高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括：傳感器組、主控制器和人機交互顯示器，所述主控制器分別與所述傳感器組和人機交互顯示器連接，所述傳感器組用于檢測高壓斷路器的分合閘線圈電流、動觸頭行程信號和儲能電機工作電流，所述主控制器用于采集所述傳感器組檢測到的信號并進行存儲分析以及由所述人機交互顯示器進行顯示，本實用新型在安裝時對現(xiàn)有高壓斷路器結構的改動較小、具有便于安裝等特點。
【專利說明】高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電力設備的監(jiān)測【技術領域】，尤其涉及一種高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著我國電力事業(yè)的迅速發(fā)展和電力自動化系統(tǒng)的突飛猛進，電力系統(tǒng)供電設備的人工定期檢修越來越不適應電力生產實際的需要，因此實行設備狀態(tài)在線監(jiān)測成為必然。
[0003]高壓斷路器是電力系統(tǒng)的重要執(zhí)行元件，是僅次于發(fā)電機和變壓器的大型電力設備，正常運行時它完成倒換運行操作，把設備或線路接入電網或退出運行，起運行控制作用；當設備和線路發(fā)生故障時能快速切斷故障線路，保證無故障部分正常運行，起運行保護作用。但是，高壓斷路器也是集故障、檢修、參數(shù)測量頻次最多的一種重要電力設備，運行過程中有很高的故障率，易引起電網事故，造成較大的經濟損失，因此對其可靠性提出了非常高的要求。
[0004]有關統(tǒng)計表明，一半以上的變電站維護費用是花在開關上，而其中60%是花費在高壓斷路器的小修和例行檢修上；另外統(tǒng)計，10%的高壓斷路器故障是由于不正確的檢修所致，高壓斷路器的大修須完全解體，既費時，其費用也很高，可達整個高壓斷路器購買成本的1/3至1/2，而且解體和重新裝配會引起很多故障，因此，研究開發(fā)高壓斷路器的在線監(jiān)測系統(tǒng)具有十分急迫的現(xiàn)實意義。
實用新型內容
[0005]有鑒于此，本實用新型提供了一種高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)高壓斷路器狀態(tài)的在線監(jiān)測。
[0006]本實用新型提供了一種高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括:傳感器組、主控制器和人機交互顯示器，所述主控制器分別與所述傳感器組和人機交互顯示器連接，所述傳感器組用于檢測高壓斷路器的分合閘線圈電流、動觸頭行程信號和儲能電機工作電流，所述主控制器用于采集所述傳感器組檢測到的信號并進行存儲分析以及由所述人機交互顯示器進行顯示。
[0007]進一步，所述傳感器組包括:用于檢測所述分合閘線圈電流的電流傳感器I，用于檢測動觸頭行程信息的位移傳感器和用于檢測儲能電機電流的電流傳感器II。
[0008]進一步，所述位移傳感器為角位移傳感器，所述角位移傳感器設置在高壓斷路器的主軸上。
[0009]進一步，所述傳感器組還包括:用于檢測高壓斷路器中六氟化硫微水密度的微水密度傳感器和/或用于檢測高壓斷路器的避雷器的放電次數(shù)的放電次數(shù)傳感器。
[0010]進一步，所述主控制器包括:輸入接口、中央處理器和存儲器，所述輸入接口分別與傳感器組中的各傳感器連接，所述中央處理器分別與所述輸入接口、存儲器和人機交互顯示器連接。
[0011]進一步，所述中央處理器包括:處理電路I和比較電路I，所述處理電路I與比較電路I連接，所述處理電路I用于根據采集的分合閘線圈電流生成電流-時間曲線，所述比較電路I用于將處理電路I生成的電流-時間曲線與所述存儲器中預存的分合閘線圈電流-時間標準曲線比較，并將比較結果通過所述人機交互顯示器顯示。
[0012]進一步，所述中央處理器包括:處理電路II和比較電路II，所述處理電路II與比較電路II連接，所述處理電路II用于根據采集的動觸頭行程信號生成行程一時間曲線，所述比較電路II用于將所述處理電路II生成的行程一時間曲線與所述存儲器預存的動觸頭的行程一時間標準曲線比較，并將比較結果通過所述人機交互顯示器顯示。
