断路器的在线监测装置及开关柜的制作方法

本公开涉及电气设备领域，特别涉及一种断路器的在线监测装置及开关柜。

背景技术：

开关柜应用于例如国家电网等电力系统，在电力系统中起开合、控制和保护用电设备的功能。断路器是开关柜中最重要的元器件，一方面用于控制线路的断开和闭合，另一方面用于保护开关柜，在发生故障时断路器被自动启动，将故障部分从电网中迅速切除，确保电网的无故障部分正常运行。

电力物联网是未来电力系统的发展方向，断路器的状态监测和数据交互是电力物联网重要的一环。传统制造的开关柜的断路器一般都没有设置状态监测装置，因此一般需要对传统的开关柜进行改动安装相应的监测装置，但由于开关柜内的各电气部件彼此之间存在着复杂的电气连接，对开关柜的任何一个部件的改动都可能影响其他部件的功能，因此如何采集断路器的状态数据是目前业界面临的一个问题。

技术实现要素：

为了解决相关技术中存在的对传统的开关柜进行改动安装监测装置面临改装工作复杂的问题，本公开提供了一种可快速改装、节省改装成本的断路器的在线监测装置及开关柜。

本公开提供一种断路器的在线监测装置，包括：

断路器；以及

电流采集单元，其集成于电气防跳盒内部的防跳控制板上，所述防跳控制板上设置有多个外接口，所述断路器的分闸线圈电流、合闸线圈电流和储能电机电流通过所述外接口接入所述防跳控制板，所述电流采集单元与接入所述分闸线圈电流、合闸线圈电流和储能电机电流的外接口电连接，以采集断路器的分闸线圈电流、合闸线圈电流和储能电机电流。

可选的，所述在线监测装置还包括设置在所述防跳控制板上的采集模块，所述采集模块包括所述电流采集单元、与所述电流采集单元电连接的模数转换单元、与所述模数转换单元电连接的处理器和与所述处理器电连接的第一无线通信单元；

所述采集模块还包括设置在所述防跳控制板上的多个扩展接口，所述断路器的底盘车电机电流通过其中一所述扩展接口接入所述防跳控制板，所述电流采集单元与接入底盘车电机电流的扩展接口电连接，以采集底盘车电机电流。

可选的，所述电流采集单元包括多个板载霍尔电流传感器，每一板载霍尔电流传感器与接入分闸线圈电流、合闸线圈电流、储能电机电流和底盘车电机电流的其中一所述外接口或其中一所述扩展接口连接，以采集分闸线圈电流、合闸线圈电流、储能电机电流和底盘车电机电流。

可选的，多个所述扩展接口中的另一扩展接口与检测所述断路器主轴转动角度的角位移传感器电连接；

与所述角位移传感器电连接的所述扩展接口与所述模数转换单元电连接，以将所述角位移传感器采集到的模拟电压信号转换为数字信号。

可选的，多个所述外接口集成在同一外接口模块上，多个扩展接口集成在同一扩展接口模块上。

可选的，所述在线监测装置还包括无线接收模块；

所述在线监测装置还包括采集模块，所述采集模块包括所述电流采集单元、与所述电流采集单元电连接的模数转换单元、与所述模数转换单元电连接的处理器和与所述处理器电连接的第一无线通信单元，所述处理器对数模转换后的电流数据进行处理，生成电流-时间的电流波形图，对电流波形图提取特征值，并将所述电流波形图和提取的特征值通过所述第一无线通信单元发送至所述无线接收模块。

可选的，所述无线接收模块包括电路板、设置在所述电路板上的处理单元和第二无线通信单元，所述第二无线通信单元与所述第一无线通信单元无线通信，以接收所述电流采集单元的电流-时间电流波形数据以及特征值数据，所述处理单元将波形数据保存为标准的comtrade格式，将特征值数据保存为报告，并通过所述无线接收模块的网口以iec103的规约上传至后台诊断系统。

可选的，所述在线监测装置还包括用于监测断路器触头、触臂、母线搭接处、电缆搭接处的多个无线温度传感器，所述无线接收模块与各所述无线温度传感器进行无线通信连接，以接收各所述无线温度传感器采集的温度数据。

