一種高壓開關設備及其機械特性監測裝置的製作方法

2023-10-23 12:28:32 1

本發明涉及一種高壓開關設備及其機械特性監測裝置，主要用於高壓開關設備運行過程中機械特性數據監測以及故障分析。

背景技術：

目前，國內正在大力推廣電力設備狀態檢修工作，高壓開關設備作為電力系統重要的元件，其設備可靠性對電力系統運行可靠性有至關重要的影響。高壓開關設備的機械狀態，能夠直接反應控制電路、操動機構和傳動系統的整體狀況。

現有高壓開關機械特性監測系統結構複雜，每臺斷路器監測需配置1套傳感器和1個監測裝置，在電站站控層還需配置1個整站監測系統，且信號傳輸環節較多，處理時間較長，成本極高；常採用行程傳感器和小電流傳感器對高壓開關的分合閘行程和線圈電流信號進行採集，通常傳感器與監測裝置間採用長距離電纜連接，通過電纜傳輸到過程層監測裝置內，再進行信號數位化，以及分析和處理。由於監測裝置與傳感器通過電纜連接，距離較遠，傳感器信號極易衰減並受到電磁幹擾，造成監測精度和評估效果不理想。

4g通信技術，即第4代移動通信技術，是目前公共移動通信網絡的主流技術，具有較強的傳輸可靠性。藉助於4g技術，通過移動客戶端可實現數據的實時遠程交互，方便地實現對設備狀態實時遠程監測和分析判斷，為電力設備狀態檢修提供有力的技術支撐。

通過將具有分析功能的模塊集成在監測裝置中，實現就地化處理，實時在線監測高壓開關設備行程狀態信息，就地分析處理故障原因，並利用無線通信技術，直接上送分析結果。但是在設備狀態監測過程中，分析處理模塊始終處於工作狀態，因此，需要長時間可靠供電，電量消耗較大。監測裝置長時間持續性工作無疑增大了能量損耗，增大了其電能供應負擔，另一方面，監測處理模塊與傳感器設備距離較大時，傳感器採集到的數據受到電磁幹擾的影響較大，高壓開關設備的機械性能參數的傳輸可靠性低。

因此，如何解決現有技術中高壓開關機械特性監測系統存在的能耗大、數據傳輸可靠性不高的問題，成為高壓開關設備行程監測過程中的重要研究內容。

技術實現要素：

本發明目的在於提供一種高壓開關設備及其機械特性監測裝置，用以解決現有技術中由於處理器模塊一直處於工作狀態而造成的高壓開關監測裝置能耗大的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種高壓開關設備機械特性監測裝置，技術方案包括：

監測裝置方案一：該監測裝置包括中央處理器、數據傳輸模塊和休眠喚醒觸發電路模塊；

所述中央處理器為長休眠模塊，所述中央處理器設置有用於接收在高壓斷路器操動機構箱內安裝的行程傳感器、小電流傳感器和高壓開關位置輔助開關的數字量檢測信號的信號輸入端；所述數據傳輸模塊與所述中央處理器的信號輸出端相連；

所述休眠喚醒觸發電路模塊設置有用於接收行程傳感器的檢測信號的埠，所述休眠喚醒觸發電路模塊的輸出端與所述中央處理器的喚醒觸發端相連，用於行程傳感器檢測到高壓開關行程信息時觸發喚醒所述中央處理器。

監測裝置方案二：在監測裝置方案一的基礎上，所述數據傳輸模塊為無線傳輸模塊。

監測裝置方案三：在監測裝置方案二的基礎上，所述無線傳輸模塊為4g或4g以上的傳輸模塊。

監測裝置方案四：在監測裝置方案一的基礎上，所述中央處理器為單片機。

監測裝置方案五：在監測裝置方案一的基礎上，所述監測裝置還包括：串口通信模塊，所述串口通信模塊的一端與所述中央處理器其中一個埠相連，另一端用於輸入控制參數。

監測裝置方案六：在監測裝置方案一的基礎上，所述監測裝置還包括：對時電路模塊和數據存儲模塊，所述對時電路模塊和數據存儲模塊分別與所述中央處理器相連；所述中央處理器與所述對時電路模塊進行對時，將時間標籤加入到數字量檢測信號；所述數據存儲模塊用於存儲加入了時間標籤的數字量檢測信號。

