斷路器電壽命監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種斷路器電壽命監(jiān)測系統(tǒng)，斷路器電壽命監(jiān)測系統(tǒng)包括斷路器和配電終端，斷路器包括進出線套管、相序電流互感器、零序電流互感器、真空滅弧室，靜觸頭、動觸頭、電壓互感器和隔離開關，斷路器通過航空插頭和電纜線與配電終端可靠連接，超行程傳感器設置在斷路器本體內部，且位于靜、動觸頭之間。配電終端內部設置有控制芯片，與斷路器本體中的相序電流互感器、零序電流互感器、超行程傳感器、電壓互感器相連，并且連接有報警模塊。斷路器內的傳感器向配電終端實時傳送相應數(shù)據，配電終端通過其芯片計算斷路器剩余電壽命，剩余電壽命為0時將啟動報警裝置。
【專利說明】斷路器電壽命監(jiān)測系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種監(jiān)測系統(tǒng)，尤其涉及一種電壽命監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]斷路器廣泛應用于電纜網絡的環(huán)網柜內和架空網絡的柱上開關上，斷路器作為配電網主干線重要的分段、分界、聯(lián)絡節(jié)點，起到對配電網線路運行監(jiān)視，對故障線路快速判斷、定位、隔離和恢復供電的作用，在電力系統(tǒng)輸配電中得到廣泛應用。然而，斷路器因負荷沖擊、開斷大電流次數(shù)過多或長時間運行于大電流條件下等各種原因很容易達到斷路器的使用電壽命，使得斷路器內的靜、動觸頭發(fā)熱變形、磨損氧化等，若不及時檢修或更換開關設備，會導致開關內靜、動觸頭因接觸不良，失去斷路器的作用，甚至拉弧或燃弧時間過長而導致斷路器發(fā)生爆炸、火災等事故。這將影響整個配電網的運行安全。
[0003]斷路器在國內外已經有數(shù)十幾年的發(fā)展，斷路器質量和性能已經非?？煽?，斷路器的固有電壽命即額定短路電流開斷次數(shù)能達到30?50次。斷路器在使用過程中如果開斷短路電流次數(shù)超過了出廠時的額定次數(shù)，表明斷路器靜、動觸頭電磨損已達到其使用極限值。為了實現(xiàn)對斷路器剩余電壽命的監(jiān)測及預警，就需要對斷路器連接的靜、動觸頭磨損氧化、發(fā)熱變形程度進行實時監(jiān)測。然而，靜、動觸頭位于開關真空泡內部，目前無很好的手段對其進行直接實時監(jiān)測，只能從影響觸頭電壽命的根本原因出發(fā)間接對斷路器觸頭進行實時監(jiān)測。目前，國內所有開關廠家只是根據固有電壽命去粗略判斷斷路器的剩余電壽命，提醒用戶及時檢修或更換開關設備。然而，斷路器因各個廠家制作工藝、配件質量和開關實際運行中的不良等原因，電壽命有很大的差別，用固有電壽命去判斷斷路器剩余電壽命是不可靠的。例如，在某一次線路發(fā)生短路故障后，斷路器因操作機構拒動使得斷路器長時間運行于大電流環(huán)境中，斷路器中的靜、動觸頭因發(fā)熱、氧化、變形等嚴重影響斷路器的使用電壽命，而此時靜、動觸頭的電磨損情況并未計算到斷路器剩余電壽命之中。
[0004]又例如在某一次線路發(fā)生短路故障后，斷路器進行分斷短路電流時間過長，使得斷路器的靜、動觸頭的拉弧、燃弧時間過長，導致觸頭因發(fā)熱、氧化、電磨損、變形等嚴重影響斷路器的電壽命，而此時斷路器剩余壽命遞減一次是不可靠的。
[0005]又例如斷路器因制作工藝不良等原因在正常合、分閘過程中，超行程嚴重失真(一般為±2mm)，甚至沒有超行程，此時，因靜、動觸頭因無壓力并未貼合在一起，引起斷路器虛接合現(xiàn)象，此時，表面斷路器彈性電磨損已達到使用壽命，需要對斷路器進行檢修或更換。因此，必須采取一定的手段綜合考慮斷路器的固有電壽命、線路運行電流大小、拉弧或燃弧時間、超行程等相關量去全面監(jiān)測斷路器剩余電壽命。
實用新型內容
[0006]本實用新型的目的在于提供一種斷路器電壽命監(jiān)測系統(tǒng)，解決斷路器使用壽命無法有效監(jiān)測的技術問題。
[0007]為達到上述目的，本實用新型提供了一種斷路器電壽命監(jiān)測系統(tǒng)，包括斷路器、配電終端、通信模塊以及后臺主站。
[0008]所述斷路器包括進、出線套管，相序電流互感器，零序電流互感器，真空滅弧室，靜、動觸頭，超行程傳感器，電壓互感器，隔離開關。
