一種有載分接開關狀態在線監測系統的製作方法

2023-10-10 08:06:39

本發明屬於電力設備監控技術領域，更具體地，涉及一種有載分接開關狀態在線監測系統。

背景技術：

有載分接開關是有載調壓變壓器中唯一的可動部分，也是關鍵部件之一；有載分接開關由分接選擇器、切換開關和電動機構組成。由於調壓的需要，有載分接開關會頻繁動作。機械故障是有載分接開關的主要故障類型，它可能損壞有載分接開關和變壓器，影響電力設備和系統的正常安全運行並造成嚴重後果。有載分接開關操作過程中包含一系列動作事件，其中含有豐富的振動指紋。利用振動信號監測有載分接開關狀態的方法具有廣泛應用。利用振動傳感器監測有載分接開關的機械振動信號，通過與正常時的信號進行對比，可對有載分接開關的狀態進行故障判斷。現有有載分接開關的狀態檢修多採用離線定期檢修方式；一些在線的有載調壓開關故障診斷設備造價昂貴，而且故障診斷效果不理想，準確度和可靠性不高；電力運行部門迫切需要採取有效手段，方便合理監測有載分接開關的運行狀態，對有載分接開關的工作狀態做出科學的估計，以便科學地安排檢修計劃，避免不必要的解體檢查和大量的人力物力浪費。

技術實現要素：

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種有載分接開關狀態在線監測系統，其目的在於實現對有載分接開關狀態的實時在線監測。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種有載分接開關狀態在線監測系統，包括振動信號監測單元、電機電流監測單元、電機旋轉角度監測單元、數據採集單元、網絡傳輸單元以及接收終端；

其中，振動信號監測單元、電機電流監測單元、電機旋轉角度監測單元的輸入端均用於連接待測有載分接開關；數據採集單元的第一輸入端連接振動信號監測單元的輸出端，第二輸入端連接電機電流監測單元的輸出端，第三輸入端連接電機旋轉角度監測單元的輸出端；網絡傳輸單元的輸入端連接數據採集單元的輸出端；接收終端的輸入端連接網絡傳輸單元的輸出端；

振動信號監測單元用於獲取有載分接開關動作時的機械振動信號，並將振動信號轉換為電壓信號；

電機電流監測單元用於獲取有載分接開關的驅動電機的驅動電流信號；

電機旋轉角度監測單元用於獲取有載分接開關的驅動電機的旋轉角度信號；將旋轉角度信號作為有載分接開關動作的指示信號；

數據採集單元用於根據指示信號進行有載分接開關振動信號、驅動電機電流信號和旋轉角度信號的採集，並將採集到的數據通過網絡傳輸模塊發送到接收終端；實現有載分接開關狀態的實時在線監測；

優選地，上述有載分接開關狀態在線監測系統，其振動信號監測單元包括依次相連的振動傳感器和信號調理器，振動傳感器的輸入端用作振動信號監測單元的輸入端，信號調理器的輸入端連接振動傳感器的輸出端，信號調理器的輸出端作為振動信號監測單元的輸出端；

其中，振動傳感器用於採集有載分接開關產生的機械振動信號，信號調理器用於將該機械振動信號轉換為電壓信號。

優選地，上述有載分接開關狀態在線監測系統，其振動傳感器採用振動加速度傳感器；振動加速度傳感器傳感器頻率範圍為0.5Hz～10000Hz、工作溫度為-40℃～80℃。

優選地，上述有載分接開關狀態在線監測系統，採用電機電流傳感器作為電機電流監測單元，電機電流傳感器的頻率範圍為DC～10kHz；該頻率範圍能保證覆蓋信號所含的頻帶；採用電機旋轉角度傳感器作為電機旋轉角度監測單元；該電機旋轉角度傳感器的機械轉角為360°連續，線性量程為90°，輸出信號為電壓信號。

優選地，上述有載分接開關狀態在線監測系統，其振動信號監測單元、電機電流監測單元與電機旋轉角度監測單元在數據採集單元的控制下同步運行。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：

