斷路器操作回路的智能化監測系統的制作方法

本發明涉及一種斷路器操作回路的智能化監測系統。

背景技術：

斷路器在電力系統中起著保護與控制雙重作用，是最重要的電力設備之一。斷路器故障會造成電網事故或擴大事故范圍，甚至引起連鎖故障導致系統瓦解。斷路器操作回路在切斷一次回路中起著重要的輔助作用，是斷路器重要的控制、監視和保護回路。相關研究指出，斷路器操作回路故障已成為斷路器故障的重要原因之一，對斷路器操作回路進行有效監視和預警是減少斷路器拒動、誤動，避免大停電事故發生的重要手段。跳/合閘回路、壓板和保護出口接點是斷路器操作回路的重要組成部分，但運行中仍可見跳/合閘回路接觸不良、回路斷線和元件燒毀等故障，壓板狀態的不可監測和保護出口接點的粘連也都給斷路器操作回路的在線監測帶來了困難。

智能變電站的主要標志是能夠實現一次設備和回路的智能化控制、監測和保護，斷路器操作回路的智能化監測，對推進我國智能變電站的建設具有十分重要的意義。文獻《直流操作回路在線監視與預警》改進了現有跳/合閘回路，實現了斷路器跳/合閘回路的全工況監視和保護，但是該方案未考慮斷路器跳/合閘回路在保護裝置、操作箱和機構箱的實際走線情況，僅在理論上可行。文獻《基于光電檢測原理的壓板狀態檢測及防誤系統》介紹了目前壓板狀態監測的常用方法，并給出了一種利用反射式光纖傳感器監測壓板狀態的方法，但是該傳感器抗干擾能力較差，可能誤判壓板狀態。文獻《一種保護跳閘出口壓板測量裝置的研制》設計了一種快速測量多個保護出口接點狀態的裝置，但是該裝置不具備智能化監視功能。

技術實現要素：

針對斷路器操作回路中跳/合閘回路、壓板和保護出口接點等回路薄弱環節缺乏監測的不足，本發明提供一種能夠實現跳/合閘回路的全工況監視和保護的檢測系統。本發明利用霍爾電流傳感器監測操作回路電流的數值變化，分析斷路器跳/合閘回路的運行狀態，設計了基于現場數字量信息采集的斷路器操作回路智能化監測系統，可以實現跳/合閘回路的全工況監視和保護，通過在斷路器操作回路中裝設非接觸位置傳感器和霍爾電壓傳感器，亦可以實現壓板和保護出口接點的狀態監測。本發明的技術方案如下：

一種斷路器操作回路的智能化監測系統，所監測的斷路器操作回路包括合閘回路和跳閘回路以及壓板和保護出口接點。其中，

合閘回路包括相互串聯的合閘操作支路和合閘支路，合閘操作支路為：合閘時間繼電器常開觸點HTJ1、自動合閘觸點ZHJ與手動合閘觸點SHJ并聯后，與合閘時間繼電器HTJ、防跳繼電器觸點TTJ1、合閘時間繼電器延時常閉觸點HTJ2相互串聯，合閘支路為：第一斷路器常閉輔助觸點QF1和合閘線圈HQ相互串聯；

跳閘回路包括相互串聯的跳閘操作支路和跳閘支路，跳閘操作支路為：為：跳閘時間繼電器常開觸點TTJ2、自動跳閘觸點ZTJ與手動跳閘觸點STJ并聯后，與跳閘時間繼電器TTJ、跳閘時間繼電器延時常閉觸點TTJ3相連，跳閘支路為：第二斷路器常開輔助觸點QF2和跳閘線圈TQ串聯；

其特征在于，所述的智能化監測系統包括跳閘位置繼電器TWJ、第一霍爾電流傳感器HL1、第一附加監測電阻R1、第三斷路器常開輔助觸點QF3、合閘位置繼電器HWJ、第二霍爾電流傳感器HL2、第二附加監測電阻R2、第四斷路器常閉輔助觸點QF4、霍爾電壓傳感器A和霍爾電壓傳感器B，

跳閘位置繼電器TWJ并聯在合閘操作支路上，第一霍爾電流傳感器HL1串聯在合閘回路上，第一附加監測電阻R1與第三斷路器常開輔助觸點QF3串聯后與第一斷路器常閉輔助觸點QF1并聯；

合閘位置繼電器HWJ并聯在跳閘操作支路上，第二霍爾電流傳感器HL2串聯在跳閘回路上，第二附加監測電阻R2與第四斷路器常閉輔助觸點QF4串聯后與第二斷路器常開輔助觸點QF2并聯。

