CN218497097U - 一种高压断路器状态综合在线采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压断路器状态综合在线采集装置，其包括壳体、光纤发射端口、光纤接收端口、电流信号电缆接入端口、开关行程信号采集端子、直流开关量电缆接入端子、电源接线端子和数据采集电路；光纤发射端口、光纤接收端口、电流信号电缆接入端口、开关行程信号采集端子、直流开关量电缆接入端子、电源接线端子置于壳体上；所述数据采集电路置于壳体内，且与光纤发射端口、光纤接收端口、电流信号电缆接入端口、开关行程信号采集端子、直流开关量电缆接入端子、电源接线端子连接。本实用新型能对断路器的二次控制回路元件、弹簧或液压操作机构、操作传动杆、灭弧室机械元件进行全面的监测。

Description

一种高压断路器状态综合在线采集装置

技术领域

本实用新型属于断路器监测领域，具体涉及一种高压断路器状态综合在线采集装置。

背景技术

高压断路器不仅可以切断或闭合高压电路中的空载电流和负荷电流，而且当系统发生故障时，通过继电器切断过负荷电流和短路电流，避免了用电设备的损坏，确保了电力系统的可靠运行。

高压断路器二次控制回路元件、弹簧或液压操作机构、操作传动杆、灭弧室机械元件等故障或触头烧损会造成断路器拒动或误动，出现安全隐患，对电力系统的可靠运行产生重大影响。

目前的断路器状态在线监测技术包括基于ARM+DSP的主从处理器架构的高压断路器分布式监测系统、基于上下位机系统结构的基于96单片机的断路器综合在线监测系统，但上述两种系统对断路器状态信息数据的采集不太全面，未能对二次控制回路元件、弹簧或液压操作机构、操作传动杆、灭弧室机械元件等断路器各部分进行全面的监测。比如公开文献：1、《高压断路器机械特性在线监测装置的研制》(唐全海,滕佳华,申成兵,等，电子世界,2013(11):74-75)提出了一种针对某高压真空断路器机械特性在线监测系统设计方案。2、《液压式高压断路器机械特性在线监测故障几率研究》(王成友,闫红华,刘灿东,等，电子世界,2013(11):74-75)借助在线监测系统对液压式高压断路器机械特性在线监测故障几率进行了探讨。3、《高压开关机械特性测试系统的设计》(郭璐,李中健,雷浩等，计算机测量与控制,2010,18(10):2232-2233)采用由ARM、FPGA及信号处理模块组成的下位机，实现对高压开关机械特性测试。4、《基于ARM和FPGA的高压开关机械特性测试系统》(雷浩,赵忠,金基平等，仪表技术与传感器,2009(3):124-125)提出了一种基于ARM和FPGA的高压开关机械特性测试系统，上述4个文献，均未对断路器的二次控制回路元件、弹簧或液压操作机构、操作传动杆、灭弧室机械元件等进行监测，仍然存在安全隐患。

而且，现有的高压断路器状态采集装置存在安装困难，接线、操作复杂等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高压断路器状态综合在线采集装置，该装置结构简单、安装方便，接线、操作便捷，且能对断路器的二次控制回路元件、弹簧或液压操作机构、操作传动杆、灭弧室机械元件进行全面的监测。

本实用新型解决所采用的技术方案是：

一种高压断路器状态综合在线采集装置，其包括壳体、光纤发射端口、光纤接收端口、电流信号电缆接入端口、开关行程信号采集端子、直流开关量电缆接入端子、电源接线端子和数据采集电路；

所述光纤发射端口、光纤接收端口、电流信号电缆接入端口、开关行程信号采集端子、直流开关量电缆接入端子、电源接线端子置于壳体上；所述数据采集电路置于壳体内，且与光纤发射端口、光纤接收端口、电流信号电缆接入端口、开关行程信号采集端子、直流开关量电缆接入端子、电源接线端子电连接。

更进一步的方案是，所述数据采集电路包括FPGA芯片、调理隔离电路、数字隔离模块、光耦隔离模块、电源模块、第二模数转换模块；

所述FPGA芯片分别与调理隔离电路、数字隔离模块、光耦隔离模块、电源模块连接；

所述FPGA芯片通过光纤发射端口与光纤发射器连接；

所述FPGA芯片通过光纤接收端口与光纤接收器连接；

所述调理隔离电路与电流信号电缆接入端口连接；

所述数字隔离模块通过第二模数转换模块与开关行程信号采集端子连接；

所述光耦隔离模块与直流开关量电缆接入端子连接；

所述电源模块与电源接线端子连接。

更进一步的方案是，所述调理隔离电路包括依次连接的运放电路、第一模数转换模块，所述运放电路与电流信号电缆接入端口连接，所述第一模数转换模块与FPGA芯片连接。

更进一步的方案是，所述电流信号电缆接入端口分别与安装在分/合闸线圈和储能电机上的霍尔传感器、安装在断路器一次侧的互感器、用于测量高压断路器的密度微水和振动信号的传感器连接。

