一種用於12kV固體絕緣開關櫃的在線絕緣和溫度監測系統的製作方法
2023-04-25 13:30:31
一種用於12kV固體絕緣開關櫃的在線絕緣和溫度監測系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用於12kV固體絕緣開關櫃的在線絕緣和溫度監測系統。包括智能控制器、洩漏電流檢測裝置、紅外溫度檢測裝置、環境溫溼度檢測裝置；所述洩漏電流檢測裝置：包括引流環、信號處理器，所述引流環設置在開關櫃絕緣拉杆和信號處理器之間，信號處理器後端連接智能控制器；所述紅外溫度檢測裝置：包括紅外溫度傳感器和調理電路，安裝在母排的前端，所述紅外溫度檢測裝置和母排之間設有凸透鏡；所述環境溼度檢測裝置：包括SHTxx數字溫溼度傳感器。採用本實用新型的技術方案後，可以對開關櫃的各項性能進行實時檢測，無需停電即可進行各項參數的檢測，保證了開關櫃的安全性能，降低了事故發生的概率。
【專利說明】一種用於12kV固體絕緣開關櫃的在線絕緣和溫度監測系統
[0001]
【技術領域】
[0002]本實用新型涉及一種用於12kV固體絕緣開關櫃的在線絕緣和溫度監測系統，屬於電力設備控制監測系統【技術領域】。
【背景技術】
[0003]絕緣性能和母排溫度是電力設備在運行過程中的兩項重要參數，開關櫃在長時間運行中，受到環境等因素的影響，設備自身的絕緣性能和導電性能會隨之下降，如果不及時檢修，會對設備和電網系統造成很大損害。
[0004]12kV固體絕緣環網櫃因為是12kV高壓環境，絕緣性能檢測方法是停電檢修時候對設備進行工頻耐壓試驗，無法在設備運行的過程中對設備的絕緣性能進行實時監測，不能做到早發現早治理，往往等事故出現了才能發現，母排溫度的檢測也因為12kV高壓等原因不能實時監測。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是解決12kV固體絕緣環網櫃不能在線實時監測電力設備絕緣性能和母排溫度的問題，降低設備及系統損壞的機率，提高供電可靠性。
[0006]本實用新型採用的技術方案是:本實用新型包括智能控制器、洩漏電流檢測裝置、紅外溫度檢測裝置、環境溫溼度檢測裝置；
[0007]所述洩漏電流檢測裝置:包括引流環、信號處理器，所述引流環設置在開關櫃絕緣拉杆和信號處理器之間，信號處理器後端連接智能控制器；
[0008]所述紅外溫度檢測裝置:包括紅外溫度傳感器MLX90614和調理電路，安裝在母排的前端，所述紅外溫度檢測裝置和母排之間設有凸透鏡；
[0009]所述環境溼度檢測裝置:包括SHTxx數字溫溼度傳感器，將得到的溫度溼度數據通過I2C總線傳輸到調理單片機進行數據處理，再經串口通信將處理後的數據傳送到上位機實現溫度溼度數據的保存，分析處理；
[0010]所述洩露電流檢測裝置、紅外溫度檢測裝置、環境溫溼度檢測裝置檢測的數據均傳輸至智能控制器處理。
[0011]所述開關櫃絕緣拉杆的洩漏電流引出線選用單芯同軸屏蔽電線，屏蔽電纜中心線直連引流環並固定。
[0012]設置電流互感器隔離開關櫃高低電位。
[0013]所述信號處理器包括電流/電壓轉換器、信號放大器、信號濾波器和多路開關。
[0014]所述紅外溫度檢測裝置由MLX90614傳感器、高壓瓷片電容及瞬態抑制二極體構成，傳感器的3 口輸入+5V電壓為其供電；在使用SMbus輸出模式的情況下分別使用傳感器的2 口和3 口輸出傳感器的數位訊號及串行時鐘信號；2、3 口連接上拉電阻，傳感器的4 口用於接地。
