專利名稱：一種嵌入式實時監(jiān)測的智能真空斷路器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種真空斷路器的技術領域，尤其是涉及一種嵌入式實時監(jiān)測的智能真空斷路器。
背景技術：
真空斷路器是電力系統(tǒng)運行不可缺少的設備之一，電力行業(yè)的飛速發(fā)展是不容置疑，隨之需求量也與日俱增。然而，人類面臨著能源危機困境情況下，各項各業(yè)想方設法節(jié)能減排，電力行業(yè)作為社會提供能源的主力，提出實現(xiàn)智能電網(wǎng)，進一步提高電能產出效率，減少傳輸損耗。智能高壓真空斷路器將是智能電網(wǎng)的重要部件之一，它在線實時運行狀態(tài)下，連續(xù)跟蹤采集數(shù)據(jù)，自動記錄斷路器的運行狀況，為運行決策和斷路器診斷提供依據(jù)。斷路器是電力行業(yè)執(zhí)行動作最頻繁的設備，運行時若出現(xiàn)故障，會引發(fā)電網(wǎng)事故， 造成嚴重的經濟損失，甚至于危及人生安全，因此對其可靠性提出了非常高的要求。斷路器在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)能及時了解斷路器的工作狀態(tài)、缺陷部位及故障分析，減少過早或不必要的停電測試和檢修，減少維護工作量，降低維修費用，提高檢修的針對性，進一步提高電力系統(tǒng)運行可靠性。在線狀態(tài)監(jiān)測是實施狀態(tài)檢修的基礎，以科學的方法對設備運行狀態(tài)進行實時記錄、監(jiān)測和診斷是實施狀態(tài)檢修的關鍵。我國對于電力設備狀態(tài)檢修的研究多集中于變壓器，發(fā)電機一類的大型設備，對于斷路器的狀態(tài)記錄、監(jiān)測和診斷的研究還處于起步階段， 現(xiàn)有的在線監(jiān)測系統(tǒng)中普遍存在以下問題監(jiān)測量少，功能單一，缺乏在線數(shù)據(jù)記錄的資料，難以作出系統(tǒng)性和綜合性評價；使分析的手段受到限制，對斷路器的運行狀態(tài)的識別無法采用有效的數(shù)學方法和技術手段。例如申請?zhí)枮?01010612238. 1的智能型真空斷路器在線監(jiān)測斷路器的運行狀態(tài)，但測量參數(shù)較少，并不能有效反應斷路器的整體運行狀況，體現(xiàn)在缺少之前的數(shù)據(jù)存儲，難以與現(xiàn)階段運行狀況作對比和分析。因此，對電力設備的檢測和維護不能提供有效依據(jù)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種降低了電網(wǎng)的維修成本、提高了電網(wǎng)的可靠性的嵌入式實時監(jiān)測的智能真空斷路器。本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)一種嵌入式實時監(jiān)測的智能真空斷路器，其特征在于，包括信號采集單元、前端信號調理單元、AD轉換單元、I/O單元、嵌入式控制器、人機界面和溫度測量單元，所述的信號采集單元與前端信號調理單元連接，所述的前端信號調理單元分別通過AD轉換單元、I/O 單元與嵌入式控制器連接，所述的嵌入式控制器分別與人機界面、溫度測量單元連接。所述的信號采集單元包括機械參數(shù)信號采集模塊和電量參數(shù)信號采集模塊。
所述的機械參數(shù)信號采集模塊采集的機械參數(shù)信號包括主觸點位置信號、合閘電流和分閘電流；所述的主觸點位置信號為主觸點從分的原始位置到完成合的穩(wěn)定位置的整個過程的變化信號；所述的合閘電流和分閘電流分別為合閘線圈的電流和分閘線圈的電流。所述的電量參數(shù)信號采集模塊采集的電量參數(shù)信號包括一次側的三相電壓、一次側的三相電流、控制回路電壓和儲能電機電流；一次側的三相電壓和三相電流是主觸點回路電量參數(shù)，控制回路電壓是斷路器的工作電壓。所述的溫度測量單元包括安裝在每相主觸點上下的共六個溫度傳感器和環(huán)境溫度傳感器。所述的前端信號調理單元包括電平轉換模塊、波形整形模塊、電氣隔離模塊、信號濾波模塊和相位補償模塊，該前端信號調理單元用于將信號采集單元采集的機械參數(shù)信號和電量參數(shù)信號與AD轉換單元、I/O單元的信號相匹配。所述的嵌入式控制器中設有數(shù)據(jù)庫模塊，用于存儲機械參數(shù)信號、電量參數(shù)信號、溫度信號、合分閘曲線數(shù)據(jù)、 系統(tǒng)參數(shù)的數(shù)據(jù)。采集數(shù)據(jù)與變換模塊，用于采集AD轉換單元和I/O接口單元的外部數(shù)據(jù)，并變換到相應的物理量；控制管理模塊，用于控制其他模塊的動作；運行狀態(tài)處理模塊，用于對電量參數(shù)信號和溫度信號作相應處理和顯示；機械特性處理模塊，用于對機械參數(shù)信號作相應處理和顯示；運行趨勢圖顯示模塊，用于顯示合閘曲線、合閘電流曲線、分閘曲線、分閘電流曲線、溫度曲線；故障診斷與報警模塊，用于對設定的機械參數(shù)信號和電量參數(shù)信號的數(shù)據(jù)越限提示和報警；歷史數(shù)據(jù)查詢模塊，用于對機械參數(shù)的數(shù)據(jù)和電量參數(shù)的數(shù)據(jù)作查詢。