高压开关设备的制作方法

本实用新型涉及一种高压开关设备，属于高压开关设备监测技术领域。

背景技术：

高压开关设备作为变电站的核心设备，其内部通过断路器、隔离开关、接地开关以及互感器、避雷器、进出线终端等部件有机地结合在一起，这些部件需要与安装在高压开关设备本体附近的现场控制柜使用电缆连接。目前，110kV及以上电压等级高压开关设备机构与控制柜之间需要通过大量的电缆进行连接，这些电缆要通过用户提供的电缆沟或电缆桥架敷设，而这些电缆沟或电缆桥架一般都设置在地面下，在车间装配和现场施工需要耗费大量劳动力，出现问题后排查比较困难，在变电站现场很容易受到过电压的影响，造成误操作或损坏控制柜内二次设备。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种高压开关设备，以解决高压开关设备机构与控制柜之间通过大量的电缆进行连接导致出现故障排查难的问题。

本实用新型为解决上述技术问题而提供一种高压开关设备，方案一：包括设置在高压开关设备本体上的高压开关机构箱，所述高压开关机构箱内设置有操作机构、传感器采集模块和开关量采集模块，所述高压开关机构箱内还设置有封装在一壳体内的智能单元，且该壳体接地，所述智能单元包括微处理器、电源电路、开关量输入电路、传感器输入电路、控制输出电路和通信电路，所述的通信电路用于实现微处理器与上层设备或控制柜间的通讯，电源电路供电连接微处理器，开关量输入电路的输入端与开关量采集模块的输出端相连，开关量输入电路的输出端与微处理器连接，传感器输入电路的输入端与传感器采集模块的输出端连接，传感器输入电路的输出端与微处理器连接，控制输出电路的输入端与微处理器连接，控制输出电路的输出端控制连接操作机构。

方案二：在方案一的基础上，所述的电源电路包括储能电路和电池，所述储能电路与高压开关的高压电流取能线圈连接，储能电路和电池构成无缝切换的供电电路。

方案三：在方案一或二的基础上，所述的通信电路包括无线通信模块或光纤通信模块，微处理器通过串口通信模块与无线通信模块或光纤通信模块连接。

方案四：在方案一或二的基础上，所述的通信电路还包括RS232模块，微处理器通过RS232模块连接高压开关的本地调试设备，用于接收本地调试设备的设置参数。

方案五：在方案一或二的基础上，所述的控制输出电路包括分合闸控制输出支路、电机控制输出支路和温度控制输出支路，分合闸控制输出支路采用IGBT，电机控制输出支路和温度控制输出支路均采用固态继电器。

方案六：在方案五的基础上，所述的控制输出电路上还设置有光电隔离模块，光电隔离模块的一端与微处理器连接，另一端分别与分合闸控制输出支路、电机控制输出支路和温度控制输出支路连接。

方案七：在方案一或二的基础上，所述的开关量输入电路上设置有光电隔离模块，该光电隔离模块的一端与微处理器相连，另一端与开关量采集模块相连。

方案八：在方案七的基础上，所述的光电隔离模块与开关量采集模块之间还设置有限位二极管模块。

方案九：在方案一或二的基础上，所述的传感器输入电路包括A/D转换模块，该A/D转换模块的数字信号端与微处理器相连，A/D转换模块的模拟信号端与传感器采集模块的输出端相连。

方案十：在方案九的基础上，所述的传感器输入电路还包括滤波调理电路，该滤波调理电路设置在A/D转换模块的模拟信号端与传感器采集模块的输出端之间。

方案十一：在方案一或二的基础上，所述的智能单元还包括分合闸指示电路，所述的分合闸指示电路与微处理器，用于显示高压开关运行位置。

方案十二：在方案十一的基础上，所述的分合闸指示电路包括分闸LED和合闸LED，分闸LED和合闸LED均通过D触发器与微处理器连接。

方案十三：在方案二的基础上，所述的高压开关设备还包括一次电流电压采集模块，该一次电流电压采集模块与智能单元的微处理器连接。

方案十四：在方案一或二的基础上，所述的智能单元还包括与微处理器连接的时钟电路，用于为微处理器提供时钟信号。

方案十五：在方案一或二的基础上，所述的微处理器为FPGA。

本实用新型的有益效果是:本实用新型通过在设置在高压开关设备本体上的高压开关机构箱内设置封装在一壳体内的智能单元，智能单元包括微处理器以及与微处理器连接的电源电路、开关量输入电路、传感器输入电路、分合闸控制输出电路、电机控制输出电路和通信电路，将需要传输到控制柜中的大量信号直接就地化处理。本实用新型将控制柜中的监测和控制功能挪到高压开关机构箱，简化了高压开关设备与控制柜之间的连线，缩短了装配、调试时间，且在变电站现场不易受到过电压的干扰。

