专利名称：一种高压开关智能化在线监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及高压开关监控技术，尤其涉及一种高压开关智能化在线监控系统，属 于高压智能电器技术领域。
背景技术：
随着我国用电负荷的急剧增长，以及我国供需位置的大跨度，近年来国家电网的 高压输电线路和输电等级都进一步提升，使得高压断路器设备的需求急剧增长，同时对高 压断路器的稳定运行也随之提高。高压断路器是电力系统中的重要设备之一，起着控制和 保护双重任务，其运行状态直接影响着电力系统的运行稳定性和供电可靠性，当它发生故 障或事故时会引起电网事故或扩大事故，造成相当大的经济及其它方面的损失。现有技术中，也有涉及到对高压开关监控技术进行改进的公开文献，例如申请号 为200610140319. X的发明专利申请《高压开关监控系统》，所涉及到的是一种用于测量电 开关器件中的接触磨蚀的方法，所述电开关器件包括具有额定电流接触系统的额定电流路 径和具有自耗接触系统的自耗接触电流路径，从所述额定电流接触和所述自耗接触被分 离时的电阻改变测量出所述额定电流接触的分离和所述自耗接触的分离之间的重叠时间 AT，并且从其确定出所述自耗接触的磨蚀，所述方法的特征在于A)从来自测量电流源的 馈送电流分流出第一电流和第二电流，B)所述第一电流传送过所述开关器件，并且所述第 二电流与所述开关器件并联地传送，以及C)利用测量系统检测出所述第二电流，从作为时 间的函数的所述第二电流的改变确定出所述重叠时间AT。然而，该发明存在的缺点是该 发明主要提供电开关器件中的接触磨蚀的方法和装置，其功能较为单一，且采用的技术手 段复杂，适用范围有限，不利于推广应用。又如申请号为200610016964. 0的发明专利《变电站高压开关液压操作机构箱温 度压力实时监控系统》，涉及到一种变电站高压开关液压操作机构箱温度压力实时监控系 统，它包括远程计算机、通讯适配器和工业总线依次连接，其特点是在高压开关液压操作 机构箱内置的现场监控装置和与其连接的加热装置，现场监控装置连接于工业总线上，现 场监控装置具有本体，在本体内置的控制电路由主机电路分别与检测电路、显示驱动电路、 模数转换及温度传感器电路、数据通讯收发电路、驱动控制电路和压力信号采集处理电路 相连接组成；加热装置具有壳体，在壳体上设有进、出风口，在壳体内置有加热器和轴流风 机，轴流风机设在加热器的下端。能够实现高压开关液压操作机构箱的温度、压力在线监测 与控制。然而，该发明存在的缺点是该发明的变电站高压开关液压操作机构箱温度压力实 时监控系统主要是对高压开关液压操作机构箱的温度、压力进行在线监测与控制，其功能 较单一，采用的技术手段复杂，不利于推广应用。我国目前采用的“定期维修”的计划体制存在严重的不足，如临时性维修不足、维 修过剩、盲目维修或因检修不当而引发检修事故。依靠设备状态监测、建立在设备运行状态 基础上的状态检修是当前科学的状态检修制度，对高压断路器进行在线监测研究，对提高 断路器的检修水平，实现断路器的状态检修，具有重要的经济意义和技术意义。本发明针对我国断路器的检修现状，以高压断路器的状态监测为目标，研制一种高压开关智能化在线 监控系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决现有技术中对高压断路器缺乏有效监控，而 提供一种高压开关智能化在线监控系统，提供对高压断路器的监测能力，实现断路器的提 前预警和故障识别，真正达到全面掌握断路器运行情况，保证电网稳定运行。本发明所采用的技术方案是一种高压开关智能化在线监控系统，其特征在于，包 括传感器单元、数据采集单元、中央处理单元和通信单元，其连接关系是传感器单元、数据 采集单元、中央处理单元和通信单元通过背板总线依次连接；传感器单元主要包括位移传 感器、电流传感器、振动传感器、压力传感器、温度传感器及电场探头；数据采集单元主要由 滤波电路、调理电路、运放电路和高精度模数转换器组成；通过数据采集单元、中央处理单 元以及通信单元，传感器单元将采集到的信息量转化为电压信号，数据采集单元将电压信 号转换为数字信号，中央处理单元对数字信号进行编译和处理，与预先设定的判据进行对 比，得出高压开关的状态评估或报警，通过通信单元将得到的现场监控数据结果通过光纤 以太网传递给上位机的监控系统。由此带来的技术效果至少是本系统可实现断路器运行 现场的实时判断，判断结果为正常运行状态、预警状态和故障报修状态，并将预警状态发送 到远程终端和监控中心，实现断路器实时在线监控。如上所述的高压开关智能化在线监控系统，其特征在于通过电流传感器单元的 检测，通过对电流检测信号的分析和计算，可实现对开关的抽头寿命的评估。由此带来的技 术效果至少是使该高压开关智能化在线监控系统具有监控抽头寿命的功能。