专利名称：一种基于iec61850的断路器机械特性状态监测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电カ系统状态监测领域，具体涉及ー种采用IEC61850完成断路器机械特性状态监测的方法。
背景技术：
我国电网在“十二五”期间继续保持快速发展，新建、扩建、改造变电站数以千计，这为智能电网的研究、建设和发展提供了广阔的舞台。智能变电站及智能高压设备技术就是在这样的背景下提出来的。智能化变电站以智能一次设备和统一信息平台为基础，通过采用先进的传感器、电子、信息、通信、控制、人工智能等技木，实现变电站设备的远程监控、程序化自动运行控 制、设备状态检修、运行状态自适应、智能分析决策、网络故障后的自动重构以及与调度中心信息的灵活交互，实现了一二次设备的智能化，运行管理的自动化。智能设备是附加了智能组件的高压设备，智能组件通过状态感知和指令执行元件，实现状态的可视化、控制的网络化和自动化，为智能电网提供最基础的功能支撑。智能高压一次设备是智能电网建设的重要装备，也是一次设备未来技术发展的方向。智能高压一次设备由高压一次设备本体和智能组件组成，具有測量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化和信息互动化的特征，集成了过程层和间隔层的部分功能，具备测量、控制、保护、计量、检测中的全部和部分功能。高压断路器是电カ系统一次设备中检修、维护工作量最大的设备，据相关统计，大多数的维护费用花在开关上，且多半是花费在定期检修上。目前高压一次设备并没有完全智能化，存在如下缺点I)断路器长时间运行，操动机构、电机机械故障检查困难，定期检修费用大，效率低；2)运行管理部门不能随时掌握变电站重要设备运行情况，存在安全隐患；3)传统意义上的在线监测信息不统一、通信协议不标准，通信方式多祥化，监测系统、设备厂商多祥化，用户及系统界面不统一，成为ー个个信息孤岛，无法进行信息互动及闻级应用；4)为了解决互操作问题，不同厂商大多采用规约转换装置，増加建设费用，而且信息转换环节的增加会造成信息损失；5)对于多种传感器的不同接ロ，配置复杂，工程实施困难，维护工作量大。基于以上几点不足，即影响一次设备智能化技术发展水平，又存在安全隐患。因此，需要寻求ー种方法来解决此问题。本发明提出的基于IEC61850的断路器机械特性状态监测方法，弥补了上述几点不足，智能组件设备以高可靠性、丰富的接ロ设备，做到通信标准化，工程实施免维护化，通过就地诊断功能，为高压设备状态监测提供技术基础，实时采集一次设备状态信息，为状态检修提供參考依据，使之代替定期检修，大大提高高压一次设备的利用率及寿命，能及时发现电カ设备的安全隐患，预防事故发生，保证供电的可靠性，避免因停电检修所造成的损失，节约预防性定期检修的费用。这是在传统断路器基础上对智能断路器所做的新的尝试。
发明内容
为了解决传统断路大的智能化的问题，解决排除断路器操动机构、电机机械故障问题，本发明公开了ー种断路器机械特性状态监测装置。本发明具体采用以下技术方案一种基于IEC61850的断路器机械特性状态监测装置，所述监测装置包括操动机构监测组件、信息管理组件、SV组件、直流监测组件、485监测组件、开出组件、开入组件、指示灯组件，各组件之间以及各组件和信息管理组件之间通过所述监测装置内部CAN网、高速串口和/或对时总线连接；其特征在于 操动机构监测组件包括数据采集CPU和分析诊断CPU，其中数据采集CPU连接行程传感器、电流传感器和断路器的辅助节点相连，用于完成断路器行程信号、电流信号、位置信号的同步采集，形成原始采样值，通过共享内存方式与分析诊断CPU进行通信，分析诊断(PU实时分析采样值，形成诊断报告；直流监测组件与温度、湿度传感器相连，采集反映断路器运行エ况的温度和湿度信号;所述开入组件连接远方复归开入信号、装置检修开入信号、储能状态开入信号，用于监测断路器操作机构的储能状态和检修状态；所述SV组件接收来自合并单元的SV采样报文，实现断路器主回路电流监测功倉泛;485监测组件分别与控制回路电压传感器和断路器操作计数器相连，完成控制回路电压和断路器操作次数数字信号采集；所述信息管理组件还具备以太网ロ，通过IEC61850协议与在线监测后台连接，将分相断路器行程曲线进行整合，对各监测组件进行配置管理；所述信息管理组件控制所述开出组件向告警节点输出断路器操动机构告警信号，以驱动户外柜的指示灯牌；所述信息管理组件向指示灯组件发出对指示灯的控制命令，完成所述监测装置以及断路器本体运行、告警状态指示功能。