此外，智能单元采用由取能电路和电池构成无缝切换的供电电路，避免电源线耦合的电磁干扰对智能单元的影响。

附图说明

图1是本实用新型高压开关设备中智能单元的结构框图；

图2是本实用新型高压开关设备工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的说明。

本实用新型的高压开关设备取消了高压开关设备与控制柜间的电缆，将布置在控制柜中的监测和控制功能集中到机构箱内，即在机构箱布置具有监测和控制功能的智能单元，就地实现开关量状态信息、传感器监测信息的数字化和上传，以及对操作机构的控制，节省了大量电缆，提高了装配效率。

本实用新型的高压开关设备包括设置在高压开关机构箱内的操作机构、传感器采集模块、开关量采集模块和智能单元，由于智能单元设置在高压开关机构箱内，环境相比控制柜更加恶劣，因此智能单元需封装在一壳体内，且壳体能够可靠接地；同时为了进一步降低电磁干扰、振动等外界环境对智能单元的影响，智能单元悬挂在高压开关机构箱内。

具体地，如图1所示，本实施例中的智能单元包括微处理器以及与微处理器连接的电源电路、开关量输入电路、传感器输入电路、控制输出电路、电机控制输出电路、温度控制输出电路、通信电路、分合闸指示电路、时钟电路和存储器。开关量输入电路的输入端与开关量采集模块的输出端相连，开关量输入电路的输出端与微处理器连接，传感器输入电路的输入端与传感器采集模块的输出端连接，传感器输入电路的输出端与微处理器连接，分合闸控制输出电路的输入端与微处理器连接，分合闸控制输出电路的输出端连接操作机构。

为了降低干扰信号通过电源线耦合方式对智能单元正常工作造成影响，本实用新型电源电路采用电池和与高压开关取能线圈连接取能电路，由电池和取能电路构成无缝切换的供电电路；当一次电流小于5％In时微处理器的工作电源由电池提供，当一次电流大于5％In时装置的工作电源由高压开关的取能线圈通过取能电路提供，In为一次电路的额定电流，两种供电方式可实现无缝切换，在高压开关不进行操作的情况下，智能单元处于低功耗状态。

为了进一步降低对信号传输的干扰，本实用新型中智能单元采用无线或光纤与上层设备或控制柜内的二次设备进行通讯，即通信电路采用无线通信模块或光纤通信模块，微处理器通过RS485电路与无线通信模块或光纤通信模块(包括光电转换模块)连接，将待传输的信号转换为无线信号或光信号，实现微处理器与上层设备间无线或光纤通信，降低使用信号线时的传导干扰。此外，该高压开关设备还设置有本地调试设备，微处理器通过RS232电路与调试设备连接，工作人员可通过调试设备对智能单元的运行参数进行设置。

为了降低对智能单元中微处理器的干扰，本实用新型智能单元中的控制输出电路上设置有光电隔离模块。由于操作机构除了包括高压开关分合闸设备外，还包括有电机和温度调节设备，相应地，控制输出电路包括分合闸控制输出支路、电机控制输出支路和温度控制输出支路，分合闸控制支路、电机控制支路和温度控制支路均通过光电隔离模块与微处理器连接。电网对高压开关的控制要求响应速度快、延时小，控制输出电路中的分合闸控制输出支路采用IGBT，即微处理器通过光电隔离模块驱动分合闸IGBT，进行分合闸操作；电机和温度调节设备对响应速度要求较低，电机控制输出支路和温度控制输出支路均采用固态继电器。智能单元接收上层设备发送的分合闸操作指令，经微处理器处理后，通过光电隔离模块驱动相应IGBT，实现高压开关的分合闸操作；当储能低于设定值时，微处理器通过光电隔离模块和固态继电器控制储能电机启动，开始储能。