監測裝置方案七：在監測裝置方案一的基礎上，所述監測裝置還包括：為所述中央處理器供電的電池供能電路。

監測裝置方案八：在監測裝置方案一的基礎上，所述監測裝置還包括：a/d轉換模塊，所述中央處理器通過所述a/d轉換模塊連接在高壓斷路器操動機構箱內安裝的行程傳感器、小電流傳感器。

監測裝置方案九：在監測裝置方案八的基礎上，所述監測裝置還包括：濾波調理模塊和光耦電路模塊，所述a/d轉換模塊通過所述濾波調理模塊連接在高壓斷路器操動機構箱內安裝的行程傳感器、小電流傳感器；所述中央處理器通過光耦電路模塊連接所述高壓開關位置輔助開關。

本發明還提供了一種帶有機械特性監測裝置的高壓開關設備，包括以下方案：

高壓開關設備方案一：該高壓開關設備包括高壓開關設備本體以及設置在高壓斷路器操動機構箱內的安裝的行程傳感器、小電流傳感器和高壓開關位置輔助開關，所述高壓開關本體上設置有智能監測裝置，該智能監測裝置包括中央處理器、數據傳輸模塊和休眠喚醒觸發電路模塊；

所述中央處理器為長休眠模塊，所述中央處理器的信號輸入端與所述行程傳感器、小電流傳感器和高壓開關位置輔助開關相連；所述數據傳輸模塊與所述中央處理器的信號輸出端相連；所述休眠喚醒觸發電路模塊的檢測信號的埠與所述行程傳感器相連，所述休眠喚醒觸發電路模塊的輸出端與所述中央處理器的喚醒觸發端相連，用於行程傳感器檢測到高壓開關行程信息時觸發喚醒所述中央處理器。

高壓開關設備方案二：在高壓開關設備方案一的基礎上，所述數據傳輸模塊為無線傳輸模塊；

高壓開關設備方案三：在高壓開關設備方案二的基礎上，所述無線傳輸模塊為4g或4g以上的傳輸模塊。

高壓開關設備方案四：在高壓開關設備方案一的基礎上，所述中央處理器為單片機。

高壓開關設備方案五：在高壓開關設備方案一的基礎上，所述監測裝置還包括：串口通信模塊，所述串口通信模塊的一端與所述中央處理器其中一個埠相連，另一端用於輸入控制參數。

高壓開關設備方案六：在高壓開關設備方案一的基礎上，所述監測裝置還包括：對時電路模塊和數據存儲模塊，所述對時電路模塊和數據存儲模塊分別與所述中央處理器相連；所述中央處理器與所述對時電路模塊進行對時，將時間標籤加入到數字量檢測信號；所述數據存儲模塊用於存儲加入了時間標籤的數字量檢測信號。

高壓開關設備方案七：在高壓開關設備方案一的基礎上，所述監測裝置還包括：為所述中央處理器供電的電池供能電路。

高壓開關設備方案八：在高壓開關設備方案一的基礎上，所述監測裝置還包括：a/d轉換模塊，所述中央處理器通過所述a/d轉換模塊連接在高壓斷路器操動機構箱內安裝的行程傳感器、小電流傳感器。

高壓開關設備方案九：在高壓開關設備方案八的基礎上，所述監測裝置還包括：濾波調理模塊和光耦電路模塊，所述a/d轉換模塊通過所述濾波調理模塊連接在高壓斷路器操動機構箱內安裝的行程傳感器、小電流傳感器；所述中央處理器通過光耦電路模塊連接所述高壓開關位置輔助開關。

本發明的有益效果是：

通過在監測裝置中加入休眠喚醒觸發電路模塊，該觸發模塊對行程傳感器發送的高壓開關行程信息進行判斷，當檢測到高壓開關行程時觸發處理器模塊由休眠狀態切換到工作狀態。由於高壓開關不進行操作時中央處理器始終處於休眠狀態，僅在開始進行操作的情況下，中央處理器才切換到正常的工作狀態，有效降低了中央處理器的能量損耗，提高了能量利用率，在能量供應一定的情況下，相應延長了監測裝置的工作周期，保證了監測裝置的運行可靠性。

另外，通過將監測裝置設置在高壓開關設備本體上，縮短了傳感器與處理器模塊之間的距離，相應降低了傳感器採集到的數據受到電磁幹擾的影響，提高了高壓開關機械特性參數的傳輸可靠性。