其中，指示灯指检测装置内的告警LED灯指示，而开出组件具备告警节点输出功能，可以驱动警铃等声音告警信号，以及驱动户外柜的指示灯牌。本发明公开的这种基于IEC61850的断路器机械特性状态监测装置的优点是，具备就地综合评估、实时状态预报的功能，能够通过站控层网络及时将断路器当前状态參量提供给变电站运行人员，有效的帮助运行人员对断路器运行情况进行分析和判断，提高了工作效率。本发明的监测装置具有以下技术效果I、多种传感器灵活接入，配置简单；2、IEC61850无缝信息构建，模型自动输出；3、所述设备在高电场、强磁场、温差大、多尘等外部条件较为恶劣的户外环境下エ作正常，运行稳定，满足国家电网公司标准及相关技术规范的要求；4、配备高速数字式行程、电流数据采集通道，行程曲线实时自动录波，特征值提取、分析诊断结果准确；5、现场调试简単；6、对外接ロ功能齐全，即支持IEC61850MMS，又支持IEC61850 GOOSE、SV ；7、具备就地诊断功能。
图I是基于IEC61850断路器机械特性状态监测装置结构示意图；图2是IEC61850配置过程。
具体实施例方式下面进ー步结合说明书附图和具体实施例对本发明的技术方案进行说明。本发明公开了ー种断路器机械特性状态监测装置，如图I所示，该装置包括操动机构监测组件、信息管理组件、SV组件、直流监测组件、485监测组件、开出组件、开入组件、指示灯组件，各组件之间以及各组件和信息管理组件之间通过所述监测装置内部CAN网、高速串口和/或对时总线连接。各组件具体介绍如下(一)操动机构监测组件操动机构监测组件是监测装置内主控制组件，包括数据采集CPU和分析诊断CPU。对于断路器三相联动机构，可配置ー块操动机构监测组件，对于断路器分相操动机构，可配置三块操动机构监测组件。操动机构监测组件直接与行程传感器、电流传感器、电压传感器、辅助节点等进行连接。其中行程传感器可包括光栅角位移传感器和直线位移传感器，光栅角位移传感器安装在触头连杆的拐臂上，通过拐臂转过的角度可间接测得触头连杆的机械行程，直线位移传感器直接安装在触头连杆上，可直接测得触头连杆的机械行程，两种传感器根据安装方式及位置的不同可适当选用，行程传感器直接与监测装置的操动机构监测组件连接，操动机构监测组件可通过配置选择接入角位移传感器或直线位移传感器；其中电流传感器，采集分合闸线圈电流、电机电流，考虑到操动机构内安装空间的限制，采用4路电流合一设计的前置単元，在前置単元上安装4个霍尔元件，通过导轨安装在操动机构端子排上，采用24V供电，考虑到与行程高速数据采集的同步性及抗干扰性，采用485通信电缆方式，直接连接到操动机构监测组件；其中辅助节点状态信号通过操动机构监测组件上的直流220V或IlOV的强电开入采集，与操动机构监测组件直接通过电缆连接。储能电机电压传感器采用导轨安装方式，安装在操动机构端子排上。温湿度传感器监测操动机构运行エ况，安装在操动机构端子排上。操动机构监测组件除具备数据采集功能外，还具备分析诊断功能。其它各功能监测组件将采集到的数据结果通过监测装置内的CAN网传送给操动机构监测组件中的数据采集CPU，数据采集CPU通过共享内存方式与分析诊断CPU进行通信，分析诊断CPU实时分析采样值，形成诊断报告。每个操动机构监测组件对应ー个断路器操动机构，对于分相断路器情况，可在监测装置内插入三块操动机构监测组件。每相操动机构由ー个操动机构监测组件完成。操动机构监测组件采集行程传感器数据、断路器分合闸线圈电流数据、储能电机电流、断路器辅助位置节点信号等。对每次断路器分合闸操作进行、数据采样、录波，形成行程曲线数据文件，提取行程、分合闸速度、分合闸时间、分合闸线圈电流、储能电机电流等特征參数，根据监测装置内存储的定值数据，对行程是否异常、分合闸速度及时间是否达标、储能电机是否异常进行分析，将断路器操作报告及分析报告通过CAN网传送给信息管理组件，同时根据分析结果对监测装置指示灯状态进行刷新，通过CAN网报文驱动指示灯组件。