一種高壓gis在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高壓GIS在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括傳感器、機械狀態(tài)采集模塊、溫度狀態(tài)采集模塊、隔離模塊、主控模塊、通訊模塊及為各個模塊進行供電的電源模塊；所述傳感器包括霍爾電流傳感器、光電編碼器和紅外溫度傳感器；所述機械狀態(tài)采集模塊包括依次相連的放大電路、濾波電路和AD轉換電路；所述溫度狀態(tài)采集模塊包括輸入保護電路與I?IC總線電路；所述隔離模塊包括數字隔離芯片和磁耦隔離芯片；所述主控模塊與隔離模塊相連，主控模塊接收經隔離模塊隔離后的信號，所述主控模塊通過通訊模塊與上位機通信連接；所述電源模塊為高壓GIS在線監(jiān)測系統(tǒng)供電。
【專利說明】—種高壓GIS在線監(jiān)測系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力開關設備狀態(tài)監(jiān)測領域，特別涉及一種高壓GIS在線監(jiān)測系統(tǒng)?！颈尘凹夹g】
[0002]GIS是氣體絕緣金屬封閉組合電器，是電力系統(tǒng)的關鍵設備之一，如果在運行過程中發(fā)生故障又得不到及時處理，可能給電網運行帶來嚴重的危害。因此GIS，尤其是高壓GIS運行的可靠性直接關系到電力系統(tǒng)的安全運行。因此，增加高壓GIS的故障檢測手段，對發(fā)現潛在故障、降低電力系統(tǒng)運行成本、提高電力系統(tǒng)安全性和可靠性具有非常重要的意義。近年來隨著我國經濟建設的繁榮發(fā)展，電力系統(tǒng)容量與能量的需求隨之增加，對電力系統(tǒng)的可靠性和經濟性提出了越來越高的要求。以高壓GIS為例，近十年的統(tǒng)計數字表明，每次高壓開關設備事故平均損失電量達數百萬千瓦，它所導致的經濟損失為其本身價格的數千倍甚至數萬倍。因此，從安全生產的角度來講，電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定至關重要。
[0003]對斷路器而言，操動機構和傳動機構機械性能的失效和電氣控制回路、輔助回路的故障往往會引起嚴重的機械故障。為避免斷路器出現拒動和誤動等嚴重機械故障，通常以在線的方式對開關設備的機械性能進行監(jiān)測。在高壓GIS運行過程中，機械振動、觸頭燒蝕等原因都可能造成母線連接處溫度升高引起氧化，使接觸電阻進一步增加，溫度進一步上升，進而出現局部熔焊或產生火花甚至電弧放電，殃及周圍絕緣材料，可能導致設備絕緣出現放大性破壞，設備出現故障。因此，對電力設備的溫度特性進行在線監(jiān)測，是避免重大故障發(fā)生以及控制故障惡化的有效手段。
[0004]電力設備機械狀態(tài)監(jiān)測產品工作的環(huán)境一般都是強電磁干擾環(huán)境，監(jiān)測信號極易受到干擾，導致結果不準確，甚至誤報警、誤動作的情況發(fā)生。本發(fā)明所涉及的高壓GIS在線監(jiān)測系統(tǒng)從抗電磁干擾的角度出發(fā)，設計了有效的信號調理電路，并采用了數字隔離芯片與磁耦隔離芯片，降低了電磁干擾對在線監(jiān)測系統(tǒng)的影響。電力系統(tǒng)中電力設備的型號、電壓等級、參數種類非常多，不同的設備有不同的監(jiān)測要求，現在市場上的在線監(jiān)測產品大多只針對某種型號產品適用，且功能有限。

【發(fā)明內容】

[0005]針對現有技術的缺陷，本發(fā)明提供了一種高壓GIS在線監(jiān)測系統(tǒng)。
[0006]一種高壓GIS在線監(jiān)測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:傳感器、機械狀態(tài)采集模塊、溫度狀態(tài)采集模塊、隔離模塊、主控模塊、通訊模塊及為各個模塊進行供電的電源模塊，其特征在于:
