CN220543070U - 高压开关异常状态监测装置及电气设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压开关异常状态监测装置及电气设备,装置包括：面阵温度传感器，面阵温度传感器安装在开关柜的柜门上且对准开关柜内刀闸开关的中间区域；局部放电采集单元，局部放电采集单元包括高频电流传感器和超声波传感器，高频电流传感器安装在开关柜内高压母排和电缆连接处，超声波传感器安装在开关柜内；监测终端，监测终端安装在开关柜内，面阵温度传感器、高频电流传感器和超声波传感器分别连接监测终端的信号输入端；天线，天线安装在开关柜外，监测终端连接天线以用于传输监测数据。能够准确监测高压开关柜内的过热故障和局部放电故障，并且能够定位过热故障点。

Description

高压开关异常状态监测装置及电气设备

技术领域

本实用新型涉及开关柜领域，特别涉及一种高压开关异常状态监测装置及电气设备。

背景技术

高压开关柜是电网运行的重要组成部分，主要用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用的电气设备，其运行的稳定性直接影响到电网安全运行。高压开关长期工作在高电压、大电流的环境下，容易出现故障引发运行事故。高压开关柜的主要故障一个是过热，另一个是局部放电，其中过热是因为在高压、大电流的工作环境下，高压开关柜内的隔离开关触头接触位置、导电排搭接位置和电缆头连接位置这几个接线触点因为氧化问题、接触不良、负载过大、相间短路等原因都会导致温度升高，而造成开关柜过热故障。另一个故障是局部放电，高压开关柜内的局部放电问题是引起运行事故的另一大因素，其主要是由于开关柜内电缆接头的绝缘部件存在缺陷，产生局部微量放电导致的。

现有的高压开关柜中是通过常规的温度传感器来获取柜内温度判断是否发生过热故障，通过超声波传感器监测开关柜内的高频振动超声信号来判断是否发生局部放电故障。然而常规的温度传感器只能获取柜内的整体温度，无法精确定位过热区域，导致无法准确判断故障点并且当外界环境温度较高时容易发生误判。并且采用超声波传感器监测局部放电状态的抗干扰能力差，测量精度低。

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，本实用新型提出一种高压开关异常状态监测装置及电气设备，能够准确监测高压开关柜内的过热故障和局部放电故障，并且能够定位过热故障点。

根据本实用新型第一方面实施例的高压开关异常状态监测装置，安装在开关柜内，包括：面阵温度传感器，所述面阵温度传感器安装在所述开关柜的柜门上且对准开关柜内刀闸开关的中间区域；局部放电采集单元，所述局部放电采集单元包括高频电流传感器和超声波传感器，所述高频电流传感器安装在所述开关柜内高压母排和电缆连接处，所述超声波传感器安装在所述开关柜内；监测终端，所述监测终端安装在所述开关柜内，所述面阵温度传感器、高频电流传感器和超声波传感器分别连接所述监测终端的信号输入端；天线，所述天线安装在所述开关柜外，所述监测终端连接所述天线以用于传输监测数据。

根据本实用新型第一方面实施例的高压开关异常状态监测装置，至少具有如下有益效果：

本实用新型实施方式以面阵测温的方式对开关柜进行温度状态监测，将面阵温度传感器安装在柜门上且对准开关柜内刀闸开关的中间区域，使得面阵温度传感器的面阵测温区域可以覆盖隔离开关触头接触位置、导电排搭接位置和电缆头连接位置这些容易发生过热故障的区域，能够判断发生过热故障的位置点，并且不会因为外界温度的变化引发过热误报，提高过热故障监测的准确性和可靠性。本申请的局部放电采集单元采用高频电流传感器和超声波传感器的双传感器设计，一方面通过高频电流传感器监测电缆接头的局部放电信号，另一方面通过超声波传感器获取高频振动超声信号，监测终端结合局部放电信号和高频振动超声信号综合判断是否发生局部放电故障，抗干扰能力强，测量精度高。监测终端发现开关柜内出现过热故障或局部放电故障后第一时间通过天线将故障警报发送给上位机，工作人员能够及时进行处理，避免发生运行事故。

根据本实用新型的一些实施例，所述面阵温度传感器通过抗干扰屏蔽信号线连接所述监测终端，所述高频电流传感器通过抗干扰屏蔽信号线连接所述监测终端，所述监测终端通过抗干扰屏蔽信号线连接所述天线。

根据本实用新型的一些实施例，所述抗干扰屏蔽信号线包括自内向外依次层叠的双绞线、铝箔层、铜镀锡编织层和护套。

根据本实用新型的一些实施例，所述铜镀锡编织层和所述护套之间还设置有支撑层。

根据本实用新型的一些实施例，所述高频电流传感器与所述监测终端之间还设置有磁隔离模块，所述高频电流传感器连接所述磁隔离模块的输入端，所述磁隔离模块的输出端连接所述监测终端的信号输入端。

根据本实用新型的一些实施例，还包括机械状态检测单元，所述机械状态检测单元包括振动传感器、分合闸电流传感器和角速度传感器，所述振动传感器安装在开关柜内刀闸开关上，分合闸电流传感器安装在开关柜内刀闸开关的线圈上，所述角速度传感器安装在开关柜内刀闸开关的主轴上，所述振动传感器、分合闸电流传感器和角速度传感器分别连接所述监测终端。

