CN211785955U - 开关柜断路器机械特性监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种开关柜断路器机械特性监测系统，包括：现场监测单元和上位管理机；现场监测单元包括振动传感器、分合闸电流互感器、角速度传感器、信号输入模块、CPU和通信模块，振动传感器的信号输出端与信号输入模块的输入端相连，分合闸电流互感器的信号输出端与信号输入模块的输入端相连，角速度传感器的信号输出端与信号输入模块的输入端相连，信号输入模块的输出端与CPU相连，CPU通过通信模块与上位管理机通信。本系统减少了信号传输过程中的于扰，通过对传感器反馈数据的统计和分析，能够实现对开关柜断路器机械特性的实时监测，并且不会影响开关柜内断路器原有机械特性和绝缘性能，提高了开关柜的运行可靠性。

Description

开关柜断路器机械特性监测系统

技术领域

本实用新型涉及开关柜断路器监测领域，具体的涉及一种开关柜断路器机械特性监测系统。

背景技术

断路器作为电力系统中很重要的一部分，它对于保证电网的安全运行具有重要意义。断路器在发电与配电的过程中起着承上启下的作用，它能够保证电网的安全运行，一方面断路器控制电路，根据运行的要求，使电气设备或线路的一部分进入或者退出运行状态，转变为备用或检修状态；另一方面断路器起着保护电路的作用，当电气设备或线路发生故障时，通过继电保护及自动装置动作高压断路器，将故障部分从电网中迅速切除，保护电网在无故障下正常运行。

诸多国内外调研表明，断路器的故障大部分是由操动机构损坏的机械原因造成的。在此之前高压断路器操动机构的故障检修主要是在断路器交接或者停电时定期进行预防性检修，更换操动部件或者检查操作机构的机械特性。断路器的应用范围广，安装数量多，对于断路器的维护费时费力，假如要对断路器进行检修，需要将断路器完全拆解，这样做一方面浪费了时间，另一方面费用又很高，而且解体和重新组装可能会引起断路器产生新的故障问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型实用新型提出一种开关柜断路器机械特性监测系统，能够实时监测开关柜内断路器的机械特性，反映断路器的实时状态，降低维护费用。

根据本实用新型实施例的开关柜断路器机械特性监测系统，包括：分别安装在不同开关柜上的若干现场监测单元，以及与若干现场监测单元通信连接的上位管理机；所述现场监测单元包括安装在安装在断路器上的振动传感器、安装在断路器分合闸线圈上的分合闸电流互感器、安装在断路器的主轴上的角速度传感器、信号输入模块、CPU和通信模块，所述振动传感器的信号输出端与信号输入模块的输入端相连以用于反馈断路器的机械振动状态，所述分合闸电流互感器的信号输出端与信号输入模块的输入端相连以用于反馈分合闸线圈电流，所述角速度传感器的信号输出端与信号输入模块的输入端相连以用于反馈断路器动触头的行程变化，所述信号输入模块的输出端与CPU相连以用于将模拟量信号和开关量信号处理后转换为数字信号反馈给CPU，所述CPU通过通信模块与上位管理机通信。

根据本实用新型实施例的开关柜断路器机械特性监测系统，至少具有如下技术效果：

通过振动传感器反馈振动信号给CPU，振动信号的采集不涉及电气测量，振动信号受电磁的干扰小，CPU可以获取断路器的机械状态信息。通过分合闸电流互感器监测合分闸线圈电流并反馈给CPU，CPU可以获取断路器内电磁脱扣器的状态信息，分析电磁脱扣器是否发生故障状态。通过角度传感器反馈断路器主轴的转动角度，CPU可以获取断路器动触头的位移行程。

本系统采用模拟信号就地采集,就地处理的方式,把模拟信号转变为数字信号后再传输给上位管理机，杜绝了被测信号的长距离传输的衰减问题及地电位冲击问题,同时也有效的减少了信号传输过程中的于扰。上位管理机通过对断路器机械状态、断路器电磁脱扣器状态和断路器动触头位移状态的统计和分析，能够实现对开关柜断路器机械特性的实时监测，并且不会影响开关柜内断路器原有机械特性和绝缘性能，无需采用拆解的方式维护断路器，减少了运营维护成本，提高了开关柜的运行可靠性。

根据本实用新型的一些实施例，所述信号输入模块包括开关量输入模块、模拟量输入模块和信号调理电路，所述振动传感器、分合闸电流互感器和角速度传感器分别连接模拟量输入模块的信号输入端，所述开关量输入模块的信号输入端用于接入开关柜的开关量信号，所述模拟量输入模块、开关量输入模块的信号输出端皆与信号调理电路的输入端相连，所述信号调理电路的输出端与CPU的输入端相连。

