专利名称：110kV～330kV变电站断路器综合在线监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种变电站的在线监测系统，特别是一种IlOkV 330kV变电站断路器综合在线监测系统。
背景技术：
供电企业的断路器维护一直贯彻执行计划检修和故障检修制度。其本质特征是 不论设备实际状况如何，只要“到期”就要“检修”，盲目性大。结果造成大量人力物力的无效投入，增大计划停电时间，同时还增大人身事故和误操作事故的可能性。近几年来，随着传感技术、微电子技术、计算机软硬件和数字信号处理技术、人工神经网络、智能专家系统等综合智能系统在电力系统中的普及和应用，开展断路器状态监测和诊断成为电力系统中的一个重要研究领域。通过对断路器的动作特性，如动作类型 (合闸、分闸、拒分、拒合、偷跳等)、动作性质(正常、异常)以及开断电流、分合闸线圈电流、SF6密度以及机械行程及速度等参数进行实时数据采集和监测，结合断路器的特征参数，在智能专家系统的帮助下对断路器的运行状态进行科学评估。目前已有的断路器监测装置还没有在“物联网”概念下形成一个断路器监测网络， 无法实现自动识别、互联互动、精确定位校时。监测数据无法与保护装置的记录数据进行对照分析等缺陷，尤其是同一个在线监测系统在不同的地区存在时间差，从而导致不同地区的数据不一致，不能实现精确定位校对。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种IlOkV 330kV变电站断路器综合在线监测系统，在“物联网”概念下建立断路器监测网络，实现断路器状态监测的设备识别、互联互动、精准校时，并在智能专家系统的帮助下实现运行状态评估。为实现上述目的，本实用新型提供了一种IlOkV 330kV变电站断路器综合在线监测系统，包括高速数据处理器DSP5409，以及分别与高速数据处理器DSPM09连接的开关量监测电路、第一模拟量监测电路、第二模拟量监测电路、复杂可编程逻辑器件CPLD、时钟芯片，以及对监测系统进行时间校对的时钟源，所述开关量监测电路的输入端与断路器的辅助触点连接，辅助触点的状态变化经光电隔离和电平转换后接入复杂可编程逻辑器件 CPLD ；所述第一模拟量监测电路的输入端与储能电机的电流传感器信号相连，经放大、电平比较、光电隔离和电平转换后接入复杂可编程逻辑器件CPLD ；所述第二模拟量监测电路的输入端分别与断路器断口的电流传感器信号、分合闸线圈电流传感器信号，SF6气体密度传感器信号以及位移传感器信号相连，第二模拟量的信号量经过电子开关切换、放大、隔离后与高速模数转换A/D芯片相连，电子开关的切换以及高速模数转换A/D通道的切换由高速数据处理器经复杂可编程逻辑器件CPLD控制。作为本实用新型的最佳实施例，所述时钟源为全球定位系统GPS ；作为本实用新型的最佳实施例，所述第一模拟量监测电路包括第一放大电路、连接在第一放大电路输出端的第一比较电路，以及连接在第一比较电路输出端的第一隔离电路；作为本实用新型的最佳实施例，所述第二模拟量监测电路包括第二放大电路、连接在第二放大电路输出端的通道选择电路、连接在通道选择电路输出端的第二隔离电路， 以及连接在第二隔离电路输出端的AD转换芯片；作为本实用新型的最佳实施例，所述开关量监测电路包括第三隔离电路，以及连接在第三隔离电路输出端的第二电平转换电路；作为本实用新型的最佳实施例，所述监测系统进一步包括与高速模数转换器相连的FLASH存储器。与现有技术相比，本实用新型IlOkV 330kV变电站断路器综合在线监测系统至少具有以下优点本实用新型监测系统以高速数据处理器DSP5409为核心芯片，外加复杂逻辑可编程芯片CPLD以及各个监测电路，可以在断路器运行状态下记录各种状态参数，如 LH 二次电流、分合闸线圈电流、分合闸状态、动触头位移、SF6气体密度、储能电机电流及启动间隔时间等等。通过对发生事件记录的数据进行处理与分析，对断路器的运行状态进行科学的评估，据此判断断路器操作机构、储能机构、触头电寿命、SF6气体密度、机械特性等运行状态，为断路器的状态检修提供科学的依据。此外，还可以通过标准时钟源进行校时， 使监测单元的事件记录与保护系统的事件记录严格对应，为断路器的事故分析提供可靠的数据。