[0013]本實用新型的有益效果:
[0014]本實用新型，由傳感器組負責分合閘線圈電流、動觸頭行程信號和儲能電機工作電流的檢測，然后由主控制器將這些信息采集起來進行存儲分析以及通過人機交互顯示器顯示，從而工作人員可以通過人機交互顯示器顯示的這些信息分析高壓斷路器的工作情況，以確定是否需要對其進行檢修，從而實現(xiàn)了高壓斷路器狀態(tài)的在線監(jiān)測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述:
[0016]圖1是本實用新型提供的高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的第一實施例的結構示圖。
[0017]圖2是本實用新型提供的高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的第二實施例的結構示圖。
[0018]圖3是本實用新型提供的高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的第三實施例的結構示圖。
[0019]圖4是本實用新型提供的高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的第四實施例的結構示圖。
[0020]圖5是分合閘線圈結構示意圖。
[0021 ]圖6是分合閘線圈電流特性曲線。
[0022]圖7是直線位移和角位移的對應關系。
[0023]圖8是對應關系曲線的多項式擬合。
【具體實施方式】
[0024]請參考圖1，是本實用新型提供的高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)的實施例的結構示圖。其包括:傳感器組1、主控制器2和人機交互顯示器3，其中主控制器2分別與傳感器組I和人機交互顯示器3連接，傳感器組I用于檢測高壓斷路器的分合閘線圈電流、動觸頭行程信號和儲能電機工作電流，主控制器2用于采集傳感器組I檢測到的信號并進行存儲分析以及交由人機交互顯示器3進行顯示。
[0025]本實施例，由傳感器組負責分合閘線圈電流、動觸頭行程信號和儲能電機工作電流的檢測，然后由主控制器將這些信息采集起來進行存儲分析以及通過人機交互顯示器顯示，從而工作人員可以通過人機交互顯示器顯示的這些信息分析高壓斷路器的工作情況，以確定是否需要對其進行檢修，從而實現(xiàn)了高壓斷路器狀態(tài)的在線監(jiān)測。
[0026]本實施例，可以用于變電站、開閉所、電廠高壓斷路器的機械性能、觸頭電壽命及儲能狀態(tài)的監(jiān)測，通過綜合分析在線監(jiān)測的數(shù)據和相關歷史數(shù)據，診斷出高壓斷路器當前的工作狀態(tài)，為電氣設備狀態(tài)檢修提供決策依據。該監(jiān)測系統(tǒng)能及時了解斷路器的工作狀態(tài)、缺陷的部位，減少過早或不必要的停電試驗和檢修，減少維護工作量，降低維修費用，提高檢修的針對性，可顯著提高電力系統(tǒng)可靠性和經濟性。
[0027]如圖2所示，傳感器組I主要包括:用于檢測分合閘線圈電流的電流傳感器111，用于檢測動觸頭行程信息的位移傳感器12和用于檢測儲能電機工作電流的電流傳感器1113。除此之外，傳感器組I還可以包括:用于檢測高壓斷路器中六氟化硫微水密度的微水密度傳感器和/或用于檢測高壓斷路器的避雷器的放電次數(shù)的放電次數(shù)傳感器等，以實現(xiàn)更全面、細致的對高壓斷路器的監(jiān)測。其中，電流傳感器Ill可以為霍爾電流傳感器；位移傳感器12可以為直線位移傳感器或者角位移傳感器，其為直線位移傳感器時安裝在動觸頭上，直接測量動觸頭的行程；其為角位移傳感器時，其安裝在高壓斷路器的主軸上，用于測量主軸的角位移，然后由主軸角位移與動觸頭直線位移之間的轉化關系將其轉化為動觸頭行程；在本實施例中，優(yōu)選位移傳感器為角位稱傳感器，這是由于:主軸位于低電位，遠離高壓部分，因此位移傳感器安裝在主軸上時不存在高電位隔離的問題，并且主軸附近的可用空間很大，十分方便位移傳感器的安裝，并且這種間接測量的方式支持多種型號的斷路器，具有適用面廣等特點。