(ニ)直流监测组件直流监测组件采集数据输出方式为r20mA模拟量的传感器，如操动机构运行エ况信息，包括温度、湿度等，采用r20mA模拟量方式接入，根据监测装置内存储的工程值配置信息，可完成工程值的換算，并将换算结果通过监测装置内CAN网传送至操动机构监测组件的数据采集CPU，分析诊断CPU通过共享内存方式获得直流组件的监测数据，供操动机构监测组件辅助分析用，方便实际工程对传感器的选型。(三)485监测组件 485监测组件采集485规约数据，通过装置内CAN网，直接与操动机构监测组件的分析诊断CPU进行通信。485监测组件采集数据输出方式为485数字式的传感器，断路器分合闸操作次数传感器监测断路器分合闸位置变化，统计断路器分合闸次数，安装在操动机构端子排上，数据接ロ方式为485通信方式，与监测装置的485监测组件连接。通过与传感器的连接，完成ModBus规约及其它私有规约接入，提取有用的參数信息，将通过监测装置内CAN网传送到操动机构监测组件，供操动机构监测组件辅助分析用，方便实际工程对传感器的选型。(四)开入、开出组件IO组件主要包括开入组件和开出组件，开入组件与监测装置外远方复归开入、装置检修开入、储能状态开入等信号连接，完成开入信号变化较慢的信号接入，通过监测装置内CAN网传送到操动机构监测组件，方便监测装置的远程维护。开出组件主要是接收来自信息管理组件的驱动报文由信息管理组件下发驱动报文，通过节点信号的方式反映装置告警、断路器操动机构告警状态，以驱动户外柜的指示灯牌，提醒运行人员注意。(五)指示灯组件指示灯组件主要是接收来自监测装置信息管理组件的CAN网指示灯报文监测装置内CAN网，根据报文内容刷新指示灯的状态。每个指示灯的具体涵义在操动机构监测组件配置内定义。实时反映监测装置运行、告警状态，提醒运行人员注意。指示灯组件完成装置运行状态就地指示，不具备告警节点输出功能，告警信号可以驱动远方告警铃音，具备告警节点输出功能。(六)SV组件SV组件主要是考虑到智能变电站或数据化变电站采用非常规互感器的情況，如果需要查看线路、母线的电压电流信息，可通过直接接入SV报文方式进行监测，根据SV组件内SV订阅信息的配置，可对SV报文进行解码，并计算出有效值、谐波、系统频率等信息，通过监测装置内CAN网传送到操动机构监测组件组件，供辅助分析用，此组件可作为备用组件通过配置选择是否使用。(七)信息管理组组件监测装置内信息管理组件具备监测装置内数据管理和IEC61850通讯的功能，数据管理模块又分为以下几个功能模块通信管理模块、配置管理模块、录波管理模块、报告管理模块、历史数据记录模块、时钟管理模块。通信管理模块完成功能组件、PC配置工具送到信息管理组件的各种报文的解析，并将信息管理组件的数据信息按内部规约进行打包发送到相应的目的地址。配置管理模块完成装置所有配置信息的接收、解析、存储、校验、上送等功能。操动机构监测组件将原始录波数据发送到信息管理组件，录波管理模块按照录波配置将录波数据存储为录波文件。PC配置工具或IEC61850客户端召唤录波文件吋，录波管理模块对存储录波文件进行检索，将文件索引或指定的文件数据上送。报告管理模块将功能组件件组件上送的各类型报告信息按固定格式存储为报告文件。PC配置工具报告文件时，报告管理模块按类型对报告文件进行检索，将文件索引或指定的文件数据上送。历史数据记录模块将指定的监测数据按一定的时间间隔进行存储，将实时数据报存为历史曲线文件。时钟接收装置外部时钟源发送的对时信号，同步装置的系统时钟，再通过装置内部的对时总线，同步各功能组件的时间。信息管理组件的汇总指的是以下几种情况1、分相机构，装置内要插入3块操动机构监测组件，3块操动机构监测组件的身份是同等的，相互之间不通信，但用户要看到A、B、C三相在一起的行程曲线，此时要信息管理组件将3块操动机构的行程曲线进行拼接，对外输出ー个波形文件，而不是3个波形文件，至于波形的采集还是由操动机构监测组件完成的，信息管理组件不与外部传感器直接通信。2、同样是分相机构，每块操动机构监测组件都会有告警状态，要点亮装置告警灯，这个或逻辑需要信息管理组件来判断，即装置内有任何一个告警，都要点亮告警灯。