霍爾電壓傳感器B裝設在跳閘出口壓板靠近負母線的一端，用以監測跳閘出口壓板是否發生內部故障；霍爾電壓傳感器A裝設在跳閘出口壓板靠近正母線的一端，用以監測保護出口接點位置狀態信號并用來進行保護功能的校驗。

作為優選實施方式，第一霍爾電流傳感器HL1和第二霍爾電流傳感器HL2均采用磁平衡式霍爾電流傳感器。第一附加監測電阻R₁取值范圍為其中R_c表示合閘線圈HQ電阻，R_ω表示跳閘位置繼電器TWJ內阻，α和β均為小于1的正數，第二附加監測電阻R₂取值范圍為其中R_d表示跳閘線圈TQ電阻，R_e表示合閘位置繼電器HWJ內阻，δ和均為小于1的正數。所述的智能化監測系統還包括電感式接近開關，固定在壓板投入位置正下方保護屏柜表面的開孔處并將其監測端面置于屏柜表面；壓板投入，壓板金屬面位于監測端面前方，接近開關輸出壓板投入信號；壓板退出，監測端面前方無金屬，接近開關輸出壓板退出信號。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

(1)改進了現有跳/合閘回路，并給出了回路中元件的選型與參數整定依據，能夠實現跳/合閘回路的全工況監視和保護。

(2)在壓板投入位置正下方保護屏柜表面的開孔處安裝電感式接近開關監測壓板狀態，實現壓板誤操作報警。

(3)在跳閘出口壓板靠近負母線的一端安裝霍爾電壓傳感器，監測造成跳閘出口壓板內阻增大的腐蝕、損壞、虛接等壓板內部故障；

(4)在跳閘出口壓板靠近正母線的一端裝設霍爾電壓傳感器，監測保護出口接點位置狀態信號；

(5)利用LABVIEW軟件搭建能監測斷路器操作回路中跳/合閘回路，壓板和保護出口接點等薄弱環節的智能化監測系統，具有跳/合閘回路全工況監視與保護，壓板和保護出口接點狀態監測，壓板誤操作和內部故障報警，保護出口接點故障報警，狀態顯示、數據存儲及人機交互等功能。

附圖說明

圖1是本發明實施例中改進后的跳/合閘回路結構圖；

圖2是本發明實施例中安裝電感式接近開關后的壓板投/退結構圖,(a)為退出圖，(b)為投入圖。

圖3是本發明實施例中安裝霍爾電壓傳感器裝設位置結構圖。

圖4是本發明實施例中斷路器操作回路智能化監測系統結構圖

圖中標號說明：

合閘時間繼電器常開觸點HTJ1；自動合閘觸點ZHJ；手動合閘觸點SHJ；合閘時間繼電器HTJ；防跳繼電器觸點TTJ1；合閘時間繼電器延時常閉觸點HTJ2；第一霍爾電流傳感器HL1；第一斷路器常閉輔助觸點QF1；第三斷路器常開輔助觸點QF3；跳閘位置繼電器TWJ；第一附加監測電阻R1；合閘線圈HQ；跳閘時間繼電器常開觸點TTJ2；自動跳閘觸點ZTJ；手動跳閘觸點STJ；跳閘時間繼電器TTJ；跳閘時間繼電器延時常閉觸點TTJ3；合閘位置繼電器HWJ；第二霍爾電流傳感器HL2；第二斷路器常開輔助觸點QF2；第四斷路器常閉輔助觸點QF4；第二附加監測電阻R2；跳閘線圈TQ。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明的進行詳細的描述。

如圖1所示，本發明所述改進的合閘回路具體結構如下：

(1)合閘時間繼電器常開觸點HTJ1、自動合閘觸點ZHJ與手動合閘觸點SHJ并聯后，與所述合閘時間繼電器HTJ、防跳繼電器觸點TTJ1、合閘時間繼電器延時常閉觸點HTJ2、第一霍爾電流傳感器HL1、第一斷路器常閉輔助觸點QF1和合閘線圈HQ依次串聯，第一附加監測電阻R1與第三斷路器常開輔助觸點QF3串聯后與第一斷路器常閉輔助觸點QF1并聯，跳閘位置繼電器TWJ一端連接直流操作電源，另一端經第一斷路器常閉輔助觸點QF1連接合閘線圈HQ。

(2)跳閘位置繼電器TWJ、第一霍爾電流傳感器HL1、第一附加監測電阻R1、第三斷路器常開輔助觸點QF3與合閘線圈HQ依次串聯構成所述合閘回路合閘后的監測支路；跳閘位置繼電器TWJ、第一霍爾電流傳感器HL1、第一斷路器常閉輔助觸點QF1與合閘線圈HQ依次串聯構成所述合閘回路跳閘后的監測支路。以上共同構成對合閘回路的全工況監視。