所述的A/D轉換單元為嵌入式控制器處理模擬量信號，所述的I/O單元為嵌入式控制器處理開關量信號。所述的嵌入式控制器為ARM工控機。所述的人機界面包括LCD顯示器和觸摸屏，通過操作人機界面實現(xiàn)智能真空斷路器的數(shù)據(jù)監(jiān)測功能。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下特點1、本發(fā)明在線監(jiān)測和故障診斷可以及時發(fā)現(xiàn)故障，不僅可以提供設備現(xiàn)有的運行狀態(tài)，而且還能分析各種重要參數(shù)的變化趨勢，判斷有無存在故障先兆，為設備的狀態(tài)維修提供依據(jù)，從而增大設備的維修保養(yǎng)周期，提高設備的利用率，減少維修保養(yǎng)費用，因而具有重要的經濟意義；2、實時記錄真空斷路器的監(jiān)測數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)和曲線可為設備和電網(wǎng)狀態(tài)維修提供依據(jù)；
3、嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)安裝在真空斷路器中，兩者作為一個整體。


圖1為本發(fā)明的結構示意圖；圖2為本發(fā)明的嵌入式控制器的功能模塊圖；圖3為本發(fā)明的運行狀態(tài)處理、故障診斷與報警和歷史數(shù)據(jù)查詢的流程圖；圖4為本發(fā)明的機械特性采樣流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。如圖1所示，一種嵌入式實時監(jiān)測的智能真空斷路器，包括信號采集單元、前端信號調理單元3、AD轉換單元4、I/O單元5、嵌入式控制器6、人機界面和溫度測量單元9，所述的信號采集單元與前端信號調理單元3連接，所述的前端信號調理單元3分別通過AD轉換單元4、I/O單元5與嵌入式控制器6連接，所述的嵌入式控制器6分別與人機界面、溫度測量單元9連接。所述的信號采集單元包括機械參數(shù)信號采集模塊1和電量參數(shù)信號采集模塊2。 所述的機械參數(shù)信號采集模塊1采集的機械參數(shù)信號包括主觸點位置信號、合間電流和分閘電流；所述的主觸點位置信號為主觸點從分的原始位置到完成合的穩(wěn)定位置的整個過程的變化信號；所述的合閘電流和分閘電流分別為合閘線圈的電流和分閘線圈的電流。所述的電量參數(shù)信號采集模塊2采集的電量參數(shù)信號包括一次側的三相電壓、一次側的三相電流、控制回路電壓和儲能電機電流；一次側的三相電壓和三相電流是主觸點回路電量參數(shù)， 控制回路電壓是斷路器的工作電壓。所述的溫度測量單元9包括安裝在每相主觸點上下的共六個溫度傳感器和環(huán)境溫度傳感器。所述的前端信號調理單元3包括電平轉換模塊、波形整形模塊、電氣隔離模塊、信號濾波模塊和相位補償模塊，該前端信號調理單元用于將信號采集單元采集的機械參數(shù)信號和電量參數(shù)信號與AD轉換單元4、I/O單元5的信號相匹配。所述的A/D轉換單元4為嵌入式控制器6處理模擬量信號，所述的I/O單元5為嵌入式控制器6處理開關量信號。所述的嵌入式控制器6為ARM工控機。所述的人機界面包括LCD顯示器7和觸摸屏8，通過操作人機界面實現(xiàn)智能真空斷路器的數(shù)據(jù)監(jiān)測功能。如圖2、圖3、圖4所示，所述的嵌入式控制器中設有數(shù)據(jù)庫模塊101，用于存儲機械參數(shù)信號、電量參數(shù)信號、溫度信號、合分閘曲線數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)。采集數(shù)據(jù)與變換模塊102，用于采集AD轉換單元和I/O接口單元的外部數(shù)據(jù)，并變換到相應的物理量；控制管理模塊103，用于控制其他模塊的動作；運行狀態(tài)處理模塊104，用于對電量參數(shù)信號和溫度信號作相應處理和顯示；機械特性處理模塊105，用于對機械參數(shù)信號作相應處理和顯示；
運行趨勢圖顯示模塊106，用于顯示合閘曲線、合閘電流曲線、分閘曲線、分閘電流曲線、溫度曲線；故障診斷與報警模塊107，用于對設定的機械參數(shù)信號和電量參數(shù)信號的數(shù)據(jù)越限提示和報警；歷史數(shù)據(jù)查詢模塊108，用于對機械參數(shù)的數(shù)據(jù)和電量參數(shù)的數(shù)據(jù)作查詢。
權利要求
