一种高压开关柜状态监测装置的制作方法

1.本实用新型属于开关柜监测领域，具体涉及一种高压开关柜状态监测装置。


背景技术：

2.随着我国经济的快速增长，电力需求量日益增加，电力供应量的持续快速增长给电网设备带来一系列安全问题，而电网设备主要集中在变电站，其中开关柜作为变电站的重要电气设备，担负着关合及断开电力线路、保护系统安全的双重作用，对变电站的安全可靠运行起着举足轻重的地位。
3.开关柜作为一种广泛运用的电力设备，其安全可靠性因而也受到了更多的关注。据不完全统计，国内不少发电公司、电力公司均出现过不同程度的开关柜故障，很大原因就是缺乏对开关柜的有效监测及控制，因此研究开发带智能化控制监测功能的开关柜势在必行。
4.目前，各种电气设备的开关柜在线监测技术己备受重视，尤其是以嵌入式技术为核心的智能化系统因其抗干扰性好、成本低、安装和维护方便等优点得到很多开关柜生产厂家的青睐。随着监测对象和参数的增加，对智能化系统的要求越来越高。所谓智能化控制就是在电力系统中引入计算机技术、电子技术、数字信号处理、网络通信和传感器技术使之能对开关柜进行测量、保护、在线监测、故障诊断及排风调温等。实现开关柜的智能化，有着明显的经济效益和社会效益，它的特点是用新的传感器采集信息、计算机处理信息、用网络传输信息和用图形显示信息等，不仅可以提供设备现有的状态，还能进行在线的监测，识别存在的故障，为开关柜的状态维修提供依据，从而增大开关柜的维修保养周期，提高利用率，减少维修保护费用。开关柜智能化的研发，已是目前电力制造行业特别是开关柜制造厂开发研制新产品的方向。
5.国内外在开关柜状态监测及故障诊断方面的研究都取得不少成就，但还存在不足，缺少有效的方法，在监测开关柜各个特征参量的同时无法对开关柜的运行状态健康情况进行评估，传感器的安装位置也有待改进。


