CN220107653U - 一种可视化的高压断路器的汇控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可视化的高压断路器的汇控装置，适用于35kV～750kV高压断路器。装置包括：分合闸模块、非全相保护模块、模拟量采集模块、信号采集模块、电机控制保护模块、主控模块和可视化交互模块；通过上述模块，可以实现断路器全状态直观展示、分合闸操作、非全相保护及储能打压等控制功能，本实用新型，可以实现各个模块采集信息的汇聚，将断路器各部件，以及线路负荷电流、储能电机电流信号发送至主控模块，用户通过显示屏，实现信息的翻阅和查看，从而可以快速获取当前的断路器的状态信息，提高了断路器操作可靠性和巡检效率。

Description

一种可视化的高压断路器的汇控装置

技术领域

本实用新型涉及电力可视化领域，特别是指一种可视化的高压断路器的汇控装置。

背景技术

目前，断路器操作机构二次控制回路仍采用传统的各种继电器、接触器、操作按钮、转换开关等器件搭建组成，元件种类和机械触点多、回路复杂，运行中受沙尘、震动、机械卡涩、接触不良等影响，易导致断路器操作失灵，严重影响电网的安全运行。

例如750KV的断路器二次控制回路中各元件健康状态无法实时感知，常带病运行，直至发展成真实故障或在定期检修中逐步排查出安全隐患，目前高压断路器的状态检测方法主要是传统的定期维护检修，隔一段时间对断路器进行停工检修。主要缺点是：需要停电检修，会对用户的生活和生产造成影响，同时存在没有故障也要检修的情况，对人力物力造成极大的浪费；另外随着电网规模的扩大，断路器数量急剧增多，现有的检修人员在巡检过程中，效率低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型在于提供一种可视化的高压断路器的汇控装置，以解决上述现有的检修人员在巡检过程中、断路器控制与保护机构的状态信息无法感知、断路器运维效率低的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供一种可视化的高压断路器的汇控装置，包括：

分合闸模块、非全相保护模块、模拟量采集模块、信号采集模块、电机控制保护模块、主控模块、和可视化交互模块；

所述分合闸模块，用于采集每一相断路器的操作逻辑信息，包括操作闭锁信号、开关位置信号、操作控制模式信号；并依据这些信号实时诊断断路器的分合闸逻辑，结合外部分合闸指令共同驱动分合闸线圈，实现断路器的分合闸控制功能，同时将所述断路器的状态信息发送给所述主控模块；

所述非全相保护模块，用于实时获取所述断路器的三相负荷电流、三相断路器的辅助接点和非全相压板投退的状态信息，综合模拟量和开关量综合判断断路器三相状态，在发生非全相故障时，向每一相的分合闸模块发出跳闸控制命令，并将工作过程中采集的所有信息和事件发送给所述主控模块；

