斷路器在線監測裝置的製作方法
2023-07-10 09:40:51 1
專利名稱：斷路器在線監測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種對6KV～500KV各類型高壓斷路器進行在線監測的監測裝置。
斷路器是變電的重要主設備，其所佔數量最多，故障率在電網中所佔比例僅次於線路故障，是變電設備中的主要監測對象。供電企業長期以來採用的都是計劃檢修和故障檢修制度。即無論設備實際狀況如何，只要「到期」就要「檢修」，盲目性大。不僅需投入大量人力物力，增大計劃停電時間，同時還增大了人身事故和誤操作事故的可能性，嚴重製約了供電可靠率的提高，也影響了電網的先進性。現有技術的缺點詳述如下1、定期檢修造成大量浪費。例如，斷路器可能在檢修期間內並無動作，其性能完好，但按照定期檢修的要求必修對其進行檢修並更換備件，從而造成不必要的人力與物力的損失；2、定期檢修增大了誤操作事故與人身事故的可能性。很多斷路器故障都是由於檢修不當引起的，同時，由於斷路器用於高電壓等級的切換，極小的疏忽就可能給檢修人員造成人身事故，檢修次數的增加增大了事故機率；3、頻繁的操作及過度的折卸檢修會降低高壓斷路器動作的可靠性。且隨著生活水平的提高，人們對供電可靠性的要求也越來越高，定期檢修帶來的頻繁停電將造成諸多不便；4、定期檢修無法進行實時監測，不能確保斷路器在運行過程中保持完好，有些部件未到檢修時間時已損壞，因此仍無法避免事故的發生。
本實用新型的目的在於避免上述現有技術中的不足之處，而提供一種實時監測，大大降低了運行、維護成本及故障率，延長了設備使用壽命的斷路器在線監測裝置本實用新型的設計方案如下一種斷路器在線監測裝置，包括單片機1和通過數據總線與之相接的存儲器3，其特殊之處在於所述的單片機1，其輸入端分別接有模擬量8和開入6，其輸出端接有開出量7，其串行口接有通信接口5，其通過數據總線還接有現場可編程器件2和時鐘4，所述單片機1為80C196。
上述模擬量8可包括分別接於傳感器G採集信號輸出端和實時信號輸出端的運放U6和運放U7，所述運放U7輸出端接單片機1內的A/D採集接口，所述運放U6的輸出端經電阻R、電容C構成的濾波電路接單片機1內的A/D採樣接口。
上述開入量6可包括光耦U4，其輸出端接單片機1的高速輸入口；所述開出量7包括光耦U5，其輸入端接於單片機1的高速輸出端，其輸出端接繼電器J。
上述通信接口5可包括光耦U1，其輸入端接單片機1的串行口，其輸出端接有電平轉換U2、U3。
上述現場可編程器件2可採用把單片機1需要的外圍擴展電路都集成在一個封裝內的晶片；所述時鐘4可採用含鋰電池、石英晶振和防寫電路的實時時鐘晶片。
附圖圖面說明如下
圖1為本實用新型的原理框圖；圖2為本實用新型的通信接口的電路原理圖圖3為本實用新型的開入量電路原理圖；圖4為本實用新型的開出量電路原理圖；圖5為本實用新型的模擬量一路輸入的電路原理圖。
下面將結合附圖對本實用新型作進一步詳述參見圖1，本實用新型的單片機1，其輸入端分別接有模擬量8和開入量6，其輸出端接有開出量7，其串行口接有通信接口5。時鐘4、存儲器3和現場可編程器件2通過數據總線與單片機1相接。本實用新型的單片機1可採用80C196，其是INTER公司推出的高性能的CHMOS16位單片機，它包含了以往被認為是外部設備的各種電路，如時鐘發生器，I/O口，A/D轉換器，PWM，串行口，定時/計數器，監視定時器，高速輸入/輸出器，外設事務伺服器PTS，波形發生器等。該單片機最大特點是RALU沒有採用常規的累加器結構，其操作直接面向256位元組寄存器空間。消除了累加器的瓶頸效應，加速了數據交換和更改的能力，提高了單片機CPU的吞吐力。因而尤其適用於接收、存儲、處理和傳送採集數據。