可选的，所述在线监测装置还包括扩展模块，所述扩展模块与所述无线接收模块串行连接；

所述扩展模块包括扩展电路板、设置在所述扩展电路板上的处理器和模数转换单元；

所述扩展模块具有多个接口，三相主回路电流和接地开关电机电流通过对应的所述接口接入所述扩展模块；

所述在线监测装置还包括用于监测断路器的三相主回路电流的主回路电流传感器和用于监测接地开关电机电流的接地开关电流传感器，所述主回路电流传感器与接入三相主回路电流的接口连接，所述接地开关电流传感器与接入接地开关电机电流的接口连接，所述主回路电流传感器和所述接地开关电流传感器位于所述扩展模块的内部或外部。

可选的，所述扩展模块还包括用于检测断路器开、闭次数的开入量检测单元和开入量检测接口，所述开入量检测接口通过导线电连接开关柜的二次回路以获取开关信号；

所述开入量检测单元设置在所述扩展模块的内部，所述开入量检测单元包括分压回路和开入量传感器，所述扩展模块通过串行通信将所述开入量传感器检测到的开入量传输至所述无线接收模块。

可选的，所述主回路电流传感器和接地开关电流传感器为开口式霍尔电流传感器，所述开入量传感器为光耦合传感器。

本公开另提供一种开关柜，包括：

柜体，包括断路器室和低压室；

设置在所述断路器室的电气防跳盒，以及

上述的断路器的在线监测装置，所述在线监测装置的断路器设置在所述断路器室，所述在线监测装置的电流采集单元设置在所述电气防跳盒内，所述在线监测装置的无线接收模块设置在所述低压室。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开提供一种断路器的在线监测装置，包括断路器和电流采集单元，电流采集单元集成在电气防跳盒内部的防跳控制板上，防跳控制板上设置有多个外接口，断路器的分闸线圈电流、合闸线圈电流和储能电机电流通过外接口接入防跳控制板，电流采集单元与接入分闸线圈电流、合闸线圈电流和储能电机电流的外接口电连接，以采集断路器的分闸线圈电流、合闸线圈电流和储能电机电流。本公开将电流采集单元集成在防跳控制板上，利用原本为实现防跳功能而接入防跳控制板的分闸线圈电流、合闸线圈电流和储能电机电流，进行断路器相关状态数据的采集，由此，在不改变断路器原有机械结构和电气二次接线结构的条件下，在保持原有电气防跳功能的情况下，实现断路器相关状态数据的采集，为断路器的运行状态监测和诊断分析提供了数据支撑。并且本公开的结构改动小，可实现快速改装，还节省了大量人力、物力等改装成本。

本公开另提供一种开关柜，包括柜体、设置在断路器室的电气防跳盒和断路器的在线监测装置。柜体包括断路器室和低压室，断路器设置在断路器室，在线监测装置的电流采集单元集成在电气防跳盒内，在线监测装置的无线接收模块设置在低压室。由于该开关柜采用上述断路器的在线监测装置，为实现物联网，该开关柜能够快速改装，节省了大量人力、物力等改装成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并于说明书一起用于解释本公开的原理。

图1是根据本公开一示例性实施例示出的一种开关柜的结构示意图。

图2是本公开防跳盒内部的防跳控制板的结构示意图。

图3是本公开一示例性实施例示出的断路器的在线监测装置的示意框图。

具体实施方式

为了进一步说明本公开的原理和结构，现结合附图对本公开的优选实施例进行详细说明。

如图1所示，本公开提供一种开关柜100，该开关柜100包括柜体10和设置在柜体内的断路器的在线监测装置，该柜体10包括断路器室101和低压室102。断路器20和电气防跳盒40设置在断路器室101内。电流采集单元设置在电气防跳盒40内，无线接收模块30设置在低压室102内。

由于用于采集断路器电流信号的电流采集单元设置在电气防跳盒40内，该电流采集单元利用电气防跳盒40内部原有接入的断路器20的分闸线圈电流、合闸线圈电流和储能电机电流，采集相应的电流信号。在保有电气防跳盒40原有防跳功能的情况下，对其接入的电流信号再次利用，而不必重新改装拉线进行电流信号的监测，节约了改装的人力物力。

