CN211377246U - 一种高压开关柜和开关柜综合状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高压开关柜和开关柜综合状态监测系统，包括：柜体和设置于所述柜体内的传感器模块，所述柜体包括仪表仓、断路器室以及母线室，所述传感器模块包括触点温度传感器、环境温湿度传感器、机械特性传感器，所述仪表仓安装有所述机械特性传感器和所述环境温湿度传感器，所述断路器室内设置有断路器手车，所述断路器手车上设置有动触头，所述母线室内对应所述动触头设置有静触头，所述触点温度传感器设置于所述动触头上和/或所述静触头上，所述仪表仓内还设置有本地分析设备。本实用新型具有有助于更全面地监测、分析开关柜的状态的效果。

Description

一种高压开关柜和开关柜综合状态监测系统

技术领域

本实用新型涉及电力设备状态监测的技术领域，尤其是涉及一种高压开关柜和开关柜综合状态监测系统。

背景技术

目前，越来越多的电力用户要求在开关柜内部安装电气接点实时温度、机械性能、局部放电等的监测系统，但是由于中压开关柜内存在大电流、高电压，电磁环境极为恶劣等诸多困难因素，现有开关柜监测技术都存在着各种各样的局限性，绝大多数系统是应用于高电压等级的组合电器设备，且只能实现单一状态量的监测。

现有的公开号为CN207588247U的中国专利申请，公开了一种低压开关柜及开关柜监测系统，包括柜体和设置于柜体的粒子传感器、温度传感器、湿度传感器、碰撞传感器、散热装置报警装置以及控制器，控制器根据温湿度传感器采集并发送的温湿度信息控制散热装置和报警装置执行散热和报警操作。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：采集的开关柜的状态数据不够全面，尤其是未采集局放数据和机械特性数据，不能全面监测开关柜的状态，且没有充分利用各项数据来综合分析开关柜的状态和趋势。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的之一是提供一种高压开关柜，目的之二是提供一种开关柜综合状态监测系统，有助于更全面地监测、分析开关柜的状态和趋势。

本实用新型的上述目的之一是通过以下技术方案得以实现的：

提供一种高压开关柜，包括：柜体和设置于所述柜体内的传感器模块，所述柜体包括仪表仓、断路器室以及母线室，所述传感器模块包括触点温度传感器、环境温湿度传感器、机械特性传感器，所述仪表仓安装有所述机械特性传感器和所述环境温湿度传感器，所述断路器室内设置有断路器手车，所述断路器手车上设置有动触头，所述母线室内对应所述动触头设置有静触头，所述触点温度传感器设置于所述动触头上和/或所述静触头上，所述仪表仓内还设置有本地分析设备。

通过采用上述技术方案，在开关柜的相应位置安装多种和多个传感器，能够采集到较为全面的开关柜的状态数据，从而有助于更全面地监测开关柜的状态，且通过本地分析设备对这些状态数据进行计算可以综合分析出开关柜的状态趋势。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述传感器模块还包括局部放电传感器，所述局部放电传感器用于检测柜体内的导体、绝缘套管、支撑件和出线处局部放电。

通过采用上述技术方案，通过设置于柜体内的导体、绝缘套管、支撑件和出线处的局部放电传感器可以监测这些地方的局部放电情况，分析局放特性并根据这些特性查找异常点和异常情况，及时提醒运维人员进一步现场检测确认问题并处理。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述传感器模块还包括行程检测传感器，所述行程检测传感器设置于所述断路器手车上。

通过采用上述技术方案，设置于断路器手车上的行程检测传感器，用来检测断路器手车的移动距离并通过该距离判断动触头和静触头的接触情况，从而防止动触头和静触头过度接触或接触不良。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述仪表仓设置有对应所述传感器模块的显示仪表，所述显示仪表和所述本地分析设备相连。

通过采用上述技术方案，仪表仓设置显示仪表来显示与预警传感器的状态，便于巡检人员进行查看。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述机械特性传感器采用霍尔传感器。

通过采用上述技术方案，采用高精度霍尔传感器的机械特性传感器可以不用将传感器接入原控制电路就能采集开关分合闸过程中的电流，从而不会对电路产生任何不良影响。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述传感器模块的各个传感器采用非介入式安装。

