内容】

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种中压开关柜实时状态监测与管理系统，该系统解决了现有中压开关柜监测手段种类繁杂，难以有效整合多种监测手段的问题，通过采集开关柜内部的各类基础数据，经过监测数据的汇集和初步处理、多个独立、常规的数据模型服务器作为分析模块，可以将中压开关柜的健康状态以数据可视化的形式传输至用户终端实时进行管理。

为了实现上述的主要目的，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种中压开关柜实时状态监测与管理系统，其包括前端采集单元、智能控制单元、网络传输单元、应用服务器、与所述应用服务器连接的用户管理终端，所述前端采集单元包括安装在所述开关柜柜体内相应位置的多个检测装置，用于采集所述开关柜相应位置的各类基础监测数据信号，所述智能控制单元接收所述基础监测数据信号并通过所述网络传输单元与所述应用服务器传输所述开关柜的各类监测量信号；多个所述检测装置包括位移传感器、电流传感器组、局放传感器、温度传感器、互感器，所述位移传感器、电流传感器组、局放传感器、温度传感器、互感器的感应信号输出端口分别连接至所述智能控制单元的各个数据采集端口。

进一步的方案是，所述前端采集单元还包括用于采集所述开关柜内断路器触臂位置以及接地刀位置的视频信号的视频摄像头。

更进一步的方案是，所述位移传感器为断路器机械位移传感器，用于采集所述开关柜内断路器动触头的直线位移信号或操作机构驱动轴的角位移信号。

更进一步的方案是，所述电流传感器组包括：分合闸线圈电流传感器，用于采集所述开关柜内断路器分合闸线圈的电流信号；储能电机电流传感器，用于采集所述开关柜内储能电机的电流信号；电动底盘车电流传感器，用于采集所述开关柜内电动底盘车电机的电流信号；电动接地刀电流传感器，用于采集所述开关柜内电动接地刀电机的电流信号。

更进一步的方案是，所述局放传感器为安装在所述开关柜内的局部放电传感器，用于采集所述开关柜内的局部放电信号，其中，所述局部放电信号包括TEV地电波、超声波和UHF超高频信号。

更进一步的方案是，所述温度传感器为连接点温度传感器，用于采集所述开关柜内母排的温度信号、断路器触臂及梅花触头的温度信号、出线电缆头的温度信号。

更进一步的方案是，所述互感器为电压电流互感器，用于采集三相电压、三相电流和零序电流信号。

更进一步的方案是，所述智能控制单元包括智能终端IED、继电保护测控模块和人机交互模块，所述断路器机械位移传感器、分合闸线圈电流传感器、储能电机电流传感器、电动底盘车电流传感器、电动接地刀电流传感器、局部放电传感器、连接点温度传感器均与所述智能终端IED连接；所述视频摄像头与所述人机交互模块连接；所述电压电流互感器与继电保护测控模块连接，所述继电保护测控模块与所述智能终端IED连接；所述智能终端IED、继电保护测控模块均与所述人机交互模块连接。

更进一步的方案是，所述网络传输单元包括通讯管理机，用于将接收到的各类数据信号转换成统一的通讯信号并传输至所述应用服务器。

更进一步的方案是，所述应用服务器包括数据存储模块以及数据可视化服务器，所述数据存储模块和所述数据可视化服务器之间连接有视频监控系统服务器、局部放电监控服务器、开关特性监控服务器、电力监控系统服务器、温度监控系统服务器，其中，所述数据可视化服务器支持浏览器/服务器模式。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

1、一种中压开关柜实时状态监测与管理系统，通过采集开关柜内部的各类基础数据，经过智能控制单元的汇集和初步处理，再通过网络传输单元将数据输入到应用服务器，应用服务器内部的专业处理服务器将结果传输至用户管理终端，可以满足运维管理人员对设备健康状态的监测和管理。