更进一步的方案是，所述开关行程信号采集端子与安装在断路器操作杆上的高精度行程传感器连接。

更进一步的方案是，所述直流开关量电缆接入端子与断路器分合闸脉冲电流电路连接。

更进一步的方案是，所述光纤发射端口通过光纤与上位机的光纤发射器连接；所述光纤接收端口通过光纤与外部时钟信号连接。

更进一步的方案是，所述高压断路器状态综合在线采集装置安装在各监测断路器的电气间隔处。

更进一步的方案是，所述壳体的左右面开口；在左右面开口处采用盖板封装，分别形成左面板和右面板。

更进一步的方案是，所述光纤发射端口、光纤接收端口、电流信号电缆接入端口设置在左面板上；开关行程信号采集端子、直流开关量电缆接入端子、电源接线端子设置在右面板上。

本实用新型产生的有益效果是：

通过设置光纤发射端口、光纤接收端口、电流信号电缆接入端口、开关行程信号采集端子、直流开关量电缆接入端子、电源接线端子和数据采集电路，使采样装置能对断路器的二次控制回路元件、弹簧或液压操作机构、操作传动杆、灭弧室机械元件进行全面监测，减少安全隐患，确保了电力系统的可靠运行；

通过设置光纤发射端口、光纤接收端口、电流信号电缆接入端口、开关行程信号采集端子、直流开关量电缆接入端子、电源接线端子，使接线、操作变得简单。

全面地采集断路器相关电气量与机械量，并可以统一的格式通过光纤进行数据上送，方便维护人员对断路器进行全方位的监视和检修；

通过光口外接的高精度时间同步装置授时，比传统的下位机装置具有更高的时间同步精度；

通过光纤发射端口以光纤连接到上位机，实现了上下位机的分离，让监测主机位于监控中心的小室内，有利于为设备提供更稳定和安全的外部环境；同时，光纤以太网拥有比双绞线以太网更远的传输距离，比串口通信更快的传输速率和传输可靠性，使得本实用新型性能更强。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1为高压断路器状态综合在线采集装置的正面示意图；

图2为高压断路器状态综合在线采集装置的左面板示意图；

图3为高压断路器状态综合在线采集装置的右面板示意图；

图4为高压断路器状态综合在线采集装置的数据采集电路框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、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用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参见图1-图4，一种高压断路器状态综合在线采集装置，其包括壳体、光纤发射端口、光纤接收端口、电流信号电缆接入端口、开关行程信号采集端子、直流开关量电缆接入端子、电源接线端子和数据采集电路。

壳体的左右面开口；在左右面开口处采用盖板封装，分别形成左面板和右面板。光纤发射端口、光纤接收端口、电流信号电缆接入端口设置在左面板上；开关行程信号采集端子、直流开关量电缆接入端子、电源接线端子设置在右面板上。数据采集电路置于壳体内，且与光纤发射端口、光纤接收端口、电流信号电缆接入端口、开关行程信号采集端子、直流开关量电缆接入端子、电源接线端子电连接。

数据采集电路包括FPGA芯片、调理隔离电路、数字隔离模块、光耦隔离模块、电源模块、第二模数转换模块；FPGA芯片分别与调理隔离电路、数字隔离模块、光耦隔离模块、电源模块电连接。调理隔离电路包括依次连接的运放电路、第一模数转换模块，所述运放电路与电流信号电缆接入端口连接，所述第一模数转换模块与FPGA芯片连接；电流信号电缆接入端口分别与安装在分/合闸线圈和储能电机上的霍尔传感器、安装在断路器一次侧的互感器、用于测量高压断路器的密度微水和振动信号的传感器连接。数字隔离模块通过第二模数转换模块与开关行程信号采集端子连接，开关行程信号采集端子与安装在断路器操作杆上的高精度行程传感器连接。光耦隔离模块与直流开关量电缆接入端子连接，直流开关量电缆接入端子与断路器分合闸脉冲电流电路连接。电源模块与电源接线端子连接。FPGA芯片与光纤发射端口连接，光纤发射端口通过光纤与上位机的光纤发射器连接。FPGA芯片与光纤接收端口连接，光纤接收端口通过光纤与外部时钟信号连接。

电流模拟量通过传感器后，再通过运放电路、第一模数转换模块接入FPGA；行程信号通过第二模数转换模块和数字隔离模块接入FPGA；开关量信号通过光耦隔离接入FPGA。

本实施例中，高压断路器状态综合在线采集装置安装在各监测断路器的电气间隔处；FPGA芯片型号为EP4CE5F717N；第一模数转换模块采用AD7606芯片；第二模数转换模块采用AD7988芯片；数字隔离模块采用AduM1401芯片。

如图2所示，I1/I1’、I2/I2’、I3/I3’、I4/I4’为电流信号电缆接入端口，FIBEROUT是与光纤发射器连接的光纤发射端口，FIBERIN是与光纤接收器连接的光纤接收端口。在较佳实施例中，光纤发射器为HFBR-2412T，光纤接收器为HFBR-2412MZ。

