CN206975178U - 一种具备在线监测及离线测试断路器功能的装置 - Google Patents

Abstract

一种具备在线监测及离线测试断路器功能的装置，由传感器板、数据处理板、指示灯板、电源板和无线测温***构成，传感器板、数据处理板、指示灯板和电源板通过导线连接并安装在元件盒内，两套无线测温***分别安装在真空断路器的动触头及静触头侧端，传感器板上安装有150A电流传感器、5A电流传感器、20A霍尔传感器、60A霍尔传感器，还配套有安装在真空断路器动触头侧端的位移传感器，传感器板上还有8路开入量接口、1路网络光口、2路网络电口、2路RS232通讯端口，数据处理板由单片机***、核心控制板、AD采样***组成。本新型可实时监测断路器各种状态，为远方后台用现有成熟的计算机软件进行分析，了解、测试断路器工作状态、缺陷部位提供数据支持。

Description

一种具备在线监测及离线测试断路器功能的装置

技术领域

本实用新型涉及电力监测设备领域，尤其是一种具备在线监测及离线测试断路器功能的装置。

背景技术

真空断路器广泛应用于电气化铁路牵引供电***，近年来，相关部门通过对真空断路器发生事故的次数和缺陷部位的统计，断路器的操动***故障是最大的故障源；其中，由机械部分引起的故障占总故障约40%左右，操作机构电气回路引起的故障占总故障的35%左右。目前针对真空断路器等电气设备维护基本上采取定期检修（预防检修或计划检修）模式，这样会造成对断路器的盲目解体拆卸，浪费了大量人力、物力和财力，同时也造成了停电损失和设备寿命的降低。基于上述，如果能提供一种设备，实现对真空断路器运行参数的在线监测，通过监测结果，为远方后台使用现有成熟的计算机软件进行分析，准确了解断路器的工作状态、缺陷的部位提供数据支持，实现真空断路器由计划检修到状态检修的转变，这样不仅可以有效减少过早或不必要的停电试验和检修，减少维护工作量，降低维护费用，提高检修的针对性，也可显著提高供电的可靠性和经济性。

发明内容

为了克服现有应用于电气化铁路牵引供电***的真空断路器，因日常维护采用定期检修模式，由此带来的各种弊端，本实用新型提供了能实时对真空断路器运行参数进行在线监测，通过监测结果，为远方后台使用现有成熟的计算机软件进行分析，准确了解断路器的工作状态、缺陷的部位提供数据支持，实现真空断路器由计划检修到状态检修的转变，不仅有效减少过早或不必要的停电试验和检修，减少维护工作量，降低维护费用，提高检修的针对性，并可显著提高供电可靠性和经济性，更好服务于电气化铁路牵引供电***的一种具备在线监测及离线测试断路器功能的装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具备在线监测及离线测试断路器功能的装置，其特征在于由传感器板、数据处理板、指示灯板、电源板和无线测温***构成，传感器板、数据处理板、指示灯板和电源板安装在元件盒内，电源板是开关电源模块，电源板电源输入端和220V直流电源通过导线连接，传感器板上安装有两只150A电流传感器、两只5A电流传感器、三只20A霍尔传感器、一只60A霍尔传感器，传感器板还配套有一只安装在真空断路器动触头侧端的位移传感器，传感器板上还具有8路开入量接口、1路网络光口、2路网络电口、2路RS232通讯端口，电源板电源输出端和150A电流传感器、5A电流传感器、20A霍尔传感器、60A霍尔传感器、位移传感器电源输入端分别通过导线连接，8路开入量接口其中四个接口经一只PS2801型光耦四个信号输出端、四个信号输入端，和真空断路器上合分闸状态、试验/运行工作状态、远方/就地状态、测试点状态端口通过信号线连接，8路开入量接口另外四个接口经另一只PS2801型光耦四个信号输出端、四个信号输入端，和真空断路器上就地合状态、就地分状态、远方合状态、远方分状态端口通过信号线连接，8路开入量接口信号输出端、150A电流传感器、5A电流传感器、20A霍尔传感器、60A霍尔传感器、位移传感器信号输出端分别和数据处理板信号输入端通过总线连接，电源板电源输出端分别和数据处理板的电源输入端、指示灯板的电源指示灯电源输入端通过导线连接，数据处理板信号输出端和传感器板上的1路网络光口、2路网络电口数据输入端分别通过数据线连接，传感器板上的1路网络光口、2路网络电口中的一个接口和管理方远方后台计算机通过网线连接，数据处理板三个电源输出端分别和指示灯板的运行指示灯、通讯指示灯、报警指示灯电源输入端通过导线连接，和被监测真空断路器上电流互感器连接的导线、和合闸线圈连接的导线、和分闸线圈连接的导线、和储能电容连接的导线分别穿过两只150A电流传感器、两只5A电流传感器、三只20A霍尔传感器、一只60A霍尔传感器的中部检测点，无线测温***有两套，分别安装在真空断路器的动触头及静触头侧端，无线测温***内部经电池供电。