根据本实用新型的一些实施例，所述通信模块为CANBUS通信模块。

根据本实用新型的一些实施例，还包括开关量输出模块，所述CPU通过开关量输出模块控制开关柜的运行状态。

根据本实用新型的一些实施例，还包括人机交互模块，所述人机交互模块安装在开关柜上且与CPU相连以用于显示数据和报警信息。

根据本实用新型的一些实施例，还包括存储器，所述存储器与CPU相连。

根据本实用新型的一些实施例，还包括安装在开关柜内的温湿度传感器，所述温湿度传感器与CPU相连以用于反馈开关柜内的温湿度状态。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型实施例中开关柜断路器机械特性监测系统的原理框图；

图2为本实用新型实施例中现场监测单元的原理框图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

参考图1，一种开关柜断路器机械特性监测系统，包括：分别安装在不同开关柜上的若干现场监测单元100，以及与若干现场监测单元通过CANBUS总线连接的上位管理机200，当然，采用CANBUS总线连接现场监测单元和上位机只是本实施例的优选通信方式，也可以采用光纤或者其他的远距离数据传输方式。本系统采用模拟信号就地采集,就地处理的方式,把模拟信号转变为数字信号后再传输给上位管理机，杜绝了被测信号的长距离传输的衰减问题及地电位冲击问题,同时也有效的减少了信号传输过程中的于扰。

参考图2，现场监测单元100包括安装在安装在断路器上的振动传感器111、安装在断路器分合闸线圈上的分合闸电流互感器112、安装在断路器的主轴上的角速度传感器113，以及信号输入模块120、CPU130和通信模块；振动传感器111的信号输出端与信号输入模块120的输入端相连，分合闸电流互感器112的信号输出端与信号输入模块120的输入端相连，角速度传感器113的信号输出端与信号输入模块120的输入端相连，信号输入模块120的输出端与CPU130相连以用于将模拟量信号和开关量信号处理后转换为数字信号反馈给CPU130，CPU130通过CANBUSS通信模块140与上位管理机200通信。

其中，信号输入模块120包括开关量输入模块121、模拟量输入模块122和信号调理电路123，振动传感器111、分合闸电流互感器112和角速度传感器113分别连接模拟量输入模块122的信号输入端，开关量输入模块121的信号输入端用于接入开关柜的开关量信号以监测开关柜的运行状态，模拟量输入模块122、开关量输入模块121的信号输出端皆与信号调理电路123的输入端相连，信号调理电路123由常规的放大电路、滤波电路组成，将模拟信号进行放大、滤波后通过A/D转换单元输入CPU，A/D转换单元可以集成在信号调理电路123中也可以采用带A/D转换器的CPU。

CPU130对传感器反馈的信号进行分析、处理,完成开关柜运行状态及运行故障的判断；同时接受上位管理机给出的操作指令，通过通过开关量输出模块150控制开关柜的运行状态,通过存储器170对数据进行存储。

为了实现人机交互，还包括人机交互模块160，人机交互模块160包括安装在开关柜上的键盘和显示屏，用于显示数据和报警信息。

本系统中通过振动传感器111、分合闸电流互感器112、角速度传感器113监测断路器的机械特性。

振动传感器111，在短路器分、合闸操作过程中，内部主要机构部件的运动、撞击和摩擦都会引起表面的振动。振动信号中包含丰富的机械状态信息，它由一系列的瞬态波形构成，每个瞬态波形都是断路器操作期间内部“事件”的反映，例如机械系统结构上的细微变化可以从振动信号的分析得出。据动信号的采集不涉及电气测量，因此受电磁干扰小。并且振动传感器安装断路器外部，不会干扰断路器的运行。

分合闸电流互感器112，现有的12kⅤ断路器大多数采用弹簧操动机构,利用已储能的弹簧来推动断路器动作，当电磁线圈接通电源时,由于线圈电感的作用,电磁脱扣器内部产生磁通,铁芯受到电磁力的作用而吸合,断路器完成合闸或分闸，弹簧性能的好坏直接决定了其可靠性。电磁脱扣器操作时间长了容易出现变形、生锈等情况，影响其正常动作从而出现故障。通过采集合分闸线圈电流波形，CPU130根据霍尔电流传感器的变比以及后级放大电路的增益,计算出线圈电流，可以据此反映电磁脱扣器卡滞、卡死、匝间短路、辅助开关打火等故障形态。

