專利名稱：110kV～330kV變電站斷路器綜合在線監測系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種變電站的在線監測系統，特別是一種IlOkV 330kV變電站斷路器綜合在線監測系統。
背景技術：
供電企業的斷路器維護一直貫徹執行計劃檢修和故障檢修制度。其本質特征是 不論設備實際狀況如何，只要“到期”就要“檢修”，盲目性大。結果造成大量人力物力的無效投入，增大計劃停電時間，同時還增大人身事故和誤操作事故的可能性。近幾年來，隨著傳感技術、微電子技術、計算機軟硬件和數字信號處理技術、人工神經網絡、智能專家系統等綜合智能系統在電力系統中的普及和應用，開展斷路器狀態監測和診斷成為電力系統中的一個重要研究領域。通過對斷路器的動作特性，如動作類型 (合閘、分閘、拒分、拒合、偷跳等)、動作性質(正常、異常)以及開斷電流、分合閘線圈電流、SF6密度以及機械行程及速度等參數進行實時數據采集和監測，結合斷路器的特征參數，在智能專家系統的幫助下對斷路器的運行狀態進行科學評估。目前已有的斷路器監測裝置還沒有在“物聯網”概念下形成一個斷路器監測網絡， 無法實現自動識別、互聯互動、精確定位校時。監測數據無法與保護裝置的記錄數據進行對照分析等缺陷，尤其是同一個在線監測系統在不同的地區存在時間差，從而導致不同地區的數據不一致，不能實現精確定位校對。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種IlOkV 330kV變電站斷路器綜合在線監測系統，在“物聯網”概念下建立斷路器監測網絡，實現斷路器狀態監測的設備識別、互聯互動、精準校時，并在智能專家系統的幫助下實現運行狀態評估。為實現上述目的，本實用新型提供了一種IlOkV 330kV變電站斷路器綜合在線監測系統，包括高速數據處理器DSP5409，以及分別與高速數據處理器DSPM09連接的開關量監測電路、第一模擬量監測電路、第二模擬量監測電路、復雜可編程邏輯器件CPLD、時鐘芯片，以及對監測系統進行時間校對的時鐘源，所述開關量監測電路的輸入端與斷路器的輔助觸點連接，輔助觸點的狀態變化經光電隔離和電平轉換后接入復雜可編程邏輯器件 CPLD ；所述第一模擬量監測電路的輸入端與儲能電機的電流傳感器信號相連，經放大、電平比較、光電隔離和電平轉換后接入復雜可編程邏輯器件CPLD ；所述第二模擬量監測電路的輸入端分別與斷路器斷口的電流傳感器信號、分合閘線圈電流傳感器信號，SF6氣體密度傳感器信號以及位移傳感器信號相連，第二模擬量的信號量經過電子開關切換、放大、隔離后與高速模數轉換A/D芯片相連，電子開關的切換以及高速模數轉換A/D通道的切換由高速數據處理器經復雜可編程邏輯器件CPLD控制。作為本實用新型的最佳實施例，所述時鐘源為全球定位系統GPS ；作為本實用新型的最佳實施例，所述第一模擬量監測電路包括第一放大電路、連接在第一放大電路輸出端的第一比較電路，以及連接在第一比較電路輸出端的第一隔離電路；作為本實用新型的最佳實施例，所述第二模擬量監測電路包括第二放大電路、連接在第二放大電路輸出端的通道選擇電路、連接在通道選擇電路輸出端的第二隔離電路， 以及連接在第二隔離電路輸出端的AD轉換芯片；作為本實用新型的最佳實施例，所述開關量監測電路包括第三隔離電路，以及連接在第三隔離電路輸出端的第二電平轉換電路；作為本實用新型的最佳實施例，所述監測系統進一步包括與高速模數轉換器相連的FLASH存儲器。與現有技術相比，本實用新型IlOkV 330kV變電站斷路器綜合在線監測系統至少具有以下優點本實用新型監測系統以高速數據處理器DSP5409為核心芯片，外加復雜邏輯可編程芯片CPLD以及各個監測電路，可以在斷路器運行狀態下記錄各種狀態參數，如 LH 二次電流、分合閘線圈電流、分合閘狀態、動觸頭位移、SF6氣體密度、儲能電機電流及啟動間隔時間等等。通過對發生事件記錄的數據進行處理與分析，對斷路器的運行狀態進行科學的評估，據此判斷斷路器操作機構、儲能機構、觸頭電壽命、SF6氣體密度、機械特性等運行狀態，為斷路器的狀態檢修提供科學的依據。此外，還可以通過標準時鐘源進行校時， 使監測單元的事件記錄與保護系統的事件記錄嚴格對應，為斷路器的事故分析提供可靠的數據。
