專利名稱：開關(guān)柜驗電避雷器在線監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種驗電和監(jiān)測裝置，具體涉及一種高壓開關(guān)柜驗電避雷器在線 監(jiān)測的裝置。
背景技術(shù)：
10kV-35kV高壓開關(guān)柜是變電站內(nèi)最常用的電氣設(shè)備。但是在實際應(yīng)用中，缺乏 對高壓開關(guān)柜內(nèi)避雷器的不停電檢測手段和對高壓開關(guān)柜內(nèi)出現(xiàn)側(cè)設(shè)備有效的雙重間接 驗電裝置?，F(xiàn)行的室內(nèi)開關(guān)柜內(nèi)存在以下問題1、避雷器計數(shù)器、泄露電流表或運行狀態(tài)指 示燈安裝在高壓開關(guān)柜內(nèi)，不利于變電站運行人員的巡視檢查。2、其顯示部分發(fā)生故障后 不便于維護及更換，需要在開關(guān)柜及出線側(cè)停電后才能維護及更換。3、以避雷器泄露全電 流(容性電流加阻性電流)來判斷避雷器的運行狀況，不能準(zhǔn)確反映避雷器運行狀況的物 理特征。因為容性電流遠(yuǎn)大于阻性電流，而電力設(shè)備預(yù)防性規(guī)程要求檢測避雷器阻性電流 值變化。4、避雷器計數(shù)器僅能記錄避雷器的動作次數(shù)，不能記錄避雷器每次動作的時間，不 利于事故的分析。5、現(xiàn)有的開關(guān)柜上的出線側(cè)帶電顯示裝置只能以指示燈或者有、無電顯 示反映設(shè)備帶電狀況，而不能較為準(zhǔn)確的、實時動態(tài)的反應(yīng)出設(shè)備的實際電壓值，給運行人 員準(zhǔn)確的判斷是否帶電帶來諸多不便。比如當(dāng)線路側(cè)開關(guān)刀閘斷開后，在線路上有發(fā)電機 發(fā)電將電能倒送回來，但倒送回來的電壓較低，導(dǎo)致帶電指示裝置指示不明顯，從而引發(fā)帶 電拉地刀接地的惡性誤操作甚至人生傷亡事故等。6、由于現(xiàn)有的僅為單一原理和回路的間 接驗電裝置，這也是目前開關(guān)柜帶電顯示裝置存在的一個最大的缺陷，就是只能實現(xiàn)單重 間接驗電，難以滿足高壓開關(guān)柜間接驗電的高可靠性要求。這不符合電力安全規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn) 采用間接驗電時，至少應(yīng)該有兩個及兩個以上的指示同時發(fā)生對應(yīng)變化。申請日為2002年1月26日，公告號為CN1267798C，名稱為“具有內(nèi)設(shè)監(jiān)測裝置的 開關(guān)柜或開關(guān)柜裝置的中國發(fā)明專利，公開了一種內(nèi)部帶有監(jiān)測裝置的開關(guān)柜，該專利重 點解決是關(guān)于開關(guān)柜內(nèi)的溫度、濕度監(jiān)測并傳輸?shù)膯栴}，但是并沒有能夠解決上述幾個問 題。

實用新型內(nèi)容本實用新型克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型的開關(guān)柜驗電避雷器在線監(jiān)測 裝置。該裝置能夠在高壓現(xiàn)場運行環(huán)境中有效的隔離高壓一次設(shè)備，能安全可靠的進行不 同原理和回路的雙重間接驗電，測量的避雷器泄露電流、阻性電流、線路側(cè)設(shè)備電壓以及放 電次數(shù)真實可靠，并具有良好的抗電磁場干擾性能。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用以下技術(shù)方案提供一種開關(guān)柜驗電避雷器在線監(jiān)測裝置，該裝置至少分為三個單元，第一單元是電壓、電流采集單元，與開關(guān)柜內(nèi)避雷器和電容式支柱傳感器用線路 相連，負(fù)責(zé)采集處理電流電壓模擬信號，同時將采集處理完成后的信號以數(shù)字方式在數(shù)據(jù) 總線上輸出；
