一种变电站断路器跳合闸回路精准监测装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种变电站跳合闸回路精准监测装置与方法，该装置包括跳合闸回路、测试回路、线性功率放大器、DA模块、FPGA、功率电阻、第一路信号放大模块、第一路AD采集模块、霍尔传感器、第二路信号放大模块、第二路AD采集模块、温湿度传感器和开入模块。本发明专利技术主要利用对变电站跳合闸回路电流的精准监测，既可以识别跳合闸的分合闸状态，还可以监测变电站长期运行中可能发生的线路老化等原因导致跳合闸回路电流异常增大的情况，快速定位故障点,有效保障电网安全运行。

【技术实现步骤摘要】
一种变电站断路器跳合闸回路精准监测装置与方法
本专利技术涉及电力系统变电站二次回路领域，具体涉及一种变电站断路器跳合闸回路精准监测装置与方法。
技术介绍
高压断路器的跳合闸回路是电力系统控制中最终的保护回路，因此对跳合闸回路的监视十分重要。目前，国内外对断路器跳合闸回路的监视方法大致有4种：采用简单直观的红绿灯回路直接监视；采用跳合闸位置继电器常闭触点串联启动中央信号的间接监视；采用合闸状态下的跳合闸回路完整性信号灯监视；采用串接高内阻继电器于跳闸回路的间接监视。但上述四种方法只能监视断路器跳合闸回路的通断状态，不能实时监测回路电流。所以当电缆故障导致跳合闸回路电流异常时，无法预警，且不能对故障点定位，进而无法提醒运维人员进行补救措施。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免现有技术中的不足之处，提供了一种变电站断路器跳合闸回路精准监测装置与方法，可以对变电站断路器跳合闸回路的电流进行检测，而且精度较高，并且可快速定位故障点。本专利技术采用的技术方案如下：一种变电站断路器跳合闸回路精准监测装置，包括跳合闸回路、测试回路、线性功率放大器、DA模块、FPGA、功率电阻、第一路信号放大模块、第一路AD采集模块、霍尔传感器、第二路信号放大模块、第二路AD采集模块、温湿度传感器和开入模块；线性功率放大器通过DA模块与FPGA连接，功率电阻一端通过测试回路与电气地连接，功率电阻另一端分别与线性功率放大器的输出端以及第一路信号放大模块的输入端连接，第一路信号放大模块通过第一路AD采集模块与FPGA连接，跳合闸回路和测试回路均穿过霍尔传感器，霍尔传感器与第二路信号放大模块的输入端连接，第二路信号放大模块通过第二路AD采集模块与FPGA连接；FPGA分别与温湿度传感器和开入模块连接，跳合闸回路上设置有跳合闸硬接点，开入模块用于监测跳合闸硬接点的开合状态。进一步的，所述霍尔传感器为可开合式霍尔传感器。进一步的，所述霍尔传感器包含一个环形霍尔磁芯，跳合闸回路和测试回路同时穿过环形霍尔磁芯。进一步的，所述温湿度传感器用于采集设备环境温度，直接连接FPGA芯片的I/O引脚。进一步的，所述跳合闸回路为待测断路器跳合闸回路。进一步的，所述测试回路用于产生的一条与跳合闸回路电流方向相同的带电回路；所述DA模块用于将FPGA芯片提供的数字信号转换为模拟信号；所述线性功率放大器用于对所述DA模块提供的模拟信号进行功率放大并输出给测试回路，以使所述功率电阻产生电流和电压；所述第一路信号放大模块用于获取功率电阻的电压并进行信号放大；所述第一路AD采集模块用于将功率电阻的电压模拟信号转换为功率电阻电压数字信号；所述霍尔传感器用于测量穿过霍尔磁芯的总回路电流并获得总回路电流模拟信号；所述第二路信号放大模块用于对霍尔传感器输出的总回路电流模拟信号进行放大；所述第二路AD采集模块用于将总回路电流模拟信号转换为总回路电流数字信号；所述开入模块用于监测跳合闸硬接点的状态，以将其状态信息传输给FPGA。