專利名稱：高壓斷路器機械特性長期在線監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種適用于檢測高壓斷路器機械特性的裝置，特別是涉及長期在 線監(jiān)測。
背景技術(shù)：
斷路器作為電力系統(tǒng)的核心元件，在維護和保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行方面發(fā)揮著不 可替代的作用。因此，及時了解斷路器的工作狀態(tài)對提高供電可靠性有重要的現(xiàn)實意義。真 空斷路器的可靠性在很大程度上取決于其機械操動系統(tǒng)的可靠性。及時了解斷路器的工作 狀態(tài)、缺陷的部位，減少過早或不必要的停電試驗和檢修，減少維護工作量，降低維修費用， 提高檢修的針對性，可顯著提高電力系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟性。對斷路器的維修傳統(tǒng)上基本采用預防性維修即定期更換零部件進行維修的方法。 這樣不能及時發(fā)現(xiàn)事故異常征兆，而且過度的拆卸檢修可能會影響其正常運行，增加事故 率。所以對斷路器的運行狀態(tài)實施在線測量，包括分、合閘的機械特性的測量，能及時了解 其工作情況，實現(xiàn)從預防維修到狀態(tài)檢修的轉(zhuǎn)變。對提高其運行可靠性，保障電力系統(tǒng)的安 全運行有很大意義。斷路器的檢測技術(shù)大體上經(jīng)歷了從離線測試、周期性在線檢測、長期在線檢測的 發(fā)展過程。所謂在線監(jiān)測，是指對運行設備的狀態(tài)量進行不間斷的監(jiān)測，通過實時提取故障 的特征信號，為故障診斷打下基礎(chǔ)，正確的故障診斷為狀態(tài)檢修提供維修依據(jù)。傳統(tǒng)的檢測 方法只是預防性和周期性的檢測，斷路器很可能在故障情況下工作，這對電力系統(tǒng)的安全 運行起不到很有效地保護和維護作用。長期在線監(jiān)測的目的是及時準確地掌握高壓斷路器的工作狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并清除 故障隱患，使電力系統(tǒng)真正安全可靠地運行。在線監(jiān)測高壓斷路器能及時發(fā)現(xiàn)早期故障的 征兆，以便運行維護人員在事故處于萌芽狀態(tài)時，能及早消除隱患，從而避免惡性事故的發(fā) 生。對高壓斷路器進行在線監(jiān)測，是實現(xiàn)預知性維修的前提，是保證高壓斷路器可靠運行的 關(guān)鍵，也是對傳統(tǒng)離線預防性試驗的重大補充和新的發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容為準確掌握高壓斷路器的工作狀態(tài)，本實用新型的目的是提供一種高壓斷路器機 械特性長期在線監(jiān)測裝置。本實用新型的硬件結(jié)構(gòu)是這樣實現(xiàn)的一種高壓斷路器機械特性長期在線監(jiān)測裝置，包括上位機、單片機、人機交互設 備、信號采集部分和控制電路部分；所述上位機和單片機進行通訊；信號采集部分把采集到的高壓斷路器的動觸頭行 程信號和分合閘線圈電流信號輸出給單片機；單片機的控制信號通過控制電路部分輸出； 人機交互設備與單片機進行通訊；所述信號采集部分包括高壓斷路器的分合閘線圈電流采集電路和高壓斷路器的動觸頭行程的位移轉(zhuǎn)換電路；兩個電路的輸出信號經(jīng)處理后送給單片機；所述控制電路部分是斷路器分合閘電路。所述分合閘線圈電流采集電路包括電流型電壓互感器、采樣電阻、濾波電路和集 成運放器；所述采樣電阻有兩個，分設在電流型電壓互感器一次和二次側(cè)；所述分合閘線 圈電流經(jīng)一次側(cè)的采樣電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號，該電壓信號經(jīng)電流型電壓互感器的二次側(cè)的 電流再經(jīng)二次側(cè)的采樣電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號，該電壓信號先經(jīng)濾波電路再經(jīng)集成運放器后 輸出。在分合閘線圈電流采集電路中，接入本電路的電壓VCC和集成運放器的工作電壓 VDD之間并聯(lián)有電容。所述位移轉(zhuǎn)換電路是以LVDT位移傳感器為核心器件的電路；LVDT位移傳感器的 可動鐵芯與高壓斷路器的動觸頭在結(jié)構(gòu)上連接；LVDT位移傳感器輸出電壓信號即為動觸 頭行程信號。所述采集部分輸出信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后傳給單片機。所述斷路器分合間電路包括繼電器和驅(qū)動器；所述驅(qū)動器的開關(guān)控制端連接單片 機的控制信號輸出端；所述驅(qū)動器的開關(guān)輸出端連接繼電器的繼電線圈的開關(guān)回路上，控 制繼電線圈中電流的通斷，進而，繼電器控制分閘線圈和合閘線圈中電流的通斷。