图1是本实用新型IlOkV 330kV变电站断路器综合在线监测系统的原理图；图2是本实用新型IlOkV 330kV变电站断路器综合在线监测系统监测单元的原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型IlOkV 330kV变电站断路器综合在线监测系统做详细描述应用本实用新型监测系统的整个网络结构请参阅图1所示，中心计算机通过光电转换连接有多个集线器，每一个集线器上连接有多个本实用新型监测系统。下面，请参阅图2所示，介绍本实用新型监测系统，本实用新型IlOkV 330kV变电站断路器综合在线监测系统包括高速数据处理器DSP5409，以及分别与高速数据处理器连接的开关量监测电路、第一模拟量监测电路、第二模拟量监测电路、复杂可编程逻辑器件 CPLD(Complex Programmable Logic Device)、时钟芯片，以及时钟源。所述第一模拟量监测电路包括第一放大电路、连接在第一放大电路输出端的第一比较电路，以及连接在第一比较电路输出端的第一隔离电路，所述第一放大电路的输入端与储能电机的电流信号相连，所述第一隔离电路的输出端与复杂可编程逻辑器件CPLD的输入端连接，所述比较电路的高电平表示储能电机在运行状态，低电平表示储能电机在停止状态。第一模拟量是经穿心式霍尔传感器变送的储能电机电流，该电流信号经过放大、比较、隔离后接入复杂可编程逻辑器件CPLD接口，经分析判断来记录储能电机的启停间隔时间。所述第二模拟量监测电路包括第二放大电路、连接在第二放大电路输出端的通道选择电路、连接在通道选择电路输出端的第二隔离电路，以及连接在第二隔离电路输出端的A/D转换芯片，所述第二放大电路的输入端分别与断路器的各种传感器相连，所述A/D转换芯片的输出端与复杂可编程逻辑器件CPLD相连，所述复杂可编程逻辑器件CPLD的一端与第二模拟量的通道选择电路相连，另一端与高速数据处理器DSP相连。第二模拟量是一组信号，包括断路器断口电流传感器信号、分合闸线圈电流传感器信号，以及位移传感器信号，这组信号分别与第二模拟量监测电路的通道选择电路的每一个通道相连，这组模拟量信号经放大、通道切换和隔离放大后接到模数转换A/D芯片接口上，A/D转换后的数字信号经复杂可编程逻辑器件CPLD后由高速数据处理器DSP处理， 所述高速数据处理器DSP还连接有FLASH存储器，经高速数据处理器DSP处理后的结果存入FLASH存储器。所述开关量监测电路包括第三隔离电路，以及连接在第三隔离电路输出端的第二电平转换电路，所述第三隔离电路的输入端与断路器的辅助触点相连，所述第二电平转换电路的输出端与复杂可编程逻辑器件CPLD相连。开关量信号与断路器的开断状态同步，监测系统中的高速数据处理器DSP根据开关量的状态以及各种模拟量的数据特征来进行分析，并对发生的事件进行分类(如分闸、 合闸、拒分、拒合、偷调、分合联动、储能启停等)存储。所述复杂可编程逻辑器件CPLD是保证高速数据处理器DSP外部芯片能够正常有序工作的逻辑控制芯片，完成如多通道模拟信号的通道切换、模拟信号的信号极性判别、启停信号的判决、A\D转换的方式控制、采集数据的保存、数据交换与通信以及时钟校时的控制都是由复杂可编程逻辑器件CPLD进行逻辑控制的和时序分配的。所述FLASH存储器将记录的事件数据及高速数据处理器DSP分析处理的事件性质及分类信息进行保存，等待上传输出。