角速度传感器113，常规测试断路器的动触头行程位移量的方式是在定期检修时先断电,然后将断路器拉出,通过机械特性测试仪进行检测，不仅费时费力,而且重新组装后还可能会影响断路器的性能。本实施例中在断路器的主轴同轴心上安装角速度传感器,断路器主轴的变化可以反应出断路器动触头的变化；角度传感器将主轴转动的角度转化为电压信号,CPU130通过电压一时间曲线来计算动触头的位移状况。

为了检测开关柜内的设备运行环境，还包括安装在开关柜内的温湿度传感器114，温湿度传感器114与CPU130相连以用于反馈开关柜内的温湿度状态。

综上所述，本实用新型实施例通过振动传感器111反馈振动信号给CPU130，振动信号的采集不涉及电气测量，振动信号受电磁的干扰小，CPU130可以获取断路器的机械状态信息。通过分合闸电流互感器监测合分闸线圈电流并反馈给CPU130，CPU130可以获取断路器内电磁脱扣器的状态信息，分析电磁脱扣器是否发生故障状态。通过角度传感器113反馈断路器主轴的转动角度，CPU130可以获取断路器动触头的位移行程。

本系统采用模拟信号就地采集,就地处理的方式,把模拟信号转变为数字信号后再传输给上位管理机200，杜绝了被测信号的长距离传输的衰减问题及地电位冲击问题,同时也有效的减少了信号传输过程中的于扰。上位管理机通过对断路器机械状态、断路器电磁脱扣器状态和断路器动触头位移状态的统计和分析，能够实现对开关柜断路器机械特性的实时监测，并且不会影响开关柜内断路器原有机械特性和绝缘性能，无需采用拆解的方式维护断路器，减少了运营维护成本，提高了开关柜的运行可靠性。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种开关柜断路器机械特性监测系统，其特征在于，包括：分别安装在不同开关柜上的若干现场监测单元(100)，以及与若干现场监测单元(100)通信连接的上位管理机(200)；所述现场监测单元(100)包括安装在安装在断路器上的振动传感器(111)、安装在断路器分合闸线圈上的分合闸电流互感器(112)、安装在断路器的主轴上的角速度传感器(113)、信号输入模块(120)、CPU(130)和通信模块，所述振动传感器(111)的信号输出端与信号输入模块(120)的输入端相连以用于反馈断路器的机械振动状态，所述分合闸电流互感器(112)的信号输出端与信号输入模块(120)的输入端相连以用于反馈分合闸线圈电流，所述角速度传感器(113)的信号输出端与信号输入模块(120)的输入端相连以用于反馈断路器动触头的行程变化，所述信号输入模块(120)的输出端与CPU(130)相连以用于将模拟量信号和开关量信号处理后转换为数字信号反馈给CPU(130)，所述CPU(130)通过通信模块与上位管理机(200)通信。

2.根据权利要求1所述的开关柜断路器机械特性监测系统，其特征在于：所述信号输入模块(120)包括开关量输入模块(121)、模拟量输入模块(122)和信号调理电路(123)，所述振动传感器(111)、分合闸电流互感器(112)和角速度传感器(113)分别连接模拟量输入模块(122)的信号输入端，所述开关量输入模块(121)的信号输入端用于接入开关柜的开关量信号，所述模拟量输入模块(122)、开关量输入模块(121)的信号输出端皆与信号调理电路(123)的输入端相连，所述信号调理电路(123)的输出端与CPU的输入端相连。

3.根据权利要求1所述的开关柜断路器机械特性监测系统，其特征在于：所述通信模块为CANBUS通信模块(140)。

4.根据权利要求1所述的开关柜断路器机械特性监测系统，其特征在于：还包括开关量输出模块(150)，所述CPU(130)通过开关量输出模块(150)控制开关柜的运行状态。

5.根据权利要求1所述的开关柜断路器机械特性监测系统，其特征在于：还包括人机交互模块(160)，所述人机交互模块安装在开关柜上且与CPU(130)相连以用于显示数据和报警信息。

6.根据权利要求1所述的开关柜断路器机械特性监测系统，其特征在于：还包括存储器(170)，所述存储器(170)与CPU(130)相连。

7.根据权利要求1所述的开关柜断路器机械特性监测系统，其特征在于：还包括安装在开关柜内的温湿度传感器(114)，所述温湿度传感器(114)与CPU(130)相连以用于反馈开关柜内的温湿度状态。

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