2、本实用新型将断路器机械位移监测、分合闸线圈监测、储能电机监测、电动底盘车监测、电动接地刀监测、局部放电监测、连接点温度监测数据集中汇集到智能终端IED，集成度高，节省了设备安装空间，提高了采集单元的抗干扰性能。

3、本实用新型的继电保护测控模块单独从电压电流互感器获取数据，并连接到网络传输单元的通信管理机，保证了继电保护模块的独立性，系统改造时不会对中压开关柜本身的继电保护系统线路进行改变，可以最大程度的保持原有系统的安全性。

4、本实用新型的智能控制单元设有就地设置的人机交互模块，并单独负责将数据量较大的柜内视频模块的数据经过网络传输单元传送至应用服务器，减轻了智能终端IED处理的数据量。

5、本实用新型的应用服务器包括了常规的视频监控系统服务器、局部放电监控服务器、开关特性监控服务器、电力监控系统服务器、温度监控系统服务器和数据可视化服务器。不同于简单的阈值判断告警，各个服务器依据其数学模型，多维度地分析数据的变化趋势，识别劣化的指标并予以告警，综合全部指标对开关柜进行健康状态评价，将健康状态结果经数据可视化服务器呈现在用户终端上，使设备管理更为高效。

【附图说明】

图1是本实用新型一种中压开关柜实时状态监测与管理系统实施例的原理图。

【具体实施方式】

为了使实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不限用于本实用新型。

参见图1，本实用新型的一种中压开关柜实时状态监测与管理系统包括前端采集单元10、智能控制单元20、网络传输单元30、应用服务器40、与应用服务器40连接的用户管理终端50，前端采集单元10包括安装在开关柜柜体内相应位置的多个检测装置，用于采集开关柜相应位置的各类基础监测数据信号，智能控制单元20接收基础监测数据信号并通过网络传输单元30与应用服务器40传输开关柜的各类监测量信号。

其中，用户管理终端50由手机终端和电脑终端构成，用户管理者和运维人员可以实时地掌握开关柜的健康状态，也可以对开关柜进行在线巡检和数据查阅等操作，使运维人员能随时掌握开关柜的健康状态，提高设备检修维护的效率。

在本实施例中，多个检测装置包括位移传感器、电流传感器组、局放传感器、温度传感器、互感器，位移传感器、电流传感器组、局放传感器、温度传感器、互感器的感应信号输出端口分别连接至智能控制单元20的各个数据采集端口。

在本实施例中，前端采集单元10还包括用于采集开关柜内断路器触臂位置以及接地刀位置的视频信号的视频摄像头18。可见，视频摄像头18 安装于开关柜内，并用于采集断路器触臂以及接地刀处的视频信号，可远程查看设备内部活动部件的位置情况。

具体地，位移传感器为断路器机械位移传感器11，用于采集开关柜内断路器动触头的直线位移信号或操作机构驱动轴的角位移信号。可见，断路器机械位移传感器11可以采集断路器动触头的直线位移，也可通过采集操作机构驱动轴的角位移换算至动触头的直线位移，结合辅助开关状态即可计算断路器的机械特性参数。优选的，断路器机械位移传感器11可以是激光位移传感器FT25RA-60-PSU-M4M。

具体地，电流传感器组包括分合闸线圈电流传感器12、储能电机电流传感器13、电动底盘车电流传感器14、电动接地刀电流传感器15。

其中，分合闸线圈电流传感器12用于采集开关柜内断路器分合闸线圈的电流信号。可见，分合闸线圈电流传感器12用于采集断路器分闸线圈和合闸线圈的电流信号，根据其电流波形在不同阶段的形态和大小，确定线圈是否工作在健康状态以及可能的故障原因。优选的，分合闸线圈电流传感器12可以是SIN-DZI-10A-V2-B2-C1直流电流传感器。