本实用新型监测系统还设置有与高速数据处理器DSP连接的隔离收发器RS485， 其集成了电源隔离、电气隔离、RS-485接口芯片和总线保护器，是对监测系统进行集中控制的通信接口。所述时钟芯片为监测系统的事件记录提供时间基准，保证事件记录的时间精准。 为了消除时钟芯片的累积误差和监测网络中的各个监测系统之间的时间误差，本实用新型监测系统进一步包括与CPLD和高速数据处理器DSP相连的全球定位系统GPS标准时钟源， 每天会定时对监测网络中的各个监测单元进行时间校对。在上述实施例中，所述全球定位系统GPS标准时钟源设置在监测系统内，并与 CPLD和高速数据处理器DSP相连，实现单机时间校准。为了实现对于监测系统中的所有监测单元进行时间校对，所述全球定位系统GPS标准时钟源也可以直接连接在中心计算机上，由计算机每天定时对其控制的所有监测单元进行校时。本实用新型监测系统随时处于待触发状态，当断路器发生任何事件时就会启动监测系统记录各特征参数数据。下面介绍本实用新型监测系统的控制过程，断路器的辅助触点发生变化后，该变化信号经隔离、电平转换后，被传输给复杂可编程逻辑器件CPLD，由复杂可编程逻辑器件 CPLD判断断路器的状态变化；所述第一模拟量的电流信号经过第一模拟量监测电路后，最后进入复杂可编程逻辑器件CPLD接口，复杂可编程逻辑器件CPLD经分析判断后记录储能电机的启停间隔时间；所述断路器断口的电流传感器、分合闸线圈电流传感器，SF6气体密度传感器以及位移传感器的模拟量信号量经过电子开关切换、放大、隔离后与高速模数转换(A/D)芯片相连，电子开关的切换以及高速模数转换(A/D)通道的切换由高速数据处理器DSP经复杂可编程逻辑器件(CPLD)控制。本实用新型监测系统采用物联网概念，将数字识别技术，传感器技术、GPS全球定位技术，数字化检测技术，光电数据通信等技术等结合在一起，以高速数据处理器DSPM09 为核心芯片，外围芯片采用大规模复杂逻辑可编程芯片CPLD、大容量FLASH39VF400、前置信号调理及隔离电路、高精度多通道A/D转换芯片AD7865、时钟芯片DS12C887+芯片、隔离收发器RSM485CHT等，建立一个全新的断路器监测系统。所述数字识别技术可以自动识别变电站安装的各个系统监测单元，并与被监测对象建立对应关系。所述传感器技术指采用不同的传感器设计，将断路器的各类状态参数转换成电压或电流量便于数字检测，电量传感器全部采用开合式磁平衡设计，不用拆解断路器二次接线即可安装使用。所述GPS全球定位技术可以获得监测系统的地理信息及标准时钟，结合监测单元上的时钟芯片DS12C887+，每天定时进行时钟校准，使得监测网络的时钟一致并与变电站保护系统的时钟严格一致。所述数字化检测技术是建立在传感器技术、高速A/D转换芯片AD7865和高速数据处理器DSPM09基础上的实时数据采集及处理技术。所述前置信号调理及隔离电路是将断路器各个状态信号进行放大、滤波、电气隔离，保证监测单元的安全、稳定、可靠运行。所述光电隔离通信技术是为了保证监测网络中各个监测单元之间以及与数据交换机之间电源隔离、电气隔离，确保监测网络的稳定、可靠运行。高速数据处理器DSP5409强大的数据处理能力和大容量FLASH存储器保证了监测单元能够捕捉断路器瞬间发生的事件并记录各个物理量的特征参数数据，并能够对记录事件的数据进行特征与行为分析和判断，及时通过网络数据连接与中心监控主机进行数据交换机。本实用新型监测系统切实贴近智能电网的要求，通过系统后台机实现对 110-330kV变电站内断路器设备状态的全面监测，大力提升了断路器的检测水平，提升并实现“当修即修，不做无为检修”，避免了机构检修的盲目性和强制性造成的设备“过度检修”， 节约了大量的人力、物力，预估计一年可节约机构检修资金150万元(断路器可减少检修台数50台，每台平均可节约资金约3万元，合计150万元)。同时，本实用新型监测系统适用于电力系统及各厂矿、企业、发电厂、变电站，可产生利润200万元。合计产生经济效益 350万元。另外，本实用新型监测系统通过对断路器运行的状态判断，使得分、合闸原因的判断更加准确，大大提高对断路器的监测水平，减少查找故障的时间，减少设备停电时间，极大提升供电可靠性。 以上所述仅为本实用新型的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。