現場可編程器件2採用WSI公司生產的PSD813F1，它把單片機1需要的外圍擴展電路都集成在一個封裝內，減少了硬體電路的元件數目，提高了系統的可靠性。PSD813F1器件內部構造包括以下幾部分(1)作為核心的可編程邏輯PLD，由閃速解碼PLD，閃速通用PLD等構成，由開發工具編程實現特定的邏輯；(2)總線控制邏輯能夠直接解碼，直接與單片機CPU相連接而不需要其他附加邏輯，AD0-AD15數據總線與CPU的P3口與P4口連接；(3)內含1M位的FLASH用來存儲程序，256K位的EPROM,16K位的SRAM用來存放CPU採集和處理的數據；(4)A,B,C,D四個I/O埠，每一個I/O引腳都可單獨構造。通過CPU指令進行設定。
存儲器3採用62256，其通過數據總線與單片機1連接，片選信號由現場可編程器件2，即PSD813的PC7給出，用來存放單片機1通過A/D轉換口採集來的錄波數據。時鐘4採用DS12887，是實時時鐘器件，集成度高，不需要外圍電路支持，與用戶接口極為方便。尤其是該晶片內含鋰電池、石英晶振和防寫電路，是一個完整的子系統。其與單片機1通過RD、WR腳及數據總線連接，片選信號由現場可編程器件2的PD1腳給出，單片機1可對其進行時間的設置和讀取。
參見圖2，本實用新型通信接口5採用的RS-485總線通過四根通信線將所有裝置連接，實現多點總線結構。為了減少線路幹擾，採用TIL521光耦U1進行隔離。電平轉換U2、U3可採用MAX1487，用來將單片機1輸出的TTL電平轉換為總線需要的差分電平和將差分電平轉換為TTL電平。單片機1由串行口TXD、RXD經光耦U1輸出通訊信息，通過HSO3控制允許或禁止通信。
參見圖3，為了避免電站強電場對信號的幹擾，採用TIP521光耦U4對開入的斷路器輔助接點信號進行隔離後輸入單片機1的高速輸入口。其中斷路器常閉接點通過光耦U4連入單片機1的HSI0，常開輔助接點連入HSI1。
參見圖4，系統開出量是斷電器J的接點信號，採用帶達林頓輸出的光耦U5控制24V繼電器J的輸出。當裝置產生報警信號時，由單片機1的高速輸出腳HSO0輸出控制信號，通過光耦U5的光隔放大後使繼電器J閉合。
參見圖5，系統通過傳感器G將需採集的信號轉換為0-20ma標準信號輸入，運放U6即U402B的LF353進行一極跟隨，經電阻R與電容C進行濾波後送入單片機1的A/D採樣接口。傳感器G輸出的實時信號為-2.5V-2.5V交流信號，而單片機1隻能採集0-5V直流信號，因此，將實時信號選加一2.5V將其轉換為0-5V信號經運放U7一極跟隨後輸入單片機1的A/D採樣接口。
工作時，斷路器在線監測裝置由CT二次採集系統電流信號，分別經高精度穿心式霍爾傳感器將三相電流與分、閘線圈電流、油泵電機電流轉換為電流信號輸入單片機1的A/D轉換口，通過位移傳感器、溫溼度傳感器、壓力傳感器將斷路器位移信號、溫溼度信號、壓力信號經模擬量8輸入單片機1。
a、斷路器正常工作時，裝置實時採集三相電流值、分合閘線圈電流值、溫溼度變化情況、油泵打壓狀況、SF6氣體壓力情況。單片機1通過A/D口將這些採集來的模擬量信號處理後經模擬量8存放在現場可編程器件2即PSD813的SRAM中。
b、斷路器分斷時，單片機1檢測到分閘線圈上電流突變，對分閘線圈與三相電流波形及觸頭運動位移進行高密度採樣，並將採集的結果放入存儲器3，即RAM晶片62256中。若分閘線圈通電結束時，斷路器無動作，則單片機1通過HSO0發出報警信號。若接到斷路器輔助接點開入量6的動作信號，記錄動作時間，並根據接入的手跳斷電器信號與保護信號以及電流大小判斷分斷的類型，累計動作次數一次。