如上所述的高压开关智能化在线监控系统，其特征在于通过震动传感器、位移传 感器的检测，得出振动曲线、分合闸时刻和行程曲线，可实现对开关的断路器操动机构运行 状态的评估和故障报警。由此带来的技术效果至少是使该高压开关智能化在线监控系统 具有监控断路器操动机构运行状态的评估和故障报警的功能。如上所述的高压开关智能化在线监控系统，其特征在于通过压力传感器、温度传 感器的检测，可实现对开关的断路器内部SF6气体状态的评估和故障报警。由此带来的技 术效果至少是使该高压开关智能化在线监控系统具有监控开关的断路器内部SF6气体状 态的评估和故障报警的功能。如上所述的高压开关智能化在线监控系统，其特征在于通过电场探头的检测，可 实现对开关的真空断路器内部真空状态的评估和故障报警。由此带来的技术效果至少是 使该高压开关智能化在线监控系统具有监控开关的真空断路器内部真空状态的评估和故 障报警的功能。如上所述的高压开关智能化在线监控系统，其特征在于数据采集单元采用插板 式结构设计。由此带来的技术效果至少是方便扩充及更换部件，采用插拔式结构，便于维 修及维护。如上所述的高压开关智能化在线监控系统，其特征在于中央处理单元采用ARM 处理器S3C44B0X。由此带来的技术效果至少是由于采用了高效能的处理器，使得该在线 监控系统具有较好的数据处理能力及使用效果。
如上所述的高压开关智能化在线监控系统，其特征在于通信单元采用光纤以太 网。由此带来的技术效果至少是利用以太网传输数据快，带宽高的特点，可以确保信息数 据实时传输。本发明的有益效果是采用数据采集单元、中央处理单元以及通信单元、传感器单 元将各断路器关注的信息量转化为电压信号，数据采集单元将电压信号转换为数字信号， 中央处理单元将对数字信号进行编译和处理，与预先设定的判据进行对比，得出断路器的 状态评估或报警；本系统同时也将得到的现场监控数据结果通过光纤以太网传递给上位机 的监控系统。本系统可实现断路器运行现场的实时判断，判断结果为正常运行状态、预警状 态和故障报修状态，并将预警状态发送到远程终端和监控中心，实现断路器实时在线监控。
图1为本发明实施例的高压开关智能化在线监控系统的原理示意图；图2为本发明实施例的高压开关智能化在线监控系统的结构示意图；图3为图1中数据采集单元的示意图；图4为图1中通信单元的示意图；图5为图1中的中央处理单元的示意图；图6为本发明实施例1的原理示意图。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。图1中标记的说明1_传感器单元，2-数据采集单元，3-中央处理单元，4-通信单兀。图2中标记的说明5_电源板，6-第二块为背板总线，7-液晶显示，8-LED灯。图3中标记的说明9_电压变换器，10-滤波电路，11-调理电路，12-运放电路， 13-高精度模数转换器。如图1所示，本发明高压开关智能化在线监控系统包括传感器单元1、数据采集单 元2、中央处理单元3和通信单元4，其连接关系是传感器单元1、数据采集单元2、中央处理 单元3和通信单元4依次连接。如图2所示，给出的是本系统的具体结构图，通过背板总线将数据采集单元、中央 处理单元、通信单元、电源单元依次连接。如图3所示，本发明高压开关智能化在线监控系统的数据采集单元部分主要由滤 波电路10、调理电路11、运放电路12和高精度模数转换器13组成。滤波电路10将平板型 宽频传感器9采集到的电压量进行滤波处理后送给调理电路11，调理电路11对传送过来的 电压量进行消噪后送给运放电路12进行放大，最后将放大的信号送给模数转换器13进行 转换，转换后的数字量通过中断送给处理模块3。本采集模块2采用插板式结构设计，连接 方式为背板总线连接。如图4所示，通信单元的原理图；本发明实施例高压开关智能化在线监控系统要 求具有高速数据通信能力和抗干扰能力。目前以太网通信具有10M bit或100M bit自适应 通讯能力，光纤传输具有良好的抗干扰能力。因此，采用光纤以太网通信方式来加强本系统的抗干扰能力和高速通信能力。在电力系统中多种通讯方式并存的今天，迫切需要一种具 有高速传输能力、具有统一传输格式的通行标准，在各国电力公司和研究院所对国际标准 IEC61850推动下，使以太网通信成为电力系统内通信网络的标准(IEEE 802.3)；因此，将 IEEE 802. 3标准作为本系统对外的主要通信格式。本发明实施例控制器系统的以太网通信 采用Realtek公司第三代快速以太网控制芯片RTL8019，它支持Ethernet II和IEEE802. 3 标准，内嵌16Kbit SRAM，可以通过以太网交换机在双绞线上实现10Mbps同时发送和接收 数据，具有16位数据线接口和20位地址线接口，支持8位或16位的数据模式，支持跳线和 免跳线两种模式，支持8条线路的中断请求，支持3种标准电源关闭模式。RTL8019芯片构 成的以太网通信电路原理图，如图4所示。