根据本实用新型的一些实施例，还包括开关量模块，所述开关量模块用于接入开关柜的开关量信号，所述开关量模块的输出端连接所述监测终端的信号输入端。

根据本实用新型第二方面实施例的电气设备，包括开关柜，所述开关柜内安装有上述的高压开关异常状态监测装置。

根据本实用新型第二方面实施例的电气设备，至少具有如下有益效果：

本实用新型实施方式以面阵测温的方式对开关柜进行温度状态监测，将面阵温度传感器安装在柜门上且对准开关柜内刀闸开关的中间区域，使得面阵温度传感器的面阵测温区域可以覆盖隔离开关触头接触位置、导电排搭接位置和电缆头连接位置这些容易发生过热故障的区域，能够判断发生过热故障的位置点，并且不会因为外界温度的变化引发过热误报，提高过热故障监测的准确性和可靠性。本申请的局部放电采集单元采用高频电流传感器和超声波传感器的双传感器设计，一方面通过高频电流传感器监测电缆接头的局部放电信号，另一方面通过超声波传感器获取高频振动超声信号，监测终端结合局部放电信号和高频振动超声信号综合判断是否发生局部放电故障，抗干扰能力强，测量精度高。监测终端发现开关柜内出现过热故障或局部放电故障后第一时间通过天线将故障警报发送给上位机，工作人员能够及时进行处理，避免发生运行事故。

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

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，其中：

图1为本实用新型实施例中高压开关异常状态监测装置的原理框图；

图2为本实用新型实施例中面阵温度传感器和局部放电采集单元的安装位置示意图；

图3为本实用新型实施例中抗干扰屏蔽信号线的剖视图。

附图标号：

面阵温度传感器100、局部放电采集单元200、高频电流传感器210、超声波传感器220、监测终端300、天线400、抗干扰屏蔽信号线500、双绞线510、铝箔层520、铜镀锡编织层530、护套540、支撑层550、机械状态检测单元600、振动传感器610、分合闸电流传感器620、角速度传感器630、开关柜700、开关量模块800。

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。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

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。

参照图1和图2所示，一种高压开关异常状态监测装置，安装在开关柜700内，包括：面阵温度传感器100、局部放电采集单元200、监测终端300和天线400。其中，面阵温度传感器100安装在开关柜700的柜门上且对准开关柜700内刀闸开关的中间区域，经过现场测试，将面阵温度传感器100对准刀闸开关的中间区域时，形成的面阵测温区正好能够覆盖所有容易发生过热故障的位置，例如隔离开关触头接触位置、导电排搭接位置和电缆头连接位置等，面阵温度传感100实时监测面阵测温区内的温度状态，不会关注其他区域，例如开关柜外壳的升温情况，避免误报，并且面阵温度传感器100是将面阵测温区分为N个测温点，因此当某个测温点温度过高时面阵温度传感器100能够准确定位并反馈给监测终端，帮助工作人员准确判断故障位置，提前做好维护准备。

其中，局部放电采集单元200包括高频电流传感器210和超声波传感器220，高频电流传感器210安装在开关柜700内高压母排和电缆连接处，超声波传感器220安装在开关柜700内，本实施例中高频电流传感器210采用频率为1MHZ～100MHZ的电流传感器，可以采集接头处的高频电流信号，监测该区域的局部放电状态，超声波传感器220安装在柜门上，也可以安装在母线室内壁上，当接头处发生局部放电，局部放电产生的能量会导致放电点周围的分子剧烈运动，引起周边气体膨胀和收缩，进而在外部形成超声波进行传输，超声波传感器220获取超声波信号反馈给监测终端，监测终端根据超声波信号和高频电流信号进行综合判断是否发生局部放电，对比单一传感器的监测方式，准确性更好。

监测终端300安装在开关柜700内，面阵温度传感器100、高频电流传感器210和超声波传感器220分别连接监测终端300的信号输入端，本申请中监测终端300采用电气设备中常用的采集终端设备即可，具有485、232等信号输入端子，并配置MCU、存储器等数据处理模块和4G/5G模块等无线通信模块，监测终端300通过安装在开关柜700外的天线400将监测数据反馈给上位机或主站，实现高压开关异常状态的实时远程监测。

具体的，高压开关内部线缆繁多，之间没有隔离，存在严重的干扰，会影响传感器的采集数据和监测终端的监测数据传输。为了提高数据传输的可靠性，本申请中面阵温度传感器100通过抗干扰屏蔽信号线500连接监测终端300，高频电流传感器210通过抗干扰屏蔽信号线500连接监测终端300，监测终端300通过抗干扰屏蔽信号线500连接天线400。

具体的，参考图3所示，本实用新型实施例中抗干扰屏蔽信号线500包括自内向外依次层叠的双绞线510、铝箔层520、铜镀锡编织层530和护套540，铜镀锡编织层530和护套540之间还设置有支撑层550。通过铝箔层520、铜镀锡编织层530形成的双屏蔽层可以有效屏蔽干扰信号，支撑层可以提高护套540和铜镀锡编织层530之间的结构强度，避免铜镀锡编织层530被挤压等外力作用损坏，护套540可以起到防潮防灰防损的作用。

