專利名稱：開(kāi)關(guān)柜監(jiān)測(cè)和弧光保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和弧光保護(hù)系統(tǒng)，屬于發(fā)電廠和變電所電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)和繼電保護(hù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
開(kāi)關(guān)柜是發(fā)電廠和變電所的重要電氣設(shè)備。開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部可能發(fā)生短路，在短路點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生電弧。常規(guī)繼電保護(hù)為了保證動(dòng)作的選擇性，在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生短路后，在很多情況下，故障切除時(shí)間往往大于100ms。因此短路電弧的 能量很大，在封閉的開(kāi)關(guān)柜內(nèi)形成很高的溫度和壓力，不僅會(huì)損壞開(kāi)關(guān)柜中的元件，還可能造成開(kāi)關(guān)柜燃燒或爆炸，危及人身安全和引起長(zhǎng)時(shí)間停電停產(chǎn)。為了在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部發(fā)生短路的情況下不損壞開(kāi)關(guān)柜，保證人身安全和盡可能縮短停電時(shí)間，短路電流持續(xù)時(shí)間應(yīng)該小于100ms。由于短路點(diǎn)通常會(huì)出現(xiàn)電弧，為此可以采用弧光保護(hù)裝置。目前使用的弧光保護(hù)裝置通常是由主機(jī)和從機(jī)構(gòu)成，主機(jī)和從機(jī)之間采用RS485通信方式。但是RS485通信的抗干擾能力和通信容錯(cuò)能力還不夠理想。有些開(kāi)關(guān)柜由于絕緣老化、空氣污染、潮濕或元件松動(dòng)等原因會(huì)發(fā)生局部放電。目前在開(kāi)關(guān)柜中一般不安裝局部放電監(jiān)測(cè)裝置，如果出現(xiàn)局部放電，則無(wú)法發(fā)出告警信號(hào)。如果開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)繼續(xù)惡化，則局部放電有可能發(fā)展為短路故障。由于過(guò)負(fù)荷、導(dǎo)線或元件連接不良等種種不正常狀態(tài)，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)溫度可能升高。目前在開(kāi)關(guān)柜中一般不安裝溫度監(jiān)測(cè)裝置。如果值班人員每天用手持式紅外測(cè)溫儀測(cè)量開(kāi)關(guān)柜內(nèi)導(dǎo)線或元件的溫度，因?yàn)橐蜷_(kāi)開(kāi)關(guān)柜的門，不僅麻煩，而且容易出故障。目前生產(chǎn)的弧光保護(hù)裝置的LCD液晶顯示屏只能顯示漢字、字母和數(shù)字，不能顯示曲線，不利于狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障分析。因此弧光保護(hù)裝置有必要采用更先進(jìn)的通信方式，采用高分辨率LCD液晶顯示屏顯示曲線，増加局部放電監(jiān)測(cè)和溫度監(jiān)測(cè)功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種開(kāi)關(guān)柜監(jiān)測(cè)和弧光保護(hù)系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)溫度和紫外線強(qiáng)度，及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的超溫和局部放電現(xiàn)象，給出告警信號(hào)，以便值班人員有計(jì)劃地檢修開(kāi)關(guān)柜，避免不正常狀態(tài)發(fā)展為短路故障；檢測(cè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部電弧短路故障，通過(guò)先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)迅速可靠地傳送信息，在2ms內(nèi)發(fā)出跳閘命令，快速有選擇性地切除故障，保證開(kāi)關(guān)柜和人身安全，縮短停電時(shí)間，縮小停電范圍。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
提出的開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和弧光保護(hù)方法包括以下步驟
開(kāi)關(guān)柜監(jiān)測(cè)和弧光保護(hù)系統(tǒng)，包括主機(jī)和從機(jī)，其特征在干，主機(jī)和從機(jī)都包括數(shù)字信號(hào)處理器、紫外線傳感器、數(shù)字式溫度傳感器、電流變換器、跳閘繼電器、信號(hào)繼電器和高分辨率LCD液晶顯示屏，主機(jī)和從機(jī)之間采用現(xiàn)場(chǎng)總線通信；紫外線傳感器安裝在開(kāi)關(guān)柜的母線室和電纜室，所述紫外線傳感器通過(guò)光纖連接到光接收器，光接收器輸出的電壓信號(hào)經(jīng)調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換后，送給所述數(shù)字信號(hào)處理器，如果紫外線強(qiáng)度大于局部放電定值，但是小于短路定值，則所述數(shù)字信號(hào)處理器發(fā)出局部放電告警信號(hào)；數(shù)字式溫度傳感器安裝在開(kāi)關(guān)柜的母線室和電纜室，所述溫度傳感器通過(guò)信號(hào)線連接到數(shù)字信號(hào)處理器的外設(shè)通信ロ，數(shù)字信號(hào)處理器完成溫度值計(jì)算和邏輯判斷功能，如果測(cè)量的實(shí)際溫度大于溫度定值，則所述數(shù)字信號(hào)處理器發(fā)出告警信號(hào)。