3[0008]第二單元是中央控制處理器MCU帶液晶顯示裝置，MCU通過數(shù)據(jù)總線與第一部 分部分相連，負(fù)責(zé)通過規(guī)定的數(shù)據(jù)總線格式依次讀取數(shù)據(jù)并處理，然后由顯示裝置顯示出 來；第三單元是放電次數(shù)采集單元，通過線路與大電流放電保護裝置Ih的開關(guān)觸點 相連，負(fù)責(zé)采集開關(guān)觸點的閉合信號，并把開關(guān)信號轉(zhuǎn)換成電平變換信號向MCU輸入，由 MCU進行放電次數(shù)計數(shù)。更進一步的技術(shù)方案是所述的電壓、電流采集單元包括三組電容CI、C2和三相
電能采集芯片，三組電容C1、C2分別串聯(lián)在電壓輸出單元f/^f^、f/e的二次回路中，將
三相摸擬電壓信號f/y、ub、f/c分壓后送入三相電能采集芯片；而電流模擬信號的輸
入則是用引線從避雷器下面串聯(lián)的大電流放電保護裝置將三相電流信號&、ib、/c引
出，通過串聯(lián)在避雷器引出電流回路上的電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號后，再連接到三相電能采集 芯片中。 所述的三相電能采集芯片是一個能同時采集三相電壓電流相位的電能計量芯片 或者是三個具有自動采集轉(zhuǎn)換電壓電流相位的電能計量芯片或者是AD采集芯片等。所述放電次數(shù)采集單元包括每相一個光電隔離器GG，該光電隔離器GG的輸入端 與大電流放電保護裝置的Ka、Kb、Kc的采集口相連，輸出端接電壓比較器或施密特反向器，由 光電隔離器GG向電壓比較器或施密特反向器輸入一電平變化信號再由電壓比較器或施密 特反向器向MCU輸入一電平變化信號，并引發(fā)MCU進行計數(shù)。所述避雷器的泄漏電流回路上還串聯(lián)有LED發(fā)光二極管L1、L2、L3，LED發(fā)光二極 管L1、L2、L3另一端接地；或者在避雷器泄露電流回路上串聯(lián)一電流互感器，在互感器的二 次電流回路上接入LED發(fā)光二極管LI、L2、L3。當(dāng)然MCU最后通過液晶控制接口單元YJDY與液晶屏相連。最后液晶屏還可以安裝在開關(guān)柜殼體外。而且電壓、電流采集單元與第二單元MCU 帶液晶顯示裝置的MCU部分，是一個自帶AD采集接口的微處理器，例如DSP。本實用新型工作原理如下目前開關(guān)柜中常用的與開關(guān)柜高壓帶電顯示裝置配合使用的容性支柱絕緣式傳 感器(如CG系列傳感器)作為三相電壓輸入單元C^、jjb、f/e，將一次帶電設(shè)備的電 壓經(jīng)電容隔離抽取轉(zhuǎn)換成二次電壓信號輸出，再通過兩個串聯(lián)的電容C1、C2將二次電壓分 壓后，在通過濾波放大等處理后輸出毫伏信號給本實用新型的第一部分電能計量芯片或A/ D采集芯片的電壓采集端。同時，將開關(guān)柜內(nèi)的避雷器以及和避雷器串聯(lián)在一起的大電流放