开关量采集模块采集的开关量状态信号包括就地分合闸开关信号、分合闸状态信号、储能状态信号、气压闭锁状态信号、油压闭锁状态信号等，这些状态信号是以逻辑“1”或逻辑“0”出现的，其信号的形式可能是电压、电流或者开关的触点，在异常情况下，这些信号可能会引起瞬时高电压、过电流、接触抖动以及噪声等干扰，为了降低上述开关量信号对智能单元中微处理器的干扰，本实用新型智能单元中的开关量输入电路上设置有光电隔离模块，微处理通过光电隔离模块与设置在高压开关本体上的开关量采集模块相连。同时为了进一步降低过电压造成的干扰，在开关量采集模块和光电隔离模块之间还设置有限位二极管，这里的限位二极管可采用快恢复二极管。

传感器采集模块包括振动传感器、行程传感器、小电流传感器、气体状态传感器、油压传感器和温湿度传感器，传感器输入电路用于将上述传感器信号进行处理后输入到微处理器中，这里的处理主要指的是的滤波和A/D转换，因此，传感器输入电路包括依次连接的滤波调理电路和A/D转换电路，滤波调理电路的输入端连接上述传感器，滤波电路输出端与A/D转换电路的输入端连接，A/D转换电路的输出端与微处理器的输入端连接。本实施例中气体状态传感器输出的是模拟信号，若输出的是485信号，则气体状态传感器可直接通过RS485电路连接到微处理器。

行程传感器、小电流传感器和振动传感器用于监测高压开关的机械特性和声学指纹信息，通过传感器输入电路将采集到波形数据输入到智能单元就地处理和存储，智能单元将其与所存储的专家库进行对比，判断是否存在机械故障，如果判断有，则将判断结果及时传送至上级设备；上级设备需要查询某一段时间高压开关动作的机械特性时，发送查询指令至智能单元，然后将查询的数据返回上级设备。油压传感器用于监测液压机构油压，微处理器根据收到的油压信号进行判断，当低于设定值时，启动油泵电机开始储能；当油压到达额定值时，停止油泵电机运转。气体状态传感器用于监测高压开关SF₆气体压力、密度、温度、湿度和微水，微处理器根据收到的上述信号进行判断，当超过预警值时，向上层设备发送报警信息。此外该机构智能单元能够接入互感器的一次电流电压信号，结合机械特性和控制信息，实现对高压开关的电寿命监测。

分合闸指示电路用于指示分合闸开关的运行位置，设置有分闸LED和合闸 LED，分闸LED和合闸LED均通过D触发器与微处理器连接。具体地分闸LED和合闸 LED设置在机构智能单元面板上，“分位”灯为绿灯，当开关运行到分位时点亮；“合位”灯为红灯，当开关运行到合位时点亮。

该智能单元内部还设置有时钟模块和存储器，时钟模块支持IRIG-B码和 IEEE1588对时方式，用于时间标签和系统时间校正。存储器采用E2PROM，用于微处理器采集到的信号。微处理器采用FPGA芯片，信息处理速度快，抗干扰能力强。

本实用新型的机构智能单元中的微处理器采用嵌入式软件系统，包括运行参数、通信、传感器信号采集、数据处理和分析、电源管理、分合闸控制、电机控制、状态指示和运行日志等部分，如图2所示。

本实用新型取消高压开关设备机构与控制柜间的电缆，在高压开关设备本体上设置智能单元，将原本需要传输到控制柜进行处理的信号进行就地化处理，实现高压开关机构智能化，就地实现分合闸状态、储能状态、气压闭锁状态等开关量状态信息的就地数字化和上传；将振动传感器、行程传感器和小电流传感器等传感器的信号，就地分析和处理，将分析结果上传至上级设备，实现对高压开关机械特性、油压状态、气体状态的监测；同时智能单元能够接收上级设备的分合闸指令，对高压开关进行操作，工作电源由高压电流取能线圈或电池提供，降低了电源线耦合的电磁干扰对智能单元的影响。