开关柜监测和弧光保护系统技术方案

本发明专利技术涉及开关柜运行状态监测和弧光保护系统，属于电气设备监测和继电保护领域。该系统由主机和从机组成，主机和从机的控制均由DSP实现，并且采用现场总线通信。本发明专利技术采用数字式温度传感器，用于监测开关柜内的温度；采用紫外线传感器，用于检测开关柜内局部放电和短路电弧发出的紫外线。该系统的特点是：能检测开关柜不正常运行引起的温度升高或局部放电，并及时发出告警信号，避免开关柜发生短路故障。如果开关柜突然发生短路故障，该系统能立即检测出电弧发出的紫外线，通过先进的现场总线迅速传送信息，快速有选择性地切除故障。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及开关柜运行状态监测和弧光保护系统，属于发电厂和变电所电气设备监测和继电保护领域。
技术介绍
开关柜是发电厂和变电所的重要电气设备。开关柜内部可能发生短路，在短路点会产生电弧。常规继电保护为了保证动作的选择性，在开关柜内部发生短路后，在很多情况下，故障切除时间往往大于100ms。因此短路电弧的 能量很大，在封闭的开关柜内形成很高的温度和压力，不仅会损坏开关柜中的元件，还可能造成开关柜燃烧或爆炸，危及人身安全和引起长时间停电停产。为了在开关柜内部发生短路的情况下不损坏开关柜，保证人身安全和尽可能缩短停电时间，短路电流持续时间应该小于100ms。由于短路点通常会出现电弧，为此可以采用弧光保护装置。目前使用的弧光保护装置通常是由主机和从机构成，主机和从机之间采用RS485通信方式。但是RS485通信的抗干扰能力和通信容错能力还不够理想。有些开关柜由于绝缘老化、空气污染、潮湿或元件松动等原因会发生局部放电。目前在开关柜中一般不安装局部放电监测装置，如果出现局部放电，则无法发出告警信号。如果开关柜的运行状态继续恶化，则局部放电有可能发展为短路故障。由于过负荷、导线或元件连接不良等种种不正常状态，开关柜内温度可能升高。目前在开关柜中一般不安装温度监测装置。如果值班人员每天用手持式红外测温仪测量开关柜内导线或元件的温度，因为要打开开关柜的门，不仅麻烦，而且容易出故障。目前生产的弧光保护装置的LCD液晶显示屏只能显示汉字、字母和数字，不能显示曲线，不利于状态监测和故障分析。因此弧光保护装置有必要采用更先进的通信方式，采用高分辨率LCD液晶显示屏显示曲线，増加局部放电监测和温度监测功能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种开关柜监测和弧光保护系统通过检测开关柜内温度和紫外线强度，及时准确地发现开关柜内部的超温和局部放电现象，给出告警信号，以便值班人员有计划地检修开关柜，避免不正常状态发展为短路故障；检测开关柜内部电弧短路故障，通过先进的现场总线通信技术迅速可靠地传送信息，在2ms内发出跳闸命令，快速有选择性地切除故障，保证开关柜和人身安全，缩短停电时间，縮小停电范围。本专利技术采用的技术方案如下 提出的开关柜运行状态监测和弧光保护方法包括以下步骤 开关柜监测和弧光保护系统，包括主机和从机，其特征在干，主机和从机都包括数字信号处理器、紫外线传感器、数字式温度传感器、电流变换器、跳闸继电器、信号继电器和高分辨率LCD液晶显示屏，主机和从机之间采用现场总线通信；紫外线传感器安装在开关柜的母线室和电缆室，所述紫外线传感器通过光纤连接到光接收器，光接收器输出的电压信号经调理和A/D转换后，送给所述数字信号处理器，如果紫外线强度大于局部放电定值，但是小于短路定值，则所述数字信号处理器发出局部放电告警信号；数字式温度传感器安装在开关柜的母线室和电缆室，所述温度传感器通过信号线连接到数字信号处理器的外设通信ロ，数字信号处理器完成温度值计算和逻辑判断功能，如果测量的实际温度大于温度定值，则所述数字信号处理器发出告警信号。