监测装置的IEC 61850建模原则完全遵循《基于DLT860标准的变电设备在线监测装置应用规范》。通过自动建模工具导出标准模型文件。支持的服务包括关联服务、数据读写服务、报告服务、控制服务、取代服务、定值服务、日志服务、文件服务、GOOSE发布/订阅、SV发布/订阅。各功能监测IED使用专用的逻辑节点构建通信数据架构。智能组件对外采用IEC 61850通信。智能组件通信包括过程层网络通信和站控层网络通信，遵循IEC61850通信协议。智能组件内所有IED都应接入过程层网络，同时需要与站控层设备进行信息交互的IED，如监测功能组主IED等，还应接入站控层网络。对于同时接入站控层和过程层网络的IED，两个网络端ロ必须采用独立的数据控制器。适用于断路器状态监测的IEC61850模型如表格I所示表格1IEC61850信息建模
权利要求
1.一种基于IEC61850的断路器机械特性状态监测装置，所述监测装置包括操动机构监测组件、信息管理组件、SV组件、直流监测组件、485监测组件、开出组件、开入组件、指示灯组件，各组件之间以及各组件和信息管理组件之间通过所述监测装置内部CAN网、高速串口和/或对时总线连接；其特征在于 操动机构监测组件包括数据采集CPU和分析诊断CPU，其中数据采集CPU连接行程传感器、电流传感器和断路器的辅助节点相连，用于完成断路器行程信号、电流信号、位置信号的同步采集，形成原始采样值，通过共享内存方式与分析诊断CPU进行通信，分析诊断CPU实时分析采样值，形成诊断报告； 直流监测组件与温度、湿度传感器相连，采集反映断路器运行工况的温度和湿度信号; 所述开入组件连接远方复归开入信号、装置检修开入信号、储能状态开入信号，用于监测断路器操作机构的储能状态和检修状态； 所述SV组件接收来自合并单元的SV采样报文，实现断路器主回路电流监测功能； 485监测组件分别与控制回路电压传感器和断路器操作计数器相连，完成控制回路电压和断路器操作次数数字信号采集； 所述信息管理组件还具备以太网口，通过IEC61850协议与在线监测后台连接，将分相断路器行程曲线进行整合，对各监测组件进行配置管理； 所述信息管理组件控制所述开出组件向告警节点输出断路器操动机构告警信号，以驱动户外柜的指示灯牌； 所述信息管理组件向指示灯组件发出对指示灯的控制命令，完成所述监测装置以及断路器本体运行、告警状态指示功能。
2.根据权利要求I所述的监测装置，其特征为操动机构监测组件单独配备一个电流采集前置单元传感器，可同时采集2路分闸线圈电流、I路合闸线圈电流、I路储能电机电流，所述电流采集前置单元传感器通过485高速串口方式与操动机构监测组件中的数据采集CPU连接。
3.根据权利要求I所述的监测装置，其特征为 各组件采用组件的形式设置在监测装置汇总，能够通过模拟通信、数字通信接口与安装在断路器本体上的相应的传感器相连；所述监测装置具备IEC61850MMS通信接口，并且SV 接口。
4.根据权利要求I所述的监测装置，其特征为所述监测装置对传感器信息实时采集、处理，通过分析诊断，形成断路器运行诊断报告。
全文摘要
本发明公开了一种基于IEC61850的断路器机械特性状态监测装置，该技术包含以下内容设计一种可以安装到就地控制柜的监测装置，采用网络化、模块化、积木化设计，以操动机构为对象设计功能监测组件，对行程、分合闸线圈电流、触头位置等一体化设计，对于分相操动机构可同时进行数据采集、综合分析。监测装置数据接口丰富，通过简单配置可灵活适应模拟或数字通信方式。具备IEC61850通信功能，可实现行程曲线波形与简报的同步展示。具备就地诊断功能，并将有价值的诊断报告远传至状态监测后台。为运行管理部门提供设备检修建议，保障设备安全可靠运行，提高电网运行可靠性。本发明属于电力系统状态监测领域，可用于变电站内断路器本体设备的状态监测。
文档编号H02J13/00GK102710014SQ20121016378
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月24日 优先权日2012年5月24日
发明者任雁铭, 刘文丽, 周涛, 唐喜, 李征, 王丽华, 王斌, 王治民, 赵云, 黎翔英 申请人:北京四方继保自动化股份有限公司