技术实现要素：

6.为了解决上述问题，本实用新型提出一种高压开关柜状态监测装置，通过对后台多维度数据进行特征提取，再进行温度、负荷电流、局放值等的关联性分析，安装位置合理，通过相应状态参量评估设备健康状态，为状态检修提供依据，方便制定检修方案，这样即可改变以往对设备的定时维修、维护为有目的、有针对性的数据分析后的设备维护。减少停电，提高电网设备的运行效率。
7.本实用新型的技术方案具体如下：
8.一种高压开关柜状态监测装置，包括站端电脑、通讯终端、串口服务器、数据采集器和若干传感器；
9.其中，摄像头与站端电脑连接，振动传感器通过串口服务器、通讯终端与站端电脑
连接，其余传感器通过数据传感器、串口服务器、通讯终端与站端电脑连接；数据采集器采集传感器信息，反馈至站端电脑。
10.进一步地，该装置还包括16口路由器，摄像头、通讯终端、站端电脑、nvr与16口路由器连接。
11.进一步地，通讯终端通过rs485与串口服务器连接，串口服务器通过rs485与数据采集器连接。
12.进一步地，二次侧电流传感器通过3芯屏蔽线与数据采集器连接；储能电机传感器、合闸传感器、分闸传感器通过3芯屏蔽线与数据采集器连接；超声波传感器和地波传感器通过馈线与数据采集器连接；测温传感器的平板天线通过馈线与数据采集器连接。
13.进一步地，数据采集器还设有nb-iot天线。
14.进一步地，该装置还包括一进6出电源接线端子，第一电源适配器与一进6出电源接线端子的输入端连接，摄像头和通讯终端与第一电源适配器连接；串口服务器、振动传感器、数据采集器与一进6出电源接线端子的输出端连接。
15.进一步地，第二适配器与第一适配器连接，16口路由器与第二适配器连接。
16.进一步地，温度传感器安装在动触头或隔离刀闸触头或者电缆端头，接收天线安装在电缆室或都路器室的内侧壁；超声传感器安装在电缆室，地波传感器靠近柜体内有金属接缝部位，超声传感器朝向局放多发部位；机械特性监测用电流传感器都安装在继电仪表室内，对应卡装在分闸、合闸、储能电机线圈回路上；其他采集器、通讯终端、电源转换器安装在继电仪表室内的din导轨上。
17.与现有技术相比，本实用新型的有益效果具体如下：
18.本实用新型结构新颖，安装位置明确合理，对开关柜的温度、局放、机械特性、振动特性进行实时监测，多维度的分析运行状况。将多个物理量结合起来分析，对开关柜状况的综合判断更加准确，可靠性更高，节省了开关柜定期排查的成本，提高了状态监测的经济性，并且大大提升了故障监测的时效性，对于以后发展人工智能分析有着重要作用，取得的数据将作为智能电网的重要基础，对智能电网建设也有着十分重要的意义。
附图说明
19.图1为本实施例的装置的结构框图；
20.图2为本实施例监测的温度数据；
21.图3为本实施例监测的tev信号数据；
22.图4为本实施例监测的ae信号数据；
23.图5为本实施例监测的机械特性数据。
具体实施方式
24.下面将结合本技术实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.除非另外定义，本技术实施例中使用的技术术语或者科学术语应当为所属领域内
具有一般技能的人士所理解的通常意义。本实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“上”、“下”、“左”、“右”、“横”以及“竖”等仅用于相对于附图中的部件的方位而言的，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中的部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
26.如图1所示，本实施例的高压开关柜状态监测装置，包括站端电脑、通讯终端、串口服务器、数据采集器和多个传感器。
27.摄像头与站端电脑连接，振动传感器通过串口服务器、通讯终端与站端电脑连接，其余传感器通过数据传感器、串口服务器、通讯终端与站端电脑连接；数据采集器采集传感器信息，反馈至站端电脑。摄像头、通讯终端、站端电脑、nvr与16口路由器连接。
28.通讯终端通过rs485与串口服务器连接，串口服务器通过rs485与数据采集器连接。
29.二次侧电流传感器通过3芯屏蔽线与数据采集器连接；储能电机传感器、合闸传感器、分闸传感器通过3芯屏蔽线与数据采集器连接；超声波传感器和地波传感器通过馈线与数据采集器连接；测温传感器的平板天线通过馈线与数据采集器连接。数据采集器还设有nb-iot天线。
30.第一电源适配器与一进6出电源接线端子的输入端连接，摄像头和通讯终端与第一电源适配器连接；串口服务器、振动传感器、数据采集器与一进6出电源接线端子的输出端连接。第二适配器与第一适配器连接，16口路由器与第二适配器连接。
31.温度传感器安装在动触头或隔离刀闸触头或者电缆端头，接收天线安装在电缆室或都路器室的内侧壁；超声传感器安装在电缆室，地波传感器靠近柜体内有金属接缝部位，超声传感器朝向局放多发部位；机械特性监测用电流传感器都安装在继电仪表室内，对应卡装在分闸、合闸、储能电机线圈回路上；其他采集器、通讯终端、电源转换器安装在继电仪表室内的din导轨上。