采用跳线工作方式(即网卡的I/O和中断由跳 线决定)JP引脚接高电平，选择16位数据总线；S3C44B0X处理器通过5条地址线AO A4 选择RTL8019的寄存器地址和存储器地址，控制并实现数据的读取；指示网卡状态的引脚 连接到Green/RedLED，便于直观判断以太网通讯状态；通过可编程逻辑器件(PSD4235G2) 对RTL8019的片选信号进行控制。RTL8019可以和双绞线和同轴电缆连接，本实用新型实 施例采用双绞线连接，接口采用RJ45，RTL8019不能直接输出，还必须有一个网络变压器 20F001N在RJ-45接口和RTL8019中间进行电平转换。20F001N是双绞线驱动/接收器件， 内部有两个传输变压器，将RTL8019的两对差分信号TPIN士和TP0UT士进行变换后进行输 出或输入。通信单元以高速以太网为主要接口，具有强大的通信能力。通信方式采用以太 网总线，确保了通信速率，可方便的构建多台断路器的在线监控，并保证了数据传输的实时 性。如图5所示，本发明实施例高压开关智能化在线监控系统的处理模块是采用ARM 处理器S3C44B0X。处理模块主要由有源晶振、按键输入设置、时钟芯片、E2PR0M、看门狗，液 晶显示屏、逻辑门、报警LED灯组成。时钟芯片采用DS1307，采用I2C总线连接到S3C44B0X ； 逻辑门使用可编程器件GAL20V8B芯片；放掉电存储器采用E2PR0M。图6是本发明实施例1原理示意图。对变电站内或发电厂内高压断路器进行在线 监控，由于本系统采用以太网传输方式，通过光纤接入高速端口，增强抗干扰能力和高速通 信能力，监控人员通过访问上位机系统即可对断路器状态数据进行查询和获取。光纤传输 接入方式使得构建变电站断路器的在线监控变的极其便捷，为实现变电站内部无人值守打 下基础。通过在变电站内或发电厂内的监控中心内增加一台服务器、一台工控机和大屏幕 显示器，即可实时显示监控范围内高压断路器各关键部件的变化过程，方便运行人员及时 掌握高压断路器的运行状态。
权利要求
一种高压开关智能化在线监控系统，其特征在于，包括传感器单元、数据采集单元、中央处理单元和通信单元，其连接关系是传感器单元、数据采集单元、中央处理单元和通信单元通过背板总线依次连接；传感器单元主要包括位移传感器、电流传感器、振动传感器、压力传感器、温度传感器及电场探头；数据采集单元主要由滤波电路、调理电路、运放电路和高精度模数转换器组成；通过数据采集单元、中央处理单元以及通信单元，传感器单元将采集到的信息量转化为电压信号，数据采集单元将电压信号转换为数字信号，中央处理单元对数字信号进行编译和处理，与预先设定的判据进行对比，得出高压开关的状态评估或报警，通过通信单元将得到的现场监控数据结果通过光纤以太网传递给上位机的监控系统。
2.根据权利要求1所述的高压开关智能化在线监控系统，其特征在于通过电流传感 器单元的检测，通过对电流检测信号的分析和计算，可实现对开关的抽头寿命的评估。
3.根据权利要求1所述的高压开关智能化在线监控系统，其特征在于通过震动传感 器、位移传感器的检测，得出振动曲线、分合闸时刻和行程曲线，可实现对开关的断路器操 动机构运行状态的评估和故障报警。
4.根据权利要求1所述的高压开关智能化在线监控系统，其特征在于通过压力传感 器、温度传感器的检测，可实现对开关的断路器内部SF6气体状态的评估和故障报警。
5.根据权利要求1所述的高压开关智能化在线监控系统，其特征在于通过电场探头 的检测，可实现对开关的真空断路器内部真空状态的评估和故障报警。
6.根据权利要求1所述的高压开关智能化在线监控系统，其特征在于数据采集单元 采用插板式结构设计。
7.根据权利要求1所述的高压开关智能化在线监控系统，其特征在于中央处理单元 采用ARM处理器S3C44B0X。
8.根据权利要求1所述的高压开关智能化在线监控系统，其特征在于通信单元采用 光纤以太网。
全文摘要
本发明提供一种高压开关智能化在线监控系统，包括传感器单元、数据采集单元、中央处理单元和通信单元，传感器单元、数据采集单元、中央处理单元和通信单元通过背板总线依次连接；传感器单元将采集到的信息量转化为电压信号，数据采集单元将电压信号转换为数字信号，中央处理单元对数字信号进行编译和处理，与预先设定的判据进行对比，得出高压开关的状态评估或报警，通过通信单元将得到的现场监控数据结果通过光纤以太网传递给上位机的监控系统。本系统可实现断路器运行现场的实时判断，判断结果为正常运行状态、预警状态和故障报修状态，并将预警状态发送到远程终端和监控中心，实现断路器实时在线监控。
文档编号G01R31/327GK101873011SQ20101023306
公开日2010年10月27日 申请日期2010年7月22日 优先权日2010年7月22日
发明者何妍, 尹婷, 徐思恩, 李辉, 杜砚, 许晶, 赵军, 邱进, 陈轩恕 申请人:国网电力科学研究院