[0009]所述進、出線套管連接線路電源側和負荷側，所述超行程傳感器設置在斷路器內部，位于靜、動觸頭之間。
[0010]所述配電終端包括數(shù)字信號控制器，所述相序電流互感器、零序電流互感器、超行程傳感器、電壓互感器通過傳輸線與所述數(shù)字信號控制器的相應管腳相連。
[0011]所述配電終端與所述通信模塊通過傳輸線相互通信。
[0012]所述后臺主站可以是遠程智能機終端。
[0013]所述通信模塊包括無線GPRS/GSM通信模塊和RS232/485通信模塊，并與所述后臺主站通過無線網絡方式或現(xiàn)場總線方式通信。
[0014]所述斷路器電壽命監(jiān)測系統(tǒng)還包括報警模塊、光耦合器，顯示模塊等。
[0015]所述配電終端的數(shù)字信號控制器與所述報警模塊、所述顯示模塊、所述通信模塊、所述配電終端之間分別設置有光耦合器。
[0016]所述報警模塊為報警器，所述顯示模塊為顯示屏。
[0017]優(yōu)選地，所述數(shù)字信號控制器可采用型號為STM32f407VG的DSC芯片。
[0018]優(yōu)選地，所述通信模塊可采用H7710系列。
[0019]利用本實用新型斷路器電壽命監(jiān)測系統(tǒng)進行斷路器電壽命測量監(jiān)控的方法，包括以下步驟:
[0020]步驟一，計算斷路器電壽命絕對磨損量；
[0021]步驟二，計算斷路器電壽命相對電磨損量；
[0022]步驟三，計算斷路器的彈性電磨損量；
[0023]步驟四，計算斷路器剩余電壽命；
[0024]步驟五，評估斷路器剩余電壽命，將其發(fā)送給相應顯示模塊或遠程監(jiān)控端；
[0025]步驟六，根據所評估的斷路器剩余電壽命，相應發(fā)起報警或由遠程監(jiān)控端發(fā)送回相應控制指令。
[0026]所述斷路器電壽命絕對磨損量為斷路器工作時分斷短路電流次數(shù)，所述斷路器電壽命相對磨損量包括:電路中電流值超出設定閥值的時間累計轉化成的電磨損量，斷路器分合閘時拉弧或燃弧時間累計轉化成的電磨損量，所述的斷路器彈性電磨損量為斷路器分合閘時靜、動觸頭接觸瞬間由于慣性再次彈開的距離L與設定距離常數(shù)的差。
[0027]在上述方法中，配電終端既能通過GPRS通信方式與主站之間交換數(shù)據，又能通過GSM通信方式把報警信號發(fā)送給用戶手機，同時具有RS232/RS485本地總線通信接口。
[0028]通過本實用新型的斷路器剩余電壽命監(jiān)測系統(tǒng)，能彌補目前對斷路器剩余電壽命監(jiān)測及預警方法上的不足，能夠促進斷路器的智能化水平、提高斷路器運行的安全性、增加供電的可靠性，最終有助于智能配電網的發(fā)展。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為本實用新型的斷路器剩余電壽命監(jiān)測預警系統(tǒng)的斷路器本體結構圖；
[0030]圖2為本實用新型的斷路器剩余電壽命監(jiān)測預警系統(tǒng)的配電終端示意圖；[0031]圖3為本實用新型的斷路器剩余電壽命監(jiān)測預警的原理示意圖；
[0032]圖4為本實用新型的斷路器剩余電壽命監(jiān)測及預警方法、判據示意圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行詳細描述:
[0034]圖1所示為本實用新型實施例的斷路器本體結構示意圖。
[0035]斷路器本體包括從左至右依次連接的進線套管1、零序電流互感器4、動觸頭7、靜觸頭6、真空滅弧室5、相序電流互感器3、出線套管2，還包括設置在動觸頭7與靜觸頭6之間的電壓互感器9。斷路器本體內充滿SF6氣體。
[0036]進線套管I和出線套管2分別連接斷路器本體的電源側和負荷側，相序電流互感器3和零序電流互感器4分別設置在斷路器內出線套管側和進線套管側的電路線上。斷路器本體還包括超行程傳感器8，其設置在靜觸頭6與動觸頭7之間。
[0037]圖2為本實用新型的配電終端示意圖，配電終端10通過航空插頭和電纜線與斷路器本體電氣連接。配電終端10中設置有數(shù)字信號控制器、定值編碼器、光耦合器等，在圖中未示出。
[0038]配電終端用于實現(xiàn)配電開關的三遙功能，SOE (事件記錄)，對時功能等。能夠實時監(jiān)測輸電線路的電壓電流大小、負荷開關在分閘、合閘及故障時的電壓電流大小、觸頭的拉弧、燃弧時間、負荷開關關合短路電流次數(shù)統(tǒng)計。本實用新型中的通信模塊也可設置在配電終端內部，負責和主站實時通信。