一种变电站断路器跳合闸回路精准监测方法，其利用上述装置进行，所述方法包括如下步骤：步骤一、FPGA对DA模块进行初始化；步骤二、FPGA向DA模块输出数字量0；步骤三、FPGA获取第一路AD采集模块输出的功率电阻电压数字信号，根据功率电阻电压数字信号计算测试回路当前电流值，并将测试回路当前电流值记为基准电流值Is；步骤四、FPGA获取开入模块输入的电平状态；步骤五、FPGA获取第二路AD采集模块输出的总回路电流数字信号，并生成总回路电流值，并将总回路电流值存储为基准采样值Ds；步骤六、FPGA增大对DA模块的数字量输出，使得测试回路的电流增大；步骤七、FPGA获取第一路AD采集模块输出的功率电阻电压数字信号，并生成功率电阻电压值，并根据功率电阻电压值计算测试回路电流值，若测试回路电流值大于1A，执行步骤十一，否则执行步骤八；步骤八、FPGA将步骤七计算的测试回路电流值，减去步骤三中测试回路基准电流值Is，得出测试回路电流增量，并使用测试回路电流增量数组In存储测试回路电流增量，n为序号，步骤八每执行一次n值加1，之后执行步骤九；步骤九、FPGA获取开入模块的电平状态，若本步骤的电平状态与步骤三中的电平状态不一致，n设置为初始值1，执行步骤二，否则执行步骤十；步骤十、FPGA获取第二路AD采集模块输出的总回路电流数字信号，并生成总回路电流值，将总回路电流值减去步骤五中的基准采样值Ds，得出总回路电流增量，并使用总回路电流增量数组Dn存储，步骤10每执行一次n值加1，之后执行步骤六；步骤十一、FPGA使用最小二乘法对步骤八中的测试回路电流增量与步骤十获得的总回路电流增量进行线性回归分析，获得测试回路电流增量与总回路电流增量之间的线性关系；步骤十二、FPGA驱动DA模块，使得FPGA向DA模块输出的数字量为0；步骤十三、FPGA通过温湿度传感器获取当前环境温度，并记录为参考环境温度T0；步骤十四、FPGA通过温湿度传感器获取当前环境温度T1，若当前环境温度T1与步骤十三中的参考环境温度T0，温差达到预设的阈值时，执行步骤二，否则继续执行步骤十五；步骤十五、FPGA获取第二路AD采集模块采集的总回路电流数字信号，并生成总回路电流值，并将总回路电流值减去步骤五中的基准采样值Ds，得到总回路电流增量；步骤十六、根据步骤十五中计算的总回路电流增量，以及测试回路电流增量与总回路电流增量之间的线性关系，计算跳合闸回路电流变化值，之后执行步骤十七；步骤十七、FPGA根据跳合闸回路电流变化值对断路器跳合闸回路进行状态监测与故障预警。进一步的，所述的步骤十七中进行状态监测与故障预警包括以下内容：当前后两次监测的跳合闸回路电流变化值大于等于1A，且开入模块产生电平跳变，FPGA认定断路器发生分合闸操作；当前后两次监测到跳合闸回路电流变化值大于等于110mA且小于1A，FPGA做出绝缘故障预警；当前后两次监测的跳合闸回路电流变化值大于等于10mA且小于110mA，FPGA做出电流波动预警。进一步的，步骤十四中所述阈值为10摄氏度。进一步的，步骤十一中，假定测试回路电流增量与总回路电流增量的线性关系为y＝a*x+b，其中y为测试回路电流增量，x为总回路电流增量，a和b为FPGA使用最小二乘法计算出的线性参数。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术使用可开合式的霍尔传感器，安装简单，可操作性较高，既可以用于新建的变电站，也可用于已投运的变电站，安装时无需变电站停运，具有较高社会效益；2、本专利技术使用明确的电流增量，让装置学习以建立装置测试结果与实际电流增量的函数关系，在实际应用时使用该函数关系计算电流值，因此对于变电站断路器跳合闸回路的电流检测精度高，最高可达10mA级；3、本专利技术具有在线实时校准的特性、较高的环境适应性以及暂态本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变电站断路器跳合闸回路精准监测装置，其特征在于：包括跳合闸回路、测试回路、线性功率放大器、DA模块、FPGA、功率电阻、第一路信号放大模块、第一路AD采集模块、霍尔传感器、第二路信号放大模块、第二路AD采集模块、温湿度传感器和开入模块；/n线性功率放大器通过DA模块与FPGA连接，功率电阻一端通过测试回路与电气地连接，功率电阻另一端分别与线性功率放大器的输出端以及第一路信号放大模块的输入端连接，第一路信号放大模块通过第一路AD采集模块与FPGA连接，/n跳合闸回路和测试回路均穿过霍尔传感器，霍尔传感器与第二路信号放大模块的输入端连接，第二路信号放大模块通过第二路AD采集模块与FPGA连接；/nFPGA分别与温湿度传感器和开入模块连接，跳合闸回路上设置有跳合闸硬接点，开入模块用于监测跳合闸硬接点的开合状态。/n