電保護裝置作為三相電流輸入單元/d、tb、，將避雷器的泄露全電流信號輸入，通過 串聯(lián)在輸入泄露電流回路上的小電阻R1，將電流信號通過濾波放大等處理轉(zhuǎn)換成毫伏電壓 信號，輸出給本裝置電能計量芯片或A/D采集芯片的電流采集端。在同時采集到電壓信號 和電流信號后，電能計量芯片或A/D采集芯片自動進行計算或模數(shù)轉(zhuǎn)換，電能計量芯片計 算得出電壓電流的有效值和電壓電流的相角差，然后通過數(shù)據(jù)總線，將數(shù)字信號傳送到本 裝置第二部分的MCU;或A/D采集芯片對電壓電流信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換和周期采樣，將數(shù)字信 號傳送到本裝置第二部分的MCU。MCU通過數(shù)據(jù)總線接收到電壓電流采集單元傳回的三相
4電流電壓數(shù)字信號后，若上一步?jīng)]有進行信號計算處理，也可由MCU將對應(yīng)三相的電壓和 電流信號進行快速傅立葉變化計算和積分計算，同樣可以得到相角差6a、6b、etc和每相 的全電流有效值和電壓有效值。同時，MCU通過全電流值以及每相的相角差值，可計算得出 每相的阻性電流值，并通過液晶控制接口單元YJDY將避雷器的三相全電流、阻性電流、電 壓數(shù)值直接顯示在液晶屏上。此外，三相電流輸入單元&、“、&除輸入避雷器的泄露全電流外，還通過三 相的Ih向裝置提供一對無源的開關(guān)信號采集接口 KA、KB、Ke。KA、KB、Ke的一端接本裝置放電 次數(shù)采集單元的光電隔離器GG輸入端，另一端接入電流和電壓信號的公共地端。當(dāng)線路避 雷器動作，電流信號輸入單元中的大電流放電保護裝置Ih將過電流直接泄放到大地，同時 其開關(guān)信號采集接口的開關(guān)觸點閉合，使得電次數(shù)采集單元中的光電隔離器GG輸入端對 地導(dǎo)通，光電隔離器GG通過輸入的電流信號，使其中的光電三極管導(dǎo)通，光隔GG的輸出信 號由高電平變成低電平進入MCU的INT中斷輸入口，由此引發(fā)MCU的中斷計數(shù)程序進行對 應(yīng)的每相放電次數(shù)的累計，同時MCU通過時鐘芯片規(guī)定的數(shù)據(jù)總線讀取和變電站GPS時鐘 信號同步的時鐘芯片的時鐘數(shù)據(jù)，同放電次數(shù)一起存儲在MCU的ROM中。通過上述過程就 達到了采集避雷器動作次數(shù)和時間的功能。三相電流輸入單元i^、fB、/e輸入避雷器的泄露全電流，不僅要提供電流信號
給電壓、電流采集單元進行采集，同時還利用泄露電流直接點亮串聯(lián)在泄露電流回路上的 LED發(fā)光二極管LI、L2、L3或者作為電流互感器的原邊，讓互感器的副邊點亮LED。運行人 員進行雙重間接驗電時，一方面查看液晶屏上的通過CG系列傳感器輸入的電壓信號的數(shù) 值，一方面查看L1、L2、L3是否點亮，這樣就可以通過避雷器回路電流監(jiān)測和CG傳感器回路 的電壓的雙重檢測判斷線路側(cè)設(shè)備是否帶電。綜上所述本實用新型的有益效果是1、能實時顯示線路出線側(cè)設(shè)備的一次電壓的具體數(shù)值，其顯示的數(shù)字精度誤差不 超過實時電壓的士 150V。2、能采集開關(guān)柜內(nèi)避雷器的動作次數(shù)以及每次動作的精確時間，每相避雷器的泄 漏全電流、阻性電流，能通過設(shè)置的時間段自動記錄全電流和阻性電流的值。3、具有三個電流指示燈和三相避雷器直接連接。電流指示燈能通過避雷器的泄漏 電流直接點亮，從而達到有電指示的目的。同時，避雷器泄漏電流指示燈和線路一次電壓值 構(gòu)成了雙重間接驗電，達到了開關(guān)柜間接驗電的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。解決了目前開關(guān)柜上使用的驗電顯示裝置均沒有實現(xiàn)雙重間接驗電問題，對高壓 帶電沒有實現(xiàn)定量的顯示，避雷器的監(jiān)測不夠全面等諸多問題。
