专利名称：Sf6 开关站综合在线监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于电力系统SF6开关站综合在线监测装置，特别是适合以SF6气体为介质的室内组合电器(GIS)或室外SF6断路器及其配套设备(GCB)的综合在线监测。主要用于电力系统中电厂、供电局等单位为SF6开关站开展科学性检修，实现设备维护工作效率与质量的提高、检修技术水平的提高以及确保工作人员的人身安全。属于电力系统输变电技术领域。
背景技术：
众所周知，开关设备作为电能输配送过程中的必要组成部分被广泛应用于电力系统中电厂、供电局等职能部门的电力生产与管理。在实际应用中，开关设备根据它的开断能力的不同可将其划分为高压开关、中压开关、低压开关。然而，高压开关在近二三十年来得到了快速的发展，并且因为SF6气体作为绝缘和灭弧介质在当前乃至未来的很长一段时间所具有不可替代的优越性，在高压开关的绝缘和灭弧技术领域得到了越来越普遍的应用。
多年来，由于受维护手段及检修技术的限制，在SF6开关设备的维护工作中一直沿用“到期必检”的定期检修制度，这种传统的借助独立设备进行定期测量的检修方法不能客观地反映开关设备内在的质量和运行工况等因素的差异，既缺乏合理性和科学性，又具有很大的盲目性，其结果不是检修过剩，就是检修不足。并且针对检修的各个项目，不同的企业因为投入检修设备和管理水平的不同，普遍存在某些项目漏检的情况，给设备的可靠运行以及现场人身安全带来一定的安全隐患。
虽然，近几年也出现了一些用于SF6开关站状态的在线监测装置，但无论国内或是国外市场上的这类在线监测装置均是为了满足SF6开关站个别功能的在线监测。类似的产品有SF6断路器局部放电在线监测装置；SF6浓度和氧气含量在线监测装置；SF6断路器微水在线监测装置；SF6断路器密度在线监测装置。单独应用该类装置时因仅能满足开关站中断路器的个别数据在线监测，难以全面地实现开关站各种检修项目的综合监测。以往，如果为了实现多项目监测把这些装置同时应用于一个开关站时，必将存在下列众多缺点1)同时投入多个装置，布线复杂，可靠性低、整体工作量大；2)监测装置造价高，整体投入成本高；3)因为设备繁多，装置本身的维护工作量大；4)各个厂商之间接口不兼容，数据难以共享；5)不能整合开关站配套设备的状态参数作为开关站寿命和故障趋势的诊断依据，故障判断片面，不科学。
发明内容
为了解决上述问题，本实用新型是一种SF6开关站状态检修的综合在线监测装置。其目的在于针对不同设备的具体情况，可以灵活配置测控终端的数量和功能种类，实现多点、多检修项目的在线监测。特别是可以根据不同厂家的开关站所监测和判断依据的不同设定基准值、静态参数，并通过内建该型号开关站的检修经验知识库以及装置本身逐渐累积历史数据的方法，来满足SF6开关站状态检修的不同要求，以实现各种SF6开关站的综合在线监测。从而提升现有SF6开关站维护管理技术水平，推动SF6开关站状态检修工作向科学诊断方向发展。
实现上述目的的技术方案是一种电力系统SF6开关站综合在线监测装置，包括上位机(中控室计算机)、PCI-CAN通信管理卡、远动管理机、调制解调器(ISDN-MODEM或GPRS-MODEM)、测控终端、打印机。PCI-CAN通信管理卡由独立的数字信号处理(DSP)芯片、双端口存储器(RAM)、地址译码器、多路电子开关、通道数据接口组成。经测控终端送来的数字信号进入其中的一个通道，在多路电子开关的控制下分时选择一路进入双端口RAM数据区，双端口RAM具有同时被DSP或上位机或远动管理机读取的功能，上位机或远动管理机在读取双端口RAM前先发送地址码到PCI-CAN通信管理卡的地址译码器，经译码后可选中欲读取的数据区。远动管理机通过RS232接口与PCI-CAN通信管理卡的一个通道相连，并实时的将监测到的数据读入远动管理机数据区，经数据转换后选择其中的一种传输方式远程传输至调度中心。