所述人機交互設備包括數(shù)碼顯示部件和鍵盤；鍵盤的輸出端連接單片機的輸入 端；單片機的輸出端連接數(shù)碼顯示部件的輸入端。本實用新型的工作原理是，用上位機發(fā)出分、合閘命令給單片機，由單片機控制斷 路器的分合閘操作。在斷路器分合閘過程中，傳感器采集開關(guān)運動的全過程，并將數(shù)據(jù)通過 A/D轉(zhuǎn)換之后傳送給單片機，并將采集的結(jié)果保存在單片機的存儲器中。斷口開關(guān)的各種 斷口信息，如三相觸頭的速度、分合間線圈電流將被傳送給上位機，由上位機進行顯示和處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本裝置實現(xiàn)在線監(jiān)測高壓斷路器機械特性中的動觸頭行程信號 和分合閘線圈電流信號。通過觸頭行程狀態(tài)和分合閘狀態(tài)判斷斷路器的工作狀態(tài)，提供更 高的精度、更高的時間分辨率數(shù)據(jù)，保證電力系統(tǒng)安全可靠的運行。該裝置的投入和使用不 改變和影響電氣設備的正常運行，具有如下特點能自動地連續(xù)地進行監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理和存 儲；具有自檢和報警功能；具有較好地抗干擾能力和合理的監(jiān)測靈敏度；監(jiān)測結(jié)果具有較 好的可靠性和重復性以及合理的準確度；具有在線標定其監(jiān)測靈敏度的功能；具有故障診 斷能力。

圖1為高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測原理框圖。圖2為分合閘線圈電流采集電路圖。圖3為位移轉(zhuǎn)換電路圖。圖4為A/D轉(zhuǎn)換電路圖。圖5為單片機主控芯片電路圖。圖6為供電電源電路圖。圖7為數(shù)碼顯示電路圖。[0027]圖8為單片機與上位機連接電路圖。圖9為單片機控制斷路器分合閘電路圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步說明一種高壓斷路器機械特性長期在線監(jiān)測裝置，包括上位機、單片機、人機交互設 備、信號采集部分和控制電路部分；所述上位機和單片機進行通訊；信號采集部分把采集到的高壓斷路器的動觸頭行 程信號和分合閘線圈電流信號輸出給單片機；單片機的控制信號通過控制電路部分輸出； 人機交互設備與單片機進行通訊；所述信號采集部分包括高壓斷路器的分合閘線圈電流采集電路和高壓斷路器的 動觸頭行程的位移轉(zhuǎn)換電路；兩個電路的輸出信號經(jīng)處理后送給單片機；所述控制電路部分是斷路器分合閘電路。本例中圖1為高壓斷路器機械特性在線監(jiān)測原理框圖。本實用新型主要實現(xiàn)在線監(jiān)測高 壓斷路器機械特性中的動觸頭行程信號和分合閘線圈電流信號。選用微芯(Micorchip)公 司8位高性能單片機PIC16F877為微處理器進行外圍硬件電路設計，它是整個系統(tǒng)的核心 單元，主要完成對采樣數(shù)據(jù)的數(shù)學處理、狀態(tài)信息的邏輯推理以及與外部設備的信息交換 和通過繼電器控制斷路器的分合閘。該系統(tǒng)采用集成電路檢測真空斷路器機械操動機構(gòu)中 分、合間線圈的電流信號，轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。采用直流高精度差動變壓器式位移傳感器 測量動觸頭的行程，將觸頭的機械位移轉(zhuǎn)換成同步變化的電壓信號輸出。信號經(jīng)濾波放大 電路調(diào)理后，通過外設TLC2543進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)送入單片機進行處理。單片 機通過RS232通訊接口協(xié)議將數(shù)據(jù)傳送至上位機，完成機械特性曲線的顯示，并結(jié)合曲線 圖然后得出真空斷路器的分(合)閘時間、分(合)閘平均速度、觸頭行程、等機械參數(shù)。圖2為分合閘線圈電流采集電路圖。分合閘線圈電流經(jīng)過采樣電阻轉(zhuǎn)換成電壓信 號，經(jīng)過TV1013電流型電壓互感器，二次側(cè)額定電流為2mA，再經(jīng)過R16采樣電阻，電解電容 C20起濾波和隔直的作用。LM358是內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運 算放大器。通過LM358集成運放，把輸入電壓上提到0 5V的范圍。由于在電路板上電的 時候，會有一個突然的高壓，在VCC和VDD之間并聯(lián)電容，起緩沖作用。圖3為位移轉(zhuǎn)換電路圖。三相動觸頭行程信號通過LVDT位移傳感器，再經(jīng)過相敏 調(diào)節(jié)器得到轉(zhuǎn)換成電壓信號的觸頭位移信號，輸出U2-1、U2-2、U2-3、三個電壓信號通過J4 送入TLC2543中。