(3)合閘時間繼電器常開觸點HTJ1能夠滿足合閘動作的自保持要求同時合閘時間繼電器延時常閉觸點HTJ2可在第一斷路器常閉輔助觸點QF1拒動時切斷合閘回路，避免回路元件長時間流過動作電流而燒毀，實現合閘回路的保護。

如圖1所示，本發明所述改進的跳閘回路具體結構如下：

(1)跳閘回路中跳閘時間繼電器常開觸點TTJ2、自動跳閘觸點ZTJ與手動跳閘觸點STJ并聯后，與所述跳閘時間繼電器TTJ、跳閘時間繼電器延時常閉觸點TTJ3、第二霍爾電流傳感器HL2、第二斷路器常開輔助觸點QF2和跳閘線圈TQ依次串聯，第二附加監測電阻R2與第四斷路器常閉輔助觸點QF4串聯后與第二斷路器常開輔助觸點QF2并聯，合閘位置繼電器HWJ一端連接直流操作電源，另一端經第二斷路器常開輔助觸點QF2連接跳閘線圈。

(2)合閘位置繼電器HWJ、第二霍爾電流傳感器HL2、第二附加監測電阻R2、第四斷路器常閉輔助觸點QF4與跳閘線圈TQ依次串聯構成所述跳閘回路跳閘后的監測支路；合閘位置繼電器HWJ、第二霍爾電流傳感器HL2、第二斷路器常開輔助觸點QF2與跳閘線圈TQ依次串聯構成所述跳閘回路合閘后的監測支路。以上共同構成對跳閘回路的全工況監視。

(3)跳閘時間繼電器常開觸點TTJ2能夠滿足跳閘動作的自保持要求同時跳閘時間繼電器延時常閉觸點TTJ3可在第二斷路器常開輔助觸點拒動時切斷跳閘回路，避免回路元件長時間流過動作電流而燒毀，實現跳閘回路的保護。

圖1中所述第一霍爾電流傳感器HL1和第二霍爾電流傳感器HL2均采用磁平衡式霍爾電流傳感器。第一附加監測電阻R₁取值范圍為其中R_c表示合閘線圈HQ電阻，R_ω表示跳閘位置繼電器TWJ內阻，α和β均為小于1的正數。第二附加監測電阻R₂取值范圍為其中R_d表示跳閘線圈TQ電阻，R_e表示合閘位置繼電器HWJ內阻，δ和均為小于1的正數。

如圖2所示，選擇非接觸位置傳感器中的圓柱形電感式接近開關監測保護柜壓板投/退操作的實際情況。電感式接近開關安裝在壓板投入位置正下方保護屏柜表面的開孔處并將圓形監測端面置于屏柜表面。壓板投入，壓板金屬面位于監測端面前方，接近開關輸出壓板投入信號；壓板退出，監測端面前方無金屬，接近開關輸出壓板退出信號。

如圖3所示，在跳閘出口壓板靠近負母線的一端安裝霍爾電壓傳感器B，監測造成跳閘出口壓板內阻增大的腐蝕、損壞、虛接等壓板內部故障。當保護出口接點閉合，跳閘出口壓板投入后，若霍爾電壓傳感器B輸出電壓值比正母線電壓小很多，說明跳閘出口壓板內阻增大，判斷跳閘出口壓板可能發生內部故障。在跳閘出口壓板靠近正母線的一端裝設霍爾電壓傳感器A，監測保護出口接點位置狀態信號。若霍爾電壓傳感器A輸出母線電壓，判斷保護出口接點處于閉合狀態，系統給出接點位置狀態信號，避免操作人員誤操作造成斷路器動作跳閘。在跳閘出口壓板靠近正母線的一端裝設的霍爾電壓傳感器A除了能監視保護出口接點位置狀態信息，還能實現保護功能的校驗，根據該霍爾電壓傳感器A是否有正電壓突變實現保護功能的校驗，而不需要斷路器實際動作跳閘，避免了校驗保護功能時因頻繁開合斷路器而降低其使用壽命。

如圖4所示，斷路器操作回路的智能化監測系統采用霍爾電流傳感器、電感式接近開關及霍爾電壓傳感器等底層傳感器采集斷路器操作回路現場信息，采用單片機實現采集信號的處理和上傳，采用LabVIEW編寫系統后臺應用程序，具有跳/合閘回路全工況監視與保護，壓板和保護出口接點狀態監測，壓板誤操作和內部故障報警，保護出口接點故障報警，狀態顯示、數據存儲及人機交互等功能。