[0015]本實用新型的優點是:採用本實用新型的技術方案後，可以對開關櫃的各項性能進行實時檢測，無需停電即可進行各項參數的檢測，保證了開關櫃的安全性能，降低了事故發生的概率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型洩漏電流信號調理板電路結構圖。
[0017]圖2為本實用新型溫度傳感器結構示意圖。
[0018]圖3為本實用新型溫度傳感器電路示意圖。
[0019]圖4為本實用新型ADUM1250外圍電路設計圖。
[0020]圖5為本實用新型開入量監測電路原理圖。
[0021]圖6為本實用新型系統框圖。
[0022]圖中I為透鏡、2為熱電堆、3為殼體、4為母排、5為調理電路。
[0023]具體實現方式:
[0024]絕緣傳感器檢測電力設備絕緣件絕緣洩露電流，通過絕緣功能板傳送給控制器，控制器將接受到洩露電流信息轉換成可識別信息輸出顯示到控制器的液晶顯示屏或者通過485總線輸出到上位機。
[0025]紅外溫度傳感器監測到母排監測點溫度，通過溫度功能板將採集到溫度信號傳送到控制器，控制器將接受到洩露電流信息轉換成可識別信息輸出顯示到控制器的液晶顯示屏或者通過485總線輸出到上位機。
[0026]溫溼度傳感器將監測到環境溫溼度，通過溫度功能板將採集到溫度信號傳送到控制器，控制器將接受到洩露電流信息轉換成可識別信息輸出顯示到控制器的液晶顯示屏或者通過485總線輸出到上位機。
[0027]開關量信息通過1功能板，將監測到電力設備的開關量信息傳送給控制器，控制器將接受到洩露電流信息轉換成可識別信息輸出顯示到控制器的液晶顯示屏或者通過485總線輸出到上位機。
[0028]控制器除了可以將監測到的以上溫溼度信息和開入量信息顯示到下位機液晶屏或將數據通過485總線傳送到上位機，還可以對數據進行處理和分析，可以通過1功能板發出告警信號。
[0029]下面對本實用新型做進一步的說明:
[0030]一、絕緣洩露電流的在線提取
[0031]12kV固體絕緣開關櫃絕緣性能主要是開關櫃A、B、C三相絕緣拉杆對地的絕緣狀況。絕緣特性的表徵可以通過很多參量來實現，如局部放電、介質損耗角正切、洩漏電流等。和前兩種方法比較，在考慮成本和性能的基礎上，本實用新型確定的絕緣特性監測對象為開關設備三相絕緣拉杆的洩露電流，方法簡單容易實行，比較適用。為此，需開發3組傳感器進行絕緣狀態監測。
[0032]1.絕緣洩漏電流的提取方法
[0033]洩漏電流的提取採用接觸式引流環結構，採用高性能進口導電膠塗製成引流環3來收集洩漏電流，導電膠的主要成分是環氧樹脂和銀粉，引流環3寬10mm，厚1.5mm,洩漏電流的引出線選用單芯同軸屏蔽電纜引出，屏蔽電纜中心線直接連接引流環3，並通過導電膠與套管之間鑽孔固定。這種獨特的出線方式避免產生局部放電，也阻礙了空間電荷的進入。
[0034]由於引流環3是安裝在開關櫃的高電位端，為了保證整個監測系統的可靠性和安全性，採用電流互感器以實現開關櫃高低電位的有效隔離，電流互感器採用穿芯式設計，變比為1:10。互感器的電磁耦合原理既保證了高壓設備的正常運行，不受電流互感器二次繞組外部迴路的影響，也可以避免監測裝置一次側高電壓對二次迴路造成的損壞，起到了保護二次迴路的作用。
[0035]一般情況下，開關櫃的絕緣洩漏電流只有幾個微安大小，是一種非常微弱的信號，如此小的電流信號，必須經過信號預處理電路進行必要的放大、濾波等處理，因此準確監測的關鍵問題是小電流信號的放大和電磁抗幹擾。洩漏電流信號調理板電路的功能包括電流電壓轉換、儀表放大器放大、低通濾波和多路選通。
[0036]二、母排溫升狀態的在線提取
