本發(fā)明涉及一種高壓開關(guān)設(shè)備，屬于高壓開關(guān)設(shè)備監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

高壓開關(guān)設(shè)備作為變電站的核心設(shè)備，其內(nèi)部通過斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)以及互感器、避雷器、進(jìn)出線終端等部件有機(jī)地結(jié)合在一起，這些部件需要與安裝在高壓開關(guān)設(shè)備本體附近的現(xiàn)場控制柜使用電纜連接。目前，110kV及以上電壓等級高壓開關(guān)設(shè)備機(jī)構(gòu)與控制柜之間需要通過大量的電纜進(jìn)行連接，這些電纜要通過用戶提供的電纜溝或電纜橋架敷設(shè)，而這些電纜溝或電纜橋架一般都設(shè)置在地面下，在車間裝配和現(xiàn)場施工需要耗費(fèi)大量勞動(dòng)力，出現(xiàn)問題后排查比較困難，在變電站現(xiàn)場很容易受到過電壓的影響，造成誤操作或損壞控制柜內(nèi)二次設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種高壓開關(guān)設(shè)備，以解決高壓開關(guān)設(shè)備機(jī)構(gòu)與控制柜之間通過大量的電纜進(jìn)行連接導(dǎo)致出現(xiàn)故障排查難的問題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而提供一種高壓開關(guān)設(shè)備，方案一：包括高壓開關(guān)設(shè)備本體以及設(shè)置在高壓開關(guān)設(shè)備本體上的操作機(jī)構(gòu)、傳感器采集模塊和開關(guān)量采集模塊，所述高壓開關(guān)機(jī)本體上還設(shè)置有封裝在一殼體內(nèi)的智能單元，且該殼體接地，所述智能單元包括微處理器、電源電路、開關(guān)量輸入電路、傳感器輸入電路、控制輸出電路和通信電路，所述的通信電路用于實(shí)現(xiàn)微處理器與上層設(shè)備或控制柜間的通訊，電源電路供電連接微處理器，開關(guān)量輸入電路的輸入端與開關(guān)量采集模塊的輸出端相連，開關(guān)量輸入電路的輸出端與微處理器連接，傳感器輸入電路的輸入端與傳感器采集模塊的輸出端連接，傳感器輸入電路的輸出端與微處理器連接，控制輸出電路的輸入端與微處理器連接，控制輸出電路的輸出端控制連接操作機(jī)構(gòu)。

方案二：在方案一的基礎(chǔ)上，所述的電源電路包括儲能電路和電池，所述儲能電路與高壓開關(guān)的高壓電流取能線圈連接，儲能電路和電池構(gòu)成無縫切換的供電電路。

方案三：在方案一或二的基礎(chǔ)上，所述的通信電路包括無線通信模塊或光纖通信模塊，微處理器通過串口通信模塊與無線通信模塊或光纖通信模塊連接。

方案四：在方案一或二的基礎(chǔ)上，所述的通信電路還包括RS232模塊，微處理器通過RS232模塊連接高壓開關(guān)的本地調(diào)試設(shè)備，用于接收本地調(diào)試設(shè)備的設(shè)置參數(shù)。

方案五：在方案一或二的基礎(chǔ)上，所述的控制輸出電路包括分合閘控制輸出支路、電機(jī)控制輸出支路和溫度控制輸出支路，分合閘控制輸出支路采用IGBT，電機(jī)控制輸出支路和溫度控制輸出支路均采用固態(tài)繼電器。

方案六：在方案五的基礎(chǔ)上，所述的控制輸出電路上還設(shè)置有光電隔離模塊，光電隔離模塊的一端與微處理器連接，另一端分別與分合閘控制輸出支路、電機(jī)控制輸出支路和溫度控制輸出支路連接。

方案七：在方案一或二的基礎(chǔ)上，所述的開關(guān)量輸入電路上設(shè)置有光電隔離模塊，該光電隔離模塊的一端與微處理器相連，另一端與開關(guān)量采集模塊相連。

方案八：在方案七的基礎(chǔ)上，所述的光電隔離模塊與開關(guān)量采集模塊之間還設(shè)置有限位二極管模塊。

方案九：在方案一或二的基礎(chǔ)上，所述的傳感器輸入電路包括A/D轉(zhuǎn)換模塊，該A/D轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)字信號端與微處理器相連，A/D轉(zhuǎn)換模塊的模擬信號端與傳感器采集模塊的輸出端相連。