(1)本發明提供的有載分接開關狀態在線監測系統是一種非介入性在線監測系統，由於在監測過程中與被監測系統之間不發生電氣連接，具有安全可靠、幹擾小的特點；

(2)本發明提供的有載分接開關狀態在線監測系統，由於可以通過網絡傳輸模塊將採集數據通過有線或無線傳輸模式發送至遠程接收終端，因此能夠對有載分接開關狀態進行實時在線監測；

(3)本發明提供的有載分接開關狀態在線監測系統，其振動信號監測單元可以根據現場應用需求增加配置振動傳感器和信號調理器的數量，安裝方便、位置、安裝數量都可靈活配置，應用靈活；

(4)本發明提供的有載分接開關狀態在線監測系統，通過電流傳感器和角度傳感器組成多參量診斷系統，可對有載分接開關電動操作機構的狀態進行更加準確可靠的判斷，準確度和有效性更高。

附圖說明

圖1是實施例提供的有載分接開關狀態在線監測系統的系統結構示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。

對有載分接開關危害較大的故障主要是機械故障，機械故障主要有觸頭磨損、緊固件鬆動、彈簧動能不足、開關制動失效等故障；故障狀況下的振動信號與正常狀況相比有所不同；本狀態在線監測系統；本發明的目的在於提供一種安全可靠的有載分接開關狀態在線監測系統，通過採集這些狀態信號，以此用來分析有載分接開關的狀態；該系統作為一種非介入性在線監測系統，其振動傳感器安裝在有載分接開關的油箱表面，獲取有載分接開關動作時的機械振動信號；並將振動信號通過信號調理器轉換為電壓信號，將電壓信號發送至數據採集單元作為判斷有載分接開關狀態的依據；電流傳感器和角度傳感器分別獲取驅動電機的驅動電流與旋轉角度以觸發數據採集單元工作，採集有載分接開關電動操作機構動作時的驅動電流信號和旋轉角度信號；數據採集單元所採集的數據通過網絡傳輸模塊發送至遠程接收終端，實現了有載分接開關狀態的實時在線監測；由於在整個監測中與有載分接開關之間沒有電氣連接，具有安全可靠、幹擾小的特點。

實施例提供的有載分接開關狀態在線監測系統，起系統結構如圖1所示，包括振動信號監測單元、電機電流監測單元、電機旋轉角度監測單元、數據採集單元、網絡傳輸單元以及接收終端；其中，振動信號監測單元包括振動傳感器和信號調理器；由電流傳感器構成電機電流監測單元，由角度傳感器構成電機旋轉角度監測單元；

本實施例中，振動傳感器的輸出端通過信號電纜與信號調理器的輸入端相連，信號調理器的輸出端通過同軸電纜與數據採集單元相連，電流傳感器的輸出端與數據採集單元的輸入端相連，角度傳感器的輸出端與數據採集單元的輸入端相連；通過振動傳感器獲取有載分接開關產生的振動信號，通過信號電纜發送至信號調理器；由于振動傳感器輸出的振動信號非常微弱，通過信號調理器將微弱進行轉換放大為電壓信號，通過同軸電纜發送到數據採集單元中；信號調理器將振動傳感器的高阻抗輸出變換為低阻抗輸出；電流傳感器和角度傳感器分別將從有載分接開關的電動操作機構中獲取的電機電流和旋轉角度信號發送到數據採集單元，作為有載分接開關動作時的指示信號；觸發數據採集單元根據該指示信號採集有載分接開關振動信號、驅動電機電流信號和旋轉角度信號數據。數據採集單元所採集數據通過網絡傳輸模塊傳至遠程接收終端，實現狀態的遠程實時在線監測。

其中，振動傳感器和信號調理器構成用來監測有載分接開關產生的振動信號的線路；電流傳感器構成用來監測電機電流的線路；角度傳感器構成用來監測電機旋轉角度的線路；振動傳感器和信號調理器構成的監測線路可根據現場要求配置多條並行線路，每條線路通過信號調理器與數據採集單元相連。

