CN212646842U - 一次设备状态监测系统及模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种一次设备状态监测系统及模拟装置，其系统包括至少一个断路器模块，主控模块、辅助控制电路、通信模组以及人机交互模块；断路器模块连接主控模块；辅助控制电路连接主控模块；人机交互模块连接主控模块；通信模组连接人机交互模块；断路器模块包括断路器合闸线圈、断路器跳闸线圈以及继电器。本实用新型通过多个断路器模块实现复杂的电力系统继电保护联调测试与仿真；系统通过通信模组以及人机交互模块，可实现手持式智能终端与物联网互联，可远程监测和遥控一次设备的模拟状态，实现不同联调基地进行跨区域联网测试，现场操作简便、智能信息化程度高，可广泛应用于电力设备的监测技术领域。

Description

一次设备状态监测系统及模拟装置

技术领域

本实用新型涉及电力设备的监测技术领域，尤其是一次设备状态监测系统及模拟装置。

背景技术

名词解释：一次设备，是直接用于生产和使用电能，比如控制回路、二次设备电压高的电气设备。

模拟断路器主要用于电力系统断电保护装置或成套继电保护屏的整组试验，可真实地模拟断路器的跳合闸时间。在整组试验时模拟高压断路器的跳闸及合闸，以避免由于重复的整组试验造成断路器反复分合所带来的不良影响。尤其适用于新建变电站，真实地模拟断路器的开关动作特性。

而现有的模拟断路器功能简单，智能化程度低。单台模拟装置只具备6组跳合闸线圈、12对断路器位置输出接点，只能仿真模拟单条支路间隔一次设备的状态，不能实现整个系统的联动联调试验。另外，现有的模拟断路器所能实现的功能极为单一，除此之外也无法实现跨区域的联网测试等远程控制等功能。

实用新型内容

为解决上述技术问题之一，本实用新型的目的在于：提供一种可实现多台模拟断路器的联动的一次设备状态监测系统，以及包括了该系统的模拟装置。

本实用新型所采取的技术方案是：

一方面，本实施新型提供一次设备状态监测系统，包括至少一个断路器模块，主控模块、辅助控制电路、通信模组以及人机交互模块；

断路器模块连接主控模块；辅助控制电路连接主控模块；人机交互模块连接主控模块；通信模组连接人机交互模块；断路器模块包括断路器合闸线圈、断路器跳闸线圈以及继电器；其中，继电器包括跳位继电器、合位继电器、合位保持继电器、保护重合继电器、保护跳闸继电器、分位保持继电器。

在一些实施例中，辅助控制电路包括辅助隔离刀闸以及辅助接点，其中，辅助接点包括断路器合位辅助接点和断路器分位辅助接点；该断路器合位辅助接点与该断路器分位辅助接点相互锁闭。

在一些实施例中，人机交互模块通过MODBUS通信协议连接主控模块。

在一些实施例中，断路器模块还包括指示灯模组。

在一些实施例中，断路器模块中的指示灯模组包括合位状态指示灯和分位状态指示灯。

在一些实施例中，主控模块为可编程逻辑控制器。

在一些实施例中，一次设备状态监测系统还包括指示灯模组，指示灯模组连接至主控模块。

第二方面，本实用新型提供了一次设备状态模拟装置，其包括在第一方面提供的至少一种一次设备状态监测系统。

在一些装置的实施例中，装置内置四个断路器模块，其中，断路器模块包括24路跳合闸信号输入电路以及12路跳合闸输出控制电路。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所提供的一次设备状态监测系统，通过多个断路器模块实现复杂的电力系统继电保护联调测试与仿真，更为便捷高效；系统通过通信模组以及人机交互模块，可实现手持式智能终端与物联网互联，例如手机或手持式PC与模拟装置，可远程监测和遥控一次设备的模拟状态，实现不同联调基地进行跨区域联网测试，现场操作简便、智能信息化程度高。

