专利名称：一种嵌入式实时监测的智能真空断路器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种真空断路器的技术领域，尤其是涉及一种嵌入式实时监测的智能真空断路器。
背景技术：
真空断路器是电力系统运行不可缺少的设备之一，电力行业的飞速发展是不容置疑，随之需求量也与日俱增。然而，人类面临着能源危机困境情况下，各项各业想方设法节能减排，电力行业作为社会提供能源的主力，提出实现智能电网，进一步提高电能产出效率，减少传输损耗。智能高压真空断路器将是智能电网的重要部件之一，它在线实时运行状态下，连续跟踪采集数据，自动记录断路器的运行状况，为运行决策和断路器诊断提供依据。断路器是电力行业执行动作最频繁的设备，运行时若出现故障，会引发电网事故， 造成严重的经济损失，甚至于危及人生安全，因此对其可靠性提出了非常高的要求。断路器在线状态监测系统能及时了解断路器的工作状态、缺陷部位及故障分析，减少过早或不必要的停电测试和检修，减少维护工作量，降低维修费用，提高检修的针对性，进一步提高电力系统运行可靠性。在线状态监测是实施状态检修的基础，以科学的方法对设备运行状态进行实时记录、监测和诊断是实施状态检修的关键。我国对于电力设备状态检修的研究多集中于变压器，发电机一类的大型设备，对于断路器的状态记录、监测和诊断的研究还处于起步阶段， 现有的在线监测系统中普遍存在以下问题监测量少，功能单一，缺乏在线数据记录的资料，难以作出系统性和综合性评价；使分析的手段受到限制，对断路器的运行状态的识别无法采用有效的数学方法和技术手段。例如申请号为201010612238. 1的智能型真空断路器在线监测断路器的运行状态，但测量参数较少，并不能有效反应断路器的整体运行状况，体现在缺少之前的数据存储，难以与现阶段运行状况作对比和分析。因此，对电力设备的检测和维护不能提供有效依据。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种降低了电网的维修成本、提高了电网的可靠性的嵌入式实时监测的智能真空断路器。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种嵌入式实时监测的智能真空断路器，其特征在于，包括信号采集单元、前端信号调理单元、AD转换单元、I/O单元、嵌入式控制器、人机界面和温度测量单元，所述的信号采集单元与前端信号调理单元连接，所述的前端信号调理单元分别通过AD转换单元、I/O 单元与嵌入式控制器连接，所述的嵌入式控制器分别与人机界面、温度测量单元连接。所述的信号采集单元包括机械参数信号采集模块和电量参数信号采集模块。
所述的机械参数信号采集模块采集的机械参数信号包括主触点位置信号、合闸电流和分闸电流；所述的主触点位置信号为主触点从分的原始位置到完成合的稳定位置的整个过程的变化信号；所述的合闸电流和分闸电流分别为合闸线圈的电流和分闸线圈的电流。所述的电量参数信号采集模块采集的电量参数信号包括一次侧的三相电压、一次侧的三相电流、控制回路电压和储能电机电流；一次侧的三相电压和三相电流是主触点回路电量参数，控制回路电压是断路器的工作电压。所述的温度测量单元包括安装在每相主触点上下的共六个温度传感器和环境温度传感器。所述的前端信号调理单元包括电平转换模块、波形整形模块、电气隔离模块、信号滤波模块和相位补偿模块，该前端信号调理单元用于将信号采集单元采集的机械参数信号和电量参数信号与AD转换单元、I/O单元的信号相匹配。所述的嵌入式控制器中设有数据库模块，用于存储机械参数信号、电量参数信号、温度信号、合分闸曲线数据、 系统参数的数据。