1.一種嵌入式實時監(jiān)測的智能真空斷路器，其特征在于，包括信號采集單元、前端信號調理單元、AD轉換單元、I/O單元、嵌入式控制器、人機界面和溫度測量單元，所述的信號采集單元與前端信號調理單元連接，所述的前端信號調理單元分別通過AD轉換單元、I/O單元與嵌入式控制器連接，所述的嵌入式控制器分別與人機界面、溫度測量單元連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種嵌入式實時監(jiān)測的智能真空斷路器，其特征在于，所述的信號采集單元包括機械參數(shù)信號采集模塊和電量參數(shù)信號采集模塊。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種嵌入式實時監(jiān)測的智能真空斷路器，其特征在于，所述的機械參數(shù)信號采集模塊采集的機械參數(shù)信號包括主觸點位置信號、合間電流和分閘電流；所述的主觸點位置信號為主觸點從分的原始位置到完成合的穩(wěn)定位置的整個過程的變化信號，從而計算出斷路器的機械參數(shù)數(shù)據(jù)；所述的合閘電流和分閘電流分別為合閘線圈的電流和分閘線圈的電流。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種嵌入式實時監(jiān)測的智能真空斷路器，其特征在于，所述的電量參數(shù)信號采集模塊采集的電量參數(shù)信號包括一次側的三相電壓、一次側的三相電流、控制回路電壓和儲能電機電流；一次側的三相電壓和三相電流是主觸點回路電量參數(shù)，控制回路電壓是斷路器的工作電壓。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種嵌入式實時監(jiān)測的智能真空斷路器，其特征在于，所述的溫度測量單元包括安裝在每相主觸點上下共六個溫度傳感器和環(huán)境溫度傳感器。
6.根據(jù)權利要求2所述的一種嵌入式實時監(jiān)測的智能真空斷路器，其特征在于，所述的前端信號調理單元包括電平轉換模塊、波形整形模塊、電氣隔離模塊、信號濾波模塊和相位補償模塊，該前端信號調理單元用于將信號采集單元采集的機械參數(shù)信號和電量參數(shù)信號與AD轉換單元、I/O 口的信號相匹配。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種嵌入式實時監(jiān)測的智能真空斷路器，其特征在于，所述的嵌入式控制器中設有數(shù)據(jù)庫模塊，用于存儲機械參數(shù)信號、電量參數(shù)信號、溫度信號、合分閘曲線數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)的數(shù)據(jù)。采集數(shù)據(jù)與變換模塊，用于采集AD轉換單元和I/O接口單元的外部數(shù)據(jù)，并變換到相應的物理量；控制管理模塊，用于控制其他模塊的動作；運行狀態(tài)處理模塊，用于對電量參數(shù)信號和溫度信號作相應處理和顯示；機械特性處理模塊，用于對機械參數(shù)信號作相應處理和顯示；運行趨勢圖顯示模塊，用于顯示合閘曲線、合閘電流曲線、分閘曲線、分閘電流曲線、溫度曲線；故障診斷與報警模塊，用于對設定的機械參數(shù)信號和電量參數(shù)信號的數(shù)據(jù)越限提示和報警；歷史數(shù)據(jù)查詢模塊，用于對機械參數(shù)的數(shù)據(jù)和電量參數(shù)的數(shù)據(jù)作查詢。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種嵌入式實時監(jiān)測的智能真空斷路器，其特征在于，所述的A/D轉換單元為嵌入式控制器處理模擬量信號，所述的I/O單元為嵌入式控制器處理開關量信號。
9.根據(jù)權利要求7所述的一種嵌入式實時監(jiān)測的智能斷路器，其特征在于，所述的嵌入式控制器為ARM工控機。
10.根據(jù)權利要求1所述的一種嵌入式實時監(jiān)測的智能真空斷路器，其特征在于，所述的人機界面包括LCD顯示器和觸摸屏，通過操作人機界面實現(xiàn)智能真空斷路器的數(shù)據(jù)監(jiān)測功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種嵌入式實時監(jiān)測的智能真空斷路器，包括信號采集單元、前端信號調理單元、AD轉換單元、I/O單元、嵌入式控制器、人機界面和溫度測量單元，所述的信號采集單元與前端信號調理單元連接，所述的前端信號調理單元分別通過AD轉換單元、I/O口與嵌入式控制器連接，所述的嵌入式控制器分別與人機界面、溫度測量單元連接。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有提供分析和診斷真空斷路器運行性能依據(jù)，降低了電網(wǎng)的維修成本、提高了電網(wǎng)的可靠性等優(yōu)點。
文檔編號H01H33/66GK102565686SQ201110404139
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月7日 優(yōu)先權日2011年12月7日
發(fā)明者沈行良, 祁為群, 陳宇晨, 韋鈺 申請人:上海工程技術大學