一种基于压力传感器的隔离开关在线监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于压力传感器的隔离开关在线监测系统，包括安装在隔离开关上的压力传感器，压力传感器与监测分机连接，监测分机与监测主机连接。本发明一种基于压力传感器的隔离开关在线监测系统，压力传感器易安装，且能够实现隔离开关触指压力状况的实时监测；本发明还有语音报警模块，当弹簧为触指提供的压力低于标准的压力范围时，进行数据存储并报警提示；本发明一种基于压力传感器的隔离开关在线监测系统，结构简单，受环境影响小，监测误差小。
【专利说明】
一种基于压力传感器的隔离开关在线监测系统
技术领域
[0001]本发明属于智能电网在线监测技术领域，具体涉及一种基于压力传感器的隔离开关在线监测系统。
【背景技术】
[0002]随着我国智能电网的大力发展，隔离开关被广泛的应用于电力系统，是电网运行设备中数量较多，同时也是产生故障较多的一次高压输变电设备。隔离开关一种典型的故障是:为触指提供压力的弹簧因腐蚀等各种因素影响，弹性降低，使得触指没有良好接触，造成隔离开关过热引发故障。隔离开关的触指弹簧弹性减弱后，导致回路接触电阻值增大，从而引发触指发热，触指发热会使得接触面被氧化，接触电阻进一步增大，从而导致触指发热更严重，严重时会导致局部熔焊处发生拉弧放电，损坏隔离开关，引发严重的事故。因此，对隔离开关的触指压力进行实时在线监测是十分必要的。
[0003]目前，对隔离开关是否良好接触主要有以下几种方式:一种是依靠检修人员的经验来判断，这种方法既不方便也不准确；另一种方式是通过温度传感器实时监测隔离开关触指的温度，这种方式易受到环境的影响，非线性误差较大，并且不能直接反映隔离开关触指否良好接触。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种基于压力传感器的隔离开关在线监测系统，解决了现有隔离开关的监测易受环境的影响的问题。
[0005]本发明所采用的技术方案是，一种基于压力传感器的隔离开关在线监测系统，包括安装在隔离开关上的压力传感器，压力传感器与监测分机连接，监测分机与监测主机连接;监测分机包括第一信号处理单元，第一信号处理单元分别连接有信号调理电路、第一Zigbee收发模块、BUCK电路，信号调理电路与压力传感器连接，BUCK电路还依次连接有整流滤波电路、电流互感器，整流滤波电路还与过压过流保护电路连接;监测主机包括第二信号处理单元，第二信号处理单元分别连接有供电电源、语音报警模块、时钟芯片、第二 Zigbee收发模块、数据存储模块，第二 Zigbee收发模块与第一 Zigbee收发模块通过Zigbee网络连接。
[0006]本发明的特点还在于:
[0007]第一信号处理单元采用CC253xM⑶系列单片机。
[0008]第一信号处理单元还连接有蓄电池。
[0009 ] 第二信号处理单元采用基于ARM-Cortex_M4内核的微处理器。
[0010]第二信号处理单元还连接有液晶显示模块。
[0011]第二信号处理单元还连接有以太网接口。
[0012]第二信号处理单元还通过光电耦合连接有隔离开关位置状态模块。
[0013]压力传感器包括圆环形的底座，底座的底部设置有圆环形的应变电阻片，应变电阻片的上方设置有凸块，应变电阻片与引出线连接，引出线穿过底座伸到底座外部。
[0014]本发明的有益效果是:
[0015]①本发明一种基于压力传感器的隔离开关在线监测系统中的压力传感器易安装，不会影响隔离开关的机械结构，能够实现隔离开关触指压力状况的实时监测；
[0016]②本发明一种基于压力传感器的隔离开关在线监测系统中的监测分机通过互感取能和蓄电池供电，降低损耗；
[0017]③本发明一种基于压力传感器的隔离开关在线监测系统中还有语音报警模块，当弹簧为触指提供的压力低于标准的压力范围时，进行数据存储并报警提示；
[0018]④本发明一种基于压力传感器的隔离开关在线监测系统，结构简单，受环境影响小，监测误差小。
【附图说明】
[0019]图1是隔离开关的结构示意图；
[0020]图2是本发明隔离开关在线监测系统中压力传感器的结构示意图；
[0021 ]图3是本发明隔离开关在线监测系统中压力传感器的俯视图；
[0022]图4是本发明隔离开关在线监测系统中压力传感器的安装结构图；
[0023]图5是本发明隔离开关在线监测系统中监测分机的结构示意图；
[0024]图6是本发明隔离开关在线监测系统中监测主机的结构示意图。
[0025]图中，1.压力传感器，1-1.底座，1-2.应变电阻片，1-3.凸块，1-4.引出线；