圖4為A/D轉(zhuǎn)換電路圖。TLC2543為本監(jiān)測系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器件，處理過的三相 分合閘線圈六路電流信號(U1-1 U1-6)通過接線板J1，與單片機PIC16F877相連。處理 過的三相動觸頭行程信號(U2-1 U2-;3)通過J4接線板與PIC16F877相連。TLC2543與 PIC16F877數(shù)據(jù)傳輸采用單片機的SPI模塊進行數(shù)據(jù)傳輸，通過JlO和Jll分別與單片機 的SPI模塊相關(guān)引腳相連。(片選端口接RB5端口，數(shù)據(jù)輸出端接RC4端口，數(shù)據(jù)輸入端接 RC5端口，時鐘信號端接RC3端口，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束端接RB4端口)?？偣?1路模擬通道，只 用AINO AIN8九路。剩余兩路接地。[0039]圖5為單片機主控芯片電路圖。PIC的1引腳接復位電路，三相動觸頭行程信號 通過接線板J6分別與PIC的2、3、4引腳連接。上位機通過單片機控制斷路器分合閘的電 平信號通過接線板J7與單片機的5引腳連接。11引腳接Vdd，12引腳接地。PIC單片機負 載電容一般取值為15 30pF。若采用一個大于22pF值(本實用新型取30pF)，這使得在 上電時，對通過晶體的振蕩信號會產(chǎn)生較大的相移，加速振蕩器的起振，從而可以縮短晶振 的起振時間。本系統(tǒng)選用4MHZ晶振，晶振電路與單片機13、14弓丨腳連接。TLC2543與單片 機采用SPI串行通訊模式，通過接線板JlO和Jll分別與單片機的RB5、RB4、RC5、RC4、RC3 引腳連接。為了升高驅(qū)動電流，使之更穩(wěn)定的工作，接IOK的上拉電阻，電阻R22、R23、R24、 R25、M6均為10K。單片機與上位機采用RS232通訊方式與上位機進行數(shù)據(jù)傳輸，通過接線 板J3分別與單片機的RC6、RC7連接。數(shù)碼顯示電路采用達林頓反向驅(qū)動器驅(qū)動，并且采用 共陰極接法，通過接線板J5分別與單片機的RD7、RD6、RD5、RD4、RD3、RD2、RDl、RDO引腳連 接。圖6為供電電源電路圖。系統(tǒng)所用直流電由三端集成穩(wěn)壓器(7812、7912、7805和 7905)，組成的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源提供。采用交流220V供電時，經(jīng)220V/16V的小變壓器 降為一個整流橋能夠接受的交流電壓，經(jīng)過整流橋整流，變?yōu)橐粋€直流脈動信號，再采用了 大容量的電解電容等進行濾波，以減小輸出電壓紋波。三端集成穩(wěn)壓器的輸入端口接在整 流濾波電路的后邊，為了抑制高頻干擾并防止產(chǎn)生自激振蕩，在三端集成穩(wěn)壓器的輸入端 和輸出端都接入了電容。但由于電解電容器在高頻下工作存在電感特性，對于來自電源側(cè) 的高頻干擾不能抑制，因此在整流電路后加入高頻電容，可以進一步改善紋波。電容可以改 善負載端的瞬態(tài)響應，抑制瞬態(tài)噪聲干擾。這些電容應選用頻率特性好的陶瓷電容。通過 電容濾波可以提高穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性和改變瞬態(tài)響應。在穩(wěn)壓塊上要增加散熱器，以防止燒 壞穩(wěn)壓塊。 圖7為數(shù)碼顯示電路圖。如圖J5的8個端口設置為輸出，由J5的8個端口實現(xiàn) 段選。J6的三個端口也設置為輸出，并且由單片機輸出高電平，經(jīng)過ULN2003A，使之變?yōu)榈?電平，使數(shù)碼管共陰極相連。達林頓反向驅(qū)動器ULN2003A為電流輸出型的驅(qū)動器，最大輸 出500mA驅(qū)動電流，僅由5V電壓驅(qū)動它工作。數(shù)碼管采用共陰極接法，接270歐姆的上拉 電阻，增大驅(qū)動電流，使電路更穩(wěn)定的工作。圖8為單片機與上位機連接電路圖。單片機PIC16F877通過RS232接口和MAX232 轉(zhuǎn)換芯片與上位機相連，MAX232的第11引腳和12引腳分別和單片機的RC7和RC6引腳相 連。MAX232的13引腳和14引腳分別和9幀接口的2 口和3 口相連。這種連接使得數(shù)據(jù)可 以在單片接和上位機之間實現(xiàn)通訊。圖9為單片機控制斷路器分合閘電路圖。由上位機發(fā)出分、合閘指令，通過單片機 PIC16F877的RA3端口把電平信號送給三極管的基極，觸發(fā)NPN型三極管導通，使繼電器線 圈帶電，進而控制斷路器的分合閘線圈的通斷，進而控制斷路器的分、合閘。當繼電器線圈 帶電時，有電流流過R2和發(fā)光二極管，發(fā)光二級管點亮。當觸發(fā)電平變?yōu)?時，由于繼電器 線圈為感性元件，為了防止回路中電流突然將為0而可能擊穿三極管，用二極管起保護作 用。反向電流會通過二極管形成回路而放出，不會使三極管受到破壞。保證了電路穩(wěn)定運 行。繼電器的常開觸頭接到接線板J9，然后J9接斷路器的分閘線圈，繼電器的常閉觸頭接 到接線板J8，然后J8接斷路器的合閘線圈。