[0028]繼續(xù)如圖2所示，主控制器2可以由定制的專用處理器實現(xiàn)，例如為專用的DSP(數(shù)字信號處理器)，其包括:輸入接口 21、中央處理器22和存儲器23，其中輸入接口 21分別與傳感器組I中的各傳感器連接，用于采集各傳感器檢測到的信號，中央處理器22分別與輸入接口 21、存儲器23和人機交互顯示器3連接，用于將輸入接口 21接收到的信號進行存儲、分析以及顯示。需要說明的是，由傳感器采集到的信號到輸至輸入接口 21這中間需要對傳感器采集到的信號進行諸如:電流電壓轉換、濾波、模數(shù)轉換等操作，以使信號具有較好的純凈度且適合中央處理器22處理，這可以在傳感器和輸入接口 21之間設置信號調理電路實現(xiàn)，顯然這對于本領域技術人員而言并不會感到陌生。
[0029]如圖3所示，中央處理器22可以包括:處理電路1221和比較電路1222，其中處理電路1221用于根據采集的分合閘線圈電流生成電流-時間曲線，比較電路222用于將處理電路1221生成的電流-時間曲線與存儲器23中預存的分合閘線圈電流-時間標準曲線比較，并將比較結果通過人機交互顯示器顯示。需要說明的是，處理電路1221生成電流-時間曲線后，也可以由人機交互顯示器直接顯示，本領域技術人員通過觀察電流-時間曲線完全有能力辨別高壓斷路器操作機構的狀態(tài)；當然，這一分析過程也可以直接由處理電路I自動實現(xiàn)分析，即根據測得的電流波形計算操動機構啟動時間、線圈通電時間等；或者由比較電路將其與標準曲線相比判斷操作機構是否正常工作，即根據高壓斷路器自身參數(shù)范圍，比較判斷操動機構是否出現(xiàn)鐵芯空行程、彈簧卡澀、匝間短路等故障。
[0030]如圖4所示，中央處理器22包括:處理電路II223和比較電路11224，其中處理電路II223用于根據采集的動觸頭行程信號生成行程-時間曲線，比較電路II224用于將處理電路I生成的行程-時間曲線與存儲器23預存的動觸頭的行程-時間標準曲線比較，并將比較結果通過人機交互顯示器顯示。其中，可以以高壓斷路器出廠試驗曲線或檢修后試驗曲線作為標準曲線，根據用戶規(guī)程規(guī)定確定曲線的上下限，依此繪制出斷路器行程-時間曲線的包絡線，既完成包絡線的設定。以此包絡線作為行程-時間曲線的上下限值。當陸續(xù)幾次運行曲線都開始偏離標準曲線時且有增加趨勢時，系統(tǒng)提出預警，提示設備狀態(tài)有一定風險，當曲線超出該包絡線范圍，則系統(tǒng)將報警以提請運行人員注意:該斷路器機械特性異常。
[0031]為了便于本領域技術人員更好的重現(xiàn)本實用新型，下面補充分合閘線圈電流特性和斷路器動觸頭行程測量原理。
[0032]一、合分閘線圈電流特性的分析
[0033]斷路器在每次合、分閘過程中，直流線圈的電流隨時間變化，變化波形中蘊藏著極為重要的信息。鐵心及合、分閘線圈是操作機構中的重要組成部分，是控制斷路器動作的關鍵性元件。當線圈通過電流時，在鐵心內部產生磁通，動鐵心受磁力吸引，帶動機械裝置，使彈簧釋放能量進而使斷路器合閘或分閘。鐵心及合、分閘線圈的結構示意如圖5所示。
[0034]在圖中I為鐵心、2為線圈、3為頂桿，4為鐵軛。合、分閘線圈等值為一個電阻R和一個電感線圈L。從能量角度看，合、分閘線圈的作用是把來自電源的電能轉換為磁能，并通過鐵心的運動，再轉化為機械能輸出。
[0035]上述變化過程可以用圖6中的典型合、分閘線圈電流特性波形說明:這一波形根據鐵心的運動，可以分為五個階段:
[0036](I)階段I，t=t0?tl線圈在t0時刻通電，到tl時刻鐵心開始運動。t0為斷路器合、分閘命令下達時刻，是斷路器合、分動作計時起點。tl為線圈中電流、磁通上升到足以驅動鐵心運動，即鐵心開始運動的時刻。這一階段的特點是電流呈指數(shù)上升，鐵心靜止。這一階段的時間與控制電源電壓及線圈的電阻有關。
[0037](2)階段II，t=tl?t2鐵心運動，電流下降。t2為控制電流的谷點，代表鐵心已經觸動操作機械的負載而顯著減速或停止運動。
[0038](3)階段III，t=t2?t3鐵心停止運動，電流又呈指數(shù)上升。
[0039](4)階段IV，t=t3?t4這一階段是階段III的延續(xù)，電流達到近似的穩(wěn)定。
[0040](5)階段V，t=t4?t5電流開斷階段。此階段輔助開關分斷，在輔助開關觸頭間產生電弧并被拉長，電弧電壓快速升高，迫使電流迅速減小，直到熄滅。