所述电源板是输入电源直流220V，输出为直流24V的开关电源模块。

所述和被监测真空断路上电流互感器连接的导线、和合闸线圈连接的导线、和分闸线圈连接的导线、和储能电容连接的导线分别穿过两只150A电流传感器、两只5A电流传感器、三只20A霍尔传感器、一只60A霍尔传感器的中部检测点时，和电流互感器连接的两根导线分别穿过两只150A电流传感器，用于监测真空断路器A、C相开断电流，电流互感器的两根导线分别穿过两只5A电流传感器，用于监测真空断路器A、C相运行电流，和合闸线圈连接的一根导线穿过第一只20A霍尔传感器，用于监测真空断路器合闸电流波形，和第一只分闸线圈连接的一根导线穿过第二只20A霍尔传感器，用于监测真空断路器第一只分闸线圈电流波形，和第二只分闸线圈连接的一根导线穿过第三只20A霍尔传感器，用于监测真空断路器第二只分闸线圈电流波形，和储能电容连接的一根导线穿过60A霍尔传感器，用于监测储能电容电流波形，位移传感器监测真空断路器触头位移以及速度，各传感器将检测到的电流信号转换成电压信号汇总后，通过总线方式传送给数据处理板。

所述数据处理板由单片机***、核心控制板、AD采样***组成，单片机***包括单片机模块和FPGA模块、单片机模块主控芯片是STM32F407，FPGA模块主控芯片是EP4CE6E22，单片机模块和FPGA模块之间通过并行总线传递数字信号，单片机***和核心控制板之间通过网络通讯传递数字信号，AD采样***和单片机***之间通过数据线连接，核心控制板是基于ARM系列CPU的计算机，核心控制板的操作***是Linux***，核心控制板上还具有433MHz无线通讯子***，AD采样***具有三片主控芯片，三片主控芯片型号分别是AD7606、AD7606、AD7988，工作中，AD采样***、单片机***负责处理信号采集分析，核心控制板负责数据存储及远传，核心控制板上的433MHz无线通讯子***，接收两套无线测温***读取传输的真空断路器动触头温度及静触头温度，核心控制板处理后数据通过传感器板上的1路网络光口、2路网络电口中的一个接口经网线传输给管理方远方后台计算机，通讯规约满足IEC61850协议。

所述数据处理板AD采样***的三片主控芯片，第一片AD7606芯片为内置16位、200ksps双极性输入同步采样的8通道AD芯片，采样精度高，该芯片主要采样真空断路器A相开断电流、C相开断电流、A相运行电流、C相运行电流、合闸线圈电流、分闸线圈电流一共六路信号，第二片芯片AD7606芯片主要采样分闸线圈电流、移位传感器信号、储能电容电流一共三路信号，第三片AD7988芯片为内置16位、500ksps逐次逼近型AD芯片，通过真空断路器上配套的全隔离电路采样储能电容电压信号，所有三只AD芯片经高速采样后，将传感器板上各种传感器传来的模拟信号转变成数字信号，传送给FPGA模块，FPGA模块经过并行总线将采集的数据信号高速传递给单片机模块，单片机模块再经过网络将采集的数据传递给核心控制板，核心控制板经存储、计算、分析后将数据通过传感器板上网络光口及网络电口中的一个接口，经网线传输给管理方远方后台计算机。