采集数据与变换模块，用于采集AD转换单元和I/O接口单元的外部数据，并变换到相应的物理量；控制管理模块，用于控制其他模块的动作；运行状态处理模块，用于对电量参数信号和温度信号作相应处理和显示；机械特性处理模块，用于对机械参数信号作相应处理和显示；运行趋势图显示模块，用于显示合闸曲线、合闸电流曲线、分闸曲线、分闸电流曲线、温度曲线；故障诊断与报警模块，用于对设定的机械参数信号和电量参数信号的数据越限提示和报警；历史数据查询模块，用于对机械参数的数据和电量参数的数据作查询。所述的A/D转换单元为嵌入式控制器处理模拟量信号，所述的I/O单元为嵌入式控制器处理开关量信号。所述的嵌入式控制器为ARM工控机。所述的人机界面包括LCD显示器和触摸屏，通过操作人机界面实现智能真空断路器的数据监测功能。与现有技术相比，本发明具有以下特点1、本发明在线监测和故障诊断可以及时发现故障，不仅可以提供设备现有的运行状态，而且还能分析各种重要参数的变化趋势，判断有无存在故障先兆，为设备的状态维修提供依据，从而增大设备的维修保养周期，提高设备的利用率，减少维修保养费用，因而具有重要的经济意义；2、实时记录真空断路器的监测数据，这些数据和曲线可为设备和电网状态维修提供依据；
3、嵌入式监测系统安装在真空断路器中，两者作为一个整体。
图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的嵌入式控制器的功能模块图；图3为本发明的运行状态处理、故障诊断与报警和历史数据查询的流程图；图4为本发明的机械特性采样流程图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。如图1所示，一种嵌入式实时监测的智能真空断路器，包括信号采集单元、前端信号调理单元3、AD转换单元4、I/O单元5、嵌入式控制器6、人机界面和温度测量单元9，所述的信号采集单元与前端信号调理单元3连接，所述的前端信号调理单元3分别通过AD转换单元4、I/O单元5与嵌入式控制器6连接，所述的嵌入式控制器6分别与人机界面、温度测量单元9连接。所述的信号采集单元包括机械参数信号采集模块1和电量参数信号采集模块2。 所述的机械参数信号采集模块1采集的机械参数信号包括主触点位置信号、合间电流和分闸电流；所述的主触点位置信号为主触点从分的原始位置到完成合的稳定位置的整个过程的变化信号；所述的合闸电流和分闸电流分别为合闸线圈的电流和分闸线圈的电流。所述的电量参数信号采集模块2采集的电量参数信号包括一次侧的三相电压、一次侧的三相电流、控制回路电压和储能电机电流；一次侧的三相电压和三相电流是主触点回路电量参数， 控制回路电压是断路器的工作电压。所述的温度测量单元9包括安装在每相主触点上下的共六个温度传感器和环境温度传感器。所述的前端信号调理单元3包括电平转换模块、波形整形模块、电气隔离模块、信号滤波模块和相位补偿模块，该前端信号调理单元用于将信号采集单元采集的机械参数信号和电量参数信号与AD转换单元4、I/O单元5的信号相匹配。所述的A/D转换单元4为嵌入式控制器6处理模拟量信号，所述的I/O单元5为嵌入式控制器6处理开关量信号。所述的嵌入式控制器6为ARM工控机。所述的人机界面包括LCD显示器7和触摸屏8，通过操作人机界面实现智能真空断路器的数据监测功能。如图2、图3、图4所示，所述的嵌入式控制器中设有数据库模块101，用于存储机械参数信号、电量参数信号、温度信号、合分闸曲线数据、系统参数。采集数据与变换模块102，用于采集AD转换单元和I/O接口单元的外部数据，并变换到相应的物理量；控制管理模块103，用于控制其他模块的动作；运行状态处理模块104，用于对电量参数信号和温度信号作相应处理和显示；机械特性处理模块105，用于对机械参数信号作相应处理和显示；
运行趋势图显示模块106，用于显示合闸曲线、合闸电流曲线、分闸曲线、分闸电流曲线、温度曲线；故障诊断与报警模块107，用于对设定的机械参数信号和电量参数信号的数据越限提示和报警；历史数据查询模块108，用于对机械参数的数据和电量参数的数据作查询。