圖1是本實用新型IlOkV 330kV變電站斷路器綜合在線監測系統的原理圖；圖2是本實用新型IlOkV 330kV變電站斷路器綜合在線監測系統監測單元的原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型IlOkV 330kV變電站斷路器綜合在線監測系統做詳細描述應用本實用新型監測系統的整個網絡結構請參閱圖1所示，中心計算機通過光電轉換連接有多個集線器，每一個集線器上連接有多個本實用新型監測系統。下面，請參閱圖2所示，介紹本實用新型監測系統，本實用新型IlOkV 330kV變電站斷路器綜合在線監測系統包括高速數據處理器DSP5409，以及分別與高速數據處理器連接的開關量監測電路、第一模擬量監測電路、第二模擬量監測電路、復雜可編程邏輯器件 CPLD(Complex Programmable Logic Device)、時鐘芯片，以及時鐘源。所述第一模擬量監測電路包括第一放大電路、連接在第一放大電路輸出端的第一比較電路，以及連接在第一比較電路輸出端的第一隔離電路，所述第一放大電路的輸入端與儲能電機的電流信號相連，所述第一隔離電路的輸出端與復雜可編程邏輯器件CPLD的輸入端連接，所述比較電路的高電平表示儲能電機在運行狀態，低電平表示儲能電機在停止狀態。第一模擬量是經穿心式霍爾傳感器變送的儲能電機電流，該電流信號經過放大、比較、隔離后接入復雜可編程邏輯器件CPLD接口，經分析判斷來記錄儲能電機的啟停間隔時間。所述第二模擬量監測電路包括第二放大電路、連接在第二放大電路輸出端的通道選擇電路、連接在通道選擇電路輸出端的第二隔離電路，以及連接在第二隔離電路輸出端的A/D轉換芯片，所述第二放大電路的輸入端分別與斷路器的各種傳感器相連，所述A/D轉換芯片的輸出端與復雜可編程邏輯器件CPLD相連，所述復雜可編程邏輯器件CPLD的一端與第二模擬量的通道選擇電路相連，另一端與高速數據處理器DSP相連。第二模擬量是一組信號，包括斷路器斷口電流傳感器信號、分合閘線圈電流傳感器信號，以及位移傳感器信號，這組信號分別與第二模擬量監測電路的通道選擇電路的每一個通道相連，這組模擬量信號經放大、通道切換和隔離放大后接到模數轉換A/D芯片接口上，A/D轉換后的數字信號經復雜可編程邏輯器件CPLD后由高速數據處理器DSP處理， 所述高速數據處理器DSP還連接有FLASH存儲器，經高速數據處理器DSP處理后的結果存入FLASH存儲器。所述開關量監測電路包括第三隔離電路，以及連接在第三隔離電路輸出端的第二電平轉換電路，所述第三隔離電路的輸入端與斷路器的輔助觸點相連，所述第二電平轉換電路的輸出端與復雜可編程邏輯器件CPLD相連。開關量信號與斷路器的開斷狀態同步，監測系統中的高速數據處理器DSP根據開關量的狀態以及各種模擬量的數據特征來進行分析，并對發生的事件進行分類(如分閘、 合閘、拒分、拒合、偷調、分合聯動、儲能啟停等)存儲。所述復雜可編程邏輯器件CPLD是保證高速數據處理器DSP外部芯片能夠正常有序工作的邏輯控制芯片，完成如多通道模擬信號的通道切換、模擬信號的信號極性判別、啟停信號的判決、A\D轉換的方式控制、采集數據的保存、數據交換與通信以及時鐘校時的控制都是由復雜可編程邏輯器件CPLD進行邏輯控制的和時序分配的。所述FLASH存儲器將記錄的事件數據及高速數據處理器DSP分析處理的事件性質及分類信息進行保存，等待上傳輸出。