附圖說明

圖1為本發明高壓開關設備機械特性監測裝置原理圖；

圖2為本發明機械特性異常判別方法流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

智能監測裝置實施例：

如圖1所示為本發明高壓開關設備及其機械特性監測裝置原理圖，該監測裝置包括中央處理器、數據傳輸模塊和休眠喚醒觸發電路模塊。

該中央處理器為長休眠模塊，在高壓開關無動作信息的情況下始終處於休眠狀態，一旦檢測到高壓開關動作行程信息時觸發喚醒。中央處理器設置有用於接收在高壓斷路器操動機構箱內安裝的行程傳感器、小電流傳感器和高壓開關位置輔助開關的數字量檢測信號的信號輸入端，並通過所述a/d轉換模塊連接在高壓斷路器操動機構箱內安裝的行程傳感器、小電流傳感器。數據傳輸模塊為無線傳輸模塊，與所述中央處理器的信號輸出端相連。休眠喚醒觸發電路模塊設置有用於接收行程傳感器的檢測信號的埠，休眠喚醒觸發電路模塊的輸出端與所述中央處理器的喚醒觸發端相連，用於行程傳感器檢測到高壓開關行程信息時觸發喚醒所述中央處理器。

其中，小電流傳感器用於採集線圈電流信號，行程傳感器用於採集高壓開關分合閘行程，高壓開關位置輔助開關，提供輔助開關的變位信息。

作為一種具體實施方式，在該監測裝置中，處理器模塊採用單片機，對接收到的高壓開關行程信息，線圈電流和輔助開關變位等數據進行分析處理、存儲和傳輸。

上述智能監測裝置還包括一個串口通信模塊，該串口通信模塊的一端與中央處理器的一個埠相連，串口通信模塊的另一端用於輸入控制參數。監測裝置安裝前，首先用pc機通過串口通信模塊對傳感器的各項工作參數進行設定，主要包括觸發閾值、採樣率等，而且通過串口，可輸入標準行程波形，存儲於裝置內，可與採集到的數據波形進行對比，分析採集到的波形是否存在異常。中央處理器將接受到的數字量參數的觸發閾值下發給休眠喚醒觸發電路模塊，作為其他實施方式，高壓開關行程信息的觸發閾值也可以直接在休眠喚醒觸發電路模塊中設置。

為降低數據信號在傳輸過程中所受到的幹擾，本實施例中在所述監測裝置中安裝相應的無線通信模塊，例如sim卡，用於4g通信。藉助於4g技術，通過移動客戶端可實現數據的實時遠程交互，方便地實現對設備狀態實時監測和分析判斷，為電力設備狀態檢修提供有力的技術支撐。本專利無線通信模塊不僅局限於4g通信，也可採用zigbee、wifi以及4g以上等通信方式。裝置正常運行過程中，可通過接收終端向裝置發送相應的操作代碼，查詢分、合閘行程波形信息，裝置還具有自檢功能，當出現故障時，能夠主動向上級設備報送故障信息。

本實施例還包括電池供能電路，為裝置提供工作電源。電源採用電池供電，減少了通過電源線耦合的電磁幹擾，提高了裝置的可靠性。

在監測過程中，休眠喚醒觸發電路連接行程傳感器和中央處理器，用於控制裝置切換至休眠狀態或正常工作狀態，在高壓開關設備不進行工作時，使裝置處於休眠狀態，裝置處於低功耗狀態，可通過移動終端對其發送相應的操作代碼查詢其工作狀態、內部參數和存儲的機械特性信息，當進行操作時，通過喚醒觸發電路，使裝置切換到正常工作狀態，開始採集行程信號。採用休眠喚醒觸發電路能夠使監測裝置在無需耗電的情況下進入低功耗狀態，節約了電能。

另外，由於傳感器輸出為模擬量，不能直接輸送給中央處理器，該監測裝置還包括一個a/d轉換模塊。採集到的模擬量信息通過該a/d轉換模塊與處理器模塊相連，用於將採集到的模擬數據轉換成數字量信號。若中央處理器自身帶有a/d模塊，這裡的a/d轉換模塊也可以採用中央處理器內部自帶的a/d模塊。

為了消除噪聲信號，監測裝置還包括一個濾波調理模塊，傳感器通過該濾波調理模塊與a/d轉換模塊相連。行程傳感器和小電流傳感器的模擬信號經過濾波調理電路後，經過a/d轉換模塊變為數位訊號，並傳送至中央處理器，高壓開關位置輔助開關的輔助開關位置信號經過光耦電路模塊處理後，送入中央處理器。