權(quán)利要求1.一種高壓斷路器機械特性長期在線監(jiān)測裝置，其特征是包括上位機、單片機、人機交 互設備、信號采集部分和控制電路部分；所述上位機和單片機進行通訊；信號采集部分把采集到的高壓斷路器的動觸頭行程信 號和分合閘線圈電流信號輸出給單片機；單片機的控制信號通過控制電路部分輸出；人機 交互設備與單片機進行通訊；所述信號采集部分包括高壓斷路器的分合閘線圈電流采集電路和高壓斷路器的動觸 頭行程的位移轉(zhuǎn)換電路；兩個電路的輸出信號經(jīng)處理后送給單片機；所述控制電路部分是 斷路器分合閘電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓斷路器機械特性長期在線監(jiān)測裝置，其特征是所述分合 閘線圈電流采集電路包括電流型電壓互感器、采樣電阻、濾波電路和集成運放器；所述采樣 電阻有兩個，分設在電流型電壓互感器一次和二次側(cè)；所述分合間線圈電流經(jīng)一次側(cè)的采 樣電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號，該電壓信號經(jīng)電流型電壓互感器的二次側(cè)的電流再經(jīng)二次側(cè)的采 樣電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號，該電壓信號先經(jīng)濾波電路再經(jīng)集成運放器后輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓斷路器機械特性長期在線監(jiān)測裝置，其特征是在分合閘 線圈電流采集電路中，接入本電路的電壓VCC和集成運放器的工作電壓VDD之間并聯(lián)有電 容。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓斷路器機械特性長期在線監(jiān)測裝置，其特征是所述位移 轉(zhuǎn)換電路是以LVDT位移傳感器為核心器件的電路；LVDT位移傳感器的可動鐵芯與高壓斷 路器的動觸頭在結(jié)構(gòu)上連接；LVDT位移傳感器輸出電壓信號即為動觸頭行程信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的高壓斷路器機械特性長期在線監(jiān)測裝置，其特征是所述 采集部分輸出信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后傳給單片機。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓斷路器機械特性長期在線監(jiān)測裝置，其特征是所述斷路 器分合間電路包括繼電器和驅(qū)動器；所述驅(qū)動器的開關(guān)控制端連接單片機的控制信號輸出 端；所述驅(qū)動器的開關(guān)輸出端連接繼電器的繼電線圈的開關(guān)回路上，控制繼電線圈中電流 的通斷，進而，繼電器控制分間線圈和合間線圈中電流的通斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓斷路器機械特性長期在線監(jiān)測裝置，其特征是所述人機 交互設備包括數(shù)碼顯示部件和鍵盤；鍵盤的輸出端連接單片機的輸入端；單片機的輸出端 連接數(shù)碼顯示部件的輸入端。
專利摘要一種高壓斷路器機械特性長期在線監(jiān)測裝置，包括上位機、單片機、人機交互設備、信號采集部分和控制電路部分；所述上位機和單片機進行通訊；信號采集部分把采集到的高壓斷路器的動觸頭行程信號和分合閘線圈電流信號輸出給單片機；單片機的控制信號通過控制電路部分輸出；人機交互設備與單片機進行通訊；所述信號采集部分包括高壓斷路器的分合閘線圈電流采集電路和高壓斷路器的動觸頭行程的位移轉(zhuǎn)換電路；兩個電路的輸出信號經(jīng)處理后送給單片機；所述控制電路部分是斷路器分合閘電路。本裝置能自動地連續(xù)地進行監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理和存儲；具有自檢和報警功能；有可靠性和重復性以及合理的準確度；具有在線標定其監(jiān)測靈敏度的功能；具有故障診斷能力。
文檔編號G05B19/048GK201909972SQ20102060154
公開日2011年7月27日 申請日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者吳世寶, 徐建源 申請人:南京因泰萊配電自動化設備有限公司