方案十：在方案九的基礎(chǔ)上，所述的傳感器輸入電路還包括濾波調(diào)理電路，該濾波調(diào)理電路設(shè)置在A/D轉(zhuǎn)換模塊的模擬信號端與與傳感器采集模塊的輸出端之間。

方案十一：在方案一或二的基礎(chǔ)上，所述的智能單元還包括分合閘指示電路，所述的分合閘指示電路與微處理器，用于顯示高壓開關(guān)運(yùn)行位置。

方案十二：在方案十一的基礎(chǔ)上，所述的分合閘指示電路包括分閘LED和合閘LED，分閘LED和合閘LED均通過D觸發(fā)器與微處理器連接。

方案十三：在方案二的基礎(chǔ)上，所述的高壓開關(guān)設(shè)備還包括一次電流電壓采集模塊，該一次電流電壓采集模塊與智能單元的微處理器連接。

方案十四：在方案一或二的基礎(chǔ)上，所述的智能單元還包括與微處理器連接的時(shí)鐘電路，用于為微處理器提供時(shí)鐘信號。

方案十五：在方案一或二的基礎(chǔ)上，所述的微處理器為FPGA。

本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明通過在高壓開關(guān)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)設(shè)置封裝在一殼體內(nèi)的智能單元，智能單元包括微處理器以及與微處理器連接的電源電路、開關(guān)量輸入電路、傳感器輸入電路、分合閘控制輸出電路、電機(jī)控制輸出電路和通信電路，將需要傳輸?shù)娇刂乒裰械拇罅啃盘栔苯泳偷鼗幚怼１景l(fā)明將控制柜中的監(jiān)測和控制功能挪到機(jī)構(gòu)箱，簡化了高壓開關(guān)機(jī)構(gòu)箱與控制柜之間的連線，縮短了裝配、調(diào)試時(shí)間，且在變電站現(xiàn)場不易受到過電壓的干擾。

此外，智能單元采用由取能電路和電池構(gòu)成無縫切換的供電電路，避免電源線耦合的電磁干擾對智能單元的影響。

附圖說明

圖1是本發(fā)明高壓開關(guān)設(shè)備中智能單元的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明高壓開關(guān)設(shè)備工作流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明的高壓開關(guān)設(shè)備取消了高壓開關(guān)設(shè)備與控制柜間的電纜，將布置在控制柜中的監(jiān)測和控制功能集中到機(jī)構(gòu)箱內(nèi)，即在機(jī)構(gòu)箱布置具有監(jiān)測和控制功能的智能單元，就地實(shí)現(xiàn)開關(guān)量狀態(tài)信息、傳感器監(jiān)測信息的數(shù)字化和上傳，以及對操作機(jī)構(gòu)的控制，節(jié)省了大量電纜，提高了裝配效率。

本發(fā)明的高壓開關(guān)設(shè)備包括設(shè)置在高壓開關(guān)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)的操作機(jī)構(gòu)、傳感器采集模塊、開關(guān)量采集模塊和智能單元，由于智能單元設(shè)置在高壓開關(guān)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)，環(huán)境相比控制柜更加惡劣，因此智能單元需封裝在一殼體內(nèi)，且殼體能夠可靠接地；同時(shí)為了進(jìn)一步降低電磁干擾、振動(dòng)等外界環(huán)境對智能單元的影響，智能單元懸掛在高壓開關(guān)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)。

具體地，如圖1所示，本實(shí)施例中的智能單元包括微處理器以及與微處理器連接的電源電路、開關(guān)量輸入電路、傳感器輸入電路、控制輸出電路、電機(jī)控制輸出電路、溫度控制輸出電路、通信電路、分合閘指示電路、時(shí)鐘電路和存儲器。開關(guān)量輸入電路的輸入端與開關(guān)量采集模塊的輸出端相連，開關(guān)量輸入電路的輸出端與微處理器連接，傳感器輸入電路的輸入端與傳感器采集模塊的輸出端連接，傳感器輸入電路的輸出端與微處理器連接，分合閘控制輸出電路的輸入端與微處理器連接，分合閘控制輸出電路的輸出端連接操作機(jī)構(gòu)。

