高壓開關設備的製作方法

2024-03-25 14:29:05

本實用新型涉及一種高壓開關設備，屬於高壓開關設備監測技術領域。

背景技術：

高壓開關設備作為變電站的核心設備，其內部通過斷路器、隔離開關、接地開關以及互感器、避雷器、進出線終端等部件有機地結合在一起，這些部件需要與安裝在高壓開關設備本體附近的現場控制櫃使用電纜連接。目前，110kV及以上電壓等級高壓開關設備機構與控制櫃之間需要通過大量的電纜進行連接，這些電纜要通過用戶提供的電纜溝或電纜橋架敷設，而這些電纜溝或電纜橋架一般都設置在地面下，在車間裝配和現場施工需要耗費大量勞動力，出現問題後排查比較困難，在變電站現場很容易受到過電壓的影響，造成誤操作或損壞控制櫃內二次設備。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種高壓開關設備，以解決高壓開關設備機構與控制櫃之間通過大量的電纜進行連接導致出現故障排查難的問題。

本實用新型為解決上述技術問題而提供一種高壓開關設備，方案一：包括設置在高壓開關設備本體上的高壓開關機構箱，所述高壓開關機構箱內設置有操作機構、傳感器採集模塊和開關量採集模塊，所述高壓開關機構箱內還設置有封裝在一殼體內的智能單元，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，所述的通信電路用於實現微處理器與上層設備或控制櫃間的通訊，電源電路供電連接微處理器，開關量輸入電路的輸入端與開關量採集模塊的輸出端相連，開關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採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構。

方案二：在方案一的基礎上，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的高壓電流取能線圈連接，儲能電路和電池構成無縫切換的供電電路。

方案三：在方案一或二的基礎上，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模塊連接高壓開關的本地調試設備，用於接收本地調試設備的設置參數。

方案五：在方案一或二的基礎上，所述的控制輸出電路包括分合閘控制輸出支路、電機控制輸出支路和溫度控制輸出支路，分合閘控制輸出支路採用IGBT，電機控制輸出支路和溫度控制輸出支路均採用固態繼電器。

方案六：在方案五的基礎上，所述的控制輸出電路上還設置有光電隔離模塊，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上，所述的開關量輸入電路上設置有光電隔離模塊，該光電隔離模塊的一端與微處理器相連，另一端與開關量採集模塊相連。

方案八：在方案七的基礎上，所述的光電隔離模塊與開關量採集模塊之間還設置有限位二極體模塊。

方案九：在方案一或二的基礎上，所述的傳感器輸入電路包括A/D轉換模塊，該A/D轉換模塊的數位訊號端與微處理器相連，A/D轉換模塊的模擬信號端與傳感器採集模塊的輸出端相連。

方案十：在方案九的基礎上，所述的傳感器輸入電路還包括濾波調理電路，該濾波調理電路設置在A/D轉換模塊的模擬信號端與傳感器採集模塊的輸出端之間。

方案十一：在方案一或二的基礎上，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，用於顯示高壓開關運行位置。

方案十二：在方案十一的基礎上，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觸發器與微處理器連接。

方案十三：在方案二的基礎上，所述的高壓開關設備還包括一次電流電壓採集模塊，該一次電流電壓採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上，所述的智能單元還包括與微處理器連接的時鐘電路，用於為微處理器提供時鐘信號。

方案十五：在方案一或二的基礎上，所述的微處理器為FPGA。

本實用新型的有益效果是:本實用新型通過在設置在高壓開關設備本體上的高壓開關機構箱內設置封裝在一殼體內的智能單元，智能單元包括微處理器以及與微處理器連接的電源電路、開關量輸入電路、傳感器輸入電路、分合閘控制輸出電路、電機控制輸出電路和通信電路，將需要傳輸到控制櫃中的大量信號直接就地化處理。本實用新型將控制櫃中的監測和控制功能挪到高壓開關機構箱，簡化了高壓開關設備與控制櫃之間的連線，縮短了裝配、調試時間，且在變電站現場不易受到過電壓的幹擾。

