CN2870023Y - Sf6气体压力状态在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及属于电力送变电过程的高压电气设备的SF₆气体压力状态在线监测装置。主要由上位机1和采集测量单元2两部分组成：其特征在于还包括设在采集测量单元2内的压力传感器3，温度传感器4，压力信号处理电路5，温度信号处理电路6，多路转换开关电路7，A/D转换器8，单片机9，Rs 485通讯接口电路10，报警指示电路11，单元工作状态指示电路12，工作电源电路13等。本实用新型SF₆气体压力状态在线监测装置不需要每天到现场去巡视，能实现实施在线测量和远程监控，实用性强，解决了压力和温度的关系，自动显示气体状态量，并具有对比简单、打印方便、测量精度高等优点。

Description

SF6气体压力状态在线监测装置

                        技术领域

本实用新型涉及一种采集、测量、监控的装置，尤其是对高压电器设备中的有关SF₆气体压力的在线监控，属于电力送变电过程的高压电气设备的测量领域。

                        背景技术

高压断路器是送变电领域众多的高压电气设备中唯一的电力控制设备。高压电网的高压开关连接、断开、发、送和停都必须经过高压断路器的分合操作，断路器在每一次的带电操作过程中在电荷的作用下，触头的表面会处于熔融并产生拉弧现象，引起了触头和灭弧室的烧损，人们称之谓电磨损，为了减少电磨损，科学家们经过了大量的试验发现：SF₆气体具有良好的绝缘性和惰性及灭弧性的特点：因此广泛应用SF₆做为断路器和GIS电气的绝缘和灭弧材料。但高压电器在长期的运行与操作过程中必然受到过电压、环境、机械、湿热等因素的影响，SF₆气体泄漏在所难免。为了测量各台相SF₆气体压力情况，现场设置压力测量装置监测灭弧室内的气体压力是否有泄漏和欠压等情况，确保开关的正常运行。以往的监控灭弧室的气体压力一般采用“密度继电器”或“电接点压力表”居多，基本上是以纯机械的杠杆平衡原理方式：一端设置气体标准气囊“砝码”和另一端接气体灭弧室。当灭弧室内的气体压力失常将有可能会引起泄漏时，压力小于标准气囊“砝码”，结果杠杆失去了平衡，发出了报警及闭锁信号。同时近年来也有人提出了其静态压力变送器置于灭弧室气体相接利用压力变送信号，观察气体压力状态。总之，现有的监控装置存在以下明显缺点：①无法解决温度对压力影响的估算；②必须每天到现场去巡视，无法远程监视；③测量精度低；④各次测量数据采集，不能自动比较。

                        发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的缺点，提供一种模块化设计、全方位测量SF₆气体压力、并可以实施在线测量和远程监控的SF₆气体压力状态在线监测装置。

本实用新型的目的是这样实现的，本实用新型的SF₆气体压力状态在线监测装置主要由上位机1和采集测量单元2两部分组成：其特征在于还包括设在采集测量单元2内的压力传感器3，温度传感器4，压力信号处理电路5，温度信号处理电路6，多路转换开关电路7，A/D转换器8，单片机9，Rs485通讯接口电路10，报警指示电路11，单元工作状态指示电路12，工作电源电路13等；其采集测量单元2电路连接为：压力传感器3和压力信号处理电路5相连接，温度传感器4和温度信号处理电路6连接，压力信号处理电路5和温度信号处理电路6和转换开关电路7输入端相并接，多路转换开关电路7输出端和A/D转换器8输入端相接，A/D转换器8的输出端和单片机9输入端1相接，单片机9的输出端1和Rs485通讯接口电路10相接，单片机9的输出端2与报警指示电路11相接，单片机9的输出端3和单元工作状态指示电路12相接，电源电路13的输出端±V₀分别和各电路±V₁电压输入端相接；其变电站所有测量气体容器内的SF₆气体的压力、温度信号经各采样测量单元2测量后，通过Rs485总线送到上位机1进行统一处理。

本实用新型和现有技术对SF₆气体测量相比较，具有以下的优点：

1、不需要每天到现场去巡视，能实现实施在线测量和远程监控。

2、实用性强，解决了压力和温度的关系。本实用新型能够对压力和温度进行高精度的测量，同时所有的数据通过上位机的气态方程计算，使温度对气压的变化得到有效的修正，实时测量了压力的准确值。解决了压力和温度的关系。