通过采用上述技术方案，传感器模块的各个传感器均采用非介入式安装，不需对原开关进行机械结构改造，不会对原开关机械、电气部件运行产生任何不良影响。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述触点温度传感器感应取电。

通过采用上述技术方案，触点温度传感器设置于动触头或静触头处并感应取电，可以延长触点温度传感器的使用寿命。

本实用新型的上述目的之二是通过以下技术方案得以实现的：

提供一种开关柜综合状态监测系统，包括：数据集中模块、综合状态分析中心以及上述高压开关柜，所述数据集中模块包括设置于所述高压开关柜内的汇聚单元和设置于变电站处的集中器，所述高压开关柜的传感器模块和所述数据集中模块通信连接，所述数据集中模块和所述综合状态分析中心通信连接。

通过采用上述技术方案，高压开关柜内设置的传感器模块采集到多维的开关柜状态数据并将数据通过数据集中模块汇聚后统一上传到综合状态分析中心，从而既可以单独监测开关柜的各项状态指标，也可以充分利用综合状态分析中心的计算资源综合分析各项数据之间的关系后分析开关柜的状态和趋势，有助于对开关柜的状态作全面的监测。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述高压开关柜的传感器模块采用低功耗无线通信方式与所述汇聚单元连接。

通过采用上述技术方案，传感器模块的各个传感器采用低功耗无线通信方式与数据集中子系统的汇聚单元无线组网连接，形成一个物联网感知网络，从而可以以较低功耗采集大量开关柜状态数据。

本实用新型在一较佳示例中可以进一步配置为：所述汇聚单元和所述集中器通过RS485连接，所述集中器与所述综合状态分析中心通过加密的有线或无线通信连接。

通过采用上述技术方案，汇聚单元和集中器通过RS485连接，可以提高数据传输的可靠性；可以选择有线，wifi或者2G/4G通信，方便根据现场实施接入综合状态分析中心。

综上所述，本实用新型包括以下至少一种有益技术效果：

1、能够采集到较为全面的开关柜的状态数据，从而有助于更全面地监测开关柜的状态，且通过这些状态数据可以综合分析出其状态趋势；

2、传感器模块和数据集中模块无线组网连接，形成一个物联网感知网络，从而可以以较低功耗采集大量的、多维度开关柜状态数据；

3、传感器采用非介入式安装，不会对原开关机械、电气部件运行产生任何不良影响。

附图说明

图1是本实用新型公开的一种高压开关柜的结构示意图。

图2是本实用新型公开的一种开关柜综合状态监测系统的结构示意图。

图中，100、开关柜；1、柜体；2、仪表仓；3、断路器室；4、母线室；5、触点温度传感器；6、环境温湿度传感器；7、机械特性传感器；8、断路器手车；9、动触头；10、静触头；11、局部放电传感器；12、行程检测传感器；13、本地分析设备；200、开关柜综合状态监测系统；201、数据集中模块；2011、汇聚单元；2012、集中器；202、综合状态分析中心。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

第一方面，参照图1，图1为本实用新型公开的一种高压开关柜的结构示意图，该高压开关柜100包括：

柜体1和设置于所述柜体1内的传感器模块，其中，柜体1包括仪表仓2、断路器室3以及母线室4，传感器模块包括触点温度传感器5、环境温湿度传感器6、机械特性传感器7，仪表仓2安装有机械特性传感器7、环境温湿度传感器6和本地分析设备13，断路器室3内设置有断路器手车8，断路器手车8上设置有动触头9，母线室4内对应动触头9设置有静触头10，触点温度传感器5设置于动触头9上和/或所述静触头10上，传感器模块还包括局部放电传感器11和行程检测传感器12，局部放电传感器11用于检测柜体内的导体、绝缘套管、支撑件和出线处；本实用新型的开关柜上局部放电传感器11采用超声波局放传感器、地电压局放传感器和特高频局放传感器中的一种或几种。