以下對實施例提供的這種有載分接開關狀態在線監測系統的部件進行具體說明。

振動傳感器：有載分接開關振動信號的脈衝持續時間大概為0.5～2ms，頻寬為0.5～2kHz；由於加速度傳感器具有頻帶寬、固有頻率高的優點，實施例中採用壓電式加速度傳感器。該狀態在線監測系統選用的振動傳感器量程為33g，頻響特性達到13kHz；在實際應用中，振動傳感器安裝在有載分接開關切換開關附近的油箱表面，來獲取有載分接開關動作時產生的振動信號；振動傳感器的數量和位置可根據現場要求配置；為得到有效的振動監測數據，必須保證安裝可靠、排除周圍環境的幹擾；振動傳感器的信號輸出端與信號調理器的輸入端連接。

信號調理器：由于振動傳感器產生的信號非常微弱，信號調理器用於對振動傳感器產生的信號進行放大變換為電壓信號；信號調理器的輸出端與數據採集單元的輸入端相連。

電流傳感器：有載分接開關的電動操作機構通過傳動杆將能量存儲到儲能彈簧內，帶動有載分接開關動作；電流傳感器從有載分接開關的電動操作機構獲取電機電流，將電機電流發送到數據採集單元作為有載分接開關動作的指示信號；實施例中所採用的電流傳感器的最大可測有效值10A的電流，其輸出範圍為±5V；應用中，將電流傳感器固定在操作機構箱內，穿過驅動電機的A相電源；電流傳感器將獲取的電機電流信號發送到數據採集單元作為其觸發信號。

角度傳感器：角度傳感器用於從有載分接開關的電動操作機構獲取電機旋轉角度信號，將電機旋轉角度信號發送到數據採集單元作為有載分接開關動作的指示信號；實施例中所採用的角度傳感器軸徑為6mm，機械轉角為360°連續，線性量程為90°。應用中，將角度傳感器用螺釘固定在垂直高度可調的安裝機架上，採用具有彈性的橡膠材料進行同軸連接。角度傳感器將獲取的電機旋轉角度信號發送到數據採集單元作為其開始採集振動信號、驅動電機電流信號和旋轉角度信號數據的觸發信號。

數據採集單元：數據採集單元用於採集存儲振動信號、驅動電機電流信號和驅動電機旋轉角度信號實施例中所採用的數據採集單元具有8通道輸入，存儲容量大，可以長時間採集數據。

網絡傳輸單元：數據採集單元在現場完成振動信號、驅動電機電流信號和驅動電機旋轉角度信號的採集，通過網絡傳輸模塊經過無線或有線傳輸方式將數據發送至遠程接收終端；本實施例中採用網絡傳輸採用NI公司提供的DataSocket技術，它建立在TCP/IP協議基礎上，不用進行複雜的底層TCP編程，就可以通過計算機網絡向遠程終端傳送現場測量數據。

遠程接收終端：遠程接收終端用於接收網絡發送模塊傳送的現場測量數據；本實施例中，遠程接收終端程序採用動態控制，由用戶根據實際安裝運行情況制定相應的服務端IP位址；由DataSocket讀入數據函數通過網絡連接DataSocket Sever後，將實時查詢伺服器中有無新的監測數據，一旦監測到新數據，啟動讀數據函數，將遠程伺服器中數據下載至本地計算機內，實現客戶端軟體的遠程實時數據採集。

實施例提供的這種有載分接開關狀態在線監測系統，通過對有載分接開關狀態信號的測量，並通過網絡傳輸模塊將採集數據傳至遠程接收終端，實現有載分接開關狀態的實時在線監測，為有載分接開關的狀態監測和故障診斷提供依據，保證電力系統的安全穩定運行。該系統屬於非介入性監測系統，與電力系統無電氣連接，具有安全可靠、幹擾小等特點，並且振動傳感器的安裝位置、數量可依據安全靈活配置，能實時在線監測有載分接開關狀態，應用前景良好。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。