[0037]對12kV固體絕緣環網櫃母排溫度信號的現場提取都是比較困難的，因為測溫點往往處於高電位，沿用普通的接觸式測溫方法很難解決傳感器的供電問題，並且容易導致高壓部分沿傳感器信號傳輸路徑對地擊穿，造成嚴重的故障，因此在本項目中，採用基於熱輻射原理的非接觸式溫度傳感器即紅外溫度傳感器來通過捕獲母排電連接處輻射的紅外信號來測量該處的溫度。
[0038]根據上述種種原因，項目選用Melexis公司生產的新型數字紅外溫度傳感器MLX90614，由於是數位訊號輸出避免了傳感器周圍過多的模擬電路，從而增強了抗幹擾性降低了開發成本。
[0039]1.母排溫升信號的提取方法
[0040]紅外溫度傳感器包括透鏡1、熱電堆2、殼體3和調理電路5，安裝在距離母排4D的位置(D必需大於絕緣安全距離)，處於低電位側，可方便供電和信號傳輸。紅外溫度傳感器一般具有較大的感測角度，使得測量範圍過大影響準確度。因此，本項目採用透鏡I聚焦，使發散角度為α =10度，若安裝距離D選取18cm，則測量半徑約為3cm，小於母排4半寬度R0通過特殊的調製，安裝距離D變化對測量結果影響較小，只要測量範圍不超出母排4半徑，可以保證測量準確度不高於3度。測量數據通過I2C總線形式傳輸給智能電子裝置，便於處理且抗幹擾能力強。
[0041]傳感器電路主要用來檢測並輸出數字溫度信號，主要由MLX90614傳感器、高壓瓷片電容及瞬態抑制二極體(TVS管)構成。傳感器的3 口輸入+5V電壓為其供電；在使用SMbus輸出模式的情況下分別使用傳感器的2 口和3 口輸出傳感器的數位訊號及串行時鐘信號，因傳感器驅動能力有限，為增加電路的穩定性，提高其驅動能力，我們有必要為2、3口連接上拉電阻，其大小由傳輸距離來具體確定；傳感器的4 口用於接地。
[0042]2.母排溫升信號的調理電路
[0043]信號調理板上包括了信號調理電路和中央處理單元，主要作用是接受數據採集板傳來的數據並對其進行調理、隔離、濾波後送入中央處理單元，由STC12C5A60S2單片機對數據進行處理和補償等操作，並實現與主控板單片機的通信。
[0044]在後端電路中，數字溫度信號通過雙層屏蔽電纜傳輸，應用中將電纜屏蔽層兩端接地，使其能具有較強的抗幹擾能力。在通過TVS管的瞬態幹擾保護和高壓瓷片電容的高頻幹擾濾波信號進入到雙向總線隔離器ADUM1250隔離器件進行隔離，隔離的作用是隔斷與外接線路(信號線、電源線)地電位的連接，以抑制共模幹擾。
[0045]ADUM1250是一款能實現雙向信號隔離的無鎖存的磁隔離器，支持熱插拔，專門應用於隔離成本敏感的I2C，SMBUS及PMBUS等雙向通信總線。消除了光耦隔離需把雙向信號分為單獨的接收或發送信號所帶來的不必要的麻煩，使電路板減少了大量空間。同時，由於隔離在設計上取消了光電耦合器中影響效率的光電傳輸環節，因此它的功耗僅為光電耦合器的1/16 —1/10。採用ADuM1250的雙向通信總線隔離電路非常簡單，相比於光耦的雙向隔離電路，ADuMl250具有體積小，功耗低，外圍電路極其簡單並且擁有更高的數據傳輸速率、時序精度和瞬態共模抑制能力等優勢。
[0046]三、環境溫溼度狀態的在線提取
[0047]1.溫溼度傳感器的選取
[0048]本項目採用瑞士 Sensir1n推出的SHTxx系列數字溫溼度傳感器,基於領先世界的CMOS數字傳感技術，具有極高的可靠性和卓越的長期穩定性。傳感器電源為5V供電，全量程標定，兩線數字接口，可與單片機直接相連，大大縮短研發時間、簡化外圍電路並降低費用。此外，體積微小、響應迅速(<4s)、低能耗(〈I μ W)、可浸沒、抗幹擾能力強、溫溼一體，兼有露點測量，性價比高，使該產品能夠適於多種場合的應用。
[0049]2.溫溼度傳感器的測量原理