所述紫外線傳感器用于檢測(cè)局部放電和短路電弧發(fā)出的紫外線。紫外線強(qiáng)度定值有兩個(gè)，較小的是局部放電定值，用于判斷是否出現(xiàn)局部放電；較大的是短路定值，用于判斷是否發(fā)生短路故障。系統(tǒng)的弧光保護(hù)可以采用弧光單判據(jù)，也可以采用弧光和過(guò)流雙判據(jù)。如果使用弧光單判據(jù)，只要紫外線強(qiáng)度大于短路定值，就發(fā)跳閘命令使斷路器跳閘。如果使用弧光和過(guò)流雙判據(jù)，當(dāng)紫外線強(qiáng)度大于短路定值，同時(shí)進(jìn)線 電流大于過(guò)流定值，才發(fā)跳閘命令使斷路器跳閘。出線開(kāi)關(guān)柜的紫外線由從機(jī)檢測(cè)，進(jìn)線電流由主機(jī)檢測(cè)。主機(jī)和從機(jī)之間采用現(xiàn)場(chǎng)總線如CAN總線、Profibus、Foudation Fieldbus或者LonWorks總線通信,姆個(gè)DSP有兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線控制器。采用320*240點(diǎn)陣高分辨率IXD液晶顯示屏，可以顯示正常運(yùn)行時(shí)模擬輸入量的波形，也可以顯示故障錄波的波形。本發(fā)明的有益效果是(1)采用精度高、抗干擾能力強(qiáng)的數(shù)字式溫度傳感器，自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的溫度，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)由于開(kāi)關(guān)柜不正常狀態(tài)引起的溫度升高，防止開(kāi)關(guān)柜狀態(tài)進(jìn)ー步惡化，減少故障發(fā)生率。(2)連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的紫外線強(qiáng)度，能可靠檢測(cè)出由于絕緣老化、空氣污染、潮濕或元件松動(dòng)等原因引發(fā)的局部放電，發(fā)告警信號(hào)。只要及時(shí)對(duì)開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行處理，就可以防止局部放電發(fā)展成短路故障。(3)所采用的現(xiàn)場(chǎng)總線控制器工作于多主方式，而且通信速率高，通信可靠，所以本發(fā)明的系統(tǒng)能快速有選擇地可靠切除開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部電弧短路故障。采用現(xiàn)場(chǎng)總線通信可以提高抗干擾能力和通信容錯(cuò)能力。由于每個(gè)DSP有兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線控制器，可以簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。


圖I是本發(fā)明主機(jī)硬件系統(tǒng)框圖。圖2是本發(fā)明主機(jī)和從機(jī)配置圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)ー步詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明提出的系統(tǒng)由主機(jī)和從機(jī)組成，可用于中壓或低壓開(kāi)關(guān)柜中，作為溫度監(jiān)測(cè)、局部放電監(jiān)測(cè)和電弧短路保護(hù)裝置。下面以中壓開(kāi)關(guān)柜應(yīng)用為例，描述具體實(shí)施方案。每個(gè)主機(jī)和從機(jī)裝置都有4個(gè)溫度傳感器和4個(gè)紫外線傳感器。每個(gè)開(kāi)關(guān)柜的母線室和電纜室各裝兩個(gè)溫度傳感器和兩個(gè)紫外線傳感器。數(shù)字式溫度傳感器通過(guò)信號(hào)線連接到數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的外設(shè)通信ロ，DSP發(fā)出命令使4個(gè)溫度傳感器統(tǒng)ー進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，然后DSP逐一讀取溫度值。如果從機(jī)測(cè)量的實(shí)際溫度持續(xù)大于溫度定值一段時(shí)間，則從機(jī)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線給主機(jī)傳輸信息，由主機(jī)發(fā)命令使信號(hào)繼電器出ロ觸點(diǎn)閉合發(fā)告警信號(hào)。
紫外線傳感器通過(guò)光纖連接到光接收器，光接收器輸出的電信號(hào)經(jīng)放大和濾波電路調(diào)理后，再經(jīng)采樣保持和A/D轉(zhuǎn)換獲得紫外線強(qiáng)度數(shù)值。如果從機(jī)檢測(cè)到局部放電現(xiàn)象，則從機(jī)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線主動(dòng)給主機(jī)傳送局部放電信息，由主機(jī)發(fā)出告警信號(hào)。如果從機(jī)檢測(cè)到出線開(kāi)關(guān)柜的電纜室有短路電弧，同時(shí)主機(jī)檢測(cè)到進(jìn)線過(guò)電流，主機(jī)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線主動(dòng)將過(guò)電流信息廣播給從機(jī)，從機(jī)判斷是出線開(kāi)關(guān)柜的電纜室短路，則從機(jī)發(fā)命令使固態(tài)繼電器出口觸點(diǎn)閉合，使出線斷路器跳閘。如果從機(jī)檢測(cè)到出線開(kāi)關(guān)柜的母線室有短路電弧，從機(jī)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線主動(dòng)給主機(jī)發(fā)短路信息。如果主機(jī)同時(shí)檢測(cè)到進(jìn)線過(guò)電流，則主機(jī)發(fā)跳閘命令使進(jìn)線斷路器和聯(lián)絡(luò)斷路器跳閘。