远动管理机为具有独立控制和处理功能的智能化模块，电源适配器独立供电，具有能够在上位机出现异常后也能存储一个星期监测数据量的存储空间。远动管理机的存在提高了本装置在出现局部故障时的运行可靠性，也是开关站现场与远程调度中心的数据接口。一方面通过CAN总线与各块PCI-CAN通信管理卡连接，不断读取PCI-CAN通信管理卡中的监测数据。一方面通过RS232将经过处理后的状态是数据远程传送至调度中心进行显示与管理，同时接受调度中心的遥调指令，控制现场设备动作。
测控终端包括实现SF6开关站本体参数、开关站环境参数、开关柜环境参数、绝缘性能、电能质量监测以及现场设备控制的众多模块。所有的测控终端均有独立的DSP和存储器以及数据接口。完成现场状态检测的检测终端设有对应功能的传感器，完成现场设备控制的控制终端具有驱动放大器和继电器，驱动放大器将开关量控制信号放大至能够驱动继电器动作的5V/12V电压驱动继电器动作。所有测控终端有独立的电源模块，由于数据长距离传输存在的导线阻抗，会引起的通信信道两端电位差异，造成通信误码率的提高，各个测控终端的数据接口通过光电耦合器进行隔离，将测控终端与PCI-CAN通信管理卡的接地独立出来，这样通过测试其误码率可降至10-8。同时也可降低因为某个测控终端内部故障而影响整个装置的运行。
该实用新型的进一步技术方案是将各个测控终端布置在各个监控点，测控终端可以灵活挂接实现各种状态监测与现场设备控制功能的测控模块，每种功能的测控终端数量不受限制。现场状态数据经对应功能的精密传感器采样再经放大器放大成1-5V模拟信号，之后送DSP芯片滤除干扰杂波以及进行模数转换、最终统一格式为CAN总线数据格式的数据写入PCI-CAN通信管理卡数据区。各个组件中DSP以及上位机均对数据进行识别和分类。
下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本实用新型的详细描述中，本实用新型的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。
图1为本实用新型的结构框图；图2为PCI-CAN管理卡内部结构图；图3为检测终端内部结构图；图4为控制终端内部结构图；图5为检测终端采样部分原理图；图6为测控终端电气连接图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
如图1所示，本实用新型中的SF6开关站综合在线监测装置，包括安装有监测软件的上位机(中控室计算机)1、打印机41、PCI-CAN通信管理卡6、远动管理机38、ISDN-MODEM39或GPRS-MODEM40、若干测控终端9-37、双绞线CAN总线7。所配置的若干测控终端分为7个部分，有监测SF6开关站环境参数的6种功能检测终端，包括环境SF6浓度和氧气含量检测终端20、温湿度检测终端21、烟尘度检测终端22、开关站入口人体检测终端23；监测开关本体参数的6种检测终端，包括气体压力检测终端9、微量水分检测终端10、温度检测终端11、气体纯度检测终端12、局部放电检测终端13以及气体泄漏位置和泄漏量检测终端14；监测开关柜内环境参数的2种检测终端，包括柜内温湿度检测终端24、盐份检测终端25；监测开关站电容性设备绝缘性能的5种检测终端，包括泄漏电流检测15、阻性电流检测16、介质损耗检测17、等值电容检测18、功率消耗检测19；检测母线输出端电能质量的4种检测终端，包括电压质量检测26、电流质量检测27、频率波动检测28以及谐波含量检测29；完成现场告警与显示的控制终端，包括现场显示控制终端30、现场告警控制终端31、119火灾告警控制终端32；实现现场环境参数控制的4种控制终端，包括通风控制终端33、除湿机控制终端34、温度控制终端35、门禁控制终端36以及经开关站本体压力检测终端检测压力低于阀值后对应的控制对象报警与闭锁控制终端37。