附图说明

图1为本实用新型一次设备状态监测系统的模块框架示意图；

图2为本实用新型一次设备状态监测系统模块的连接原理图；

图3为本实用新型一次设备状态监测系统模拟降压变电站的接线原理图；

图4为本实用新型一次设备状态监测系统中断路器模块模拟的电气一次设备中的高压断路器的控制回路图；

图5为本实用新型一次设备状态监测装置的背部面板图。

附图标记：1001、主变压器；5001、第一模拟高压断路器；2201、第二模拟高压断路器；2011、第三模拟高压断路器；2401、第四模拟高压断路器，2402、第五模拟高压断路器；20111、第一辅助隔离刀闸；20112、第二辅助隔离刀闸；22011、第三辅助隔离刀闸；22012、第四辅助隔离刀闸。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例对本实用新型进行进一步的详细说明。

一方面，如图1所示，本实用新型主要包括一个断路器模块、主控模块、辅助控制电路、通信模组以及人机交互模块；系统主要用于电力系统继电保护装置的整组试验以及在备用电源自动投入装置试验等项目中替代真实的高压断路器，根据需要，可灵活地模拟两组断路器的三相。在整组试验时模拟高压断路器的跳闸及合闸，以避免由于重复的整组试验造成高压断路器反复分合闸带来不良影响。特别在新建厂、站的高压断路器没调好或未投直流电源的情况下，使用本实施例进行继电保护试验将不受外界因素的影响，从而缩短调试时间，提高试验工作效率。例如，如图2所示，本实施例中，系统包括四个断路器模块，用于切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流；断路器模块内置控制电路，其包括断路器合闸线圈和断路器跳闸线圈，用于实现遥控分合断路器的遥控分合或手动分合；以可实现三相或者分相的操作；此外还可以实现跳位监视、合位监视功能。断路器模块中还包含了多个继电器，用于模拟隔离刀闸以及接地刀闸，断路器模块中的继电器具体包括跳位继电器用于实现模拟电路的跳闸；合位继电器用于模拟电路的合闸；合位保持继电器则用于保持模拟电路的合闸状态；保护重合继电器用于因故障跳开后的断路器可实现自动投入、保护跳闸继电器起连接跳闸回路和断开跳闸回路的作用；分位保持继电器用于保持模拟点路的跳闸。

在本实施例系统中，可模拟4组隔离刀闸，4组接地刀闸，通过编辑刀闸断路器的编号和主接线方式，可实现多个断路器系统与主断路器系统的通讯。除此之外，在本实施例的系统中，断路器模块的输入输出处理电路可接收24路跳合闸信号输入，实现12路跳合闸输出控制以及其他控制信号的输入以及输出，即系统至多可以模拟16组断路器的一次状态、每组断路器分A、B、C三相，以及32组刀闸的一次状态。系统中的断路器模块均连接至主控模块的PLC芯片。

在本实施例中，断路器的辅助控制电路还包括辅助隔离刀闸以及辅助接点，用于实现手动地实现断路的断开与闭合，避免在实施例系统进行模拟控制时，因频繁手动或自动地切断和闭合电路而造成错误判断导致安全事故，辅助控制电路中的隔离刀闸和辅助接点可作为一道在先的安全装置，其具有断开与闭合电路的最高优先级。此外，辅助接点包括断路器合位辅助接点和断路器分位辅助接点；该断路器合位辅助接点与该断路器分位辅助接点相互锁闭，用于确保模拟电路运行在安全状态。在本实施例中，辅助控制电路包括9路输出控制，以及信号输入的接收电路，此外还包括其他控制信号的输入输出电路。辅助控制电路也直接连接至主控模块的PLC芯片。

在本实施例中，主控模块采用三菱Q系列的可编程逻辑控制器PLC芯片，用于接收断路器的信号输入并下发对应的控制指令，实现断路器模块之间的联动联调，或实现多个一次设备状态监测系统的联动联调。同时，可通过内置的PLC程序仿真真实高压断路器的失灵闭锁功能、压力低闭锁功能、储能状态闭锁功能以及两侧刀闸位置的状态。本实施例中仅采用了PLC芯片，并不涉及程序逻辑的改进与开发等内容，所采用的PLC芯片以及内置程序也均属于公知内容因此不进行赘述。