[0007](I)所述傳感器
[0008]采集高壓GIS控制回路分、合閘線圈電流，以及采集儲能電機電流的霍爾電流傳感器；
[0009]采集高壓GIS主軸角位移信號的增量式光電編碼器；
[0010]采集高壓GIS母線連接處溫度信號的紅外溫度傳感器；[0011]所述霍爾電流傳感器、光電編碼器分別進一步連接所述機械狀態(tài)采集模塊；所述機械狀態(tài)采集模塊包括依次相連的放大電路、濾波電路和AD轉換電路，用于將采集的信號經放大、濾波、AD轉換后以數字信號的形式通過所述隔離模塊以隔離輸出的方式輸出給所述主控模塊；
[0012]所述紅外溫度傳感器進一步連接所述溫度狀態(tài)采集模塊；所述溫度狀態(tài)采集模塊包括I IC總線電路與輸入保護電路，其中紅外溫度傳感器與I IC總線電路相連，用于將溫度數據通過所述隔離模塊以隔離輸出的方式輸出給所述主控模塊；輸入保護模塊對進入溫度狀態(tài)采集模塊的高電壓與干擾脈沖進行吸收，保護后端電路各個模塊免受過電壓沖擊；
[0013](2)所述主控模塊
[0014]接收經隔離模塊隔離后的信號，并通過通訊模塊進一步將采集到的信號發(fā)送給上位機和液晶屏。
[0015]優(yōu)選的，所述主控模塊包括定時器，所述主控模塊以通過定時器來實現編碼器模式以接收隔離后的光電編碼器信號。
[0016]優(yōu)選的，所述放大電路選用儀表運算放大器，通過放大電阻阻值的選擇達到不同的放大要求，且在運放的同相輸入端和反向輸入端之間連接一個瞬態(tài)抑制二極管，抑制浪涌，保護后級電路。
[0017]所述濾波電路通過運算放大器構建Sallen-Key結構的四階巴特沃斯低通濾波器，去除信號頻帶中的無用部分和噪聲，保留有用的信號；。
[0018]所述機械狀態(tài)采集模塊進一步包括絕對值電路，其用于對濾波后的信號進行絕對值處理，所述絕對值電路采用運算放大器來構成絕對值電路。
[0019]優(yōu)選的，所述輸入保護電路包括高壓瓷片電容與瞬態(tài)電壓抑制器。
[0020]優(yōu)選的，所述主控模塊使用基于ARM的STM32F407系列微控制器，運行RT-Thread嵌入式操作系統(tǒng)且所述在線監(jiān)測系統(tǒng)采用多線程處理多路信號。
[0021 ] 所述通訊模塊包括RS485接口、CAN總線接口、FSMC接口。
[0022]優(yōu)選的，所述隔離模塊包括數字隔離芯片與磁耦隔離芯片，數字隔離芯片輸入端連接機械狀態(tài)采集模塊，磁耦隔離芯片輸入端連接溫度狀態(tài)采集模塊。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:由于采用了非接觸測量方法，以及數字隔離與磁耦隔離，使得系統(tǒng)抗干擾能力強，由于采用了濾波電路和高精度AD使得測量精度提高，由于采用了嵌入式系統(tǒng)和多線程技術，使得處理速度提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的一個實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明為一種高壓GIS在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括傳感器、機械狀態(tài)采集模塊、溫度狀態(tài)采集模塊、隔離模塊、主控模塊、通訊模塊，以及電源模塊。下面分別對其進行詳細介紹。
[0027]所述傳感器包括霍爾電流傳感器，光電編碼器，紅外溫度傳感器。[0028]GIS的控制回路通過分、合閘線圈電流來控制斷路器的分合，電流的大小、波形能夠反映斷路器的機械狀態(tài)是否正常，使用霍爾電流傳感器采集電流信號可以實現非接觸式測量，響應快，測量精度高。
[0029]光電編碼器安裝在GIS斷路器主軸上，采集主軸轉動產生的信號，利用光柵衍射原理實現位移-數字變換，通過光電轉換，將主軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖數字量。