所述模拟量采集模块，用于采集所述断路器的负荷电流、储能电机的电压和电流等模拟量数据；将这些数据转发给所述主控模块；

所述模拟量采集模块包括：对应电机的每相的电流信号的采集电路；

每个采集电路包括：用于接收电机的三相信号中的一相信号的接线端子，连接型号为op07的放大电路。

所述信号采集模块，用于实时采集所述断路器本体和汇控柜里的电源、储能机构、操作状态的异常、告警和闭锁信号，并发送给主控模块；

所述电机控制保护模块，用于储能电机的保护与控制，用于电机超时保护、电机启停控制和监测数据汇集上送对电机运行过程进行实时运行状态监测；

所述的主控模块，用于将所述分合闸模块、所述非全相保护模块、所述模拟量采集模块、和所述信号采集模块采集的信号，转发至所述可视化交互模块；

所述可视化交互模块，用于显示和查询所述主控模块的信号。

优选的，所述分合闸模块包括：

合闸控制单元、分闸控制单元和防跳控制单元。

优选的，所述分闸控制单元包括：

近控/远控转换开关、分/合闸开关、辅助开关、分闸线圈、低油压闭锁接点、低气压闭锁接点和分闸继电器；

所述合闸单元包括：近控/远控转换开关、分/合闸开关、辅助开关、合闸线圈、低油压闭锁接点、低气压闭锁接点和合闸继电器；

分合闸单元包括：所述防跳控制单元包括防跳继电器。

分合闸状态以及低压状态通过所述开关、锁接点或继电器节点识别。

优选的，所述可视化交互模块包括：显示屏以及控制面板；

所述显示屏用于显示所述主控模块转发的各个模块的状态信号；

所述控制面板，用于通过控制按钮翻阅所述显示屏的信号。

优选的，所述非全相保护模块包括：

信息采集单元：三相负荷电流、三相断路器的辅助接点和非全相压板投退的信号采集。

非全相保护单元：综合模拟量和开关量判断断路器三相状态，在发生非全相故障时，向每一相的分合闸模块发出跳闸控制命令，并将工作过程中采集的所有信息和事件发送给所述主控模块。

所述信号采集模块包括：

单片机，用于通过自身网口采集SCADA系统内的分/合闸指令，通过分合闸状态继电器的位置信号，采集继电器的状态；采集继电器发出的低油压/低气压闭锁的信号。

所述电机控制保护模块包括：

控制继电器控制断路器分合闸、保护继电器用于电机超时、过热保护、模拟量采集模块对接单元用于接入模拟量采集模块所采集的电机电流、电压信号，并通过RS485接口发送给MCU。MCU接受模拟量采集单元发送的电机电流、电压信号，控制保护继电器动作。

本实用新型，可以实现各个模块采集的信息的汇聚，将断路器的各个部件，以及电机的各相电流信号发送至主控，用户通过显示屏，实现信息的翻阅和查看，从而实现用户在经过断路器的周围，可以快速获取当前的断路器的状态信息，从而加快了巡检效率。

附图说明

图1是实施例的汇控装置整体框图；

图2是实施例的汇控装置的模拟量采集模块的电路结构图；

图3是实施例的汇控装置的模拟量采集模块的外围电路结构图；

图4是实施例中主控模块芯片引脚电路图及外围电路。

图5是实施例中装置控制面板。

具体实施方式

为清楚说明本实用新型中的技术方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。

本实用新型的实施例提供一种可视化的高压断路器的汇控装置，参见各个附图，实施例中，高压设备，可以是750kv的断路器，汇控装置包括：

分合闸模块、非全相保护模块、模拟量采集模块、信号采集模块、主控模块、和可视化交互模块；

所述分合闸模块，用于实时采集每一相断路器的操作逻辑信息包括操作闭锁信号、开关位置信号、操作控制模式信号等信息；对所述的操作逻辑信息进行就地分析和判定是否允许操作；输出对应的操作控制命令给对应相断路器的分合闸线圈完成断路器控制过程；将过程中的所有信息和事件实时发送给主控模块；在实施例中，可以采用单片机或采用型号为74LS153的芯片处理，每相的断路器相应连接一个芯片，用于采集断路器上述的指令或信号，并将采集结果送入所述主控模块。

所述非全相保护模块，用于实时获取所述断路器的三相负荷电流、采集三相断路器的辅助接点和压板投退的状态信息；基于上述信息对非全相逻辑进行综合分析以确定是否需要开放非全相保护跳闸出口；在需要开放保护跳闸出口的情况下向每一相的分合闸模块发出跳闸控制命令；将过程中的所有信息和事件实时发送给主控模块；向每一相的分合闸模块发出跳闸控制命令，并将工作过程中的采集的所有信息和事件发送给所述主控模块；在实施例中，可以采用GD32F103VGT6 MCU结合ATT7022E模拟量采样芯片，用于采集断路器上述的指令或信号，汇聚到所述主控模块。