其中，因为高频电流传感器210安装在高压母排和电缆连接处，容易受到干扰，为了进一步提高抗干扰性能，高频电流传感器210与监测终端300之间还设置有磁隔离模块211，高频电流传感器210连接磁隔离模块211的输入端，磁隔离模块211的输出端连接监测终端300的信号输入端。本实施例中磁隔离模块211的型号为MRD-5012。

高压开关的异常状态除了过热故障和局部放电故障以外，还包括机械故障，例如刀闸开关收到分合闸命令但实际未执行动作，为了监测刀闸开关的机械状态，本申请还包括机械状态检测单元600，机械状态检测单元600包括振动传感器610、分合闸电流传感器620和角速度传感器630，振动传感器610安装在开关柜700内刀闸开关上，分合闸电流传感器620安装在开关柜700内刀闸开关的线圈上，角速度传感器630安装在开关柜700内刀闸开关的主轴上，振动传感器610、分合闸电流传感器620和角速度传感器630分别连接监测终端300。

其中，振动传感器610的作用是反馈刀闸开关的机械振动状态，分合闸电流传感器620的作用是反馈分合闸线圈电流的状态，角速度传感器630的作用是反馈刀闸开关的主轴的行程变化，监测终端通过刀闸开关的机械振动状态、分合闸线圈电流的状态和刀闸开关的主轴的行程变化可以判断刀闸开关的机械状态，主站结合控制命令可以判断刀闸开关的机械状态是否发生异常，是否响应了分合闸控制命令。

其中，本申请还包括开关量模块800，开关量模块800用于接入开关柜700的开关量信号，开关量模块800的输出端连接监测终端300的信号输入端。

本实用新型还涉及一种电气设备，包括开关柜700，开关柜700内安装有上述实施例的高压开关异常状态监测装置。

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，在所属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 (8)

1.一种高压开关异常状态监测装置，安装在开关柜(700)内，其特征在于，包括：

面阵温度传感器(100)，所述面阵温度传感器(100)安装在所述开关柜(700)的柜门上且对准开关柜(700)内刀闸开关的中间区域；

局部放电采集单元(200)，所述局部放电采集单元(200)包括高频电流传感器(210)和超声波传感器(220)，所述高频电流传感器(210)安装在所述开关柜(700)内高压母排和电缆连接处，所述超声波传感器(220)安装在所述开关柜(700)内；

监测终端(300)，所述监测终端(300)安装在所述开关柜(700)内，所述面阵温度传感器(100)、高频电流传感器(210)和超声波传感器(220)分别连接所述监测终端(300)的信号输入端；

天线(400)，所述天线(400)安装在所述开关柜(700)外，所述监测终端(300)连接所述天线(400)以用于传输监测数据。

2.根据权利要求1所述的高压开关异常状态监测装置，其特征在于，所述面阵温度传感器(100)通过抗干扰屏蔽信号线(500)连接所述监测终端(300)，所述高频电流传感器(210)通过抗干扰屏蔽信号线(500)连接所述监测终端(300)，所述监测终端(300)通过抗干扰屏蔽信号线(500)连接所述天线(400)。

3.根据权利要求2所述的高压开关异常状态监测装置，其特征在于，所述抗干扰屏蔽信号线(500)包括自内向外依次层叠的双绞线(510)、铝箔层(520)、铜镀锡编织层(530)和护套(540)。

4.根据权利要求3所述的高压开关异常状态监测装置，其特征在于，所述铜镀锡编织层(530)和所述护套(540)之间还设置有支撑层(550)。

5.根据权利要求1所述的高压开关异常状态监测装置，其特征在于，所述高频电流传感器(210)与所述监测终端(300)之间还设置有磁隔离模块(211)，所述高频电流传感器(210)连接所述磁隔离模块(211)的输入端，所述磁隔离模块(211)的输出端连接所述监测终端(300)的信号输入端。

6.根据权利要求1所述的高压开关异常状态监测装置，其特征在于，还包括机械状态检测单元(600)，所述机械状态检测单元(600)包括振动传感器(610)、分合闸电流传感器(620)和角速度传感器(630)，所述振动传感器(610)安装在开关柜(700)内刀闸开关上，分合闸电流传感器(620)安装在开关柜(700)内刀闸开关的线圈上，所述角速度传感器(630)安装在开关柜(700)内刀闸开关的主轴上，所述振动传感器(610)、分合闸电流传感器(620)和角速度传感器(630)分别连接所述监测终端(300)。

7.根据权利要求1所述的高压开关异常状态监测装置，其特征在于，还包括开关量模块(800)，所述开关量模块(800)用于接入开关柜(700)的开关量信号，所述开关量模块的输出端连接所述监测终端(300)的信号输入端。

8.一种电气设备，其特征在于，包括开关柜(700)，所述开关柜(700)内安装有权利要求1至7任意一项所述的高压开关异常状态监测装置。