通过上述传感器模块的多个多种类型的传感器可以采集到开关柜的多种维度的状态数据，可以采集到比较全面的开关柜的状态数据，尤其是局放数据和机械特性数据，从而有助于全面监测开关柜的状态，如触点温度传感器5可以采集开关断路器触头、电缆出线接头、母线连接点的温度，环境温湿度传感器6可以监测获取包括开关柜内和电缆沟的环境温湿度、开关室内火灾温度监测、开关室内和开关柜轴流风机温度监测等，局部放电传感器11可以通过超声波、地电波和特高频监测开关柜内导体、绝缘套管、支撑件、出线等的局部放电情况，机械特性传感器7可以采集开关柜断路器分/合闸线圈电流、储能电机电流、一次电流、振动等数据，进而将这些数据有线或无线的传输到本地分析设备13上进行开关柜状态的综合分析并预测其趋势，然后通过设置于仪表仓上并与上述本地分析设备13电连接的显示仪表进行显示和报警，便于巡检人员进行查看；通过触点温度传感器的数据可以监测开关触头和/或电缆接头部位的发热并及时预警，防止过热造成的异常，如导致发生爆炸、起火等恶性事件；通过环境温湿度传感器采集的数据可以监视和控制开关柜内、开关室的温湿度、轴流风机工作状态的温度，且 10kV开关及其部件的发热、局放、老化等受环境温湿度影响极大，通过监视和控制开关工作环境的温湿度等，可以让开关设备工作在适宜环境，提高开关及其部件的使用寿命，降低开关事故的发生概率。

其中，触点温度传感器5设置于动触头或静触头处并感应取电，如电压感应取电、电流感应取电，可以延长触点温度传感器的使用寿命。

行程检测传感器12设置于断路器手车8上，用来检测断路器手车的移动距离并通过该距离判断动触头和静触头的接触情况，从而防止动触头和静触头过度接触或接触不良。

进一步的，上述传感器单元的各个传感器均采用非介入式安装，通过这种安装方式，传感器可以非介入性地检测各种参量，不会引入寄生回路，不需要对原开关进行机械结构改造，不会对原开关机械、电气部件运行产生任何不良影响，例如，采用高精度霍尔传感器的机械特性传感器7可以不用将传感器接入原控制电路就能采集开关分合闸过程中的电流。

第二方面，参考图2，图2为本实用新型公开的一种开关柜综合状态监测系统，该系统200包括：数据集中模块201、综合状态分析中心202以及上述高压开关柜100，数据集中模块201包括设置于高压开关柜100内的汇聚单元2011和设置于变电站处的集中器2012，其中，高压开关柜100的传感器模块101和数据集中模块201通信连接，数据集中模块201和综合状态分析中心202通信连接。

其中，传感器模块101的各个传感器采用低功耗无线通信方式与数据集中模块201的汇聚单元2011连接，汇聚单元2011和集中器2012通过RS485总线连接，集中器2012与综合状态分析中心202通过电力无线连接；例如，各个传感器通过Zigbee/Lora等协议与数据集中模块201的汇聚单元2011无线组网，形成一个物联网感知网络，从而可以降低大量数据传输的功耗。然后各个传感器将采集到的开关柜状态数据通过数据集中模块201上传到上述综合状态分析中心202并在该综合状态分析中心202上对开关柜状态和趋势进行综合分析，从而既可以单独监测开关柜100的各项状态指标，也可以充分利用综合状态分析中心202的计算资源综合分析各项数据之间的关系后分析开关柜的状态和趋势，比如，通过触点温度传感器的数据可以监测开关触头和/或电缆接头部位的发热并及时预警，防止过热造成的异常，如导致发生爆炸、起火等恶性事件；通过环境温湿度传感器采集的数据可以监视和控制开关柜内、开关室的温湿度、轴流风机工作状态的温度，且 10kV开关及其部件的发热、局放、老化等受环境温湿度影响极大，通过监视和控制开关工作环境的温湿度等，可以让开关设备工作在适宜环境，提高开关及其部件的使用寿命，降低开关事故的发生概率。

此外，数据集中模块的集中器2012通过MQTT协议与综合状态分析中心202通信连接和数据传输，且数据均通过软件加密和硬件加密处理，提高了数据传输的安全性和可靠性。MQTT协议是一个轻量、简单、开放和易于实现的通信协议，广泛应用于硬件性能较低的终端设备以及网络状况糟糕的使用情况下。