所述8路开入量接口其中四个接口经一只PS2801型光耦四个信号输出端、四个信号输入端，和真空断路器上合分闸状态、试验/运行工作状态、远方/就地状态、测试点状态端口通过信号线连接，8路开入量接口另外四个接口经另一只PS2801型光耦四个信号输出端、四个信号输入端，和真空断路器上就地合状态、就地分状态、远方合状态、远方分状态端口通过信号线连接后，FPGA模块可同时采集各开关量信号，开关量信号经PS2801型光耦光电隔离后后传送给FPGA模块，FPGA模块经过并行总线将采集的数据信号高速传递给单片机模块，单片机模块再经过网络将采集的数据传递给核心控制板，核心控制板经存储、计算、分析后将数据通过传感器板上网络光口及网络电口中的一个接口，经网线传输给管理方远方后台计算机，远方后台计算机可监测和测试断路器合分闸状态、试验/运行工作状态、远方/就地状态、测试点状态、就地合状态、就地分状态、远方合状态、远方分状态。

本实用新型有益效果是：本实用新型可实时监测真空断路器A、C相开断电流，真空断路器A、C相运行电流、真空断路器合闸电流波形，真空断路器第一只分闸线圈电流波形，真空断路器第二只分闸线圈电流波形，储能电容电流波形，真空断路器触头位移以及速度，各传感器将检测到的电流信号转换成电压信号汇总后，通过总线方式传送给数据处理板，数据处理板计算、分析、存储后，通过传感器板上的网络电口及网络光口中的一个接口向远方后台传送信号，为远方后台使用现有成熟的计算机软件进行分析，准确了解断路器的工作状态、缺陷的部位提供了数据支持，当各特征量越限时报警。对处于实验位的离线断路器可测试其合分闸速度、合分闸时间、开关开距、开关超程、刚分时刻等特征量。基于上述，所以具有好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明：

图1是本实用新型结构框图；

图2是本实用新型数据处理板结构框图。

具体实施方式

图1、2中所示，一种具备在线监测及离线测试断路器功能的装置，由传感器板1、数据处理板2、指示灯板3、电源板4和无线测温***21构成，传感器板1、数据处理板2、指示灯板3和电源板4安装在元件盒内，电源板4是开关电源模块，电源板4电源输入端和220V直流电源通过导线连接，传感器板1上安装有两只150A电流传感器5及6、两只5A电流传感器7及8、三只20A霍尔传感器9和10及11、一只60A霍尔传感器12、传感器板还配套有一只安装在真空断路器动触头侧端的位移传感器，传感器板上还具有8路开入量接口13、1路网络光口14、2路网络电口15、2路RS232通讯端口16，电源板4电源输出端和150A电流传感器5及6、5A电流传感器7及8、20A霍尔传感器9和10及11、60A霍尔传感器12、位移传感器电源输入端分别通过导线连接，8路开入量接口13其中四个接口经一只PS2801型光耦四个信号输出端、四个信号输入端，和真空断路器上合分闸状态38、试验/运行工作状态39、远方/就地状态40、测试点状态41端口通过信号线连接，8路开入量接口13另外四个接口经另一只PS2801型光耦四个信号输出端、四个信号输入端，和真空断路器上就地合状态42、就地分状态43、远方合状态44、远方分状态44端口通过信号线连接，8路开入量接口13信号输出端、150A电流传感器5及6、5A电流传感器7及8、20A霍尔传感器9和10 及11、60A霍尔传感器12、位移传感器信号输出端分别和数据处理板2信号输入端通过总线连接，电源板4电源输出端分别和数据处理板2的电源输入端、指示灯板3的电源指示灯电源输入端通过导线连接，数据处理板2信号输出端和传感器板1上的1路网络光口14、2路网络电口15数据输入端分别通过数据线连接，传感器板1上的1路网络光口14、2路网络电口15中的一个接口和管理方远方后台计算机通过网线连接，数据处理板2三个电源输出端分别和指示灯板3的运行指示灯、通讯指示灯、报警指示灯电源输入端通过导线连接，和被监测真空断路上电流互感器连接的导线、和合闸线圈连接的导线、和分闸线圈连接的导线、和储能电容连接的导线分别穿过两只150A电流传感器5及6、两只5A电流传感器7及8、三只20A霍尔传感器9和10及11、一只60A霍尔传感器12的中部检测点，无线测温***21有两套，分别安装在真空断路器的动触头及静触头侧端，无线测温***21内部经电池供电。