其中，储能电机电流传感器13用于采集开关柜内储能电机的电流信号。可见，储能电机电流传感器13用于采集储能电机电流信号，通过监测储能电机工作过程中的电流形态和做功大小，识别机构卡滞，防止储能机构故障导致的分闸失败。优选的，储能电机电流传感器13可以是 SIN-DZI-10A-V2-B2-C2直流电流传感器。

其中，电动底盘车电流传感器14用于采集开关柜内电动底盘车电机的电流信号。可见，电动底盘车电流传感器14用于采集电动底盘车驱动电机电流信号，监测识别底盘车运行卡滞，及时发现潜在故障，防止事故发生。优选的，电动底盘车电流传感器14可以是SIN-DZI-20A-V2-B2-C2直流电流传感器。

其中，电动接地刀电流传感器15用于采集开关柜内电动接地刀电机的电流信号。可见，电动接地刀电流传感器15用于采集电动接地刀驱动电机电流信号，监测识别驱动电机与机构的异常，使设备异常得到及时关注与检修。优选的，电动接地刀电流传感器15可以是SIN-DZI-20A-V2-B2-C2 直流电流传感器。

具体地，局放传感器为安装在开关柜内的局部放电传感器16，用于采集开关柜内的局部放电信号，其中，局部放电信号包括TEV地电波、超声波和UHF超高频信号。可见，局部放电传感器16用于采集开关柜内的局部放电信号，包括TEV地电波、超声波和UHF超高频信号，持续监测信号，判断放电类型和变化趋势，防止绝缘劣化导致击穿事故发生。优选的，局部放电传感器16可以是GZPD-01K型开关柜局部放电在线监测系统。

具体地，温度传感器为连接点温度传感器17，用于采集开关柜内母排的温度信号、断路器触臂及梅花触头的温度信号、出线电缆头的温度信号。可见，连接点温度传感器17用于采集开关柜母排温度、断路器触臂及梅花触头温度、出线电缆头温度，通过专业温升模型，识别异常热点，预测负荷增大后的温升越限，及时告警。优选的，连接点温度传感器17可以是 SW-600CTB无线测温模块。

具体地，互感器为电压电流互感器19，用于采集三相电压、三相电流和零序电流信号。可见，电压电流互感器19用于采集三相电压、三相电流和零序电流，通过继电保护测控模块23可得到电压电流的向量关系，谐波信息和功率因数。优选的，电压电流互感器19可以是LZZBJ9-10/JDZ10-10 型电流互感器。

因此，本实施例的前端采集单元10由断路器机械位移传感器11、分合闸线圈电流传感器12、储能电机电流传感器13、电动底盘车电流传感器 14、电动接地刀电流传感器15、局部放电传感器16、连接点温度传感器 17、电压电流互感器19和柜内视频摄像头18构成，用于采集开关柜相应的基础监测数据。

具体地，智能控制单元20包括智能终端IED21、继电保护测控模块 23和人机交互模块22，用于汇集及就地处理监测数据。其中，断路器机械位移传感器11、分合闸线圈电流传感器12、储能电机电流传感器13、电动底盘车电流传感器14、电动接地刀电流传感器15、局部放电传感器16、连接点温度传感器17均与智能终端IED21连接；视频摄像头18与人机交互模块22连接；电压电流互感器19与继电保护测控模块23连接，继电保护测控模块23与智能终端IED21连接；智能终端IED21、继电保护测控模块23均与人机交互模块22连接。

网络传输单元30包括通讯管理机31，用于将接收到的各类数据信号转换成统一的通讯信号并传输至应用服务器40。本实施例的通讯管理机31 也称作DPU，其具有多个下行通讯接口及一个或者多个上行网络接口，相当于前置机即监控计算机，用于将各类数据转换成统一的通讯格式传输至应用服务器40。