【技术特征摘要】
1.一种变电站断路器跳合闸回路精准监测装置，其特征在于：包括跳合闸回路、测试回路、线性功率放大器、DA模块、FPGA、功率电阻、第一路信号放大模块、第一路AD采集模块、霍尔传感器、第二路信号放大模块、第二路AD采集模块、温湿度传感器和开入模块；
线性功率放大器通过DA模块与FPGA连接，功率电阻一端通过测试回路与电气地连接，功率电阻另一端分别与线性功率放大器的输出端以及第一路信号放大模块的输入端连接，第一路信号放大模块通过第一路AD采集模块与FPGA连接，
跳合闸回路和测试回路均穿过霍尔传感器，霍尔传感器与第二路信号放大模块的输入端连接，第二路信号放大模块通过第二路AD采集模块与FPGA连接；
FPGA分别与温湿度传感器和开入模块连接，跳合闸回路上设置有跳合闸硬接点，开入模块用于监测跳合闸硬接点的开合状态。


2.如权利要求1所述的变电站断路器跳合闸回路精准监测装置，其特征在于：所述霍尔传感器为可开合式霍尔传感器。


3.如权利要求1所述的变电站断路器跳合闸回路精准监测装置，其特征在于：所述霍尔传感器包含一个环形霍尔磁芯，跳合闸回路和测试回路同时穿过环形霍尔磁芯。


4.如权利要求1所述的变电站断路器跳合闸回路精准监测装置，其特征在于：所述温湿度传感器用于采集设备环境温度，直接连接FPGA芯片的I/O引脚。


5.如权利要求1所述的变电站断路器跳合闸回路精准监测装置，其特征在于：所述跳合闸回路为待测断路器跳合闸回路。


6.如权利要求1所述的变电站断路器跳合闸回路精准监测装置，其特征在于：
所述测试回路用于产生的一条与跳合闸回路电流方向相同的带电回路；
所述DA模块用于将FPGA芯片提供的数字信号转换为模拟信号；
所述线性功率放大器用于对所述DA模块提供的模拟信号进行功率放大并输出给测试回路，以使所述功率电阻产生电流和电压；
所述第一路信号放大模块用于获取功率电阻的电压并进行信号放大；所述第一路AD采集模块用于将功率电阻的电压模拟信号转换为功率电阻电压数字信号；
所述霍尔传感器用于测量穿过霍尔磁芯的总回路电流并获得总回路电流模拟信号；
所述第二路信号放大模块用于对霍尔传感器输出的总回路电流模拟信号进行放大；
所述第二路AD采集模块用于将总回路电流模拟信号转换为总回路电流数字信号；
所述开入模块用于监测跳合闸硬接点的状态，以将其状态信息传输给FPGA。


7.一种变电站断路器跳合闸回路精准监测方法，其特征在于利用权利要求1-6中任一项所述的装置进行，所述方法包括如下步骤：
步骤一、FPGA对DA模块进行初始化；
步骤二、FPGA向DA模块输出数字量0；
步骤三、FPGA获取第一路AD采集模块输出的功率电阻电压数字信号，根据功率电阻电压数字信号计算测试回路当前电流值，并将测试回路当前电流值记为基准电流值Is；
步骤四、FPGA获取开入模块输入的电平状态；
步骤五、FPGA获取第二路AD采集模块输出的总回路电流数字信号，并生成总回...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，叶庞琪，张浩，文博，吴迪，黎恒烜，王婷，董中和，李锦琛，王义波，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，武汉凯默电气有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42