所述模拟量采集模块，用于采集所述断路器的负荷电流、储能电机的电压和电流等模拟量数据；将这些数据转发给所述主控模块，以及其他的模块使用；

模拟量采集模块，可以采用外接信号采集端子，采集三相电流的模拟量。随后经过V2(瞬态抑制二极管或称为稳压管)的保护后进入OP07放大电路，通过两级运算放大器变为单片机接受的电压量，U8的输出端接电容C37，通过C37把直流部分滤除掉，保留交流电压进入到单片机的模拟量输入端(AIN0)里，U8输出端接LM385BXM1.2(低功耗稳压基准二极管)的REFD端口，通过LM385进行电压抬升，抬升1.2V后，把交变的电压完全抬升到正电压。两级运放的输出端分别接SMAJ5.0CA做电路保护使用。

所述信号采集模块，用于实时采集所述断路器本体和汇控柜里的电源、储能机构、操作状态的异常、告警和闭锁信号，并发送给主控模块，以及相关的模块使用。

在实施例中，信号采集模块可以是单片机，用于通过自身网口采集SCADA系统内的分/合闸指令，通过分合闸状态继电器的位置信号，采集继电器的状态；采集继电器发出的低油压/低气压闭锁的信号。用于实时采集断路器本体和汇控柜里的电源、储能机构、操作过程等各个环节的异常、告警和闭锁等信号；将这些数据发送给主控模块。

所述的电机控制保护模块，用于储能电机的控制与保护，主要对储能电机的运行状态进行采集，MCU采用PIC18F452单片机，通过RS485接口连接模拟量采集模块对接单元(北京阿尔泰公司PCI9770),实时采集储能电机的电压、电流、温度等信息。当发现监测数据异常时，MCU通过自身IO口输出高电平信号，控制5V继电器输出电机保护信号，启动电机保护。控制信号通过MCU接受到的上级动作指令后，控制储能电机工作，完成储能电机储能。

所述的主控模块，用于将所述分合闸模块、所述非全相保护模块、所述模拟量采集模块、和所述信号采集模块采集的信号，转发至所述可视化交互模块；

主控模块在实施例中，可以采用CPU，选择型号为C8051F005，为64管脚单片机，通过AN0-AN2采集三相电机电流，AN3-AN5采集三相电压。利用SPI功能，MOSI\MISO\NSS接口对显示屏进行控制，能够可视化当前汇控装置的参数信息。RS485接口与远端设备进行远程通信。P3.1-P3.3作为输出端口，控制线圈分合闸。P3.4-P3.7作为故障节点输出端口，当发生故障时，输出闭锁信号。

所述可视化交互模块，用于显示和查询所述主控模块的信号。所述可视化交互模块，用于显示和查询断路器的全环节可视化信息；实现断路器操作控制的相关参数配置及调试界面；实现就地的面板操作按钮以及断路器控制按钮功能；

在上述的实施例中，所述分合闸模块包括：

合闸控制单元、分闸控制单元和防跳控制单元。

所述合闸单元包括：信息采集部分、合闸逻辑判断部分、合闸出口部分和可视信息传输部分；用于根据所采集的某一相的合闸控制参数信息和控制命令进行合闸逻辑判断后开放合闸控制出口给相应相的断路器合闸线圈以完成合闸操作或给出合闸条件不满足告警；

所述信息采集部分，用于实时采集对应相断路器的所有与合闸控制相关的各种数据，包括：远程合闸命令、就地合闸命令、远程/就地位置、断路器常开辅助接点、防跳闭锁信号、低油压闭锁信号、低气压闭锁信号等；

所述合闸逻辑判断部分，从信息采集部分获取所有合闸相关信息后根据预置的合闸控制逻辑进行是否允许断路器合闸的逻辑判断，并对操作发出后的动作反馈进行操作成功判断；

所述的合闸出口部分，用于在得到合闸逻辑判断部分给出的合闸允许操作指令后开放断路器的合闸出口以驱动断路器的合闸线圈动作完成断路器的合闸过程；

所述防跳控制单元包括防跳继电器。用于根据防跳压板投退、分合闸控制命令的接收情况进行开关跳跃的预判，并在出现跳跃条件的情况下给出切断合闸回路并进行开关防跳告警。

可视信息传输部分，用于将信息采集部分采集的所有命令信息、位置和辅助接点的变位信息以及低油压低气压信号变位信息、合闸出口部分的出口命令信息以时间顺序一并传输给主控管理模块以便对合闸过程的条件数据、过程数据和结果数据进行全环节记录。可视化交互模块包括：显示屏以及控制面板；