此外，智能單元採用由取能電路和電池構成無縫切換的供電電路，避免電源線耦合的電磁幹擾對智能單元的影響。

附圖說明

圖1是本實用新型高壓開關設備中智能單元的結構框圖；

圖2是本實用新型高壓開關設備工作流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式做進一步的說明。

本實用新型的高壓開關設備取消了高壓開關設備與控制櫃間的電纜，將布置在控制櫃中的監測和控制功能集中到機構箱內，即在機構箱布置具有監測和控制功能的智能單元，就地實現開關量狀態信息、傳感器監測信息的數位化和上傳，以及對操作機構的控制，節省了大量電纜，提高了裝配效率。

本實用新型的高壓開關設備包括設置在高壓開關機構箱內的操作機構、傳感器採集模塊、開關量採集模塊和智能單元，由於智能單元設置在高壓開關機構箱內，環境相比控制櫃更加惡劣，因此智能單元需封裝在一殼體內，且殼體能夠可靠接地；同時為了進一步降低電磁幹擾、振動等外界環境對智能單元的影響，智能單元懸掛在高壓開關機構箱內。

具體地，如圖1所示，本實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、開關量輸入電路、傳感器輸入電路、控制輸出電路、電機控制輸出電路、溫度控制輸出電路、通信電路、分合閘指示電路、時鐘電路和存儲器。開關量輸入電路的輸入端與開關量採集模塊的輸出端相連，開關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採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構。

為了降低幹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，本實用新型電源電路採用電池和與高壓開關取能線圈連接取能電路，由電池和取能電路構成無縫切換的供電電路；當一次電流小於5％In時微處理器的工作電源由電池提供，當一次電流大於5％In時裝置的工作電源由高壓開關的取能線圈通過取能電路提供，In為一次電路的額定電流，兩種供電方式可實現無縫切換，在高壓開關不進行操作的情況下，智能單元處於低功耗狀態。

為了進一步降低對信號傳輸的幹擾，本實用新型中智能單元採用無線或光纖與上層設備或控制櫃內的二次設備進行通訊，即通信電路採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(包括光電轉換模塊)連接，將待傳輸的信號轉換為無線信號或光信號，實現微處理器與上層設備間無線或光纖通信，降低使用信號線時的傳導幹擾。此外，該高壓開關設備還設置有本地調試設備，微處理器通過RS232電路與調試設備連接，工作人員可通過調試設備對智能單元的運行參數進行設置。

為了降低對智能單元中微處理器的幹擾，本實用新型智能單元中的控制輸出電路上設置有光電隔離模塊。由於操作機構除了包括高壓開關分合閘設備外，還包括有電機和溫度調節設備，相應地，控制輸出電路包括分合閘控制輸出支路、電機控制輸出支路和溫度控制輸出支路，分合閘控制支路、電機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。電網對高壓開關的控制要求響應速度快、延時小，控制輸出電路中的分合閘控制輸出支路採用IGBT，即微處理器通過光電隔離模塊驅動分合閘IGBT，進行分合閘操作；電機和溫度調節設備對響應速度要求較低，電機控制輸出支路和溫度控制輸出支路均採用固態繼電器。智能單元接收上層設備發送的分合閘操作指令，經微處理器處理後，通過光電隔離模塊驅動相應IGBT，實現高壓開關的分合閘操作；當儲能低於設定值時，微處理器通過光電隔離模塊和固態繼電器控制儲能電機啟動，開始儲能。