[0026]2.监测分机，2-1.第一信号处理单元，2-2.信号调理电路，2-3.第一 Zigbee收发模块，2-4.BUCK电路，2-5.整流滤波电路，2-6.电流互感器，2-7.过压过流保护电路，2_8.蓄电池；
[0027]3.监测主机，3-1.第二信号处理单元，3-2.供电电源，3_3.语音报警模块，3_4.时钟芯片，3-5.第二Zigbee收发模块，3-6.数据存储模块，3-7.液晶显示模块，3-8.以太网接口，3-9.光电親合，3-10.隔离开关位置状态模块；
[0028]4.隔呙开关支架底座，5.隔呙开关静态触头，6.隔呙开关动态触刀，7.绝缘子支柱，8.隔呙开关动作拉杆。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0030]隔离开关的结构如图1所示，包括隔离开关支架底座4、隔离开关静态触头5、隔离开关动态触刀6、绝缘子支柱7、隔尚开关动作拉杆8，压力传感器I安装在隔尚开关动态触刀6的下方处，图1中“I”处。隔离开关在进行分合闸操作时主要是通过隔离开关动作拉杆8带动隔离开关动态触刀6与隔离开关静态触头5接触与否，来实现回路的通断。
[0031]本发明中压力传感器I结构示意图如图2所示，俯视图如图3所示，包括圆环形的底座1-1，底座1-1的内径d为8mm，外径D为25_，底座1-1的底部设置有圆环形的应变电阻片1-2，应变电阻片1-2的上方设置有凸块1-3，凸块1-3的上表面高于底座1-1的上表面，凸块1-3凸出底座1-1的高度为2mm，应变电阻片1-2与引出线1_4连接，引出线1_4穿过底座1_1伸到底座1-1外部。底座1-1的外径大于凸块1-3的外径，底座1-1的内径小于凸块1-3的内径，凸块1-3的外径略小于底座1-1的外径，凸块1-3的内径略大于底座1-1的内径。
[0032]本发明中压力传感器I的安装结构图如图4所示，压力传感器I安装在螺母和弹簧帽之间，不会影响隔离开关的机械结构，隔离开关在合闸过程中主要是通过压缩弹簧为隔尚开关动态触刀6提供压力，使得隔尚开关动态触刀6与隔尚开关静态触头5良好接触。因此，只要测量压缩弹簧在分合闸过程中的压力变化量就可以监测到隔离开关在合闸时是否良好接触。
[0033]本发明一种基于压力传感器的隔离开关在线监测系统，包括安装在隔离开关上的压力传感器I，压力传感器I与监测分机2连接，监测分机2与监测主机3连接。
[0034]如图5所示为本发明中监测分机2的结构示意图，监测分机2安装在隔离开关支架底座4上，监测分机2包括第一信号处理单元2-1，第一信号处理单元2-1采用CC253xMCU系列单片机，第一信号处理单元2-1分别连接有信号调理电路2-2、第一 Zigbee收发模块2-3、BUCK电路2-4、蓄电池2-8，信号调理电路2-2与压力传感器I连接，BUCK电路2-4还依次连接有整流滤波电路2-5、电流互感器2-6，整流滤波电路2-5还与过压过流保护电路2-7连接。
[0035]信号采集:由于隔离开关在分闸时的压力为350N左右，合闸时的压力在500N左右，因此本发明选择量程为1500N的压力传感器I，压力传感器I的输出信号灵敏度为2mV/V，综合误差为±0.5%FS，能够满足测量要求。压力传感器I将隔离开关在分合闸过程中的压力转换成电压值，经信号调理电路2-2处理，送给第一信号处理单元2-1处理，在第一信号处理单元2-1内先通过AD转换，之后第一信号处理单元2-1处理。
[0036]信号处理:由于本发明采用互感方式设计的电源功率有限，所以压力传感器I要采用低功耗方式，本发明第一信号处理单元2-1采用CC253xMCU系列单片机，其工作电压为2-
3.6V，实时时钟待机电流的消耗仪为0.2mA，从休眠至正常工作整个唤醒过程仅需4ys。
[0037]电源供电:本发明采用互感取能和蓄电池供电。本发明用电磁感应原理直接从母线上获得检测单元的低电压电源。本发明电流互感器2-6，采用坡莫合金为铁心，可保证小电流时铁芯正常励磁，在大电流时铁芯饱和，从而提供了变化幅度较小的感应电压，将感应电压再经过限压、整流(整流滤波电路2-5)和二次稳压后获得稳定的输出电压，还采用了过压过流保护电路2-7，当母线电压很低，不能满足供电要求时，装置可及时切换蓄电池2-8供电，保证监测分机2电源的稳定性。
[0038]通讯:本发明采用第一Zigbee收发模块2-3通过Zigbee无线网络与监测主机3进行通信，代替传统的串行通讯方式，即将监测分机2采集到的信息数据以无线方式发送到监测主机3进行处理。