32.图1中，区域1： 8面开关柜的高压室需要布置的传感器部分，分别有振动传感器、平板天线、温度传感器、地电波传感器、超声波传感器、摄像头。
33.区域2： 8面柜的二次仪表室的需要装的设备和设备间连线关系，设备有智能数据采集器、串口服务器、一进6出接线端子、空开及12v电源适配器。
34.区域3：通讯终端、9v电源适配器、16口路由器，安装在220kv2号主变35kv侧302断路器开关柜，此三个设备是8面柜的公共部分，即8面柜的串口服务器的数据都到达通讯终端，8面柜摄像头通过网线传输数据到16口路由器。
35.区域4：站端电脑及nvr为放在远端控制中心，终端及16口路由器的网线通过站端交换机，传输到电力内网，最终传输到控制中心服务器。
36.本实施例的传感器均为现有技术，saw温度传感器利用声表面波测温的原理，将温度信息转换成电磁波频率信号的部件。温度传感器是直接安装在被测物体表面的测温元件，它负责接收探询射频信号，并返回带温度信息的射频信号到采集器。温度传感器正常工
作时不需要电池、ct环取电方式等外部电源供电。温度传感器与温度采集器之间的信号传输通过无线电磁波实现。温度传感器安装方式为捆绑式，检测母排温度。
37.测温温度采集器收发天线为发送和接受电磁波信号，完成温度采集器与温度传感器的信号传送。与温度采集器配套使用，安装在传感器相同的隔室，负责与传感器天线通信，完成激励信号及传感器信号的发送和接收。
38.智能数据采集器为1.10.7psim智能数据采集器。机械性能主要测量高压开关柜分合闸线圈电流、储能电机电流、二次侧互感电流。实时监测由高压开关柜分合闸操作而触发开关柜内一系列相关操作。由分合闸操作，触发为储能电机进行充电过程，之后触发开关柜刀闸的分或者合，而随之会引起开关柜的振动以及二次互感电流变化。
39.振动采集器采用数字接口输出，rs485接口通信，可设不同的地址码，多个传感器长距离串联一起使用，便于多点测量和数据分析。ake392b为单晶硅电容式传感器，由一片经过微机械处理的硅芯片，用于信号调整的低功率asic，用于存储补偿值的微处理器组成。
40.该模块功耗低，经过标定，结构坚固，输出稳定。新的电子配置为复位提供固态电源，为过电提供全面保护。在全量程范围内比例因子的长期稳定性及偏差典型值小于0.1%。该模块具有结构坚固、功耗低、偏差稳定性优异等特点，保证了杰出的输出可靠性。
41.温度采集模块在最高温度达到60℃时进行预警，超过80℃时进行危急报警；当a、b、c三相的不同相间温差超过30℃进行相间温度异常报警。局放采集模块当采集到40db幅值以上的tev或ae信号时，进行局部放电报警。机械特性及振动采集模块采集到的数据通过后台服务器进行缺陷异常判断，返回是否报警。
42.高压开关柜中：
43.对于温度特性：测温范围为0℃~175℃；测温范围内温度测量误差不大于
±
2℃；分辨率0.1℃；采样周期≤10s；
44.对于超声波局部放电检测性能：非接触式检测仪检测灵敏度不大于40db；非接触方式20khz～60khz 范围内；线性度误差不大于
±
20%；
45.对于暂态地电压法局部放电检测性能：频率范围3mhz~100 mhz，且频带宽度不小于20mhz；线性度的误差不大于
±
20%；脉冲计数要求误差不大于
±
20%；
46.本实施例中，对于断路器机械特性：
47.3路直流检测通道，检测分闸合闸线圈电流、储能电机电流；计算分合闸时间、周期、电流等特征参数；监测储能机械链路及储能电机的电气回路状态；3路交流检测通道，检测电流互感器二次侧电流；图谱显示电流特征波形曲线；分合闸线圈霍尔电流传感器、储能电机霍尔电流传感器：检测范围0~10a，误差不大于1%；互感器二次侧交流电流传感器：检测范围0~10a，误差不大于1%。
48.作为本实施例的一个具体检测实例：
49.智能数据采集器以及与之匹配的空气开关、电源安装在仪表室中，在研究的高压开关柜多维状态在线监测系统搭建好之后，对部分采集数据进行查看，对编号905的开关柜中的监测数据调出查看，可以实时发现是否有异常现象。
50.图2是905号开关柜中一天的温度数据记录，横坐标为时间，纵坐标包含了a、b、c三相的上下动触头的温度数据，可以看出，三相的温度变化一致，并与气温变化相符，可初步判断暂时没有温度异常，温度均在正常值范围附近。
51.图3、4为905号开关柜中采集历史中的部分tev与ae传感器信号，横坐标为采集时间，上图中的纵坐标为tev的脉冲个数，下图中为超声波信号的脉冲个数。当tev脉冲个数多且集中，伴随着强烈的超声波信号时，应当视为开关柜中的局放现象明显，应当尽快安排检修排查。
52.图5为905号开关柜历史采集的部分机械特性数据，横坐标为时间，纵坐标为传感器测得的电流大小。合闸过程中的数据变化显示，开关柜开合闸并无异常。
53.从多维状态监测的测量数据中可以发现，一系列传感器能够将整个开关柜构建成一个智能体，传感器能够诊断出当前开关柜的运行状态，综合分析监测数据，便能够从多维度、多角度分析开关柜的健康状况，提高其运行的可靠性。同时，在数据分析手段及方法提升后，还能够根据数据提出更深更准确的状态诊断。