本實用新型監測系統還設置有與高速數據處理器DSP連接的隔離收發器RS485， 其集成了電源隔離、電氣隔離、RS-485接口芯片和總線保護器，是對監測系統進行集中控制的通信接口。所述時鐘芯片為監測系統的事件記錄提供時間基準，保證事件記錄的時間精準。 為了消除時鐘芯片的累積誤差和監測網絡中的各個監測系統之間的時間誤差，本實用新型監測系統進一步包括與CPLD和高速數據處理器DSP相連的全球定位系統GPS標準時鐘源， 每天會定時對監測網絡中的各個監測單元進行時間校對。在上述實施例中，所述全球定位系統GPS標準時鐘源設置在監測系統內，并與 CPLD和高速數據處理器DSP相連，實現單機時間校準。為了實現對于監測系統中的所有監測單元進行時間校對，所述全球定位系統GPS標準時鐘源也可以直接連接在中心計算機上，由計算機每天定時對其控制的所有監測單元進行校時。本實用新型監測系統隨時處于待觸發狀態，當斷路器發生任何事件時就會啟動監測系統記錄各特征參數數據。下面介紹本實用新型監測系統的控制過程，斷路器的輔助觸點發生變化后，該變化信號經隔離、電平轉換后，被傳輸給復雜可編程邏輯器件CPLD，由復雜可編程邏輯器件 CPLD判斷斷路器的狀態變化；所述第一模擬量的電流信號經過第一模擬量監測電路后，最后進入復雜可編程邏輯器件CPLD接口，復雜可編程邏輯器件CPLD經分析判斷后記錄儲能電機的啟停間隔時間；所述斷路器斷口的電流傳感器、分合閘線圈電流傳感器，SF6氣體密度傳感器以及位移傳感器的模擬量信號量經過電子開關切換、放大、隔離后與高速模數轉換(A/D)芯片相連，電子開關的切換以及高速模數轉換(A/D)通道的切換由高速數據處理器DSP經復雜可編程邏輯器件(CPLD)控制。本實用新型監測系統采用物聯網概念，將數字識別技術，傳感器技術、GPS全球定位技術，數字化檢測技術，光電數據通信等技術等結合在一起，以高速數據處理器DSPM09 為核心芯片，外圍芯片采用大規模復雜邏輯可編程芯片CPLD、大容量FLASH39VF400、前置信號調理及隔離電路、高精度多通道A/D轉換芯片AD7865、時鐘芯片DS12C887+芯片、隔離收發器RSM485CHT等，建立一個全新的斷路器監測系統。所述數字識別技術可以自動識別變電站安裝的各個系統監測單元，并與被監測對象建立對應關系。所述傳感器技術指采用不同的傳感器設計，將斷路器的各類狀態參數轉換成電壓或電流量便于數字檢測，電量傳感器全部采用開合式磁平衡設計，不用拆解斷路器二次接線即可安裝使用。所述GPS全球定位技術可以獲得監測系統的地理信息及標準時鐘，結合監測單元上的時鐘芯片DS12C887+，每天定時進行時鐘校準，使得監測網絡的時鐘一致并與變電站保護系統的時鐘嚴格一致。所述數字化檢測技術是建立在傳感器技術、高速A/D轉換芯片AD7865和高速數據處理器DSPM09基礎上的實時數據采集及處理技術。所述前置信號調理及隔離電路是將斷路器各個狀態信號進行放大、濾波、電氣隔離，保證監測單元的安全、穩定、可靠運行。所述光電隔離通信技術是為了保證監測網絡中各個監測單元之間以及與數據交換機之間電源隔離、電氣隔離，確保監測網絡的穩定、可靠運行。高速數據處理器DSP5409強大的數據處理能力和大容量FLASH存儲器保證了監測單元能夠捕捉斷路器瞬間發生的事件并記錄各個物理量的特征參數數據，并能夠對記錄事件的數據進行特征與行為分析和判斷，及時通過網絡數據連接與中心監控主機進行數據交換機。本實用新型監測系統切實貼近智能電網的要求，通過系統后臺機實現對 110-330kV變電站內斷路器設備狀態的全面監測，大力提升了斷路器的檢測水平，提升并實現“當修即修，不做無為檢修”，避免了機構檢修的盲目性和強制性造成的設備“過度檢修”， 節約了大量的人力、物力，預估計一年可節約機構檢修資金150萬元(斷路器可減少檢修臺數50臺，每臺平均可節約資金約3萬元，合計150萬元)。同時，本實用新型監測系統適用于電力系統及各廠礦、企業、發電廠、變電站，可產生利潤200萬元。合計產生經濟效益 350萬元。另外，本實用新型監測系統通過對斷路器運行的狀態判斷，使得分、合閘原因的判斷更加準確，大大提高對斷路器的監測水平，減少查找故障的時間，減少設備停電時間，極大提升供電可靠性。 以上所述僅為本實用新型的一種實施方式，不是全部或唯一的實施方式，本領域普通技術人員通過閱讀本實用新型說明書而對本實用新型技術方案采取的任何等效的變換，均為本實用新型的權利要求所涵蓋。