应用服务器40包括数据存储模块41以及数据可视化服务器47，数据存储模块41和数据可视化服务器47之间连接有视频监控系统服务器42、局部放电监控服务器43、开关特性监控服务器44、电力监控系统服务器 45、温度监控系统服务器46，其中，数据可视化服务器47支持 Browser/Server模式，即支持浏览器/服务器模式，可支持用户端随时随地，跨平台地通过网络进行数据访问和系统管理。

可见，应用服务器40具体包括负责采集数据存储的大容量数据存储模块41，负责视频监控系统的服务器，负责局部放电数据分析诊断的监控服务器，负责监测断路器分合闸机械特性、线圈和电机电气特性的开关特性监控服务器44，负责开关柜电能监测管理的电力监控系统服务器45，负责连接点温度监测及预警的温度监控系统服务器46，负责将开关柜健康状态数据可视化呈现的数据可视化服务器47，用于数据存储以及通过专有服务器对各类监测量进行诊断分析，然后将各类监测结果通过可视化的方式传送至用户管理终端50。

在本实施例中，断路器机械位移传感器11、分合闸线圈电流传感器12、储能电机电流传感器13、电动底盘车电流传感器14、电动接地刀电流传感器15、局部放电传感器16、连接点温度传感器17均与智能终端IED21连接，电压电流互感器19与继电保护测控模块23连接，继电保护测控模块 23和智能终端IED21连接，柜内视频摄像头18与人机交互模块22连接，智能终端IED21、继电保护测控模块23均与人机交互模块22连接，所述智能终端IED21、继电保护测控模块23和人机交互模块22均与通讯管理机31连接，所述通讯管理机31和数据存储模块41连接，所述视频监控系统服务器42、局部放电监控服务器43、开关特性监控服务器44、电力监控系统服务器45、温度监控系统服务器46均与数据存储模块41和数据可视化服务器47连接，数据可视化服务器47与手机终端和电脑终端连接。

在实际应用中，本实用新型通过前端采集单元10实时采集中压开关柜的各项基础监测数据，经智能控制单元20汇集并就地处理后，通过网络传输单元30传送至应用服务器40，经过不同常规的监控服务器运算处理，将数据传递到数据可视化服务器47，最终在用户管理终端50以可视化方式呈现开关柜综合健康状态的数据，移动手机终端和桌面电脑终端通过 B/S模式访问应用服务器40。该系统不但能及时反馈开关柜运行时的异常问题，而且可以通过相对独立的专业应用服务器40进行数学模型分析，发现指标的劣化趋势，识别潜在故障，使管理维护人员能随时掌握开关柜的健康状态，提高设备检修维护的效率。

所以，本实用新型通过采集开关柜内部的各类基础数据，经过智能控制单元20的汇集和初步处理，再通过网络传输单元30将数据输入到应用服务器40，应用服务器40内部的专业处理服务器将结果传输至用户管理终端50，可以满足运维管理人员对设备健康状态的监测和管理；本实用新型将断路器机械位移监测、分合闸线圈监测、储能电机监测、电动底盘车监测、电动接地刀监测、局部放电监测、连接点温度监测数据集中汇集到智能终端IED21，集成度高，节省了设备安装空间，提高了采集单元的抗干扰性能；本实用新型的继电保护测控模块23单独从电压电流互感器19 获取数据，并连接到网络传输单元30的通信管理机，保证了继电保护模块的独立性，系统改造时不会对中压开关柜本身的继电保护系统线路进行改变，可以最大程度的保持原有系统的安全性；本实用新型的智能控制单元 20设有就地设置的人机交互模块22，并单独负责将数据量较大的柜内视频模块的数据经过网络传输单元30传送至应用服务器40，减轻了智能终端 IED21处理的数据量；本实用新型的应用服务器40包括了常规的视频监控系统服务器42、局部放电监控服务器43、开关特性监控服务器44、电力监控系统服务器45、温度监控系统服务器46和数据可视化服务器47。不同于简单的阈值判断告警，各个服务器依据其数学模型，多维度地分析数据的变化趋势，识别劣化的指标并予以告警，综合全部指标对开关柜进行健康状态评价，将健康状态结果经数据可视化服务器47呈现在用户终端上，使设备管理更为高效。