权利要求
1.一种嵌入式实时监测的智能真空断路器，其特征在于，包括信号采集单元、前端信号调理单元、AD转换单元、I/O单元、嵌入式控制器、人机界面和温度测量单元，所述的信号采集单元与前端信号调理单元连接，所述的前端信号调理单元分别通过AD转换单元、I/O单元与嵌入式控制器连接，所述的嵌入式控制器分别与人机界面、温度测量单元连接。
2.根据权利要求1所述的一种嵌入式实时监测的智能真空断路器，其特征在于，所述的信号采集单元包括机械参数信号采集模块和电量参数信号采集模块。
3.根据权利要求2所述的一种嵌入式实时监测的智能真空断路器，其特征在于，所述的机械参数信号采集模块采集的机械参数信号包括主触点位置信号、合间电流和分闸电流；所述的主触点位置信号为主触点从分的原始位置到完成合的稳定位置的整个过程的变化信号，从而计算出断路器的机械参数数据；所述的合闸电流和分闸电流分别为合闸线圈的电流和分闸线圈的电流。
4.根据权利要求2所述的一种嵌入式实时监测的智能真空断路器，其特征在于，所述的电量参数信号采集模块采集的电量参数信号包括一次侧的三相电压、一次侧的三相电流、控制回路电压和储能电机电流；一次侧的三相电压和三相电流是主触点回路电量参数，控制回路电压是断路器的工作电压。
5.根据权利要求1所述的一种嵌入式实时监测的智能真空断路器，其特征在于，所述的温度测量单元包括安装在每相主触点上下共六个温度传感器和环境温度传感器。
6.根据权利要求2所述的一种嵌入式实时监测的智能真空断路器，其特征在于，所述的前端信号调理单元包括电平转换模块、波形整形模块、电气隔离模块、信号滤波模块和相位补偿模块，该前端信号调理单元用于将信号采集单元采集的机械参数信号和电量参数信号与AD转换单元、I/O 口的信号相匹配。
7.根据权利要求1所述的一种嵌入式实时监测的智能真空断路器，其特征在于，所述的嵌入式控制器中设有数据库模块，用于存储机械参数信号、电量参数信号、温度信号、合分闸曲线数据、系统参数的数据。采集数据与变换模块，用于采集AD转换单元和I/O接口单元的外部数据，并变换到相应的物理量；控制管理模块，用于控制其他模块的动作；运行状态处理模块，用于对电量参数信号和温度信号作相应处理和显示；机械特性处理模块，用于对机械参数信号作相应处理和显示；运行趋势图显示模块，用于显示合闸曲线、合闸电流曲线、分闸曲线、分闸电流曲线、温度曲线；故障诊断与报警模块，用于对设定的机械参数信号和电量参数信号的数据越限提示和报警；历史数据查询模块，用于对机械参数的数据和电量参数的数据作查询。
8.根据权利要求1所述的一种嵌入式实时监测的智能真空断路器，其特征在于，所述的A/D转换单元为嵌入式控制器处理模拟量信号，所述的I/O单元为嵌入式控制器处理开关量信号。
9.根据权利要求7所述的一种嵌入式实时监测的智能断路器，其特征在于，所述的嵌入式控制器为ARM工控机。
10.根据权利要求1所述的一种嵌入式实时监测的智能真空断路器，其特征在于，所述的人机界面包括LCD显示器和触摸屏，通过操作人机界面实现智能真空断路器的数据监测功能。
全文摘要
本发明涉及一种嵌入式实时监测的智能真空断路器，包括信号采集单元、前端信号调理单元、AD转换单元、I/O单元、嵌入式控制器、人机界面和温度测量单元，所述的信号采集单元与前端信号调理单元连接，所述的前端信号调理单元分别通过AD转换单元、I/O口与嵌入式控制器连接，所述的嵌入式控制器分别与人机界面、温度测量单元连接。与现有技术相比，本发明具有提供分析和诊断真空断路器运行性能依据，降低了电网的维修成本、提高了电网的可靠性等优点。
文档编号H01H33/66GK102565686SQ201110404139
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者沈行良, 祁为群, 陈宇晨, 韦钰 申请人:上海工程技术大学