在本实施例中，人机交互模块采用威纶通15英寸触摸屏，用于对系统的工况进行可视化展示，同时过该人机交互模块下发断路器刀闸的控制指令。在本实施例中，该人机交互模块通过MODBUS通信协议连接至PLC芯片。

在本实施例系统中，还包括通信模组，用于与其它电力设备通过物联网集中管理连接，实现不同联调基地进行跨区域联网测试；具体的，本实施例中采用5G通信，利用手持式智能终端，例如手机或手持式PC与模拟装置实现互联，可远程监测和遥控一次设备的模拟状态。该模组通过连接至人机交互模块再进一步接入主控模块的PLC芯片。

在本实施例的一些其他实施例中，断路器跳闸、合闸回路，刀闸分闸、合闸的回路内配置可更换的熔断器，用于防止线路短路和产生过电流。

在本实施例的一些其他实施例中，系统还包括指示灯模组，用于对系统中模拟的线路中的分合闸位置的状态进行显示。具体可包括合位状态指示灯和分位状态指示灯。

更为具体的，本实施例系统模拟高压断路器的跳闸及合闸，如图3所示，系统可以仿真高压断路器的跳闸回路、合闸回路、跳闸接点位置、合闸接点位置的状态，以及可以模拟隔离刀闸的合位和分位的状态。如图3中所示：第一模拟高压断路器5001、第二模拟高压断路器2201、第三模拟高压断路器2011、第四模拟高压断路器2401、第五模拟高压断路器2402，均为本系统通过断路器模块模拟的电气一次设备中的高压断路器，第一辅助隔离刀闸20111、第二辅助隔离刀闸20112、第三辅助隔离刀闸22011、第四辅助隔离刀闸22012为电气一次设备中的辅助隔离刀闸。图3为典型降压变电站的接线原理图，其运行原理简单说明如下：在500KV母线电源侧通电状态下，通过主变压器1001将500KV电压降至220KV电压后接至220KV母线，220KV母线再分出多路间隔馈线供给其它负荷侧。高压断路器是控制电流回路通断的最重要的设备，隔离刀闸是高压断路器开断电流回路的辅助设备，可直观得到电气一次设备是否处于通电状态。

断路器模块模拟的电气一次设备中的高压断路器的控制回路，如图4所示，+KM为正电源，-KM为负电源，TWJ为跳位继电器，HWJ为合位继电器，HBJ为合位保持继电器，BHJ为保护重合继电器，BTJ为保护跳闸继电器，TBJ为分位保持继电器，DL为断路器辅助位置接点，HQ为断路器合闸线圈，TQ为断路器跳闸线圈。其中，断路器合位与分位辅助接点互为闭锁。

当断路器位置处于分位状态时，分位保持继电器TBJ的闭锁接点位置处于闭合状态，跳位继电器TWJ的线圈处于得电状态，跳位灯常亮。当保护装置的重合继电器BHJ的接点闭合，合位保持继电器HBJ的线圈得电，合位保持继电器HBJ的接点闭合，断路器的合闸线圈HQ得电，断路器DL合闸。断路器DL的合闸辅助位置接点断开，断路器DL的分闸辅助位置接点闭合。

当断路器位置处于合位状态时，合位继电器HWJ的线圈处于得电状态，合位灯常亮。当保护装置的跳闸继电器BTJ的接点闭合，分位保持继电器TBJ的线圈得电，分位保持继电器TBJ的接点闭合，断路器的跳闸线圈TQ得电，断路器跳闸。断路器DL合闸辅助位置接点闭合，断路(DL分闸辅助位置接点断开。