[0030]紅外溫度傳感器用于測量GIS母線連接處的溫升，是非接觸式測量，可實現高低壓隔離。
[0031 ] 機械狀態(tài)采集模塊包括依次相連的放大電路、濾波電路和AD轉換電路，放大電路選用儀表運算放大器，通過放大電阻阻值的選擇達到不同的放大要求。在運放的同相輸入端和反向輸入端之間連接一個瞬態(tài)抑制二極管，抑制浪涌，保護后級電路。濾波電路通過運算放大器構建Sallen-Key結構的四階巴特沃斯低通濾波器，去除信號頻帶中的無用部分和噪聲，保留有用的信號。濾波后對信號進行絕對值處理，使用運算放大器構成絕對值電路，滿足后級電路模數轉換器對輸入信號的要求。
[0032]AD轉換模塊將經過放大濾波后的模擬信號轉換為數字信號，AD轉換模塊可以使用多通道模數轉換器ADC128S102，ADC128S102的串行數據輸出兼容SPI，QSPI，MICROff-1RE等標準。主控芯片支持采用這些標準的數據傳輸，這樣就可以方便的將轉換后的數據傳輸給主控芯片。
[0033]溫度狀態(tài)采集模塊包括IIC總線電路與輸入保護電路，紅外溫度傳感器與IIC總線電路相連，發(fā)送溫度數據。輸入保護模塊對進入模塊的高電壓與干擾脈沖等進行吸收，保護后端電路各個模塊免受過電壓沖擊，使被保護模塊能夠安全的、穩(wěn)定的工作，例如可以采用高壓瓷片電容與瞬態(tài)電壓抑制器，通過高壓瓷片電容濾除信號中的干擾脈沖，通過瞬態(tài)電壓抑制器抑制高電壓以保護后續(xù)電路。
[0034]隔離模塊包括數字隔離芯片與磁耦隔離芯片，數字隔離芯片輸入端連接機械狀態(tài)采集模塊，磁耦隔離芯片輸入端連接溫度狀態(tài)采集模塊，可以破壞干擾途徑、切斷干擾耦合通道，使信號更加可靠。兩個隔離芯片的輸出端都連接主控芯片。采取以上抗干擾措施，本發(fā)明所涉及的電力設備機械狀態(tài)在線監(jiān)測模塊電路通過了電磁兼容4級測試。
[0035]主控模塊與隔離模塊相連，主控模塊接收隔離后的信號。主控模塊使用基于ARM的STM32F407系列微控制器，運行RT-Thread嵌入式操作系統(tǒng)，采用多線程處理各路信號，系統(tǒng)響應快，實時性好。主控模塊包括定時器，配置為編碼器模式，接收隔離后的光電編碼器信號。
[0036]通訊模塊包括RS485接口、CAN總線接口。主控模塊通過通訊模塊可與上位機通信連接，可上傳溫度參數、機械參數、錄波等信息，上位機也可以通過CAN總線或RS485接口向下位機發(fā)送指令，例如可以向主控模塊下發(fā)參數設置命令、對時或修改主控模塊內的程序等。
[0037]可選的，所述主控模塊通過通訊模塊與液晶屏相連，液晶顯示屏可以實時的顯示采集到的溫度或機械狀態(tài)信息?？蛇x的，主控模塊通過FSMC將監(jiān)測過程中的各種參數存儲于外部的存儲器內，例如可以是非易失性存儲器，這樣當主控模塊失電后系統(tǒng)所存儲的關鍵參數或程序也不會丟失。
[0038]綜上所述，本發(fā)明所述的高壓GIS在線監(jiān)測系統(tǒng)具有以下優(yōu)點:(I)采用了高精度傳感器和完善的信號采集裝置，精度高，可靠性好；(2)使用高性能微控制器并運行多線程操作系統(tǒng)，響應快，實時性好；⑶采用霍爾電流傳感器，非接觸式紅外溫度傳感器，并在電路中增加了隔離芯片，高低壓側沒有直接的電氣連接，兩側相互獨立，高低壓側隔離性好；
(4)抗電磁干擾能力強，采用軟硬件相結合的方式消除電磁干擾；(5)豐富的接口，可連接上位機、液晶顯示屏；(6) (7)可根據不同需求修改功能，滿足不同設備的在線監(jiān)測需求?？偠灾景l(fā)明所述的裝置適用性廣，測量精確度高，測量范圍廣，高低壓側隔離性好，抗電磁干擾能力強，容易實現，適合于工程實際應用。
[0039]本文中對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上說明僅用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域技術人員，依據本發(fā)明的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。