图1、2中所示，电源板4是输入电源交流220V，输出为直流24V的开关电源模块。和被监测真空断路上电流互感器连接的导线、和合闸线圈连接的导线、和分闸线圈连接的导线、和储能电容连接的导线分别穿过两只150A电流传感器、两只5A电流传感器、三只20A霍尔传感器、一只60A霍尔传感器的中部检测点时，和电流互感器连接的两根导线分别穿过两只150A电流传感器5和6，用于监测真空断路器A、C相开断电流，电流互感器的两根导线分别穿过两只5A电流传感器7和8，用于监测真空断路器A、C相运行电流，和合闸线圈连接的一根导线穿过第一只20A霍尔传感器9，用于监测真空断路器合闸电流波形，和第一只分闸线圈连接的一根导线穿过第二只20A霍尔传感器10，用于监测真空断路器第一只分闸线圈电流波形，和第二只分闸线圈连接的一根导线穿过第三只20A霍尔传感器11，用于监测真空断路器第二只分闸线圈电流波形，和储能电容连接的一根导线穿过60A霍尔传感器12，用于监测储能电容电流波形，位移传感器监测真空断路器触头位移以及速度，各传感器将检测到的电流信号转换成电压信号汇总后，通过总线方式传送给数据处理板2。

图1、2中所示，数据处理板由单片机***、核心控制板19、AD采样***组成，单片机***包括单片机模块17和FPGA模块18、单片机模块17主控芯片是STM32F407，FPGA模块18主控芯片是EP4CE6E22，单片机模块17和FPGA模块18之间通过并行总线传递数字信号，单片机***和核心控制板19之间通过网络通讯传递数字信号，AD采样***和单片机***之间通过数据线连接，核心控制板是基于ARM系列CPU的计算机，核心控制板19的操作***是Linux***，核心控制板19上还具有433MHz无线通讯子***，AD采样***具有三片主控芯片，三片主控芯片型号分别是AD7606、AD7606、AD7988，工作中，AD采样***、单片机***负责处理信号采集分析，核心控制板19负责数据存储及远传，核心控制板19上的433MHz无线通讯子***，接收两套无线测温***21读取传输的真空断路器动触头温度及静触头温度，核心控制板19处理后数据通过传感器板1上的1路网络光口14、2路网络电口15中的一个接口经网线传输给管理方远方后台20计算机，通讯规约满足IEC61850协议。数据处理板AD采样***的三片主控芯片，第一片AD7606芯片25为内置16位、200ksps双极性输入同步采样的8通道AD芯片，采样精度高，该芯片主要采样真空断路器A相开断电流、C相开断电流、A相运行电流、C相运行电流、合闸线圈电流、分闸线圈电流一共六路信号，第二片芯片AD7606芯片26主要采样分闸线圈电流、移位传感器信号、储能电容电流一共三路信号，第三片AD7988芯片24为内置16位、500ksps逐次逼近型AD芯片，通过真空断路器上配套的全隔离电路采样储能电容电压信号，所有三只AD芯片经高速采样后，将传感器板1上各种传感器传来的模拟信号转变成数字信号，传送给FPGA模块18，FPGA模块18经过并行总线，将采集的数据信号高速传递给单片机模块17，单片机模块17再经过网络将采集的数据传递给核心控制板9，核心控制板19经存储、计算、分析后将数据通过传感器板1上网络光口14及网络电口14中的一个接口，经网线传输给管理方远方后台20计算机。8路开入量接口13其中四个接口经一只PS2801型光耦四个信号输出端、四个信号输入端，和真空断路器上合分闸状态38、试验/运行工作状态29、远方/就地状态40、测试点状态41端口通过信号线连接，8路开入量接口另外四个接口经另一只PS2801型光耦四个信号输出端、四个信号输入端，和真空断路器上就地合状态42、就地分状态43、远方合状态44、远方分状态44端口通过信号线连接后，FPGA模块18可同时采集各开关量信号，开关量信号经PS2801型光耦光电隔离后后传送给FPGA模块18，FPGA模块18经过并行总线，将采集的数据信号高速传递给单片机模块17，单片机模块17再经过网络将采集的数据传递给核心控制板19，核心控制板19经存储、计算、分析后将数据通过传感器板1上网络光口14及网络电口15中的一个接口，经网线传输给管理方远方后台20计算机，远方后台20计算机可监测和测试断路器合分闸状态、试验/运行工作状态、远方/就地状态、测试点状态、就地合状态、就地分状态、远方合状态、远方分状态。

