一种开关柜的一次主回路和二次传感器融合方法与流程

本发明属于电力设备优化领域，具体地涉及一种开关柜的一次主回路和二次传感器融合方法。

背景技术：

目前，开关柜一次设备与二次设备之间是相对分开的。由于发展智能电网的需求，一次与二次电气设备之间将没有明显界限。与此同时，对整个配电开关领域而言，也是一次发展机遇。由于一、二次设备产业之间的界限越来越不明显，二次设备的部分功能将转移到一次设备之中，融合为更为集成化的智能单元。作为智能化的一部分，传感器接入高压设备本体需要在高压设备设计阶段进行充分考虑。此外，考虑到运行、维护以及电子设备与一次设备之间的寿命匹配：如一次设备本体寿命要求30年，二次设备一般是12年左右，应该如何进行匹配是应该考虑的一个问题。一次主回路和二次传感器融合设计可以保证高压设备的可靠性和传感器的灵敏性，此外，传感器应用研究需要考虑传感器的使用寿命，要与一次本体接近，同时考虑内置传感器和主设备本体运行的相互影响，以及传感器布点方案研究。

开关柜主要送电部分称为一次主回路，就是从母线开始，通过隔离开关（或者触头）、断路器、电流互感器、直至电缆这一供电的主路径。为保障开关柜主回路和传感器的稳定运行，开关柜内的几种最常用传感器的选型和安装方式需要改进和确定下来。目前，中压柜里装设湿度监控装置有效防止设备内出现凝露现象。按照空气学理论：加热装置要装在设备的底部，湿度监控装置要装在设备的中上部。但实际应用中，工作时局部位置受到场强分布影响。同时，大多数供应商提供的一体式结构无线测温装置传感器(即感温元件、发射装置和供电模块一体化，且电池应可单独更换)，而电池受使用环境要求限制，其在高温环境容易发生故障。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种开关柜的一次主回路和二次传感器融合方法，用以优化开关柜一次主回路和二次传感器回路，使其更好协同工作，并在解决上述背景问题的基础上进一步降低开关柜绝缘故障。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种开关柜的一次主回路和二次传感器融合方法，将传感器安装在开关柜内部，包括如下步骤

A，获取开关柜内部的电场强度分布情况；

B，将弧光传感器安装在电场强度最大处，将湿度传感器和加热器安装在电场强度最小处，将温度传感器安装在线路连接部位。

进一步的，所述步骤A中，采用场强仿真获取开关柜内部的电场强度分布情况。

进一步的，所述弧光传感器使用外径1mm以上的单模光纤的具有压缩和加密的通用双向连接器进行连接。

进一步的，将湿度传感器安装在电缆室、断路器室柜壁靠上位置。

进一步的，将加热器安装在电缆室、断路器室柜壁靠下位置。

进一步的，在加热器的发热板上增加硅橡胶涂层。

进一步的，采用电流互感器从一次主回路取电为温度传感器供电。

进一步的，将温度传感器安装在母线室铜排桥接处和梅花触头处和/或断路器的插头处。

进一步的，所述温度传感器采用DS18B20数字温度传感器，将其与ZigBee芯片连接，由ZigBee芯片将DS18B20数字温度传感器的测温数据结果以无线通信方式发送出来，DS18B20芯片的信号地和一次主回路直接相连并使用环氧树脂封装。

进一步的，所述弧光传感器和湿度传感器信号线采用双层隔离屏蔽，信号线的内层采用单端接地，外层采用双端接地，使用IEC-101规约通信。

本发明的有益技术效果：

1.利用静电场仿真结果确定高低场强位置，也同时能确定弧光传感器、湿度传感器与加热器的安装位置，在准确监测配电开关运行状态的同时减小传感器受到的强电磁干扰。

2.本发明无线测温传感器的安装方式具有以下优点:a安全性：独立式测温单元（ZigBee协议无线传输）等电位绝缘安装，有效避免爬电影响，不降低电气设备的安全性能；b准确性：数字式温度传感器，采用接触式测温，十分接近发热点，能快速准确的监测测温点的温度变化；c灵活性：体积小，安装简便、组网灵活，方便监控点数量的增加；d低功耗：低功耗设计，在保证正常测温情况下，延长传感器的使用寿命。

3.采用硅橡胶将加热器封装成一个模块，提高绝缘性能及使用寿命。

4.提高了抗电磁干扰的性能，试验检验结果优于EMC标准。

5.信号线的内层采用单端接地，外层却是双端接地，用单端或双端接地可减小低平干扰，用双端接地可减小高频干扰。

6.IEC101规约通信方式为串口通信，适用于厂站与调度主站间通讯。

附图说明

图1为本发明实施例的配电开关柜电缆室42kV时主回路附近电场强度分布仿真图；

图2为本发明实施例的配电开关柜电缆室42kV时柜壁处电场强度分布仿真图；

图3为本发明实施例的配电开关柜传感器安装位置示意图；

图4为本发明实施例的梅花触头处温度传感器安装结构；

图5为本发明实施例的筛网电磁兼容测试项目表图；

图6为本发明实施例的静电放电抗扰度测试结果表图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件均按照产品说明书进行。所涉及到的开关柜或传感器等电子元件未注明生产厂商者，均为可以通过市场购买获得的常规产品。