c、每次斷路器分斷後，系統將累計三相電流的開斷電流與保存在EEPROM中設定的空載、負載、故障一段、故障二段、故障三段的操作次數與設定值比較，超過設定的檢修計劃時通過HSO0由開出量7發出檢修報警。
d、斷路器閉合時，CPU檢修到合閘線圈電流突變，對合閘線圈、三相狀態及斷路器、觸頭運動位移、輔助接點進行採樣並將採集的結果放入存儲器3，即RAM晶片62256中。若合閘線圈通電結束時斷路器無動作，則經開出量7發出報警信號。
e、當CPU監測到電機電流突變時，採集並計算電機打壓時間，1S平均電流、5S穩定電流，將採集的數據結果保存在PSD813的SRAM中如，發現打壓時間過長或電流值過高或過低，均會產生報警。同時，系統記錄下打壓日期、時間等參數並保存在現場可編程器件2即PSD813的EEROM中。
f、當CPU監測到SF6氣體壓力小於PSD813中EEROM的設定值時，將發出報警信號。
g、當CPU監測到溫溼度超過PSD813中EEROM的設定值時，將發出報警信號。
h、當單片機1通過通信接口5監測到上位機通信呼喚時，即將採集的數據由串行口通過RS-485總線傳遞給上位機。
本實用新型與現有技術相比具有如下優點1、大大降低了檢修人員的現場試驗和測量工作量，降低了維護成本，避免了不必要的備件消耗；2、減少定期設備大修，降低了由於不當或不必要的檢修引起故障的可能性；3、實時監測，發現問題於萌芽狀態，可節省大量的人力和物力，可靠避免事故和故障的發生，並可建立臨時的運行約束，提示問題向更嚴重化的方向發展；4、降低了非計劃停電時間，提高了供電可靠率；5、延長了斷路器壽命，有設備運行資料庫和參數動態監視能力，可以更準確地預見設備的壽命。
6、原來在線時無法採集的斷路器運行數據，現在可通過特殊的傳感器在線採集，通過微處理器處理與上傳，從而實現斷路器的在線實時監測，提高了運行的可靠性。
權利要求1.一種斷路器在線監測裝置，包括單片機(1)和通過數據總線與之相接的存儲器(3)，其特徵在於所述的單片機(1)，其輸入端分別接有模擬量(8)和開入量(6)，其輸出端接有開出量(7)，其串行口接有通信接口(5)，其通過數據總線還接有現場可編程器件(2)和時鐘(4)，所述單片機(1)為80C196。
2.如權利要求1所述的斷路器在線監測裝置，其特徵在於所述模擬量(8)包括分別接於傳感器G採集信號輸出端和實時信號輸出端的運放U6和運放U7，所述運放U7輸出端接單片機(1)內的A/D採集接口，所述運放U6的輸出端經電阻R、電容C構成的濾波電路接單片機(1)內的A/D採樣接口。
3.如權利要求1或2所述的斷路器在線監測裝置，其特徵在於所述開入量(6)包括光耦U4，其輸出端接單片機(1)的高速輸入口；所述開出量(7)包括光耦U5，其輸入端接於單片機(1)的高速輸出端，其輸出端接繼電器J。
4.如權利要求3所述的斷路器在線監測裝置，其特徵在於所述通信接口(5)包括光耦U1，其輸入端接單片機(1)的串行口，其輸出端接有電平轉換U2、U3。
5.如權利要求4所述的斷路器在線監測裝置，其特徵在於所述現場可編程器件(2)採用把單片機(1)需要的外圍擴展電路都集成在一個封裝內的晶片；所述時鐘(4)是含鋰電池、石英晶振和防寫電路的實時時鐘晶片。
專利摘要一種斷路器在線監測裝置,包括單片機和通過數據總線與之相接的存儲,其特殊之處在於:所述的單片機,其輸入端分別接有模擬量和開入量,其輸出端接有開出量,其串行口接有通信接口,其通過數據總線還接有現場可編程器件和時鐘,所述單片機為80C196。本實用新型可實時監測,大大降低了運行、維護成本及故障率,延長了設備使用壽命。
文檔編號G01R31/327GK2456176SQ0026138
公開日2001年10月24日 申請日期2000年12月4日 優先權日2000年12月4日
發明者劉正祥, 李青峰, 趙永輝, 張安社 申請人:王農