所述显示屏用于显示所述主控模块转发的各个模块的状态信号；

所述控制面板，用于通过控制按钮翻阅所述显示屏的信号。

界面由触摸显示屏、各种指示灯和复归按钮组成。指示灯按照三相断路器的分闸和合闸允许状态进行分组，每一组均提供对应的闭锁和辅助接点当前状态。整体状态指示灯划分为一组，用于显示控制模式和是否出现储能系统压力不足以及非全相压板是否投入等。此外，就地面板还提供总体的运行、告警、故障和断路器位置的提示灯。

当前的合闸电源状态、控制命令、闭锁信息等进行组合逻辑判断是否允许开放合闸出口；

若未出现操作机构电源故障、油压低闭锁、气压低闭锁等异常信号，防跳闭锁信号，且常开辅助接点处于断开状态，则判断合闸回路具备开放基本条件，可以通过命令进行操作；

若远方/就地转换状态为就地，且接收到就地合闸命令，则允许开放合闸出口；

若远方/就地转换状态为远方，且收到远方合闸命令，则允许开放合闸出口；

若成功出口后常开辅助接点由断开变位为闭合，则合闸操作成功；

优选的一种方案，在另一个实施例中，分闸控制单元包括：信息采集部分、分闸逻辑判断部分、分闸出口部分和可视信息传输部分；

所述信息采集部分用于实时采集对应相断路器的所有与分闸控制相关的各种数据，包括：远程主分闸命令、远程副分闸命令、就地分闸命令、远程/就地位置、断路器常闭辅助接点、低油压闭锁信号、低气压闭锁信号等；

所述分闸逻辑判断部分从信息采集部分获取所有分闸相关信息后根据预置的分闸控制逻辑进行是否允许断路器分闸的逻辑判断，并对操作发出后的动作反馈进行操作成功判断；

所述的分闸出口部分用于在得到分闸逻辑判断部分给出的分闸允许操作指令后开放断路器的分闸出口以驱动断路器的分闸线圈动作完成断路器的分闸过程；

所述的可视信息传输部分用于将信息采集部分采集的所有命令信息、位置和辅助接点的变位信息以及低油压低气压信号变位信息、分闸出口部分的出口命令信息以时间顺序一并传输给主控管理模块以便对分闸过程的条件数据、过程数据和结果数据进行全环节记录；

在实施例中，断路器分闸的逻辑判断是根据当前的分闸电源状态、控制命令、闭锁信息等进行组合逻辑判断是否允许开放分闸出口；

若未出现操作机构电源故障、油压低闭锁、气压低闭锁等异常信号，且常闭辅助接点处于闭合状态，则判断分闸回路具备开放基本条件，可以通过命令进行操作；

若远方/就地转换状态为就地，且接收到就地分闸命令，则允许开放分闸出口给主分闸线圈；

若远方/就地转换状态为远方，且收到远方主分闸命令，则允许开放合闸出口给主分闸线圈；

若远方/就地转换状态为远方，且收到远方副分闸命令，则允许开放合闸出口给副分闸线圈；

若成功出口后常闭辅助接点由闭合变位为断开，则分闸操作成功。

在另一个实施例中，非全相保护模块还可以包括：信息采集单元、逻辑判断单元和可视化信息传输单元；

所述的信息采集单元用于实时采集非全相压板投退信息、每相断路器的常开辅助接点和常闭辅助接点信息；从模拟量采集模块获取三相负荷电流信息；

所述逻辑判断单元通过判断信息采集单元所采集的三相断路器的常开辅助接点和常闭辅助接点信息的逻辑组合关系并辅以对三相负荷电流的有效值大小关系来明确是否出现了非全相问题；在确认出现非全相问题后向分合闸控制模块发出分闸控制命令；

所述的可视化信息传输单元用于将非全相告警信息、压板投退信息以及非全相控制输出信息等以时间顺序一并传输给主控管理模块以便对非全相保护过程的条件数据、过程数据和结果数据进行全环节记录；