開關量採集模塊採集的開關量狀態信號包括就地分合閘開關信號、分合閘狀態信號、儲能狀態信號、氣壓閉鎖狀態信號、油壓閉鎖狀態信號等，這些狀態信號是以邏輯「1」或邏輯「0」出現的，其信號的形式可能是電壓、電流或者開關的觸點，在異常情況下，這些信號可能會引起瞬時高電壓、過電流、接觸抖動以及噪聲等幹擾，為了降低上述開關量信號對智能單元中微處理器的幹擾，本實用新型智能單元中的開關量輸入電路上設置有光電隔離模塊，微處理通過光電隔離模塊與設置在高壓開關本體上的開關量採集模塊相連。同時為了進一步降低過電壓造成的幹擾，在開關量採集模塊和光電隔離模塊之間還設置有限位二極體，這裡的限位二極體可採用快恢復二極體。

傳感器採集模塊包括振動傳感器、行程傳感器、小電流傳感器、氣體狀態傳感器、油壓傳感器和溫溼度傳感器，傳感器輸入電路用於將上述傳感器信號進行處理後輸入到微處理器中，這裡的處理主要指的是的濾波和A/D轉換，因此，傳感器輸入電路包括依次連接的濾波調理電路和A/D轉換電路，濾波調理電路的輸入端連接上述傳感器，濾波電路輸出端與A/D轉換電路的輸入端連接，A/D轉換電路的輸出端與微處理器的輸入端連接。本實施例中氣體狀態傳感器輸出的是模擬信號，若輸出的是485信號，則氣體狀態傳感器可直接通過RS485電路連接到微處理器。

行程傳感器、小電流傳感器和振動傳感器用於監測高壓開關的機械特性和聲學指紋信息，通過傳感器輸入電路將採集到波形數據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庫進行對比，判斷是否存在機械故障，如果判斷有，則將判斷結果及時傳送至上級設備；上級設備需要查詢某一段時間高壓開關動作的機械特性時，發送查詢指令至智能單元，然後將查詢的數據返回上級設備。油壓傳感器用於監測液壓機構油壓，微處理器根據收到的油壓信號進行判斷，當低於設定值時，啟動油泵電機開始儲能；當油壓到達額定值時，停止油泵電機運轉。氣體狀態傳感器用於監測高壓開關SF6氣體壓力、密度、溫度、溼度和微水，微處理器根據收到的上述信號進行判斷，當超過預警值時，向上層設備發送報警信息。此外該機構智能單元能夠接入互感器的一次電流電壓信號，結合機械特性和控制信息，實現對高壓開關的電壽命監測。

分合閘指示電路用於指示分合閘開關的運行位置，設置有分閘LED和合閘 LED，分閘LED和合閘LED均通過D觸發器與微處理器連接。具體地分閘LED和合閘 LED設置在機構智能單元面板上，「分位」燈為綠燈，當開關運行到分位時點亮；「合位」燈為紅燈，當開關運行到合位時點亮。

該智能單元內部還設置有時鐘模塊和存儲器，時鐘模塊支持IRIG-B碼和 IEEE1588對時方式，用於時間標籤和系統時間校正。存儲器採用E2PROM，用於微處理器採集到的信號。微處理器採用FPGA晶片，信息處理速度快，抗幹擾能力強。

本實用新型的機構智能單元中的微處理器採用嵌入式軟體系統，包括運行參數、通信、傳感器信號採集、數據處理和分析、電源管理、分合閘控制、電機控制、狀態指示和運行日誌等部分，如圖2所示。

本實用新型取消高壓開關設備機構與控制櫃間的電纜，在高壓開關設備本體上設置智能單元，將原本需要傳輸到控制櫃進行處理的信號進行就地化處理，實現高壓開關機構智能化，就地實現分合閘狀態、儲能狀態、氣壓閉鎖狀態等開關量狀態信息的就地數位化和上傳；將振動傳感器、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，將分析結果上傳至上級設備，實現對高壓開關機械特性、油壓狀態、氣體狀態的監測；同時智能單元能夠接收上級設備的分合閘指令，對高壓開關進行操作，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幹擾對智能單元的影響。