[0039]圖3為本實用新型實施例的斷路器剩余電壽命監(jiān)測及預警裝置原理圖。
[0040]如圖所示，斷路器本體中的相序電流互感器、零序電流互感器、超行程傳感器以及電壓互感器與配電終端10內的數(shù)字信號控制器相連。配電終端內部的通信模塊、報警模塊、顯示模塊分別連接有光耦合器，光耦合器的另一端與數(shù)字信號控制器相連。數(shù)字信號控制器還與斷路器本體內的監(jiān)測動、靜觸頭分合狀態(tài)的行程開關相連，其之間設置有光耦合器。
[0041]本實用新型的監(jiān)測系統(tǒng)工作時，斷路器本體中的3個三相相序電流互感器、I個零序電流互感器、I個電壓互感器以及超行程傳感器作為模擬量輸入傳送給數(shù)字信號控制器。配電終端內的定值編碼器輸入值、開關狀態(tài)值、已分斷電流次數(shù)值和儲能狀態(tài)值作為數(shù)字量輸入傳送給數(shù)字信號控制器。通信模塊通過現(xiàn)場總線與數(shù)字信號控制器相連，同時，通過現(xiàn)場總線或無線網絡與后臺主站進行實時通訊。數(shù)字信號控制器的控制量輸出信號作用于斷路器的靜、動觸頭，使之進行分合閘操作。數(shù)字信號控制器的報警控制信號、狀態(tài)顯示控制量輸出值分別作用于報警模塊和顯示模塊，報警模塊采用的報警器可包括蜂鳴報警、聲光報警，數(shù)據顯示模塊包括LED狀態(tài)指示燈、LCD液晶顯示屏等。
[0042]實際工作中，數(shù)字信號控制器可采用型號為STM32f407VG的DSP芯片，芯片的內部資源很多，存儲容量大，價格便宜，同時ARM芯片有無線通信接口、以太網通信接口，也能產生PWM波，能快速處理和輸出模擬量、數(shù)字量、控制信號、報警信號等。對控制信號、報警信號輸出增加TLP112光f禹隔離,保證輸出信號的穩(wěn)定性和抗干擾性。同時,米用宏電公司的H7710系列通信模塊作為配電終端，既能通過GPRS通信方式與主站之間交換數(shù)據，又能通過GSM通信方式把報警信號發(fā)送給用戶手機，同時具有RS232/RS485當?shù)赝ㄐ偶熬S護接口。[0043]圖4為本實用新型實施例的斷路器剩余電壽命監(jiān)測系統(tǒng)的預警方法判據示意圖。斷路器剩余電壽命的判據包括配電終端中的各傳感器測得的數(shù)據以及斷路器固有的壽命值。各傳感器測得斷路器內部的實時數(shù)據并發(fā)送給中央處理器CPU進行比較、計算，處理后的數(shù)據將傳送給后臺主站，由后臺主站的監(jiān)控人員通過數(shù)據實時監(jiān)控，當發(fā)生斷路器電壽命結束報警時，及時派維護人員去現(xiàn)場更換斷路器、提供用戶服務。
[0044]具體的計算方法在配電終端的中央處理器CPU中完成，包括以下步驟:
[0045]已知斷路器固有電壽命即分斷短路電流次數(shù)為S ；
[0046]在開關運行時，配電終端內的數(shù)字信號控制器統(tǒng)計分斷短路電流次數(shù)η ;
[0047]在開關運行時，配電終端通過電流互感器測量線路電流值Α，當電流互感器檢測得到的電流值A大于設定電流值，配電終端開始統(tǒng)計并累計電流時間tl，當累計電流時間tl達到閥值W時，開關磨損程度Ml增加一次，電流時間tl清零，數(shù)字信號控制器將開關磨損程度Ml轉換為開關分斷短路電流次數(shù)，Ml增加到一定值，分斷短路電流次數(shù)nl增加I次，開關磨損程度Ml清零并重新開始累積；
[0048]開關每次分閘、合閘時，配電終端檢測斷路器從合閘到分閘的電流產生時間t2即靜、動觸頭的拉弧或燃弧時間，數(shù)字信號控制器將電流產生時間t2轉換為開關電磨損程度M2，當t2達到一定閥值時，M2累積增加I次，t2清零并重新開始累積，數(shù)字信號控制器將開關磨損程度M2轉換為開關分斷短路電流次數(shù)，M2增加到一定值，分斷短路電流次數(shù)n2增加一次，開關磨損程度M2清零并重新開始累積；
[0049]通常。斷路器的固有電壽命為30次。
[0050]數(shù)字信號控制器計算斷路器的剩余電壽命:N=30-n-nl-n2。
[0051]當N=O時，開關已用完其電壽命，由配電終端產生報警信號，并發(fā)送給報警模塊。