需要说明的是，以上仅为本实用新型的优选实施例，但实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型做出的非实质性修改，也均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中压开关柜实时状态监测与管理系统，包括前端采集单元、智能控制单元、网络传输单元、应用服务器、与所述应用服务器连接的用户管理终端，其特征在于：

所述前端采集单元包括安装在所述开关柜柜体内相应位置的多个检测装置，用于采集所述开关柜相应位置的各类基础监测数据信号，所述智能控制单元接收所述基础监测数据信号并通过所述网络传输单元与所述应用服务器传输所述开关柜的各类监测量信号；

多个所述检测装置包括位移传感器、电流传感器组、局放传感器、温度传感器、互感器，所述位移传感器、电流传感器组、局放传感器、温度传感器、互感器的感应信号输出端口分别连接至所述智能控制单元的各个数据采集端口。

2.根据权利要求1所述的状态监测与管理系统，其特征在于：

所述前端采集单元还包括用于采集所述开关柜内断路器触臂位置以及接地刀位置的视频信号的视频摄像头。

3.根据权利要求2所述的状态监测与管理系统，其特征在于：

所述位移传感器为断路器机械位移传感器，用于采集所述开关柜内断路器动触头的直线位移信号或操作机构驱动轴的角位移信号。

4.根据权利要求3所述的状态监测与管理系统，其特征在于：

所述电流传感器组包括：

分合闸线圈电流传感器，用于采集所述开关柜内断路器分合闸线圈的电流信号；

储能电机电流传感器，用于采集所述开关柜内储能电机的电流信号；

电动底盘车电流传感器，用于采集所述开关柜内电动底盘车电机的电流信号；

电动接地刀电流传感器，用于采集所述开关柜内电动接地刀电机的电流信号。

5.根据权利要求4所述的状态监测与管理系统，其特征在于：

所述局放传感器为安装在所述开关柜内的局部放电传感器，用于采集所述开关柜内的局部放电信号，其中，所述局部放电信号包括TEV地电波、超声波和UHF超高频信号。

6.根据权利要求5所述的状态监测与管理系统，其特征在于：

所述温度传感器为连接点温度传感器，用于采集所述开关柜内母排的温度信号、断路器触臂及梅花触头的温度信号、出线电缆头的温度信号。

7.根据权利要求6所述的状态监测与管理系统，其特征在于：

所述互感器为电压电流互感器，用于采集三相电压、三相电流和零序电流信号。

8.根据权利要求7所述的状态监测与管理系统，其特征在于：

所述智能控制单元包括智能终端IED、继电保护测控模块和人机交互模块，所述断路器机械位移传感器、分合闸线圈电流传感器、储能电机电流传感器、电动底盘车电流传感器、电动接地刀电流传感器、局部放电传感器、连接点温度传感器均与所述智能终端IED连接；

所述视频摄像头与所述人机交互模块连接；

所述电压电流互感器与继电保护测控模块连接，所述继电保护测控模块与所述智能终端IED连接；

所述智能终端IED、继电保护测控模块均与所述人机交互模块连接。

9.根据权利要求1至8任一项所述的状态监测与管理系统，其特征在于：

所述网络传输单元包括通讯管理机，用于将接收到的各类数据信号转换成统一的通讯信号并传输至所述应用服务器。

10.根据权利要求1至8任一项所述的状态监测与管理系统，其特征在于：

所述应用服务器包括数据存储模块以及数据可视化服务器，所述数据存储模块和所述数据可视化服务器之间连接有视频监控系统服务器、局部放电监控服务器、开关特性监控服务器、电力监控系统服务器、温度监控系统服务器，其中，所述数据可视化服务器支持浏览器/服务器模式。

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