在一实施例中，本公开提供一种断路器的在线监测装置，该在线监测装置包括断路器20和采集模块。采集模块可为一具有壳体的集成模块。

采集模块包括电流采集单元，结合图2和图3所示，电流采集单元集成在电气防跳盒40内部的防跳控制板41上。电流采集单元可以包括分闸线圈电流传感器42、合闸线圈电流传感器43和储能电机电流传感器44，分别用于采集分闸线圈电流、合闸线圈电流和储能电机电流。分闸线圈电流传感器42、合闸线圈电流传感器43和储能电机电流传感器44可为板载霍尔电流传感器，该些板载霍尔电流传感器均安装在防跳控制板41上。防跳控制板41上设置有多个外接口411，如图2所示，例如外接口1-18。该些外接口可以集成在同一接口模块上。断路器的分闸线圈电流、合闸线圈电流和储能电机电流可以通过导线等导电体传导至对应的外接口，例如，传导至外接口8、10、14。电流采集单元的各板载霍尔电流传感器分别与接入分闸线圈电流、合闸线圈电流和储能电机电流的外接口连接。例如，电流采集单元包括三个板载霍尔电流传感器，其中一个与接入分闸线圈电流的外接口8连接，另一个与接入合闸线圈电流的外接口10连接，最后一个与接入储能电机电流的外接口14连接。

电气防跳盒40为实现自身防跳功能，本已引入了分闸线圈电流、合闸线圈电流和储能电机电流，因此，在电气防跳盒40的防跳控制板41上增加电流采集单元，可直接采集到断路器的分闸线圈电流、合闸线圈电流和储能电机电流的数据。不必要对原有设备进行大改装，节省了大量的改装成本，也减短了改装而造成的停电时间。

因此，本实施例中将电流采集单元安装在防跳控制板上，利用原本为实现防跳功能而接入防跳控制板的分闸线圈电流、合闸线圈电流和储能电机电流，进行断路器相关状态数据的采集，由此，在不改变断路器原有机械结构和电气二次接线结构的条件下，在保持原有电气防跳功能的情况下，实现断路器相关状态数据的采集，为断路器的运行状态监测和诊断分析提供了数据支撑。并且本公开的结构改动小，可实现快速改装，节省的大量人力、物力等改装成本。

电流采集模块还包括设置在防跳控制板41多个扩展接口412，例如，扩展接口19-26。该些扩展接口19-26可以集成在同一扩展接口模块上。

断路器底部的底盘车电机电流通过其中一扩展接口412接入防跳控制板，例如，通过扩展接口21-22接入。电流采集单元还包括设在防跳控制板41上的底盘车电机电流传感器45，该底盘车电机电流传感器45与接入底盘车电机电流的扩展接口412电连接，以采集底盘车电机电流。底盘车电机电流传感器45可以是板载霍尔电流传感器。

在本实施例中，采集单元包括4个板载霍尔电流传感器，4个板载霍尔电流传感器分别与接入分闸线圈电流、合闸线圈电流和储能电机电流的三外接口和接入底盘车电机电流的一扩展接口连接，以采集分闸线圈电流、合闸线圈电流、储能电机电流和底盘车电机电流。霍尔电流传感器体积小，灵敏度较高，对原电气防跳控制盒的电路原理和线路无干扰，不影响其电气防跳功能。

此外，在本公开的描述中，需要理解的是，术语“一”是一种泛指，它可以指一个或一组、一排等，其实际含义应结合具体意境确定。

多个扩展接口412中的另一扩展接口通过导电线与检测断路器主轴转动角度的角位移传感器46电连接。例如，扩展接口23-25与该角位移传感器46电连接。角位移传感器46安装在靠近主轴的位置。

采集模块还包括与电流采集单元电连接的模数转换单元和与模数转换单元电连接的处理器。即板载霍尔电流传感器与模数转换单元电连接，以将采集到的模拟电流信号转换为数字信号。与角位移传感器电连接的扩展接口与模数转换单元电连接，以将角位移传感器采集到的模拟电压信号转换为数字信号。模数转换的数据输入至处理器，由处理器对数据进行处理。例如，处理器通过录波功能，记录合闸、分闸全过程的合闸、分闸线圈的电流-时间的电流波形，并针对电流波形进特征点提取算法分析，提取例如合闸线圈最大电流、合闸线圈最小电流、合闸线圈带电时间、平均动作电流、最大操作电流、最大储能电机电流、底盘车摇入摇出时间、最大底盘车电机电流等特征值，并将提取的特征值储存。又例如，处理器通过录波功能，记录合闸全过程的主轴角度波形，通过角度-行程转换模型将角度波形转换为行程波形；然后针对行程波形进行特征点提取算法分析，提取例如总行程、最大行程、最小行程、合闸速度等用于机械特性分析的特征值，并将提取的特征值储存。