[0039]如图6所示为监测主机3的结构示意图，监测主机3包括第二信号处理单元3-1，第二信号处理单元3-1采用基于ARM-Cortex-M4内核的微处理器，第二信号处理单元3-1分别连接有供电电源3-2、语音报警模块3-3、时钟芯片3-4、第二 Zigbee收发模块3-5、数据存储模块3-6、液晶显示模块3-7、以太网接口 3-8，第二 Zigbee收发模块3-5与第一 Zigbee收发模块2-3通过Zigbee网络连接，第二信号处理单元3-1还通过光电耦合3-9连接有隔离开关位置状态模块3-1 O。
[0040]信号采集:通过隔离开关位置状态模块3-10通过隔离开关的位置信号，通过光电耦合3-9处理后直接送入第二信号处理单元3-1。
[0041 ] 信号处理:本发明第二信号处理单元3-1采用基于ARM-Cortex_M4内核的微处理器，其工作频率可达到168MHz，能够高效的完成信号的处理。
[0042]显示:为了能够清晰地显示隔离开关的运行状态，本发明第二信号处理单元3-1还连接有液晶显示模块3-7，液晶显示模块3-7主要包括隔离开关运行位置指示灯的显示，液晶显示模块3-7主要是显示隔离开关运行的时间、状态、分合闸压力值以及设定的阈值。本发明采用一款高性能的128 X 96点阵液晶SG 12896A。
[0043]存储:数据存储模块3-6主要存储设定的隔离开关触指压力报警值、阈值，以及发生报警和故障时的信息。
[0044]时钟芯片3-4采用集成芯片HT1380，能够及时记录报警和故障发生的准确时间。
[0045]报警:在隔离开关的运行过程中，为触指提供的压力值低于设定的阈值后，第二信号处理单元3-1根据采集到的信号判断，通过语音报警模块3-3进行语音报警，并将故障信息进行保存同时将故障信息传给后台监控中心。
[0046]通讯:本发明采用以太网接口 3-8，将报警及故障信息按照MODUS协议分格式通过以太网接口3-8，及时上传给后台监控中心，同时监控中心也可以通过发送指令来设定隔离开关的运行阈值。
[0047]电源:监测主机3的供电电源3-2为开关电源，通过电源模块转换，满足第二信号处理单元3-1和信号处理部分的供电要求。
【主权项】
1.一种基于压力传感器的隔离开关在线监测系统，其特征在于，包括安装在隔离开关上的压力传感器(I)，压力传感器(I)与监测分机(2)连接，监测分机(2)与监测主机(3)连接； 监测分机(2)包括第一信号处理单元(2-1)，第一信号处理单元(2-1)分别连接有信号调理电路(2-2)、第一Zigbee收发模块(2-3)、BUCK电路(2-4)，信号调理电路(2-2)与所述压力传感器(I)连接，BUCK电路(2-4)还依次连接有整流滤波电路(2-5)、电流互感器(2_6)，整流滤波电路(2-5)还与过压过流保护电路(2-7)连接； 监测主机(3)包括第二信号处理单元(3-1)，第二信号处理单元(3-1)分别连接有供电电源(3-2)、语音报警模块(3-3)、时钟芯片(3-4)、第二 Zigbee收发模块(3-5)、数据存储模块(3-6)，第二 Zigbee收发模块(3-5)与所述第一 Zigbee收发模块(2-3)通过Zigbee网络连接。2.根据权利要求1所述的一种基于压力传感器的隔离开关在线监测系统，其特征在于，所述第一信号处理单元(2-1)采用CC253x MCU系列单片机。3.根据权利要求1所述的一种基于压力传感器的隔离开关在线监测系统，其特征在于，所述第一信号处理单元(2-1)还连接有蓄电池(2-8)。4.根据权利要求1所述的一种基于压力传感器的隔离开关在线监测系统，其特征在于，所述第二信号处理单元(3-1)采用基于ARM-CorteX-M4内核的微处理器。5.根据权利要求1所述的一种基于压力传感器的隔离开关在线监测系统，其特征在于，所述第二信号处理单元(3-1)还连接有液晶显示模块(3-7)。6.根据权利要求1所述的一种基于压力传感器的隔离开关在线监测系统，其特征在于，所述第二信号处理单元(3-1)还连接有以太网接口(3-8)。7.根据权利要求1所述的一种基于压力传感器的隔离开关在线监测系统，其特征在于，所述第二信号处理单元(3-1)还通过光电耦合(3-9)连接有隔离开关位置状态模块(3-10)。8.根据权利要求1所述的一种基于压力传感器的隔离开关在线监测系统，其特征在于，所述压力传感器(I)包括圆环形的底座(1-1)，底座(1-1)的底部设置有圆环形的应变电阻片(1-2)，应变电阻片(1-2)的上方设置有凸块(1-3)，应变电阻片(1-2)与引出线(1-4)连接，引出线(1-4)穿过底座(1-1)伸到底座(1-1)外部。
【文档编号】G01L5/00GK106017761SQ201610323124
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】黄新波, 乔卫中, 朱永灿, 姬林垚, 张 杰
【申请人】西安工程大学