圖1為本實用新型監(jiān)測裝置的電路原理框圖；圖2為本實用新型的具體實施方式
的電路原理圖；圖3為本實用新型的圖2中放電次數(shù)采集單元的放大電路圖；圖4為本實用新型的圖2中MCU帶液晶顯示裝置單元的放大電路圖；圖5為本實用新型的圖示中電壓、電流采集和輸入單元的放大電路圖；圖6為避雷器全電流、阻性電流、一次電壓的向量關(guān)系圖；[0032]圖7為本實用新型的IXD液晶顯示屏的具體元器件圖；圖8為圖5虛線框中電路放大圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步闡述。具體介紹實現(xiàn)本實用新型所述方法裝 置的具體實施方式
如圖1和圖2所示，裝置分為三個單元，-第一單元是電壓、電流采集單元1，與開關(guān)柜內(nèi)避雷器和電容式支柱傳感器用線 路相連，負(fù)責(zé)采集電流電壓模擬信號，同時對模擬進行A/D采樣和轉(zhuǎn)換，將處理完成后的數(shù) 據(jù)以數(shù)字方式在數(shù)據(jù)總線上輸出；-第二單元是MCU帶液晶顯示裝置2，MCU通過數(shù)據(jù)總線與第一部分部分相連，負(fù) 責(zé)通過規(guī)定的數(shù)據(jù)總線格式依次讀取數(shù)據(jù)0并進行對應(yīng)三相的電壓和電流信號快速傅立 葉變化計算和積分計算，得出相角差6a、6b、6c和每相的全電流有效值、阻性電流值以 及電壓有效值。然后由顯示裝置顯示出來；-第三單元是放電次數(shù)采集單元3，通過線路與電流輸入單元中的Ih相連，負(fù)責(zé)采 集Ih提供的開關(guān)觸點閉合信號，并將該觸點的閉合動作轉(zhuǎn)換成電平信號的變化向MCU輸 入，由MCU計數(shù)放電次數(shù)。液晶屏是安裝在開關(guān)柜殼體外的，便于顯示結(jié)果為人們所見。圖4為本實用新型一個實施方式的電路原理圖，下面再結(jié)合圖4來詳細(xì)介紹本實 用新型所述的開關(guān)柜避雷器在線監(jiān)測裝置的具體電路原理。如圖4所示，將開關(guān)柜內(nèi)常用的CG傳感器作為三相電壓輸入單元f/d、UB、Uc， 將一次帶電設(shè)備的電壓通過電容隔離抽取轉(zhuǎn)換成二次電壓信號輸出，通過兩個串聯(lián)的電容 C1、C2將二次電壓分壓后，在通過運放芯片LM353做放大處理，信號處理后進入模擬開關(guān)器 件ADG429BN，通過ADG429BN的分時切換將放大的毫伏信號輸送給跟隨器件LM353進行阻 抗匹配后送入電壓A/D采集芯片AD977BN進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。開關(guān)柜內(nèi)的避雷器以及和避雷
器串聯(lián)在一起的大電流放電保護裝置作為三相電流輸入單元/j、jB、將避雷器的泄
露全電流信號輸入，在輸入泄露電流回路上串聯(lián)有小電阻Rl，R1上流過的泄露電流產(chǎn)生的 電壓信號通過運放芯片LM353做放大處理，信號處理后進入模擬開關(guān)器件ADG429BN，通過 ADG429BN的分時切換將放大的毫伏信號輸送給跟隨器件LM353進行阻抗匹配后送入電壓 A/D采集芯片AD977BN進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。兩個AD977BN芯片完成A/D采樣和轉(zhuǎn)換后通過數(shù)據(jù) 總線將數(shù)字信號傳送到本裝置第二部分的中央信號處理器ATMEGA64。