本實施例還包括時鐘電路模塊，中央處理器採用sntp、b碼、ieee1588等對時方式與對時電路模塊進行對時，中央處理器從時鐘電路模塊讀取時間信號，在讀取波形數據後將數字量信號加入時間標籤並進行整理和分析，然後，存放於數據存儲模塊中，以備查詢。高壓開關每完成一次分合閘操作，裝置的4g通信模塊就自動向指定ip的移動終端發送相應的機械特性和故障信息。

當高壓開關發生動作，中央處理器受休眠喚醒觸發電路模塊觸發切換到正常工作狀態，由行程傳感器、小電流傳感器、高壓開關位置輔助開關採集到的行程信息、電流信息和輔助開關變位信號經過濾波調理電路模塊進行濾波處理後，再經過a/d轉換模塊變為數字量信號後發送給中央處理器。為了標明高壓開關各參數發生變化的事件以及實現各參數信息的存儲，上述智能監測裝置還包括休眠喚醒觸發電路，所述休眠喚醒觸發電路連接行程傳感器和中央處理器，用於控制裝置切換至休眠狀態或正常工作狀態，在高壓開關設備不進行工作時，使裝置處於休眠狀態，裝置處於低功耗狀態，可通過移動終端對其發送相應的操作代碼查詢其工作狀態、內部參數和存儲的機械特性信息，當進行操作時，通過喚醒觸發電路，使裝置切換到正常工作狀態，開始採集行程信號。

在中央處理器進行故障原因分析時，本實施例的中央處理器採用如圖2所示的機械特性異常判別方法進行故障分析，主要根據輔助開關變位、行程曲線和小電流曲線的不同情況來判別不同的故障原因：

輔助開關有變位的情況下，若不能採集到行程曲線，則傳感器或通信有問題，若採集到的行程曲線出現異常，則判斷電流曲線是否發生異常，若存在異常，則檢測電流關鍵點及時間等參量，當電流值遠超出正常值、持續時間超出正常值，則判斷為電磁鐵或控制迴路故障，若電流曲線正常，則檢測行程關鍵點及速度、時間等參數，行程非0直線、速度低於正常值和時間變長，則為出現機構卡滯，行程曲線階梯卡滯或整體後移，則出現緩衝器故障或卡澀；

輔助開關無變位的情況下，若行程曲線正常，則為輔助開關出現問題，若無行程曲線，檢測電流曲線情況，若無電流曲線，則控制迴路出現問題，若電流曲線正常，則判定為機械傳動系統有問題，若電流曲線出現異常，則檢測電流關鍵點及時間等參量，當電流值遠超出正常值、持續時間超出正常值時，判斷為電磁鐵或控制迴路故障。

處理後的機械特性數據和故障信息通過4g網絡無線傳輸給接收終端，為變電站保護決策提供可靠的數據。

本發明裝置在高壓開關設備機構箱內即可完成開關機械特性分析和處理，能夠實現就地對高壓開關機械特性進行實時監測，並判斷故障原因，將機械特性數據(包括分合閘時間、行程、速度等)和故障信息通過4g網絡傳送至站控層和高壓開關設備廠家接收終端，接收終端也可隨時查閱歷史數據。為變電站保護決策提供可靠的數據，為電力設備狀態檢修提供有力的技術支撐。這樣，站控層的監測設備可以取消掉，而且，還可以節省大量的光纜和電纜，另外，本發明裝置的成本很低，也可有效提高高壓開關設備的狀態檢修水平，降低因設備故障造成的損失。

帶有高壓開關機械特性監測裝置的高壓開關設備實施例：

該高壓開關設備包括高壓開關設備本體及一個智能監測裝置，包括高壓開關設備本體以及設置在高壓斷路器操動機構箱內的安裝的行程傳感器、小電流傳感器和高壓開關位置輔助開關。

由於在智能監測實施例中已對智能監測裝置的結構和工作原理進行了詳細介紹，這裡不再贅述。

另外，在該高壓開關設備中，由於該監測裝置以及傳感器部件均設置在高壓開關設備上，傳感器部件與監測裝置中的處理器模塊之間的距離較小，在傳感器採集到的高壓開關機械特性參數數據向監測裝置傳輸的過程中，信號衰減以及受到電磁幹擾的影響較小，提高了機械特性參數的傳輸可靠性。

以上給出了具體的實施方式，但本發明不局限於所描述的實施方式。本發明的基本思路在於上述基本方案，對本領域普通技術人員而言，根據本發明的教導，設計出各種變形的模型、公式、參數並不需要花費創造性勞動。在不脫離本發明的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變形仍落入本發明的保護範圍內。