上位机1通过CAN总线7运用实时检测的上述现场数据以对称性算法屏蔽外部因素的影响，并结合历史监测的存储数据和经验检修数据进行趋势分析和故障诊断。打印机41实现本装置三种触发条件下的状态报告打印，打印的数据项目和报表格式由上位机进行规约，打印内容由触发条件进行规约。三种触发方式分别为装置定期触发、用户触发、故障触发。定期触发根据状态报告的迫切程度由用户设定定时时长(如对环境SF6浓度采用半个月触发输出一次)。故障触发根据开关站局部异常时上为机判断后实时触发产生该局部故障的分析报告。用户在定期的巡检过程中根据职责授权范围内的维护项目触发生成对应的检修记录。不同的班组有不同维护项目的权限，在用户接口4中实现权限的确认，权限密码由检修班长和维护员同时输入生效后才能进入用户界面。初始参数的设置、用户触发以及数据查询操作均在上位机计算机1的用户接口4上进行。
如图2所示，PCI-CAN管理卡6由电源42、DSP43、地址译码器44、数据存储区45、多路电子开关46、具有同样功能和硬件结构的4个通道47以及主板48；PCI-CAN管理卡6为自带DSP和双口SRAM的智能卡，插在上位机1的PCI插槽5上。每块PCI-CAN管理卡6由4个CAN通信接口引出4个通道47，每个通道47上可挂接的测控终端为110个。若干个测控终端9-37以现场CAN总线7网络连接，根据变电站现场分布情况和规模的需要来决定测控终端9-37数量和PCI-CAN管理卡6数量。多块PCI-CAN管理卡6可同时运行，每块卡4个通道47并行工作。其通信速度不因为多个通道47的存在而降低，而只与每个通道47上的单元数量有关。当通道47挂满110个单元时，减少了空缺单元的等待延迟时间，通信速度最快。地址译码器44完成上位机1或远动管理机38下达的数据存储区43存储单元地址码的选中，使相应的存储单元可以实现数据读写。多路电子开关46根据测控终端9-37送达的中断信号进行通信链路的建立。PCI-CAN管理卡6与上位机1并行工作，由于PCI-CAN管理卡6插在上位机1的总线5上，上位机1可用访问内存的方式访问PCI-CAN管理卡6，从而使上位机1获取PCI-CAN管理卡6的数据速度快，同时也简化了上位计算机1的设计。PCI-CAN管理卡6具有自己的DSP43，独立工作能力强，只需在上电时由上位机1对他进行初始化，在此之后PCI-CAN管理卡6可以与上位机1并行工作而不占用上位机资源。即使上位机1故障(除非本身电源中断)，PCI-CAN管理卡6仍能正常工作，使远动功能正常，信息不会丢失(存储在远动管理机中)，且测控终端9-37可正常进行就地监控。在上位机1出现故障恢复后远动管理机38所存储的监测记录选择一快PCI-CAN管理卡6上传到上位机1进行数据填补。
如图3所示，测控终端9-37中完成状态检测功能的检测终端由电源50、时钟单元51、DSP52、基本I/O53、光电耦合器54、数据存储区55、放大器56、采样单元57、主板58组成。各检测终端经精密传感器采样现场数据后送放大器进行模拟信号的放大，以便DSP52内嵌的AD转换器识别并转换成数字信号。有效的数字信号在未得到PCI-CAN管理卡6读取前存储在数据区55，当有读取信号命令送达时数据经光电耦合器隔离后传送至CAN总线7。各检测终端传送本间隔的检测量，检测终端采用CAN总线接口式连接方式，新增、投退线路不影响整个通信网的正常工作。时钟单元51提供DSP52运算和采样的基准时钟信号。