發(fā)跳閘命令或發(fā)告警信號(hào)后，IXD顯示屏顯示有關(guān)信息和曲線，主機(jī)通過(guò)RS485、以太網(wǎng)或現(xiàn)場(chǎng)總線將有關(guān)信息傳送給上位系統(tǒng)管理機(jī)。主機(jī)硬件系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖1，從機(jī)硬件系統(tǒng)框圖與主機(jī)類似。主機(jī)和從機(jī)配置圖見(jiàn)圖2，為了清晰起見(jiàn)，圖2沒(méi)有畫出溫度傳感器和電流變換器。
權(quán)利要求
1.開(kāi)關(guān)柜監(jiān)測(cè)和弧光保護(hù)系統(tǒng)，包括主機(jī)和從機(jī)，其特征在干，主機(jī)和從機(jī)都包括數(shù)字信號(hào)處理器、紫外線傳感器、數(shù)字式溫度傳感器、電流變換器、跳閘繼電器、信號(hào)繼電器和高分辨率LCD液晶顯示屏，主機(jī)和從機(jī)之間采用現(xiàn)場(chǎng)總線通信；紫外線傳感器安裝在開(kāi)關(guān)柜的母線室和電纜室，所述紫外線傳感器通過(guò)光纖連接到光接收器，光接收器輸出的電壓信號(hào)經(jīng)調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換后，送給所述數(shù)字信號(hào)處理器，如果紫外線強(qiáng)度大于局部放電定值，但是小于短路定值，則所述數(shù)字信號(hào)處理器發(fā)出局部放電告警信號(hào)；數(shù)字式溫度傳感器安裝在開(kāi)關(guān)柜的母線室和電纜室，所述溫度傳感器通過(guò)信號(hào)線連接到數(shù)字信號(hào)處理器的外設(shè)通信ロ，數(shù)字信號(hào)處理器完成溫度值計(jì)算和邏輯判斷功能，如果測(cè)量的實(shí)際溫度大于溫度定值，則所述數(shù)字信號(hào)處理器發(fā)出告警信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開(kāi)關(guān)柜監(jiān)測(cè)和弧光保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于出線開(kāi)關(guān)柜的紫外線由從機(jī)檢測(cè)，進(jìn)線電流由主機(jī)檢測(cè)，如果出線開(kāi)關(guān)柜電纜室發(fā)生電弧短路，則從機(jī)發(fā)出跳閘命令使出線斷路器跳閘；如果出線開(kāi)關(guān)柜母線室發(fā)生電弧短路，則主機(jī)發(fā)跳閘命令，使進(jìn)線斷路器跳閘。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的開(kāi)關(guān)柜監(jiān)測(cè)和弧光保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)的弧光保護(hù)采用弧光單判據(jù)或者弧光和過(guò)流雙判據(jù)當(dāng)使用弧光單判據(jù)時(shí)，只要紫外線強(qiáng)度大于短路定值，就發(fā)跳閘命令使斷路器跳閘；當(dāng)使用弧光和過(guò)流雙判據(jù)時(shí)，當(dāng)紫外線強(qiáng)度大于短路定值，同時(shí)進(jìn)線電流大于過(guò)流定值，才發(fā)跳閘命令使斷路器跳閘。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開(kāi)關(guān)柜監(jiān)測(cè)和弧光保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于所述現(xiàn)場(chǎng)總線采用CAN總線、Profibus、Foudation Fieldbus或者LonWorks總線；姆個(gè)所述數(shù)字信號(hào)處理器有兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的開(kāi)關(guān)柜監(jiān)測(cè)和弧光保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于所述高分辨率LCD液晶顯示屏顯示正常運(yùn)行時(shí)模擬輸入量的波形或者顯示故障錄波的波形。
全文摘要
本發(fā)明涉及開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和弧光保護(hù)系統(tǒng)，屬于電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)和繼電保護(hù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)由主機(jī)和從機(jī)組成，主機(jī)和從機(jī)的控制均由DSP實(shí)現(xiàn)，并且采用現(xiàn)場(chǎng)總線通信。本發(fā)明采用數(shù)字式溫度傳感器，用于監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的溫度；采用紫外線傳感器，用于檢測(cè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)局部放電和短路電弧發(fā)出的紫外線。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是能檢測(cè)開(kāi)關(guān)柜不正常運(yùn)行引起的溫度升高或局部放電，并及時(shí)發(fā)出告警信號(hào)，避免開(kāi)關(guān)柜發(fā)生短路故障。如果開(kāi)關(guān)柜突然發(fā)生短路故障，該系統(tǒng)能立即檢測(cè)出電弧發(fā)出的紫外線，通過(guò)先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線迅速傳送信息，快速有選擇性地切除故障。
文檔編號(hào)H02H7/22GK102694372SQ20121017706
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月1日
發(fā)明者吳華仁, 李曉慧, 楊建飛 申請(qǐng)人:南京師范大學(xué)