另一方面，本实用新型还提供了一次设备状态模拟装置，一次设备状态模拟装置，其包括上述实施例中的一次设备状态监测系统。

在一些实施例中，装置内置四个断路器模块。具体的，单台断路器机箱，标准4U尺寸可设计四组模拟断路器，每组断路器有三相双跳合闸线圈，可实现遥控分合断路器功能，手动分合断路器功能；支持三相，分相操作；实现跳位监视、合位监视功能。遥控分合断路器功能，手动分合断路器功能，输出断路器位置的功能，能实现模拟隔离刀闸遥控功能，手动分合刀闸功能，有分相的分合闸位置显示。刀闸位置输出功能，每个刀闸具备位置，需要4组隔离刀闸，4组接地刀闸，最后编辑刀闸断路器的编号和主接线方式，实现多个断路器装置与主断路器装置的通讯。

如图5所示为该装置背面示意图，该实施例的装置尺寸为4U，后部接线；插板式设计，方便后期维护。一组三相分相双线圈跳闸断路器，0.5至4A跳合闸电流手动调节，精度为0.5A；遥控分合断路器功能，手动分合断路器功能；支持三相，分相操作；一、二组跳闸回路独立；3个常开接点、3个常闭接点；支持分合闸位置显示指示灯；支持三相失灵和分相失灵；失灵指示灯，20秒失灵时间自动复位；支持偷跳功能三相当中有一相先跳，另两相2秒内跟跳；支持防跳功能跳闸合闸线圈同时得电不动作；同时还支持跳合闸延时时间设置功能。

此外，装置包括4组隔离刀闸、4组接地刀闸，共8组刀闸，支持遥控、手动分闸与合闸，分位置合位置有3个空节点输出，支持跳合闸延时设置；断路器跳闸、合闸回路，刀闸分闸、合闸的回路内配置可更换的熔断器。

综上所述，本实用新型与现有技术相比，具有以下的特点或优点：

1，本实用新型至多可以模拟16组断路器的一次状态、每组断路器分A、B、C三相，以及32组刀闸的一次状态；

2，本实用新型可模拟真实高压断路器的失灵闭锁功能、压力低闭锁功能、储能状态闭锁功能、偷跳功能、防跳功能以及两侧刀闸位置的状态；

3，本实用新型通过高速发展的物联网5G通讯技术，利用手持式智能终端，例如手机或手持式PC与模拟装置实现互联，可远程监测和遥控一次设备的模拟状态。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一次设备状态监测系统，其特征在于，包括至少一个断路器模块，主控模块、辅助控制电路、通信模组以及人机交互模块；

所述断路器模块连接所述主控模块；所述辅助控制电路连接所述主控模块；所述人机交互模块连接所述主控模块；所述通信模组连接所述人机交互模块；

所述断路器模块包括断路器合闸线圈、断路器跳闸线圈以及继电器；所述继电器包括跳位继电器、合位继电器、合位保持继电器、保护重合继电器、保护跳闸继电器、分位保持继电器。

2.根据权利要求1所述的一次设备状态监测系统，其特征在于，所述辅助控制电路包括辅助隔离刀闸以及辅助接点，所述辅助接点包括断路器合位辅助接点和断路器分位辅助接点；所述断路器合位辅助接点与所述断路器分位辅助接点相互锁闭。

3.根据权利要求1所述的一次设备状态监测系统，其特征在于，所述人机交互模块通过MODBUS通信协议连接所述主控模块。

4.根据权利要求1所述的一次设备状态监测系统，其特征在于，所述断路器模块还包括指示灯模组。

5.根据权利要求4所述的一次设备状态监测系统，其特征在于，所述指示灯模组包括合位状态指示灯和分位状态指示灯。

6.根据权利要求1所述的一次设备状态监测系统，其特征在于，所述断路器模块还设置有熔断器。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一次设备状态监测系统，其特征在于，所述主控模块为可编程逻辑控制器。

8.根据权利要求1至6任一项所述的一次设备状态监测系统，其特征在于，所述通信模组为5G通信模组。

9.一次设备状态模拟装置，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的一次设备状态监测系统。

10.根据权利要求9所述的一次设备状态模拟装置，其特征在于，一次设备状态模拟装置包括四个断路器模块，所述断路器模块包括24路跳合闸信号输入电路以及12路跳合闸输出控制电路。

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