如图4所示，测控终端9-37中完成现场设备控制功能的控制终端由电源59、时钟单元60、DSP61、数据存储区62、基本I/O63、光电耦合器64、驱动单元65、继电器66、主板67组成。经三种触发方式产生的设备控制信号在CAN总线7传送，控制终端在识别到地址码和功能码与本身一致时将其数据通过基本I/O63和光电耦合器64接收送入数据存储区62。DSP61对接收到的信号进行再加工，还原出实际的控制信号(包括控制时长、设备启动的数量和编号等)经驱动单元65放大后控制继电器66动作。现场显示单元30在平时无人通过时处于低功耗屏幕保护状态，当检测到有工作人员进入时绿色字幕滚动显示开关站状态，如出现局部某种状态异常则以红色字幕滚动显示该状态的实际数据，同时现场声告警装置31启动，提示工作人员作相应处理。119报警控制终端32与现场烟尘度检测终端22联动，火灾事故产生时自动呼叫消防中心，将内嵌的语音信号送入话路，告知火灾位置。环境SF6和氧气含量异常时由通风控制终端33拾取CAN总线7上的控制信号启动风机进行通风，启动的风机数量和编号由上位机1根据局部异常位置进行判断并做出控制。开关站环境湿度是有特殊要求的，不同的季节其允许湿度值有所不同，南北地区允许值差异也很大，上位机1参照设置值在超出阀值时启动除湿机动作进行除湿操作，与现场的湿度检测终端21联动，当恢复到正常湿度值时控制除湿机停止除湿操作，现场温度控制由安装于现场是加热器或空调进行控制与现场的温度检测终端21联动。一般情况下开关站不容许人员出入，此时门禁控制终端36处于门禁闭锁状态。只有用户触发动作或按动紧急按钮时才允许工作人员进入开关站。
如图5所示，部分检测终端具有同时测量多种被测对象的功能，这种具有多变量测量功能的检测终端均采用图5.1的体系结构，多个传感器68和70同时采样，精密电位器69和71用来调整传感器68和70的输出范围，之后接入信号放大单元56的两个输入端，经放大后再分别输入到32位高性能DSP(52)；部分仅完成单一检测功能的结构体系如图5.2，经过精密电位器73调整输出范围后的传感器72采样到的信号输入到放大单元56的输入端，经放大后再分别输入到32位高性能DSP(52)；在本实用新型中采用了许多这两种结构的检测终端，但需要区分部分传感器本身就具有同时检测多种对象的功能，这种情况下只对检测终端的DSP芯片中的软件作相应修改，并不反映到硬件结构上的改变。
如图6所示，现场众多测控终端9-37之间不区分属于何种功能测控终端或某种功能里配置的编号，它们之间的电气连接均采用实质上并联的方式，测控终端9-35的接线端包括电源入74、电源出75、信号入76、信号出77共四个接点以及主板79。PCI-CAN通信管理卡6以CAN总线7与就近的测控终端信号入76接点相连，信号入76和信号出77在主板78上是可靠连通的；第一个测控终端信号出76接点与第二个测控终端信号入接点相连，最后一个测控终端信号入接点与前一个测控终端信号出接点相连。各测控终端的电源从现场动力箱引入220V/50Hz的市电交流电源。与最近的测控终端电源入74接点连接。电源入74与电源出75接点在主板78上可靠连接。第一个测控终端电源出75与第二个测控终端电源入接点相连，最后一个测控终端电源入接点与前一个测控终端电源出接点相连。内部电源统一采用隔离电源，减少各测控终端之间的相互干扰。测控终端信号电缆采用四芯带屏蔽包络层的双绞线7，组成两个通道，两个通道通常状态下以光藕隔离，互不影响，由PCI-CAN通信管理卡6选择其中一个通道47进行工作，当检测到其中一个链路出现故障时才启动备用的信道进行通信。并在CAN总线网中立即侦察属于哪两个测控终端之间的链路故障，及时给出诊断报告。这种基于CAN总线技术设计的分布式自诊断数据链路既保证了信道的可靠性，提高了传输速度，还可节省导线的投入量和降低投入成本。