图1、2中所示，本实用新型可实时监测真空断路器A、C相开断电流，真空断路器A、C相运行电流、真空断路器合闸电流波形，真空断路器第一只分闸线圈电流波形，真空断路器第二只分闸线圈电流波形，储能电容电流波形，真空断路器触头位移以及速度，各传感器将检测到的电流信号转换成电压信号汇总后，通过总线方式传送给数据处理板2，数据处理板2计算、分析、存储后，通过传感器板1上的网络电口14及网络光口15中的一个接口向远方后台20传送信号，为远方后台20使用现有成熟的计算机软件进行分析，准确了解真空断路器的工作状态、缺陷的部位提供了数据支持，当各特征量越限时报警。对处于实验位的离线真空断路器可测试其合分闸速度、合分闸时间、开关开距、开关超程、刚分时刻等特征量。基于上述，所以具有好的应用前景。

需要说明的是，本实施例为本实用新型较佳实例，并不用以限制本实用新型，凡在本实施例原则范围内做任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具备在线监测及离线测试断路器功能的装置，其特征在于由传感器板、数据处理板、指示灯板、电源板和无线测温***构成，传感器板、数据处理板、指示灯板和电源板安装在元件盒内，电源板是开关电源模块，电源板电源输入端和220V直流电源通过导线连接，传感器板上安装有两只150A电流传感器、两只5A电流传感器、三只20A霍尔传感器、一只60A霍尔传感器，传感器板还配套有一只安装在真空断路器动触头侧端的位移传感器，传感器板上还具有8路开入量接口、1路网络光口、2路网络电口、2路RS232通讯端口，电源板电源输出端和150A电流传感器、5A电流传感器、20A霍尔传感器、60A霍尔传感器、位移传感器电源输入端分别通过导线连接，8路开入量接口其中四个接口经一只PS2801型光耦四个信号输出端、四个信号输入端，和真空断路器上合分闸状态、试验/运行工作状态、远方/就地状态、测试点状态端口通过信号线连接，8路开入量接口另外四个接口经另一只PS2801型光耦四个信号输出端、四个信号输入端，和真空断路器上就地合状态、就地分状态、远方合状态、远方分状态端口通过信号线连接，8路开入量接口信号输出端、150A电流传感器、5A电流传感器、20A霍尔传感器、60A霍尔传感器、位移传感器信号输出端分别和数据处理板信号输入端通过总线连接，电源板电源输出端分别和数据处理板的电源输入端、指示灯板的电源指示灯电源输入端通过导线连接，数据处理板信号输出端和传感器板上的1路网络光口、2路网络电口数据输入端分别通过数据线连接，传感器板上的1路网络光口、2路网络电口中的一个接口和管理方远方后台计算机通过网线连接，数据处理板三个电源输出端分别和指示灯板的运行指示灯、通讯指示灯、报警指示灯电源输入端通过导线连接，和被监测真空断路器上电流互感器连接的导线、和合闸线圈连接的导线、和分闸线圈连接的导线、和储能电容连接的导线分别穿过两只150A电流传感器、两只5A电流传感器、三只20A霍尔传感器、一只60A霍尔传感器的中部检测点，无线测温***有两套，分别安装在真空断路器的动触头及静触头侧端，无线测温***内部经电池供电。