所述的可视化信息传输单元用于将信息采集单元采集的所有信息、逻辑判断单元确认的电机状态信息以及打压允许命令信息、电机打压过程的接触器节点和油压微动开关的变位信息以及打压异常信息、计数信息等、接触器的控制出口信息等以时间顺序一并传输给主控管理模块以便对储能电机控制过程的条件参数数据、过程数据和结果数据进行全环节记录和监测；

所述的模拟量采集模块，用于对每断路器的三相负荷电流以及每一相断路器的储能电机的三相电源电压和打压电流进行采集；将采集后的电流电压波形或计算得到的有效值转发给主控模块、非全相保护模块和储能电机监控模块等功能模块用以执行相应的断路器监控功能；

信号采集模块用于实时采集系统所需要的所有开关量数据，包括每一相断路器的常开常闭辅助接点、油压气压的闭锁接点和微动开关接点、储能电机接触器的常开常闭接点、电源故障接点等；实时将采集后的开关量信号数据转发给主控模块、分合闸模块、非全相保护模块和储能电机监控模块等功能模块；

主控管理模块，包括信息采集记录单元、分析联动单元、管理查询单元、对时单元、通信接口单元和交互控制单元；

信息采集记录单元用于从从分合闸模块、非全相保护模块、储能电机监控模块、模拟量采集模块、信号采集模块等获取采集信息、过程性信息、异常和故障信息等，并进行记录，以便为其他单元调用；

分析预警单元用于从信息采集记录单元获取全环节信息，并对这些信息进行分析统计，确认各功能是否处于正常状态；当出现异常状态时生成预警信号，作为一类信息发给信息采集记录单元进行记录、同时显示到就地界面上并通过通信单元发出；

管理查询单元用于实现系统的所有就地化应用功能。包括全环节可视化数据的查询、对于所有功能模块以及通信、对时单元的监测和参数管理、就地对时及守时、对外通信接口功能以及与交互控制单元进行功能接口等；

对时单元用于实现系统的授时接口，通过将对时协议发来的时间信息解析到本地时间；

通信接口单元用于实现对外的通信接口，通过网络协议将本地的信息进行封装并发送出去；或响应外部的数据调取命令和控制命令、配置命令等完成相应的功能；

可视化交互模块包括：信息展示单元、就地指示及操作单元；

所述的信息展示单元用于从主控管理模块获取就地人机界面需要显示的全环节可视化信息并按照界面的布局和分页设计方案展示出来；

所述的就地指示及操作单元用于在就地面板上给出断路器的可操作状态、分合闸位置、储能状态、远方/就地位置等重要的指示；在面板上提供分合闸控制按钮、复归按钮、手动储能按钮用于实现就地操作；

图3：三相电机电流模拟量，以A相为例，电流量输出为等比例的电流量，全向天线由JP4进入，随后经过V2(瞬态抑制二极管或称为稳压管)的保护后进入OP07(U7同相输入端接地，反向输入端和输出端并接1k电阻和10pf电容，使全向天线采集来的电流转换为电压量输出给下一级电路，U7输出端通过1k电阻接U8的输入端，U8同向输入端接地，反相输入端和输出端之间并接20K电阻和10pf电容，电容起到高频滤波的作用，20k电阻和1k电阻为输入的比例关系，使输出和输入量之比为20倍)通过两级运算放大器变为单片机接受的电压量，U8的输出端接电容C37，通过C37把直流部分滤除掉，保留交流电压进入到单片机的模拟量输入端(AIN0)里，由于单片机只能接受正信号，因此，(U8输出端接LM385BXM1.2(低功耗稳压基准二极管)的REFD端口)通过LM385进行电压抬升，抬升1.2V后，把交变的电压完全抬升到正电压。两级运放的输出端分别接SMAJ5.0CA做电路保护使用。通过单片机采集的电流经判断阈值大小就可得出电机电流是否正常工作。同理B和C两相电流如A相电流采集方案一致。