进一步，在线监测装置还包括无线接收模块30，采集模块还包括与处理器电连接的第一无线通信单元。采集模块中存储的电流波形、行程波形和特征值通过第一无线通信单元发送至无线接收模块30。无线接收模块30设置在低压室中，因此无需改动二次接线。

无线接收模块30包括电路板、设置在电路板上的处理单元和第二无线通信单元。第二无线通信单元与第一无线通信单元无线通信，以接收电流采集单元的电流波形、行程波形数据以及特征值数据。处理单元将波形数据保存为标准的comtrade格式，将特征值数据保存为报告，并通过无线接收模块30的网口以iec103的规约上传至后台诊断系统。后台诊断系统根据这些数据对断路器进行监测、故障预警和寿命分析。无线接收模块30与后台诊断系统之间可通过有线通信方式传输信号。无线接收模块30与采集模块进行无线通信连接，不需要航空插，保证了一次和二次的隔离，提高了安全性能。

在线监测装置还包括设置在断路器触头处、触臂处、母线搭接处、电缆搭接处分别用于监测断路器触头、触臂、母线搭接处、电缆搭接处的多个无线温度传感器61，无线接收模块30与该些无线温度传感器61进行无线通信连接，以接收各无线温度传感器61采集的温度数据，以监测主回路的温升情况。无线接收模块30与该些无线温度传感器61之间可通过zigee、2.4g通信频段等通信方式进行通信连接。

在线监测装置还包括设置在低压室的扩展模块50，该扩展模块50与无线接收模块30串行连接，例如通过spi串行连接。该扩展模块50包括扩展电路板、设置在扩展电路板上的处理器和与该处理器电连接的模数转换单元。

扩展模块50具有多个接口，三相主回路电流和接地开关电机电流通过对应接口接入扩展模块50。

在线监测装置还包括用于监测断路器的三相主回路电流的主回路电流传感器51和用于监测接地开关电机电流的接地开关电流传感器52。主回路电流传感器51与接入三相主回路电流的接口连接，接地开关电流传感器52与接入接地开关电机电流的接口连接。扩展模块50为一具有壳体的集成模块，主回路电流传感器和接地开关电流传感器可以位于扩展模块50的外部，通过连接线与扩展模块的接口连接，当然，主回路电流传感器和接地开关电流传感器也可以位于扩展模块50的内部。

扩展模块50还包括用于检测断路器开、闭次数的开入量检测单元和开入量检测接口，开入量检测接口通过导线电连接开关柜的二次回路以获取开关信号。

开入量检测单元包括分压回路和开入量传感器，开入量传感器设置在扩展模块50的内部，例如设置在扩展模块50的扩展电路板上。扩展模块50通过串行通信将所述开入量传感器检测到的开入量传输至无线接收模块30。

主回路电流传感器和接地开关电流传感器为开口式霍尔电流传感器，使用开口式传感器接入相对应电流量采集三相主回路电流，采集接地开关电机电流，不用修改二次接线。开入量传感器为光耦合传感器。开入量传感器设置在扩展电路板上可实现光电隔离。

无线接收模块30对主回路电流传感器和接地开关电流传感器器采集到的数据进行处理和分析，生产电流波形图，提取断路器开断电流、燃弧时间、电寿命、接地开关电机带电时间、最大接地开关电机电流等特征值，并将处理得到的波形图数据和特征值数据上传至后台诊断系统。

无线接收模块30通过接收光耦合传感器采集的开入量信息，可用于分析断路器合分闸回路断线等开关量告警信号。

以上仅为本公开的较佳可行实施例，并非限制本公开的保护范围，凡运用本公开说明书及附图内容所作出的等效结构变化，均包含在本公开的保护范围内。