[0052]另外，斷路器的剩余電壽命還通過彈性電磨損量L作為判據，其步驟包括:
[0053]斷路器每次合閘、分閘時，靜、動觸頭接觸瞬間由于慣性再次彈開的距離為彈性電磨損量L ;使用超行程傳感器測得每次開關動作時的彈性電磨損量L，當彈性電磨損量L〈0.5mm時，數(shù)字信號控制器判斷開關已用完其電壽命，配電終端產生報警信號，并發(fā)送給報警單元，同時將報警信號發(fā)送給后臺主站。
[0054]本實用新型的斷路器剩余電壽命監(jiān)測系統(tǒng)，包括將斷路器電流超限的損壞折合為電壽命以及將彈性電磨損量作為判據兩方面對斷路器壽命進行監(jiān)測，更加科學、合理，具有雙重保險的意義，對用戶在電網、大型設施中使用斷路器提供了可靠的依據，能夠避免由斷路器電壽命預測不當造成的火災、觸電等損失。
[0055]以上的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本實用新型的范圍進行限定，在不脫離本實用新型設計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本實用新型的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本實用新型的權利要求書確定的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種斷路器電壽命監(jiān)測系統(tǒng)，包括斷路器本體、配電終端(10)、通信模塊以及后臺主站，所述斷路器本體包括從左至右依次連接的進線套管(I)、零序電流互感器(4)、動觸頭(7)、靜觸頭(6)、真空滅弧室(5)、相序電流互感器(3)、出線套管(2)，還包括設置在動觸頭(7)與靜觸頭(6)之間的電壓互感器(9)，所述進線套管(I)和出線套管(2)連接線路電源側和負荷側，所述斷路器本體通過航空插頭和電纜線與所述配電終端(10)可靠連接，其特征在于， 所述配電終端(10)內部設置有數(shù)字信號控制器； 所述斷路器本體內部設置有超行程傳感器(8)，且位于靜觸頭(6)與動觸頭(7)之間；所述配電終端(10 )內部的數(shù)字信號控制器與所述相序電流互感器(3 )、零序電流互感器(4)、超行程傳感器(8)、電壓互感器(9)以及所述通信模塊相連。
2.根據權利要求1所述的斷路器電壽命監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于， 所述后臺主站與所述配電終端(10)電氣連接或網絡連接； 所述后臺主站可以是遠程智能機終端； 所述通信模塊包括無線GPRS/GSM通信模塊和RS232/485通信模塊，其與所述后臺主站通過無線網絡方式或現(xiàn)場總線方式通信。
3.根據權利要求2所述的斷路器電壽命監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于， 所述斷路器電壽命監(jiān)測系統(tǒng)還包括光耦合器，報警模塊，顯示模塊； 所述配電終端的數(shù)字信號控制器與所述報警模塊、所述顯示模塊、所述通信模塊和斷路器內部動、靜觸頭(6、7 )之間通過光耦合器相連。
4.根據權利要求3所述的斷路器電壽命監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于， 所述數(shù)字信號控制器可采用型號為STM32f407VG的DSC芯片； 所述光耦合器采用高光速光耦合器TLPl 12 ; 所述通信模塊采用宏電公司的H7710系列通信模塊； 所述報警模塊包括報警器； 所述顯示模塊包括顯示屏，實時顯示斷路器剩余電壽命。
5.根據權利要求4所述的斷路器電壽命監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于， 所述配電終端通過GPRS通信方式與主站之間交換數(shù)據； 所述配電終端具有RS232/RS485本地通信功能。
【文檔編號】G01R31/327GK203643578SQ201320833538
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權日:2013年12月17日
【發(fā)明者】楊敦高, 劉玉剛, 曹西征, 李振林 申請人:北京合銳清合電氣有限公司