高压断路器状态监测装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种高压断路器状态监测装置，包括分闸线圈电流采集单元、合闸线圈电流采集单元、储能电机电流采集单元、动触头行程信号采集单元、触头开合信号采集单元、STC15F2K60S2微控制器、OCMJ4X8C_6液晶显示单元、按键单元、RS485通信单元、AT24C512掉电保护单元、DS1302时钟单元。装置能够准确监测并计算断路器动作时的机械特性参数包括三相分闸、合闸时间，触头开距，触头超行程，平均分闸、平均合闸速度，刚分、刚合速度以及分闸线圈、合闸线圈和储能电机的电流，并将监测结果发送给上位机，为高压断路器的状态检修提供依据。与其他监测装置相比，本装置不仅监测数据更加准确而且成本低、抗干扰能力强、安装方便，适合断路器状态监测装置在电力系统的大量普及。
【专利说明】
高压断路器状态监测装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种高压断路器状态监测装置，属于断路器状态监测领域。
【背景技术】
[0002]高压断路器是电力系统中极其重要的主设备之一，其在电力系统中主要起着控制和保护的作用。电力系统容量的增加以及智能化的提高，对断路器的可靠性提出了更高的要求。随着断路器的检修方式由定期检修向状态检修的发展，断路器的状态监测技术越来越受到重视。
[0003]根据国家电网公司的统计资料，高压断路器的机械故障(包括操动机构及控制回路)占全部故障的70%?80%，其他灭弧、绝缘故障占有较小的比例，发热故障比例更低。因此通常把机械故障包括操动机构和控制回路故障放在高压断路器监测中最重要的位置。
[0004]高压断路器也是电力系统中数量最多的电气设备之一，对高压断路器的监测需要较高的成本，且在变电站、发电厂这些强电磁环境下，监测装置的抗干扰能力需要加强，监测精度有待提高。面对型式各样的断路器，也需要提高监测装置的通用性。因此降低高压断路器状态监测装置的成本、提高高压断路器状态监测装置的监测精度和适应性是推进断路器监测装置在电力系统中大量普及的重要方式。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本实用新型提供一种高压断路器状态监测装置，该装置能实现对高压断路器的在线监测，并根据监测数据准确计算断路器的机械特性参数。
[0006]为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0007]—种高压断路器在线监测装置，包括分闸线圈电流采集单元、合闸线圈电流采集单元、储能电机电流采集单元、动触头行程信号采集单元、触头开合信号采集单元、STCl 5F2K60S2微控制器、0CMJ4X8C_6液晶显示单元、按键单元、RS485通信单元、AT24C512掉电保护单元、DS1302时钟单元；
[0008]所述分闸线圈电流采集单元、合闸线圈电流采集单元、储能电机电流采集单元分别将HCS-2.5E磁平衡式霍尔电流传感器输入端串接到分闸线圈、合闸线圈、储能电机的电流回路中，传感器输出接二阶RC有源滤波电路，滤波电路的输出端接STCl 5F2K60S2微控制器的ADC引脚；
[0009]所述动触头行程信号采集单元将旋转位移传感器安装于动触头驱动杆主轴，传感器输出接二阶RC有源滤波电路，滤波电路输出接STCl 5F2K60S2微控制器的ADC引脚；
[0010]所述触头开合信号采集单元，将输入端接断路器的辅助触点，开合电信号经限流和滤波之后接光电耦合器二极管侧，光电耦合器输出接STC15F2K60S2微控制器的I/O引脚；
[0011]所述O CM J 4 X 8 C_6液晶显示单元采用金鹏O CM J 4 X 8 C_6液晶显示模块，与STC15F2K60S2微控制器通过串行通信连接，该模块提供128X64点阵，自带中文字库；
[0012]所述按键单元由5个独立按键组成，分别接微控制器的I/O引脚，可实现对装置的调试；
[0013]所述RS485通信单元，采用SP485芯片作为收发器，微控制器的高速异步串行通信引脚与SP485芯片的异步串行引脚相连，之间再采用高速光电耦合器将STC15F2K60S2微控制器与SP485收发器隔离，以避免外部通信线路所带来的噪声对内部系统产生干扰；
[0014]所述AT24C512掉电保护单元，AT24C512存储器与微控制器通过I2C总线连接，微控制器将监测数据快速存入AT24C512存储器。该芯片具有占用微控制器的引脚资源少、读写速度快、功耗低、掉电数据不丢失的特点；
[0015]所述DSl 302时钟单元，DSl 302时钟芯片与微控制器通过同步串行方式连接，时钟芯片采用双电源供电，电路板的5V电源作为主电源，纽扣电池作为备用电源确保计时不中断；
[0016]所述装置电源使用带有5V和±12V的电源适配器供电，5V电源供给电路板各个功能单元，±12V电源给霍尔电流传感器供电。
[0017]采用如上技术方案取得的有益技术效果为:
[0018]本实用新型采用HCS-2.5E磁平衡式霍尔电流传感器采集分、合闸线圈电流和储能电机电流信号，该型传感器反应时间短、精度高、线性度好，电流监测更加准确并且可实现输入与输出电流信号的隔尚；
[0019]本实用新型采用旋转位移传感器采集动触头行程信号，传感器体积小，可适应各种安装条件，而且具有很小的分辨率，使触头行程监测更加准确；
[0020]本实用新型采用二阶RC有源滤波电路对传感器输出信号进行调理，有效抑制外界干扰；
[0021]本实用新型采用STC15F2K60S2微控制器控制各功能单元的协调运行，该型微控制器内部集成高精度R/C时钟、高速ADC、大容量的程序存储器，省掉外设设备，降低了成本，且该型微控制器功耗低、抗干扰能力强；