本发明适用于中高压开关柜一二次回路传感器优化，下面就以某型配电开关柜为例，来具体说明本发明。

一种开关柜的一次主回路和二次传感器融合方法，用于将传感器安装在开关柜内部，包括如下步骤：

A，获取开关柜内部的电场强度分布情况。

本实施例的开关柜如图3所示，包括控制室1、断路器室2、电缆室3和母线室4，本实施例中，开关柜内部的电场强度分布采用静电场仿真获得，当然，在其它实施例中，也可以采用测量或经验等方式获得。

采用静电场仿真具体过程为：根据中压开关柜（图3）的设计参数，建立其电缆室三维模型，并导入仿真平台进行仿真，主回路设置为额定短时工频耐受电压42kV（有效值），图1和图2分别为主回路附近电场强度和柜壁处电场强度分布的仿真结果图，从图中可以看出，场强最大的地方主要集中在主回路，离主回路较远处（靠近柜壁处）场强几乎为零。关于静电场仿真可以参照现有技术，此是本领域技术人员可以轻易实现，不再细说。

B，将弧光传感器安装在电场强度最大处，将湿度传感器和加热器安装在电场强度最小处，将温度传感器安装在线路连接部位。

具体的，从图1的电场强度分布情况可以看出，场强最大的地方主要集中在主回路，主回路的支撑绝缘子离柜壁最近的地方此处容易爬电，引发短路故障，主回路的电缆出线部分也容易短路，因此，将弧光传感器安装在这两个位置上，即图3所示位置8的两个位置，三相共布6个弧光传感器。

弧光传感器的型号选用的是Avago Technologies公司的QFBR-S10TR00Z紧凑的650nm模拟收发器与多功能连接器，使用外径1mm以上的单模光纤，具有压缩和加密的通用双向连接器，减少弧光传感器检测精度的损失，发送部分的光学组件安装了LED，光学组件使输出光功率进入塑料光纤的效率成倍提高。接收器部分采用硅PN节光电二极管与线性互阻抗放大器(TIA)，并且将二者都封装在一个光学组件里做成接收器的一部份。这样的封装使得使从光纤到光电二极管的功率成倍提高。

从图2中可以看出，离主回路较远处（即靠近柜壁处）场强几乎为零，适合安装加热器和湿度传感器，减小场强对传感器的冲击，同时结合空气学理论，因此，将湿度传感器安装在电缆室3、断路器室2柜壁靠上位置，即图3的位置6，将加热器安装在电缆室3、断路器室2柜壁靠下位置，即图3位置7。在加热器的发热板上增加硅橡胶涂层，以减少主回路场强干扰。而母线室4由于温度较高，一般不安装湿度传感器和加热器。

连接部位作为一个接触薄弱点，温度监控尤其重要，如本实施例中移开式断路器的插头和母线室4的铜牌连接处，即图3的位置5，因此，将温度传感器安装在此位置上，三相共布9个。

本实施例中，采用电流互感器从一次主回路取电为温度传感器供电，温度传感器采用DS18B20数字温度传感器，通过与ZigBee芯片连接，将测温数据结果以无线通信方式发送出来到监控中心，图4所示为插入式触头处的温度传感器的结构及安装方式，安装位置较小，DS18B20数字温度传感器12安装在触头13上接触测温，其与安装在环氧外壳14浅槽里的zigbee芯片10相连，9为取电环，环绕在母排上，通过电流互感给DS18B20数字温度传感器12和zigbee芯片10供电，11为梅花触头，zigbee芯片10的信号地与一次主回路相连，避免局部放电击穿设备。DS18B20数字温度传感器12和大功率的zigbee芯片10相连，为其设置较低波特率为9600bit/s，保证数据传输的抗干扰能力和实时地监测温度。如果电流互感器和铜排搭接处温度较高，也可考虑适当安装温度传感器。

为了屏蔽外界空间发来的电磁波，弧光传感器和湿度传感器的信号线采用双层隔离屏蔽，信号线的内层采用单端接地，外层却是双端接地，用单端或双端接地来抵抗低频干扰，用双端接地抵抗高频干扰；配合串口通调度使用IEC-101远动规约通信，适用于厂站与调度主站间通讯。

对根据上述方法进行融合后的系统整体进行电磁干扰（EMC）测试，其电磁兼容测试项目如图5所示。其中，性能判据“A”指在试验过程中器具应按预期连续运行。当器具按预期使用时，其性能降低或功能丧失不允许低于制造商规定的性能水平（或可容许的性能丧失）。如果制造商未规定最低的性能水平或可容许的性能丧失，则可从产品说明书、文件及用户按预期使用时对器具的合理期望中推断。

其静电放电抗扰度测试结果如图6所示，符合EMC测试要求，证明本发明具有抗电磁干扰的能力。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。