權利要求1.一種IlOkV 330kV變電站斷路器綜合在線監測系統，其特征在于包括高速數據處理器(DSPM09)，以及分別與高速數據處理器(DSP5409)連接的開關量監測電路、第一模擬量監測電路、第二模擬量監測電路、復雜可編程邏輯器件(CPLD)、隔離收發器(RS485)、 時鐘芯片，以及對監測系統進行時間校對的時鐘源，所述開關量監測電路的輸入端與斷路器的輔助觸點連接，輔助觸點的狀態變化經光電隔離和電平轉換后接入復雜可編程邏輯器件(CPLD)；所述第一模擬量監測電路的輸入端與儲能電機的電流傳感器信號相連，經放大、電平比較、光電隔離和電平轉換后接入復雜可編程邏輯器件(CPLD)；所述第二模擬量監測電路的輸入端分別與斷路器斷口的電流傳感器信號、分合閘線圈電流傳感器信號、SF6 氣體密度傳感器信號以及位移傳感器信號相連，第二模擬量的信號量經過電子開關切換、 放大、隔離后與高速模數轉換(A/D)芯片相連，電子開關的切換以及高速模數轉換(A/D)通道的切換由高速數據處理器經復雜可編程邏輯器件(CPLD)控制。
2.如權利要求1所述的IlOkV 330kV變電站斷路器綜合在線監測系統，其特征在于 所述時鐘源為全球定位系統(GPS)。
3.如權利要求1所述的IlOkV 330kV變電站斷路器綜合在線監測系統，其特征在于所述第一模擬量監測電路包括第一放大電路、連接在第一放大電路輸出端的第一比較電路，以及連接在第一比較電路輸出端的第一隔離電路。
4.如權利要求1所述的IlOkV 330kV變電站斷路器綜合在線監測系統，其特征在于所述第二模擬量監測電路包括第二放大電路、連接在第二放大電路輸出端的通道選擇電路、連接在通道選擇電路輸出端的第二隔離電路，以及連接在第二隔離電路輸出端的高速模數轉換(A/D)芯片。
5.如權利要求1所述的IlOkV 330kV變電站斷路器綜合在線監測系統，其特征在于 所述開關量監測電路包括第三隔離電路，以及連接在第三隔離電路輸出端的第二電平轉換電路。
6.如權利要求1所述的IlOkV 330kV變電站斷路器綜合在線監測系統，其特征在于 所述監測系統進一步包括與高速數據處理器相連的FLASH存儲器。
專利摘要本實用新型提供了一種110kV～330kV變電站斷路器綜合在線監測系統以高速數據處理器DSP5409為核心芯片，外加復雜可編程邏輯器件CPLD、大容量存儲芯片、時鐘芯片、時鐘源、隔離收發器(RS485)，以及各個監測電路，可以在斷路器運行狀態下記錄各種狀態參數，如LH二次電流、分合閘線圈電流、分合閘狀態、動觸頭位移、SF6氣體密度、儲能電機電流及啟動間隔時間等等。通過對發生事件記錄的數據進行處理與分析，對斷路器的運行狀態進行科學的評估，據此判斷斷路器操作機構、儲能機構、觸頭電壽命、SF6氣體密度、機械特性等運行狀態，為斷路器的狀態檢修提供科學的依據。此外，還可以通過標準時鐘源進行校時，使監測單元的事件記錄與保護系統的事件記錄嚴格對應，為斷路器的事故分析提供可靠的數據。
文檔編號H02J13/00GK202034827SQ201120097028
公開日2011年11月9日 申請日期2011年4月6日 優先權日2011年4月6日
發明者劉志, 劉蔚春, 張飛, 毛翠花, 程興勝, 陳偉, 陳公來, 陳謙, 黎斌 申請人:咸陽供電局, 西安銳馳電器有限公司