[0041]分析電流波形可知，t0?tl時間電流可以反映線圈的狀態(tài)，tl?t2時間電流的變化表征鐵心運動結構有無卡澀、脫落、釋放機械負載變動的情況。t2 —般是動觸頭開始運動時刻。從t2以后機構通過傳動系統(tǒng)帶動動觸頭合、分閘的過程，即動觸頭運動的過程；t4為斷路器的輔助觸點切斷的時刻；t0?t4時間電流的變化可以反映機械操作機構傳動系統(tǒng)的工作情況。
[0042]通過對線圈電流的檢測可以了解斷路器機械操動機構的變動情況。線圈電流波形上I1、12、13三個電流值分別反映電源電壓、線圈電阻及鐵心運動的速度信息，也可作為分析動作的參考。因此，實際記錄每一次開關操作過程線圈電流的波形，分析上列有關參數(shù)可診斷斷路器機械操動系統(tǒng)的重要信息。根據測得的電流波形計算操動機構的啟動時間、線圈通電時間等，并可根據斷路器自身參數(shù)范圍比較判斷操動結構是否已有鐵心空行程、彈簧卡滯等故障。通過對線圈電流特性的分析，為實際合、分閘線圈電流的在線監(jiān)測提供理論的參考。[0043]二、斷路器觸頭行程測量原理。
[0044]斷路器觸頭行程測量要求在很短的分、合閘時間內進行對觸頭行程數(shù)據測量采集，對傳感器以及信號處理電路的要求較高。
[0045]考慮到斷路器在分合閘過程中，動觸頭的行程與主軸轉動角度之間有一定的對應關系，因此測得主軸的角位移曲線，即可間接得到動觸頭的直線位移曲線。斷路器的主軸處于低電位，遠離高壓部分，因此不存在高電位隔離的問題。而且一般情況下主軸附近的可用空間很大，能夠方便地安裝角位移傳感器。這種間接測量的方式對多種型號的斷路器都適用。
[0046]在此基礎上，選用了一種精密的導電塑料電位器作為角位移傳感器，將其安裝在操動機構的主軸上，傳感器的轉軸與斷路器的主軸通過連接件緊固連接，該傳感器有很高的測量線性度和分辨率，此外還具有機械壽命長、啟動力矩小、抗沖擊能力強、價格低廉等優(yōu)點，因此完全滿足斷路器機械特性在線監(jiān)測的要求。
[0047]角位移傳感器的工作原理和普通的旋轉式電位器相同，給兩端加固定參考電壓Ultef后，輸出電壓Us就隨滑動抽頭位置的改變而成比例變化。假設角位移傳感器的有效電氣轉角為A，安裝完成后輸出的起始電壓為Utl，則被測主軸的轉角△ Θ為:
【權利要求】
1.一種高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括:主控制器和人機交互顯示器，其特征在于:還包括:傳感器組，所述傳感器組包括:用于檢測所述分合閘線圈電流的電流傳感器I，用于檢測動觸頭行程信息的位移傳感器和用于檢測儲能電機電流的電流傳感器II，所述主控制器由定制的專用處理器實現(xiàn)，所述主控制器包括:輸入接口、中央處理器和存儲器，所述輸入接口分別與所述傳感器組中的各傳感器連接，所述中央處理器分別與輸入接口、存儲器和人機交互顯示器連接，所述中央處理器包括:處理電路1、比較電路1、處理電路II和比較電路，所述處理電路1、處理電路II的輸入均與所述輸入接口連接，所述比較電路I的輸入與所述處理電路I的輸出連接，輸出與所述人機交互顯示器連接，所述比較電路II的輸入與所述處理電路II的輸出連接，輸出與所述人機交互顯示器連接。
2.如權利要求1所述的高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述位移傳感器為角位移傳感器，所述角位移傳感器設置在高壓斷路器的主軸上。
3.如權利要求1所述的高壓斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器組還包括:用于檢測高壓斷路器中六氟化硫微水密度的微水密度傳感器和/或用于檢測高壓斷路器的避雷器的放電次數(shù)的放電次數(shù)傳感器。
【文檔編號】G01R31/327GK203705604SQ201320759452
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權日:2013年11月26日
【發(fā)明者】李洪兵, 唐建軍, 張電, 廖玉祥, 賀勝, 周鼎, 何建林, 陳琳琳, 趙飛, 印華, 鄧文東 申請人:國家電網公司, 國網重慶市電力公司江北供電分公司