值得说明的是，上述综合状态分析中心202根据所述机械特性传感器采集的开关柜100的机械特性状态数据计算开关分合闸和储能的特征值、并根据特征值综合分析开关柜100的机械特性；通过机械特性传感器采集开关柜开关分/合闸线圈电流、储能电机电流、一次电流、振动数据，计算开关分、合闸及储能的时间特征值和能量特征值，以及开关分、合闸过程中特征时间点及特征时间点的电流，从而可以分析出分合闸继电器是否正常、分合闸机构回路是否卡涩、储能电机工作是否正常、储能机构机械是否卡涩以及开关的机械部件的状态等。在开关每次分合闸过程中，分合闸线圈电流是随时间变化的，变化波形中蕴藏着极为重要的信息，例如电磁铁线圈的电流波形中含有反映电磁铁本身以及所控制的锁扣机构和联锁触头在操作过程中的工作情况，包括铁心运动机构有无卡滞或脱扣、释能机械负载变动的情况、线圈的状态（如电阻是否正常）以及与铁心顶杆连接的锁扣机构的状态等。通过对分合闸操动线圈动作电流的监测，还可以大致了解开关（断路器）二次控制回路的工作情况及机械操动机构状况等，为断路器状态检修提供辅助判据；还可以通过监测开关的储能电机电流，根据储能的时间、能量来监测储能电机及储能机械部分工作是否正常；结合一次电流传感器，还可以监测开关分闸次数及分故障电流记录，以便运维人员了解开关状态，到规定次数及时检查和维护；开关在正常运行时，以及分、合闸动作过程中，振动波形同样包含着开关机械结构、传动机构等的状态信息，通过对比振动的成分和形态，也可以分析出一定的开关机械特性信息，从而通过记录和分析电流、振动量，可以判断断路器各机械部件的状态和健康水平。

综合状态分析中心202还可以根据上述局部放电传感器采集的开关柜100局放状态数据计算局放特征值并根据该局放特征值综合分析开关柜100的局部放电特性；局部放电传感器可以采用特高频、超声波、地电波或者它们的组合来监测开关柜的局部放电情况，并通过分析局部放电时电磁波的部分频谱以及局放造成的超声波，来获取局放特征值如放电幅值、频率、能量等，并对这些特征值的实时数据、历史数据及相邻监测点进行综合对比分析，得出开关柜的局部放电特性并根据这些特性查找异常点和异常情况，及时提醒运维人员进一步现场检测确认问题并处理。

本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压开关柜，其特征在于，包括：柜体和设置于所述柜体内的传感器模块，所述柜体包括仪表仓、断路器室以及母线室，所述传感器模块包括触点温度传感器、环境温湿度传感器、机械特性传感器，所述仪表仓安装有所述机械特性传感器和所述环境温湿度传感器，所述断路器室内设置有断路器手车，所述断路器手车上设置有动触头，所述母线室内对应所述动触头设置有静触头，所述触点温度传感器设置于所述动触头上和/或所述静触头上，所述仪表仓内还设置有本地分析设备。

2.根据权利要求1所述的高压开关柜，其特征在于，所述传感器模块还包括局部放电传感器，所述局部放电传感器用于检测柜体内的导体、绝缘套管、支撑件和出线处局部放电。

3.根据权利要求1所述的高压开关柜，其特征在于，所述传感器模块还包括行程检测传感器，所述行程检测传感器设置于所述断路器手车上。

4.根据权利要求2所述的高压开关柜，其特征在于，所述仪表仓设置有对应所述传感器模块的显示仪表，所述显示仪表和所述本地分析设备相连。

5.根据权利要求4所述的高压开关柜，其特征在于，所述机械特性传感器采用霍尔传感器。

6.根据权利要求5所述的高压开关柜，其特征在于，所述传感器模块的各个传感器采用非介入式安装。

7.根据权利要求6所述的高压开关柜，其特征在于，所述触点温度传感器感应取电。

8.一种开关柜综合状态监测系统，其特征在于，包括：数据集中模块、综合状态分析中心以及根据权利要求1至7任一项所述的高压开关柜，所述数据集中模块包括设置于所述高压开关柜内的汇聚单元和设置于变电站处的集中器，所述高压开关柜的传感器模块和所述数据集中模块通信连接，所述数据集中模块和所述综合状态分析中心通信连接。

9.根据权利要求8所述的开关柜综合状态监测系统，其特征在于，所述高压开关柜的传感器模块采用低功耗无线通信方式与所述汇聚单元连接。

10.根据权利要求9所述的开关柜综合状态监测系统，其特征在于，所述汇聚单元和所述集中器通过RS485连接，所述集中器与所述综合状态分析中心通过加密的有线或无线通信连接。

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