2.根据权利要求1所述的一种具备在线监测及离线测试断路器功能的装置，其特征在于电源板是输入电源直流220V，输出为直流24V的开关电源模块。

3.根据权利要求1所述的一种具备在线监测及离线测试断路器功能的装置，其特征在于和被监测真空断路上电流互感器连接的导线、和合闸线圈连接的导线、和分闸线圈连接的导线、和储能电容连接的导线分别穿过两只150A电流传感器、两只5A电流传感器、三只20A霍尔传感器、一只60A霍尔传感器的中部检测点时，和电流互感器连接的两根导线分别穿过两只150A电流传感器，用于监测真空断路器A、C相开断电流，电流互感器的两根导线分别穿过两只5A电流传感器，用于监测真空断路器A、C相运行电流，和合闸线圈连接的一根导线穿过第一只20A霍尔传感器，用于监测真空断路器合闸电流波形，和第一只分闸线圈连接的一根导线穿过第二只20A霍尔传感器，用于监测真空断路器第一只分闸线圈电流波形，和第二只分闸线圈连接的一根导线穿过第三只20A霍尔传感器，用于监测真空断路器第二只分闸线圈电流波形，和储能电容连接的一根导线穿过60A霍尔传感器，用于监测储能电容电流波形，位移传感器监测真空断路器触头位移以及速度，各传感器将检测到的电流信号转换成电压信号汇总后，通过总线方式传送给数据处理板。

4.根据权利要求1所述的一种具备在线监测及离线测试断路器功能的装置，其特征在于数据处理板由单片机***、核心控制板、AD采样***组成，单片机***包括单片机模块和FPGA模块、单片机模块主控芯片是STM32F407，FPGA模块主控芯片是EP4CE6E22，单片机模块和FPGA模块之间通过并行总线传递数字信号，单片机***和核心控制板之间通过网络通讯传递数字信号，AD采样***和单片机***之间通过数据线连接，核心控制板是基于ARM系列CPU的计算机，核心控制板的操作***是Linux***，核心控制板上还具有433MHz无线通讯子***，AD采样***具有三片主控芯片，三片主控芯片型号分别是AD7606、AD7606、AD7988，工作中，AD采样***、单片机***负责处理信号采集分析，核心控制板负责数据存储及远传，核心控制板上的433MHz无线通讯子***，接收两套无线测温***读取传输的真空断路器动触头温度及静触头温度，核心控制板处理后数据通过传感器板上的1路网络光口、2路网络电口中的一个接口经网线传输给管理方远方后台计算机，通讯规约满足IEC61850协议。

5.根据权利要求4所述的一种具备在线监测及离线测试断路器功能的装置，其特征在于数据处理板AD采样***的三片主控芯片，第一片AD7606芯片为内置16位、200ksps双极性输入同步采样的8通道AD芯片，采样精度高，该芯片主要采样真空断路器A相开断电流、C相开断电流、A相运行电流、C相运行电流、合闸线圈电流、分闸线圈电流一共六路信号，第二片芯片AD7606芯片主要采样分闸线圈电流、移位传感器信号、储能电容电流一共三路信号，第三片AD7988芯片为内置16位、500ksps逐次逼近型AD芯片，通过真空断路器上配套的全隔离电路采样储能电容电压信号，所有三只AD芯片经高速采样后，将传感器板上各种传感器传来的模拟信号转变成数字信号，传送给FPGA模块，FPGA模块经过并行总线，将采集的数据信号高速传递给单片机模块，单片机模块再经过网络将采集的数据传递给核心控制板，核心控制板经存储、计算、分析后将数据通过传感器板上网络光口及网络电口中的一个接口，经网线传输给管理方远方后台计算机。

6.根据权利要求5所述的一种具备在线监测及离线测试断路器功能的装置，其特征在于8路开入量接口其中四个接口经一只PS2801型光耦四个信号输出端、四个信号输入端，和真空断路器上合分闸状态、试验/运行工作状态、远方/就地状态、测试点状态端口通过信号线连接，8路开入量接口另外四个接口经另一只PS2801型光耦四个信号输出端、四个信号输入端，和真空断路器上就地合状态、就地分状态、远方合状态、远方分状态端口通过信号线连接后，FPGA模块可同时采集各开关量信号，开关量信号经PS2801型光耦光电隔离后传送给FPGA模块，FPGA模块经过并行总线，将采集的数据信号高速传递给单片机模块，单片机模块再经过网络将采集的数据传递给核心控制板，核心控制板经存储、计算、分析后将数据通过传感器板上网络光口及网络电口中的一个接口，经网线传输给管理方远方后台计算机，远方后台计算机可监测和测试断路器合分闸状态、试验/运行工作状态、远方/就地状态、测试点状态、就地合状态、就地分状态、远方合状态、远方分状态。