如图3所示，AC220V为电源接线端子(CN4电源接线端子插头)，用于220V交流电输入。SENSOR为开关行程信号采集端子(M12-A-M接头)，与安装在断路器操作杆上的高精度行程传感器电连接；KI1、KI2、KI3、KI4为直流开关量电缆接入端子(4路直流开关量的采集端子)，与断路器分合闸脉冲电流电连接。

本实施例中，断路器分合闸脉冲电路属于开入回路，开入回路前端采用EMC防护器件对电路进行保护，限流电阻使电路有合适的门限及功耗，再通过光耦隔进行采集。合闸线圈、分闸线圈、储能电机属于直流采集回路，前端通过高精度霍尔传感器，将线圈电流转成小信号，通过调理电路之后进行数据采集。断路器操作杆行程属于机械位置信号，前端通过高精度行程传感器，将机械信号转换成模拟量小信号，通过调理电路之后进行数据采集。断路器一次侧电压电流采集属于交流回路采用，使用录波专用高性能互感器进行数据转换，调理之后进行数据采集。断路器的其它运行数据信息包括密度微水、振动等信号，都通过专用传感器进行数据采集。

通过本实用新型获取断路器的控制回路分合时间、断路器分合前后电压、分闸线圈电流以及断路器操作杆行程等，由上位机对以上相关数据进行综合分析，相对于以往单一地采集电气量或机械量的做法，本实用新型采集的断路器相关物理量更加全面，可以实现对断路器各部分更全面的监视。

本实用新型可以Comtrade文件格式对采集数据进行统一的收集和上送，避免了以往对断路器状态相关物理量采集数据格式不统一、数据传输通道各异的情形，便于站内信息的统一规划和管理。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种高压断路器状态综合在线采集装置，其特征在于：包括壳体、光纤发射端口、光纤接收端口、电流信号电缆接入端口、开关行程信号采集端子、直流开关量电缆接入端子、电源接线端子和数据采集电路；

所述光纤发射端口、光纤接收端口、电流信号电缆接入端口、开关行程信号采集端子、直流开关量电缆接入端子、电源接线端子置于壳体上；所述数据采集电路置于壳体内，且与光纤发射端口、光纤接收端口、电流信号电缆接入端口、开关行程信号采集端子、直流开关量电缆接入端子、电源接线端子连接。

2.根据权利要求1所述的高压断路器状态综合在线采集装置，其特征在于：所述数据采集电路包括FPGA芯片、调理隔离电路、数字隔离模块、光耦隔离模块、电源模块、第二模数转换模块；

所述FPGA芯片分别与调理隔离电路、数字隔离模块、光耦隔离模块、电源模块连接；

所述FPGA芯片通过光纤发射端口与光纤发射器连接；

所述FPGA芯片通过光纤接收端口与光纤接收器连接；

所述调理隔离电路与电流信号电缆接入端口连接；

所述数字隔离模块通过第二模数转换模块与开关行程信号采集端子连接；

所述光耦隔离模块与直流开关量电缆接入端子连接；

所述电源模块与电源接线端子连接。

3.根据权利要求2所述的高压断路器状态综合在线采集装置，其特征在于：所述调理隔离电路包括依次连接的运放电路、第一模数转换模块，所述运放电路与电流信号电缆接入端口连接，所述第一模数转换模块与FPGA芯片连接。

4.根据权利要求1或3所述的高压断路器状态综合在线采集装置，其特征在于：所述电流信号电缆接入端口分别与安装在分/合闸线圈和储能电机上的霍尔传感器、安装在断路器一次侧的互感器、用于测量高压断路器的密度微水和振动信号的传感器连接。

5.根据权利要求1或2所述的高压断路器状态综合在线采集装置，其特征在于：所述开关行程信号采集端子与安装在断路器操作杆上的行程传感器连接。

6.根据权利要求1或2所述的高压断路器状态综合在线采集装置，其特征在于：所述直流开关量电缆接入端子与断路器分合闸脉冲电流电路连接。

7.根据权利要求1或2所述的高压断路器状态综合在线采集装置，其特征在于：所述光纤发射端口通过光纤与上位机连接；所述光纤接收端口通过光纤与外部时钟信号连接。

8.根据权利要求1所述的高压断路器状态综合在线采集装置，其特征在于：所述高压断路器状态综合在线采集装置安装在各监测断路器的电气间隔处。

9.根据权利要求1所述的高压断路器状态综合在线采集装置，其特征在于：所述壳体的左右面开口；在左右面开口处采用盖板封装，分别形成左面板和右面板。

10.根据权利要求9所述的高压断路器状态综合在线采集装置，其特征在于：所述光纤发射端口、光纤接收端口、电流信号电缆接入端口设置在左面板上；开关行程信号采集端子、直流开关量电缆接入端子、电源接线端子设置在右面板上。

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