[0050]本系統通過溫升信號調理板直接控制SHTl I，將得到的溫度溼度數據通過I2C總線傳輸到調理單片機進行數據處理，再經串口通信將處理後的數據傳送到上位機實現溫度溼度數據的保存，分析處理。單片機和SHTll數據採集部分，兩者採用I2C接口。
[0051]四、開關量的在線提取
[0052]監測的開關量輸入狀態主要有接地開關分合位置、斷路器分合位置、手推車位置和隔離開關位置。開關量的在線監測可以快速準確的反應開關櫃中開關的分/合狀態，為技術人員提供開關狀態的信號指示，使技術人員不致因開關的誤動作而產生不應有的事故，
[0053]開關量的提取通過引出機械接點來實現，即由開關量輸入模塊的供電電源給不同接點供電，並通過單片機開關量輸入口採集機械接點的電信號來判斷各開關的關合/開斷狀態，開入量監測電路原理如圖所示，DI ΙΝ04端與引出的待測機械接點相連，開入量均採用+24V電源供電，當接地開關閉合時，即待測機械接點閉合，DI ΙΝ04引腳為24V的電平信號，經過光電耦合器耦合輸出的D104引腳信號為高電平，而後送入微處理器處理判斷機械接點的開合狀態，並顯示在液晶管理界面上。
[0054]開出量的引出根據需要執行的分合閘操作輸出相應的高低電位，經過光耦隔離後觸發控制繼電器動作，實現對外圍電路的控制操作。根據繼電器驅動能力的不同可以分為信號繼電器的控制(提供節點信息)以及分合閘繼電器(控制操作迴路動作)。繼電器選用日本松下的DSP2a-DC24V。此繼電器有兩個常開觸點，體積小，容量高，靈敏度高，線圈電壓直流24V，2a型時的最大通斷容量750VA(5A 250V AC)。
【權利要求】
1.一種用於12kv固體絕緣開關櫃的在線絕緣和溫度監測系統，其特徵在於，包括智能控制器、洩漏電流檢測裝置、紅外溫度檢測裝置、環境溫溼度檢測裝置； 所述洩漏電流檢測裝置:包括引流環、信號處理器，所述引流環設置在開關櫃絕緣拉杆和信號處理器之間，信號處理器後端連接智能控制器； 所述紅外溫度檢測裝置:包括紅外溫度傳感器MLX90614和調理電路，安裝在母排的前端，所述紅外溫度檢測裝置和母排之間設有凸透鏡； 所述環境溼度檢測裝置:包括SHTxx數字溫溼度傳感器，將得到的溫度溼度數據通過I2C總線傳輸到調理單片機進行數據處理，再經串口通信將處理後的數據傳送到上位機實現溫度溼度數據的保存，分析處理； 所述洩露電流檢測裝置、紅外溫度檢測裝置、環境溫溼度檢測裝置檢測的數據均傳輸至智能控制器處理。
2.根據權利要求1所述的一種用於12kV固體絕緣開關櫃的在線絕緣和溫度監測系統，其特徵在於，所述開關櫃絕緣拉杆的洩漏電流引出線選用單芯同軸屏蔽電線，屏蔽電纜中心線直連引流環並固定。
3.根據權利要求1所述的一種用於12kV固體絕緣開關櫃的在線絕緣和溫度監測系統，其特徵在於，設置電流互感器隔離開關櫃高低電位。
4.根據權利要求1所述的一種用於12kV固體絕緣開關櫃的在線絕緣和溫度監測系統，其特徵在於，所述信號處理器包括電流/電壓轉換器、信號放大器、信號濾波器和多路開關。
5.根據權利要求1所述的一種用於12kV固體絕緣開關櫃的在線絕緣和溫度監測系統，其特徵在於，所述紅外溫度檢測裝置由MLX90614傳感器、高壓瓷片電容及瞬態抑制二極體構成，傳感器的3 口輸入+5V電壓為其供電；在使用SMbus輸出模式的情況下分別使用傳感器的2 口和3 口輸出傳感器的數位訊號及串行時鐘信號；2、3 口連接上拉電阻，傳感器的4口用於接地。
【文檔編號】G01D21/02GK203837746SQ201420120139
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月18日 優先權日:2014年3月18日
【發明者】谷昌瑞, 彭桂林 申請人:揚州科宇電力有限公司