权利要求1.一种IlOkV 330kV变电站断路器综合在线监测系统，其特征在于包括高速数据处理器(DSPM09)，以及分别与高速数据处理器(DSP5409)连接的开关量监测电路、第一模拟量监测电路、第二模拟量监测电路、复杂可编程逻辑器件(CPLD)、隔离收发器(RS485)、 时钟芯片，以及对监测系统进行时间校对的时钟源，所述开关量监测电路的输入端与断路器的辅助触点连接，辅助触点的状态变化经光电隔离和电平转换后接入复杂可编程逻辑器件(CPLD)；所述第一模拟量监测电路的输入端与储能电机的电流传感器信号相连，经放大、电平比较、光电隔离和电平转换后接入复杂可编程逻辑器件(CPLD)；所述第二模拟量监测电路的输入端分别与断路器断口的电流传感器信号、分合闸线圈电流传感器信号、SF6 气体密度传感器信号以及位移传感器信号相连，第二模拟量的信号量经过电子开关切换、 放大、隔离后与高速模数转换(A/D)芯片相连，电子开关的切换以及高速模数转换(A/D)通道的切换由高速数据处理器经复杂可编程逻辑器件(CPLD)控制。
2.如权利要求1所述的IlOkV 330kV变电站断路器综合在线监测系统，其特征在于 所述时钟源为全球定位系统(GPS)。
3.如权利要求1所述的IlOkV 330kV变电站断路器综合在线监测系统，其特征在于所述第一模拟量监测电路包括第一放大电路、连接在第一放大电路输出端的第一比较电路，以及连接在第一比较电路输出端的第一隔离电路。
4.如权利要求1所述的IlOkV 330kV变电站断路器综合在线监测系统，其特征在于所述第二模拟量监测电路包括第二放大电路、连接在第二放大电路输出端的通道选择电路、连接在通道选择电路输出端的第二隔离电路，以及连接在第二隔离电路输出端的高速模数转换(A/D)芯片。
5.如权利要求1所述的IlOkV 330kV变电站断路器综合在线监测系统，其特征在于 所述开关量监测电路包括第三隔离电路，以及连接在第三隔离电路输出端的第二电平转换电路。
6.如权利要求1所述的IlOkV 330kV变电站断路器综合在线监测系统，其特征在于 所述监测系统进一步包括与高速数据处理器相连的FLASH存储器。
专利摘要本实用新型提供了一种110kV～330kV变电站断路器综合在线监测系统以高速数据处理器DSP5409为核心芯片，外加复杂可编程逻辑器件CPLD、大容量存储芯片、时钟芯片、时钟源、隔离收发器(RS485)，以及各个监测电路，可以在断路器运行状态下记录各种状态参数，如LH二次电流、分合闸线圈电流、分合闸状态、动触头位移、SF6气体密度、储能电机电流及启动间隔时间等等。通过对发生事件记录的数据进行处理与分析，对断路器的运行状态进行科学的评估，据此判断断路器操作机构、储能机构、触头电寿命、SF6气体密度、机械特性等运行状态，为断路器的状态检修提供科学的依据。此外，还可以通过标准时钟源进行校时，使监测单元的事件记录与保护系统的事件记录严格对应，为断路器的事故分析提供可靠的数据。
文档编号H02J13/00GK202034827SQ201120097028
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月6日 优先权日2011年4月6日
发明者刘志, 刘蔚春, 张飞, 毛翠花, 程兴胜, 陈伟, 陈公来, 陈谦, 黎斌 申请人:咸阳供电局, 西安锐驰电器有限公司