ATMEGA64通過數(shù)據(jù) 總線接收到電壓電流采集單元傳回的三相電流電壓數(shù)字信號后，將電壓和電流進行FFT算 法變化，可計算得出相位角，然后用電流乘以相位角的余弦，即可得出每相的避雷器阻性電 流，并通過液晶控制接口控制芯片HT1621B將三相全電流、阻性電流、電壓數(shù)值直接顯示在 液晶屏IXD上。此外，避雷器和保護器除輸入避雷器的泄露全電流外，還向監(jiān)測裝置提供一對無 源的開關(guān)信號采集接口 Ka、Kb、Ke。Ka、Kb、Kc的一端接光電隔離器PC817輸入端，另一端接 入電流和電壓信號的公共地端。當(dāng)線路避雷器動作，大電流放電保護裝置Ih將過電流直接 泄放到大地，同時其開關(guān)信號采集接口的開關(guān)觸點閉合，使得電次數(shù)采集單元中的光電隔 離器PC817的輸入端通過上拉電阻R2對地導(dǎo)通，PC817通過輸入的電流信號，使其中的光電三極管導(dǎo)通，輸出信號由高電平變成低電平。其電平信號經(jīng)過RC濾波電路和兩個施密特 反向器74HC14的處理，最后再變成低電平信號進入中ATMEGA64的INT中斷輸入口，由此引 發(fā)ATMEGA64的中斷計數(shù)程序進行對應(yīng)的每相放電次數(shù)的累計，同時ATMEGA64通過數(shù)據(jù)總 線讀取和變電站GPS時鐘信號同步的時鐘芯片DS1302Z的時鐘數(shù)據(jù)，同放電次數(shù)一起存儲 在ATMEGA64的ROM中。通過上述過程就達到了采集避雷器動作次數(shù)和時間的功能。同時， ATMEGA64通過PC817和串口轉(zhuǎn)TTL電平芯片SP3232EEN連接，把存儲在ROM中的數(shù)據(jù)通過 RS232 口傳輸?shù)缴衔粰C。此外，避雷器的泄露全電流，不僅要提供信號給電壓、電流采集單元進行采集，同 時還利用泄露電流直接點亮串聯(lián)在泄露電流回路上的LED發(fā)光二極管。運行人員進行雙重 間接驗電時，一方面查看液晶屏上的通過CG系列傳感器輸入的電壓信號的數(shù)值，一方面查 看L1、L2、L3是否點亮，這樣就可以通過避雷器回路電流監(jiān)測和電路傳感器“CG”回路的電 壓的雙重檢測判斷線路側(cè)設(shè)備是否帶電并且顯示出來。因此滿足了《國家電網(wǎng)公司電力安 全工作規(guī)程》中關(guān)于間接驗電的標(biāo)準(zhǔn)“4. 3. 3條”，即“對無法進行直接驗電的設(shè)備，可以進 行間接驗電，即檢查隔離開關(guān)(刀閘)的機械指示位置，電氣指示，儀表及帶電顯示裝置指 示的變化，且至少應(yīng)有兩個及以上指示已同時發(fā)生對應(yīng)變化”的規(guī)定。當(dāng)然本實用新型的具體電路實施方式絕不僅限于上述優(yōu)選方式，凡能達到上述各 單元功能模塊的具體電路設(shè)計都屬于上述實施方式的簡單變換。
權(quán)利要求一種開關(guān)柜驗電避雷器在線監(jiān)測裝置，該裝置至少分為三個單元，其特征在于第一單元是電壓、電流采集單元(1)，與開關(guān)柜內(nèi)避雷器和電容式支柱傳感器用線路相連，負(fù)責(zé)采集處理電流電壓模擬信號，同時將采集處理完成后的信號以數(shù)字方式在數(shù)據(jù)總線上輸出；第二單元是中央控制處理器MCU帶液晶顯示裝置(2)，MCU通過數(shù)據(jù)總線與第一部分部分相連，負(fù)責(zé)通過規(guī)定的數(shù)據(jù)總線格式依次讀取數(shù)據(jù)并處理，然后由顯示裝置顯示出來；第三單元是放電次數(shù)采集單元(3)，通過線路與大電流放電保護裝置Ih)的開關(guān)觸點相連，負(fù)責(zé)采集開關(guān)觸點的閉合信號，并把開關(guān)信號轉(zhuǎn)換成電平變換信號向MCU輸入，由MCU進行放電次數(shù)計數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測裝置，其特征在于所述的電壓、電流采集單元(1)包 