3、自动显示气体状态量，并具有对比简单、打印等优点。本实用新型将一个变电站内所有测量气体容器内的SF₆气体的压力、温度信号经各采集测量单元测量后，通过Rs485总线送到上位机进行统一处理，计算机并自动计算成变化曲线，同时上位机可以和电力局域网相连接，在局域网内的任一计算机都可以查阅各台相SF₆气体压力状态信息和变化趋势，并打印有关信息等。

4、测量精度高。本实用新型压力传感器采用的是0.25级，同时由于本实用新型仅为测量灭弧室内的SF₆气体，它们的压力范围一般为0.3-0.7Mpa，所以我们所采用的为0.1-1Mpa的压力传感器，加上我们所采用的A/D转换器是12位转换器，型号为MC14433，测量精度要比原有的指针式的测量仪表精度高得多。

                        附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型具体情况进一步详细说明。

图1为本实用新型整个测量系统框图

图2为本实用新型的采集测量单元2电原理框图

图3为采集测量单元2的电路原理图

                      具体实施方式

图1为整个测量系统框图，是根据一个变电站现有多少台、相开关数量的具体情况而定，在一个变电站内设一台主计算机(即上位机1)和各台、相的SF₆气室(容器内)安装一定数量的SF₆气体采集测量单元2，采集测量单元2通过Rs485通迅接口电路和上位机1相接，一台上位机1最多可以和256只采集测量单元2相连接，也就是可以对256个气室内的SF₆气体温度、压力、密度的工作状态(一般一个变电站不会超过256只)进行测量。采集测量单元2现场除了显示和报警功能外，还可以通过Rs485通迅接口和上位机1以及电力局域网MIS相连接，局域网内的任一机算机可以随时随地查阅、打印现场容器内各状态和数值。

图2为本实用新型的采集测量单元2电原理框图，其中他们的电路连接为：压力传感器3和压力信号处理电路5输入端相连接，温度传感器4和温度信号处理电路6输入端连接，压力信号处理电路5和温度信号处理电路6和转换开关电路7输入端相并接，多路转换开关电路7输出端和A/D转换器8输入端相接，A/D转换器8的输出端和单片机9输入端1相接，单片机9的输出端1和Rs485通讯接口电路10相接，单片机9的输出端2和报警指示电路11相接，单片机的输出端3和单元工作指示电路12相接，电源电路13的输出端±V₀分别和各电路±V₀电压输入端相接。

本实用新型整个采集测量单元主要由KY08系列0-1MPa压力传感器，KD590温度传感器，89C196单片机，MC14433型A/D转换器等构成。增加了温度传感器4和温度信号处理电路6输入端连接，解决各不同温度对压力出现的变化，利用计算机进行自动补偿和计算，使各种温度下，压力的值能保证了线性度，如在没有压力情况下，保证了输出为“0”电压，A/D转换器选用MC14433为美国TI公司生产的12位高精度转换器，保证了测量的精度。