為了降低干擾信號通過電源線耦合方式對智能單元正常工作造成影響，本發(fā)明電源電路采用電池和與高壓開關(guān)取能線圈連接取能電路，由電池和取能電路構(gòu)成無縫切換的供電電路；當(dāng)一次電流小于5％In時(shí)微處理器的工作電源由電池提供，當(dāng)一次電流大于5％In時(shí)裝置的工作電源由高壓開關(guān)的取能線圈通過取能電路提供，In為一次電路的額定電流，兩種供電方式可實(shí)現(xiàn)無縫切換，在高壓開關(guān)不進(jìn)行操作的情況下，智能單元處于低功耗狀態(tài)。

為了進(jìn)一步降低對信號傳輸?shù)母蓴_，本發(fā)明中智能單元采用無線或光纖與上層設(shè)備或控制柜內(nèi)的二次設(shè)備進(jìn)行通訊，即通信電路采用無線通信模塊或光纖通信模塊，微處理器通過RS485電路與無線通信模塊或光纖通信模塊(包括光電轉(zhuǎn)換模塊)連接，將待傳輸?shù)男盘栟D(zhuǎn)換為無線信號或光信號，實(shí)現(xiàn)微處理器與上層設(shè)備間無線或光纖通信，降低使用信號線時(shí)的傳導(dǎo)干擾。此外，該高壓開關(guān)設(shè)備還設(shè)置有本地調(diào)試設(shè)備，微處理器通過RS232電路與調(diào)試設(shè)備連接，工作人員可通過調(diào)試設(shè)備對智能單元的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

為了降低對智能單元中微處理器的干擾，本發(fā)明智能單元中的控制輸出電路上設(shè)置有光電隔離模塊。由于操作機(jī)構(gòu)除了包括高壓開關(guān)分合閘設(shè)備外，還包括有電機(jī)和溫度調(diào)節(jié)設(shè)備，相應(yīng)地，控制輸出電路包括分合閘控制輸出支路、電機(jī)控制輸出支路和溫度控制輸出支路，分合閘控制支路、電機(jī)控制支路和溫度控制支路均通過光電隔離模塊與微處理器連接。電網(wǎng)對高壓開關(guān)的控制要求響應(yīng)速度快、延時(shí)小，控制輸出電路中的分合閘控制輸出支路采用IGBT，即微處理器通過光電隔離模塊驅(qū)動(dòng)分合閘IGBT，進(jìn)行分合閘操作；電機(jī)和溫度調(diào)節(jié)設(shè)備對響應(yīng)速度要求較低，電機(jī)控制輸出支路和溫度控制輸出支路均采用固態(tài)繼電器。智能單元接收上層設(shè)備發(fā)送的分合閘操作指令，經(jīng)微處理器處理后，通過光電隔離模塊驅(qū)動(dòng)相應(yīng)IGBT，實(shí)現(xiàn)高壓開關(guān)的分合閘操作；當(dāng)儲能低于設(shè)定值時(shí)，微處理器通過光電隔離模塊和固態(tài)繼電器控制儲能電機(jī)啟動(dòng)，開始儲能。

開關(guān)量采集模塊采集的開關(guān)量狀態(tài)信號包括就地分合閘開關(guān)信號、分合閘狀態(tài)信號、儲能狀態(tài)信號、氣壓閉鎖狀態(tài)信號、油壓閉鎖狀態(tài)信號等，這些狀態(tài)信號是以邏輯“1”或邏輯“0”出現(xiàn)的，其信號的形式可能是電壓、電流或者開關(guān)的觸點(diǎn)，在異常情況下，這些信號可能會引起瞬時(shí)高電壓、過電流、接觸抖動(dòng)以及噪聲等干擾，為了降低上述開關(guān)量信號對智能單元中微處理器的干擾，本發(fā)明智能單元中的開關(guān)量輸入電路上設(shè)置有光電隔離模塊，微處理通過光電隔離模塊與設(shè)置在高壓開關(guān)本體上的開關(guān)量采集模塊相連。同時(shí)為了進(jìn)一步降低過電壓造成的干擾，在開關(guān)量采集模塊和光電隔離模塊之間還設(shè)置有限位二極管，這里的限位二極管可采用快恢復(fù)二極管。

傳感器采集模塊包括振動(dòng)傳感器、行程傳感器、小電流傳感器、氣體狀態(tài)傳感器、油壓傳感器和溫濕度傳感器，傳感器輸入電路用于將上述傳感器信號進(jìn)行處理后輸入到微處理器中，這里的處理主要指的是的濾波和A/D轉(zhuǎn)換，因此，傳感器輸入電路包括依次連接的濾波調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換電路，濾波調(diào)理電路的輸入端連接上述傳感器，濾波電路輸出端與A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接，A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端與微處理器的輸入端連接。本實(shí)施例中氣體狀態(tài)傳感器輸出的是模擬信號，若輸出的是485信號，則氣體狀態(tài)傳感器可直接通過RS485電路連接到微處理器。