图4中，CPU选择C8051F005，为64管脚单片机，四周为稳压电路。通过AN0-AN2采集三相电机电流，AN3-AN5采集三相电压。利用SPI功能，MOSI\MISO\NSS接口对显示屏进行控制，能够可视化当前汇控装置的参数信息。RS485接口与远端设备进行远程通信。P3.1-P3.3作为输出端口，控制线圈分合闸。P3.4-P3.7作为故障节点输出端口，当发生故障时，输出闭锁信号。

对于本实用新型各个实施例中所阐述的方案，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可视化的高压断路器的汇控装置，其特征在于，包括：

分合闸模块、非全相保护模块、模拟量采集模块、信号采集模块、电机控制保护模块、主控模块、和可视化交互模块；

所述分合闸模块，用于采集每一相断路器的操作逻辑信息，包括操作闭锁信号、开关位置信号、操作控制模式信号；并依据这些信号实时诊断断路器的分合闸逻辑，结合外部分合闸指令共同驱动分合闸线圈，实现断路器的分合闸控制功能，同时将所述断路器的状态信息发送给所述主控模块；

所述非全相保护模块，用于实时获取所述断路器的三相负荷电流、三相断路器的辅助接点和非全相压板投退的状态信息，综合模拟量和开关量综合判断断路器三相状态，在发生非全相故障时，向每一相的分合闸模块发出跳闸控制命令，并将工作过程中采集的所有信息和事件发送给所述主控模块；

所述模拟量采集模块，用于采集所述断路器的负荷电流、储能电机的电压和电流的模拟量数据；将这些数据转发给所述主控模块；

所述信号采集模块，用于实时采集所述断路器本体和汇控柜里的电源、储能机构、操作状态的异常、告警和闭锁信号，并发送给主控模块；

所述电机控制保护模块，用于储能电机的保护与控制，用于电机超时保护、电机启停控制和监测数据汇集上送对电机运行过程进行实时运行状态监测；

所述的主控模块，用于将所述分合闸模块、所述非全相保护模块、所述模拟量采集模块、和所述信号采集模块采集的信号，转发至所述可视化交互模块；

所述可视化交互模块，用于显示和查询所述主控模块的信号。

2.根据权利要求1所述的汇控装置，其特征在于，所述分合闸模块包括：

合闸控制单元、分闸控制单元和防跳控制单元。

3.根据权利要求2所述的汇控装置，其特征在于，所述分闸控制单元包括：

近控/远控转换开关、分/合闸开关、辅助开关、分闸线圈、低油压闭锁接点、低气压闭锁接点和分闸继电器；

分合闸单元包括：所述防跳控制单元包括防跳继电器；

分合闸状态以及低压状态通过所述开关、锁接点或继电器节点识别。

4.根据权利要求1所述的汇控装置，其特征在于，所述可视化交互模块包括：显示屏以及控制面板；

所述显示屏用于显示所述主控模块转发的各个模块的状态信号；

所述控制面板，用于通过控制按钮翻阅所述显示屏的信号。

5.根据权利要求1所述的汇控装置，其特征在于，所述非全相保护模块包括：

信息采集单元：三相负荷电流、三相断路器的辅助接点和全相压板投退的信号采集；

非全相保护单元：综合模拟量和开关量判断断路器三相状态，在发生非全相故障时，向每一相的分合闸模块发出跳闸控制命令，并将工作过程中采集的所有信息和事件发送给所述主控模块。

6.根据权利要求1所述的汇控装置，其特征在于，所述模拟量采集模块包括：对应电机的每相的电流信号的采集电路；

每个采集电路包括：用于接收电机的三相信号中的一相信号的接线端子，连接型号为op07的放大电路。

7.根据权利要求1所述的汇控装置，其特征在于，所述信号采集模块包括：

单片机，用于通过自身网口采集SCADA系统内的分/合闸指令，通过分合闸状态继电器的位置信号，采集继电器的状态；采集继电器发出的低油压/低气压闭锁的信号。

8.根据权利要求1所述的汇控装置，其特征在于，所述信号采集模块包括：控制继电器、保护继电器、MCU、模拟量采集模块对接单元。