【權利要求】
1.一種高壓Gis在線監(jiān)測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:傳感器、機械狀態(tài)采集模塊、溫度狀態(tài)采集模塊、隔離模塊、主控模塊、通訊模塊及為各個模塊進行供電的電源模塊，其特征在于: (1)所述傳感器 采集高壓Gis控制回路分、合閘線圈電流，以及采集儲能電機電流的霍爾電流傳感器； 采集高壓GIS主軸角位移信號的增量式光電編碼器； 采集高壓GIS母線連接處溫度信號的紅外溫度傳感器； 所述霍爾電流傳感器、光電編碼器分別進一步連接所述機械狀態(tài)采集模塊；所述機械狀態(tài)采集模塊包括依次相連的放大電路、濾波電路和AD轉換電路，用于將采集的信號經放大、濾波、AD轉換后以數字信號的形式通過所述隔離模塊以隔離輸出的方式輸出給所述主控模塊； 所述紅外溫度傳感器進一步連接所述溫度狀態(tài)采集模塊；所述溫度狀態(tài)采集模塊包括I IC總線電路與輸入保護電路，其中紅外溫度傳感器與I IC總線電路相連，用于將溫度數據通過所述隔離模塊以隔離輸出的方式輸出給所述主控模塊；輸入保護模塊對進入溫度狀態(tài)采集模塊的高電壓與干擾脈沖進行吸收，保護后端電路各個模塊免受過電壓沖擊； (2)所述主控模塊 接收經隔離模塊隔離后的信號，并通過通訊模塊進一步將采集到的信號發(fā)送給上位機和液晶屏。
2.根據權利要求1所述的高壓GIS在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于: 所述主控模塊包括定時器，所述主控模塊通過定時器來實現編碼器模式接收隔離后的光電編碼器信號。
3.根據權利要求1所述的高壓GIS在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于: 所述放大電路選用儀表運算放大器，通過放大電阻阻值的選擇達到不同的放大要求，且在運放的同相輸入端和反向輸入端之間連接一個瞬態(tài)抑制二極管，抑制浪涌，保護后級電路； 所述濾波電路通過運算放大器構建Sallen-Key結構的四階巴特沃斯低通濾波器，去除信號頻帶中的無用部分和噪聲，保留有用的信號； 所述機械狀態(tài)采集模塊進一步包括絕對值電路，用于對濾波后的信號進行絕對值處理，所述絕對值電路采用運算放大器來構成絕對值電路。
4.根據權利要求1所述的高壓GIS在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于: 優(yōu)選的，所述輸入保護電路包括高壓瓷片電容與瞬態(tài)電壓抑制器。
5.根據權利要求1所述的高壓GIS在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于: 所述主控模塊使用基于ARM的STM32F407系列型號的微控制器，運行RT-Thread嵌入式操作系統(tǒng)且所述在線監(jiān)測系統(tǒng)采用多線程處理多路信號； 所述通訊模塊包括RS485接口、CAN總線接口、FSMC接口。
6.根據權利要求1所述的高壓GIS在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于: 所述隔離模塊包括數字隔離芯片與磁耦隔離芯片，數字隔離芯片輸入端連接機械狀態(tài)采集模塊，磁耦隔離芯片輸入端連接溫度狀態(tài)采集模塊。
【文檔編號】G01R31/327GK104020411SQ201410264055
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權日:2014年6月13日
【發(fā)明者】郝爽, 王小華, 李錫, 榮命哲, 任宏達, 李銳海, 陳曉國, 劉定新 申請人:南方電網科學研究院有限責任公司, 西安交通大學