括三組電容(CI、C2)和三相電能采集芯片，三組電容(CI、C2)分別串聯(lián)在電壓輸出單元(Ua、Ub、f/c)的二次回路中，將三相摸擬電壓信號(Uh Ub、Uc)分壓后送入三相電能采集芯片；而電流模擬信號的輸入則是用引線從避雷器下面串聯(lián)的大電流放電保 護裝置將三相電流信號(P/、P/、Pc&)引出，通過串聯(lián)在避雷器引出電流回路上的電阻轉(zhuǎn)換 成電壓信號后，再連接到三相電能采集芯片中。
3.如權(quán)利要求2的所述的監(jiān)測裝置，其特征在于所述的三相電能采集芯片是一個能 同時采集三相電壓電流相位的電能計量芯片或者是三個具有自動采集轉(zhuǎn)換電壓電流相位 的電能計量芯片或者是AD采集芯片。
4.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測裝置，其特征在于所述放電次數(shù)采集單元(3)包括每相 一個光電隔離器(GG)，該光電隔離器(GG)的輸入端與大電流放電保護裝置的(Ka、Kb、Kc)的 采集口相連，輸出端接電壓比較器或施密特反向器，由光電隔離器(GG)向電壓比較器或施 密特反向器輸入一電平變化信號再由電壓比較器或施密特反向器向MCU輸入一電平變化 信號，并引發(fā)MCU進行計數(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測裝置，其特征在于所述避雷器的泄漏電流回路上串聯(lián)有 LED發(fā)光二極管(L1、L2、L3)，LED發(fā)光二極管(L1、L2、L3)另一端接地；或者在避雷器泄露 電流回路上串聯(lián)一電流互感器，在互感器的二次電流回路上接入LED發(fā)光二極管(LI、L2、 L3)。
6.如權(quán)利要求5所述的監(jiān)測裝置，其特征在于MCU通過液晶控制接口單元YJDY與液 晶屏相連，液晶屏安裝在開關(guān)柜殼體外。
7.如權(quán)利要求1的所述的監(jiān)測裝置，其特征在于電壓、電流采集單元(1)與第二單元 MCU帶液晶顯示裝置⑵的MCU部分，是一個自帶AD采集接口的微處理器。
專利摘要本實用新型公開了一種高壓開關(guān)柜驗電避雷器在線監(jiān)測的裝置。該裝置將電壓、電流信號同時作為開關(guān)柜避雷器的信號監(jiān)測輸入信號，將輸入信號進行數(shù)字化處理后達到能實時顯示線路出線側(cè)設(shè)備的一次電壓的具體數(shù)值，能采集開關(guān)柜內(nèi)避雷器的動作次數(shù)以及每次動作的精確時間，每相避雷器的泄漏全電流、阻性電流，能通過設(shè)置的時間段自動記錄全電流和阻性電流的值。該裝置具有三個電流指示燈和三相避雷器直接連接。電流指示燈能通過避雷器的泄漏電流直接點亮，從而達到有電指示的目的。避雷器泄漏電流指示燈和線路一次電壓值構(gòu)成了雙重間接驗電，達到了開關(guān)柜間接驗電的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
文檔編號G01R31/00GK201583603SQ20092008178
公開日2010年9月15日 申請日期2009年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月16日
發(fā)明者張?zhí)K川, 張雷, 李海峰, 歐居勇, 海何兵 申請人:四川省電力公司資陽公司;四川藍迅寶邇電子科技有限公司