本实用新型的工作原理为SF6开关站的各种状态数据均能通过标准的传感器组件转换成mV或mA级的模拟电信号，模拟电信号经过预放大后可由模数转换芯片(A/DC)转换成数字信号。在本装置中应用的DSP均具有内嵌的16位精度的A/DC模块。通过编码可将不同功能、不同编号的检测终端所采样的状态量转换为能够被DSP和上位机识别的数字信息，上位机得到这种数字信息后进行解码和处理，利用在线监测数据(包括欲分析对象数据和有关联的实时监测数据)进行初判，屏蔽掉装置外部因素所造成的波动，减少误判概率。之后以内建的基准为比较判断当前的开关站的运行趋势和寿命诊断结论。判断比较是一个涉及当前检测数据、历史监测数据、经验知识数据的运算过程，当判断结果为开关站局部异常时控制打印机输出状态诊断报表，能够由现场设备控制自修复的，将同时由装置自动启动现场设备。
并且，在本装置中采用基于CAN总线技术的分布式体系结构。其中PCI-CAN通信管理卡完成现场CAN总线与上位机内部PCI总线的数据匹配。远动管理机和PCI-CAN通信管理卡都是采用智能型DSP芯片的独立运行设备，彼此间只通过CAN总线网通信联系，所有通信环节并行进行，数据交换速度在较为集中的现场环境下可达1Mb/s。在宽范围下可实现通信距离10kM的远距离布控。所有智能设备，包括PCI-CAN卡与上位机在故障后互不影响，本装置具有很高的可靠性和扩展灵活性。该实用新型不受环境差异、季节、开关站型号、开关站间隔数量等因素的限制，具有很强的实际应用价值。
以上诸实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的范畴应由各权利要求限定。
权利要求1.一种用于电力系统SF6开关站状态检修的SF6开关站综合在线监测装置，其特征在于，包括上位机；若干块PCI-CAN通信管理卡，所述PCI-CAN通信管理卡与所述上位机的PCI插槽相连；调制解调器；远动管理机，所述远动管理机的一端以RS232接口与所述调制解调器相连，另一端通过CAN总线与PCI-CAN通信管理卡相连；CAN总线；测控终端，所述测控终端将处理后的数字信号通过CAN总线与所述PCI-CAN通信管理卡的一个通道相连。
2.根据权利要求1所述的SF6开关站综合在线监测装置，其特征在于，所述PCI-CAN通信管理卡包括数字信号处理芯片，通过多路电子开关与用CAN总线方式与所述测控终端的通道相连；双端口存储器，通过CAN总线与所述数字信号处理芯片、上位机和远动管理机相连。
3.根据权利要求1所述的SF6开关站综合在线监测装置，其特征在于所述测控终端包括实现各种状态监测功能的检测模块和实现各种控制功能的控制模块。
4.根据权利要求1所述的SF6开关站综合在线监测装置，其特征在于所述CAN总线采用四芯双绞线形成两对通信链路。
5.根据权利要求3所述的SF6开关站综合在线监测装置，其特征在于经PCI-CAN通信管理卡某一通道相连的信号线与第一个测控终端信号接点相连，第一个测控终端信号接点并接后与第二个测控终端信号接点相连，最后一个测控终端信号接点与前一个测控终端信号并接接点相连，各接点均在测控终端本体上连接。
专利摘要本实用新型公开了一种用于电力系统SF6开关站状态检修的SF6开关站综合在线监测装置，其特征在于，包括上位机；若干块PCI－CAN通信管理卡，所述PCI－CAN通信管理卡与所述上位机的PCI插槽相连；调制解调器；远动管理机，所述远动管理机的一端以RS232接口与所述调制解调器相连，另一端通过CAN总线与PCI－CAN通信管理卡相连；CAN总线；测控终端，所述测控终端将处理后的数字信号通过CAN总线与所述PCI－CAN通信管理卡的一个通道相连。
文档编号G01D21/02GK2809598SQ20052004205
公开日2006年8月23日 申请日期2005年6月1日 优先权日2005年6月1日
发明者周学生, 李承阳, 邓科平 申请人:上海哈德电气技术有限公司