[0022]本实用新型在触头开合信号采集电路和RS485通信电路与微控制器的连接处均采用高速光电耦合器隔离，防止外界噪声对内部系统造成干扰；
[0023]本实用新型采用AT24C512存储器保存监测数据，确保装置掉电数据不丢失。
[0024]因此，本实用新型将传感器技术、模拟电路技术、微控制器技术、数字电路技术、通信技术和抗干扰技术很好地结合在一起，监测数据准确，运行可靠，满足高压断路器状态监测的要求。
【附图说明】
[0025]图1为本实用新型高压断路器状态监测装置的结构框图。
[0026]图2为本实用新型高压断路器状态监测流程图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图1和附图2对本实用新型的【具体实施方式】做进一步说明。
[0028]如图1所示，为高压断路器状态监测装置的结构框图，其中分闸线圈电流采集单元、合闸线圈电流采集单元、储能电机电流采集单元的HCS-2.5E霍尔电流传感器的输入分别串接到分闸线圈、合闸线圈和储能电机的电流回路中。传感器输出的模拟信号经二阶RC有源滤波电路进行低通滤波，滤波后的电信号输入STC15F2K60S2微控制器的ADC引脚进行模数转换，转换后的数字信号存储在微控制器的寄存器中。
[0029]旋转位移传感器的旋转轴与动触头驱动杆主轴同轴连接，传感器的输出测量数据与动触头行程呈线性关系，旋转位移传感器的输出接二阶RC有源滤波电路，滤波后的电信号输入STC15F2K60S2微控制器的ADC引脚进行模数转换。
[0030]触头开合信号采集单元的输入接断路器辅助触点，断路器合闸时该单元通电，光电親合器二极管侧导通，光親输出侧输出低电平信号，该信号输入STCl5F2K60S2微控制器引脚，微控制器在查询到该引脚为低电平时确定断路器触头闭合，当该引脚为高电平时则判断断路器触头分开。
[0031]STC15F2K60S2微控制器根据分闸线圈电流采集单元、合闸线圈电流采集单元、储能电机电流采集单元、动触头行程信号采集单元和触头开合信号采集单元的输入数据确定断路器进行哪种动作，访问DS1302时钟芯片确定该次动作的时间。根据监测数据计算断路器该次动作的状态参数，该状态参数主要是断路器机械特性参数，包括三相触头的分闸时间、合闸时间，触头开距，触头超行程，平均分闸速度，平均合闸速度，刚合速度，刚分速度，以及分闸线圈、合闸线圈和储能电机的电流。并将数据编号保存到AT24C512存储器中。
[0032]一次动作结束，STC15F2K60S2微控制器首先将监测数据和计算结果通过RS485通信单元发送给上位机向值班人员报告。接着将动作时间、何种动作和计算得到的动作参数显示在0CMJ4X8C_6液晶屏上供工作人员巡视时查看。
[0033]以上便是该实用新型的【具体实施方式】。
[0034]本实用新型合理的将传感器技术、模拟电子技术、数字电子技术、微控制器技术、通信技术、存储技术和显示技术结合在一起，不仅达到了准确监测高压断路器状态参数的目的，而且有效提高了高压断路器状态监测装置在变电站、发电厂等强电磁环境下的适应性，另外还有很高的性价比优势，便于监测装置在电力系统中的大量普及，有很好的市场前景。
[0035]当然，以上说明仅仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型并不限于列举上述实例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、改进变形，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本实用新型的保护。
【主权项】
1.一种高压断路器状态监测装置，其特征在于: 包括分闸线圈电流采集单元，合闸线圈电流采集单元，储能电机电流采集单元，动触头行程信号采集单元，触头开合信号采集单元，STCl 5F2K60S2微控制器，0CMJ4X8C_6液晶显示单元，按键单元，RS485通信单元，AT24C512掉电保护单元，DS1302时钟单元； 所述分闸线圈电流采集单元、合闸线圈电流采集单元、储能电机电流采集单元均由HCS-2.5E磁平衡式霍尔电流传感器和二阶RC有源滤波电路组成，HCS-2.5E磁平衡式霍尔电流传感器输入端分别串接到分闸线圈、合闸线圈和储能电机的电流回路，输出接二阶RC有源滤波电路，二阶RC有源滤波电路输出接STCl 5F2K60S2微控制器的ADC引脚； 所述动触头行程信号采集单元由旋转位移传感器和二阶RC有源滤波电路组成，旋转位移传感器的转轴与动触头驱动杆主轴同轴连接，旋转位移传感器的输出接二阶RC有源滤波电路，二阶RC有源滤波电路的输出接STCl 5F2K60S2微控制器的ADC引脚； 所述触头开合信号采集单元由限流、滤波电路和光电耦合器组成，限流、滤波电路输入接高压断路器的辅助触点，输出接光电耦合器的二极管侧，光电耦合器的输出接STC15F2K60S2微控制器的I/O引脚; 所述0CMJ4X8C_6液晶显示单元采用金鹏0CMJ4X8C_6液晶显示模块，通过串行通信方式与STC15F2K60S2微控制器连接； 所述按键单元由5个独立按键组成，分别接微控制器的I/O引脚； 所述RS485通信单元采用SP485芯片作为收发器，通过高速异步串行通信方式与STC15F2K60S2微控制器连接； 所述AT24C512掉电保护单元采用AT24C512存储器，通过I2C总线与STC15F2K60S2微控制器连接； 所述DS1302时钟单元采用DS1302时钟芯片，通过同步串行方式与STC15F2K60S2微控制器连接。
【文档编号】G01R31/327GK205539382SQ201620272194
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月5日
【发明人】蒋志浩, 于群, 曹娜
【申请人】山东科技大学