行程傳感器、小電流傳感器和振動(dòng)傳感器用于監(jiān)測高壓開關(guān)的機(jī)械特性和聲學(xué)指紋信息，通過傳感器輸入電路將采集到波形數(shù)據(jù)輸入到智能單元就地處理和存儲，智能單元將其與所存儲的專家?guī)爝M(jìn)行對比，判斷是否存在機(jī)械故障，如果判斷有，則將判斷結(jié)果及時(shí)傳送至上級設(shè)備；上級設(shè)備需要查詢某一段時(shí)間高壓開關(guān)動(dòng)作的機(jī)械特性時(shí)，發(fā)送查詢指令至智能單元，然后將查詢的數(shù)據(jù)返回上級設(shè)備。油壓傳感器用于監(jiān)測液壓機(jī)構(gòu)油壓，微處理器根據(jù)收到的油壓信號進(jìn)行判斷，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)油泵電機(jī)開始儲能；當(dāng)油壓到達(dá)額定值時(shí)，停止油泵電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。氣體狀態(tài)傳感器用于監(jiān)測高壓開關(guān)SF₆氣體壓力、密度、溫度、濕度和微水，微處理器根據(jù)收到的上述信號進(jìn)行判斷，當(dāng)超過預(yù)警值時(shí)，向上層設(shè)備發(fā)送報(bào)警信息。此外該機(jī)構(gòu)智能單元能夠接入互感器的一次電流電壓信號，結(jié)合機(jī)械特性和控制信息，實(shí)現(xiàn)對高壓開關(guān)的電壽命監(jiān)測。

分合閘指示電路用于指示分合閘開關(guān)的運(yùn)行位置，設(shè)置有分閘LED和合閘LED，分閘LED和合閘LED均通過D觸發(fā)器與微處理器連接。具體地分閘LED和合閘LED設(shè)置在機(jī)構(gòu)智能單元面板上，“分位”燈為綠燈，當(dāng)開關(guān)運(yùn)行到分位時(shí)點(diǎn)亮；“合位”燈為紅燈，當(dāng)開關(guān)運(yùn)行到合位時(shí)點(diǎn)亮。

該智能單元內(nèi)部還設(shè)置有時(shí)鐘模塊和存儲器，時(shí)鐘模塊支持IRIG-B碼和IEEE1588對時(shí)方式，用于時(shí)間標(biāo)簽和系統(tǒng)時(shí)間校正。存儲器采用E2PROM，用于微處理器采集到的信號。微處理器采用FPGA芯片，信息處理速度快，抗干擾能力強(qiáng)。

本發(fā)明的機(jī)構(gòu)智能單元中的微處理器采用嵌入式軟件系統(tǒng)，包括運(yùn)行參數(shù)、通信、傳感器信號采集、數(shù)據(jù)處理和分析、電源管理、分合閘控制、電機(jī)控制、狀態(tài)指示和運(yùn)行日志等部分，如圖2所示。

本發(fā)明取消高壓開關(guān)設(shè)備機(jī)構(gòu)與控制柜間的電纜，在高壓開關(guān)設(shè)備本體上設(shè)置智能單元，將原本需要傳輸?shù)娇刂乒襁M(jìn)行處理的信號進(jìn)行就地化處理，實(shí)現(xiàn)高壓開關(guān)機(jī)構(gòu)智能化，就地實(shí)現(xiàn)分合閘狀態(tài)、儲能狀態(tài)、氣壓閉鎖狀態(tài)等開關(guān)量狀態(tài)信息的就地?cái)?shù)字化和上傳；將振動(dòng)傳感器、行程傳感器和小電流傳感器等傳感器的信號，就地分析和處理，將分析結(jié)果上傳至上級設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對高壓開關(guān)機(jī)械特性、油壓狀態(tài)、氣體狀態(tài)的監(jiān)測；同時(shí)智能單元能夠接收上級設(shè)備的分合閘指令，對高壓開關(guān)進(jìn)行操作，工作電源由高壓電流取能線圈或電池提供，降低了電源線耦合的電磁干擾對智能單元的影響。