图3为本实用新型采集单元的电路原理图：压力传感器3、温度传感器4和SF₆灭弧室气体相接，压力传感器3的精度为0.25级，型号为KY08系列0-1MPa或扩散硅传感器输出为0-100mV线性即可，温度传感器4采用KD590。将压力传感器3的输出信号为电压信号，压力传感器3的输出的信号经电阻R₁送到压力信号放大电路5(信号放大电路由一只双运算放大器TL084组成)型号为TL084A代号D1的第2脚进行信号放大，D1的第3脚接平衡电阻R2到地，由D1的第1脚输出信号经电容C1去耦、输入电阻R3送到型号为TL084B代号D2的输入端第6脚，R4、C3为反馈电路分别接D2的第7脚和第6脚之间，D2第5脚接平衡电阻R5到地，D2的第7脚为输出端将信号送到多路转换开关电路7(多路转换开关电路7型号为MAX4052代号为D5)的输入端第12脚，D5第13脚为输出端；温度传感器4输出信号经电阻R6送到温度信号放大电路6(温度信号放大电路6由一只双运算放大电路TL084组成)型号为(TL084)代号D3的第2脚进行信号放大处理，D3的第3脚接平衡电阻R7到地，由D3的第1脚输出的信号经电容C3去耦再经电阻R8接到代号为D4(型号为TL084B)第6脚输入，R10、C4为反馈电路、其两端分别和D4的第6脚、第7脚相接，D4的第5脚接平衡电阻R9到地，D4的输出端第7脚接多路转换开关电路7代号为D5的第二输入端第14脚，多路转换开关电路采用MAX4052也可以用CD4052代替，多路转换开关D5的输出端的第13脚和A/D转换电路8输入端(型号为MC14433代号为D7)第3脚相接，提供A/D转换器的基准电源型号为MC1403代号D6，其输入端为第1脚和电源+5V相接，滤波电容C10一端和5V相接、另一端和地相接，D6输出端的第2脚经相串接的电位器W1、R11接地，电位器W1中点输出端和A/D转换电路D7的第2脚相接，调节电位器W1使中点电位输出的基准电压为2V，D6第3脚和地相接；A/D转换器D7的第1脚接地、第4脚经R12和第5脚、C9相并接，C9另一端接D7的第6脚，组成CR网络；A/D转换器D7的第7脚和第8脚之间接电容C10，为电容网络；A/D转换器D7的第10脚和第11脚之间接电阻R13组成电阻网络，A10转换器第12脚接-5V，第13脚接地，第24脚接5V，A/D转换器输出端的16-23脚和单片机D8的并口P1(第1脚至第8脚)相并接；单片机型号为AT89C52代号为D8，单片机D8的第12和第13脚分别和转换开关(型号为MAX4052代号为D5)的第9、10脚相并接，分别做为选择温度信号和压力信号状态，单片机D8的第1输出端的第15脚与报警电路11相接，经R13到Q1(复合三极管)的基极，Q1集电极接地，Q1发射极接发光管LDE1到电阻R14到12V，长期发光表示超压报警，复合三极管Q1型号为D1111或D1853。单片机D8的第14脚经R15到复合三极管Q2的基极，Q2集电极接地，Q2发射极串接继电器K1线圈、电阻R16到+12V，继电器K1干接点报警输出，常开端闭合为报警。单片机D8根据所测量的压力信号及单元工作状态采用发光二极管LED1指示。LDE1为双用途报警指示灯，灯亮时为压力不正常，长闪烁为压力正常。单片机D8第9脚为复位脚，分别接R21到地，接R22、C16到+5V；D8的第18、19脚接晶体振荡器T1(为12M晶振)经C14、C15到地；单片机D8第2输出端为第16、17脚和通讯接口电路D10的第1、4脚相接，通讯接口电路D10第6、7脚输出由Rs485标准接口总线送到上位机1，通讯接口电路D10第2、3脚接单片机D8第16脚，为通信读写状态选择，D10第4脚接地、第8脚接5V、4脚和第8脚之间接电容C16。单片机D8的P0口为第32至第39脚和8位拔码开关S1、电阻排RP相并接；RP的另一端接5V，拔码开关S1型号为SW-DIP8的另一端接地；拔码开关S1以8421码设定、表示装置的单元号地址码；单片机D8的P2口(第21至28脚)和液晶显示器代号为D11(型号为128×64点阵)相接，将有关测量内容送到显示器显示。电源模块D12为广州金升阳公司生产的输出电压为+5V、-5V、+12V、总功率为15W的IN-DC/DC模块、

上位机根据单片机送来的数据进行计算、显示并将原始数据比较形成变化曲线，同时和所设定门限进行比较判断是否超过设定门限，如有异常窗口显示报警状态和报警内容。上位机还可以将温度、密度、压力等相关状态表示在同一平面，形成之间的一定对应关系，建立相关的压力变化关系曲线。上位机可以和电力系统的局域网相连接，在局域网内的任一计算机都可以查阅各被测量台相的SF₆气体压力数值工作状态，变电站值班人员就不再需要到开关现场去逐一巡查。

Claims (1)

1.一种SF₆气体压力状态在线监测装置，主要由上位机(1)和采集测量单元(2)两部分组成：其特征在于还包括设在采集测量单元(2)内的压力传感器(3)，温度传感器(4)，压力信号处理电路(5)，温度信号处理电路(6)，多路转换开关电路(7)，A/D转换器(8)，单片机(9)，Rs485通讯接口电路(10)，报警指示电路(11)，单元工作状态指示电路(12)及工作电源电路(13)；其采集测量单元(2)电路连接为：压力传感器(3)和压力信号处理电路(5)相连接，温度传感器(4)和温度信号处理电路(6)连接，压力信号处理电路(5)和温度信号处理电路(6)和转换开关电路(7)输入端相并接，多路转换开关电路(7)输出端和A/D转换器(8)输入端相接，A/D转换器(8)的输出端和单片机(9)输入端1相接，单片机(9)的输出端1和Rs485通讯接口电路(10)相接，单片机(9)的输出端2与报警指示电路(11)相接，单片机(9)的输出端3和单元工作状态指示电路(12)相接，电源电路(13)的输出端±V₀分别和各电路±V₁电压输入端相接；其变电站所有测量气体容器内的SF₆气体的压力、温度信号经各采样测量单元(2)测量后，通过Rs485总线送到上位机(1)进行统一处理。

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