所述紫外线传感器用于检测局部放电和短路电弧发出的紫外线。紫外线强度定值有两个，较小的是局部放电定值，用于判断是否出现局部放电；较大的是短路定值，用于判断是否发生短路故障。系统的弧光保护可以采用弧光单判据，也可以采用弧光和过流双判据。如果使用弧光单判据，只要紫外线强度大于短路定值，就发跳闸命令使断路器跳闸。如果使用弧光和过流双判据，当紫外线强度大于短路定值，同时进线 电流大于过流定值，才发跳闸命令使断路器跳闸。出线开关柜的紫外线由从机检测，进线电流由主机检测。主机和从机之间采用现场总线如CAN总线、Profibus、Foudation Fieldbus或者LonWorks总线通信,姆个DSP有两个现场总线控制器。采用320*240点阵高分辨率IXD液晶显示屏，可以显示正常运行时模拟输入量的波形，也可以显示故障录波的波形。本专利技术的有益效果是(1)采用精度高、抗干扰能力强的数字式温度传感器，自动实时监测开关柜内的温度，能够及时发现由于开关柜不正常状态引起的温度升高，防止开关柜状态进ー步恶化，減少故障发生率。(2)连续实时监测开关柜内的紫外线强度，能可靠检测出由于绝缘老化、空气污染、潮湿或元件松动等原因引发的局部放电，发告警信号。只要及时对开关柜进行处理，就可以防止局部放电发展成短路故障。(3)所采用的现场总线控制器工作于多主方式，而且通信速率高，通信可靠，所以本专利技术的系统能快速有选择地可靠切除开关柜内部电弧短路故障。采用现场总线通信可以提高抗干扰能力和通信容错能力。由于每个DSP有两个现场总线控制器，可以简化硬件结构，提高产品质量。附图说明图I是本专利技术主机硬件系统框图。图2是本专利技术主机和从机配置图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进ー步详细的说明。本专利技术提出的系统由主机和从机组成，可用于中压或低压开关柜中，作为温度监测、局部放电监测和电弧短路保护装置。下面以中压开关柜应用为例，描述具体实施方案。每个主机和从机装置都有4个温度传感器和4个紫外线传感器。每个开关柜的母线室和电缆室各装两个温度传感器和两个紫外线传感器。数字式温度传感器通过信号线连接到数字信号处理器(DSP)的外设通信ロ，DSP发出命令使4个温度传感器统ー进行温度转换，然后DSP逐一读取温度值。如果从机测量的实际温度持续大于温度定值一段时间，则从机通过现场总线给主机传输信息，由主机发命令使信号继电器出ロ触点闭合发告警信号。紫外线传感器通过光纤连接到光接收器，光接收器输出的电信号经放大和滤波电路调理后，再经采样保持和A/D转换获得紫外线强度数值。如果从机检测到局部放电现象，则从机通过现场总线主动给主机传送局部放电信息，由主机发出告警信号。如果从机检测到出线开关柜的电缆室有短路电弧，同时主机检测到进线过电流，主机通过现场总线主动将过电流信息广播给从机，从机判断是出线开关柜的电缆室短路，则从机发命令使固态继电器出口触点闭合，使出线断路器跳闸。如果从机检测到出线开关柜的母线室有短路电弧，从机通过现场总线主动给主机发短路信息。如果主机同时检测到进线过电流，则主机发跳闸命令使进线断路器和联络断路器跳闸。 发跳闸命令或发告警信号后，IXD显示屏显示有关信息和曲线，主机通过RS485、以太网或现场总线将有关信息传送给上位系统管理机。主机硬件系统框图见图1，从机硬件系统框图与主机类似。主机和从机配置图见图2，为了清晰起见，图2没有画出温度传感器和电流变换器。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.开关柜监测和弧光保护系统，包括主机和从机，其特征在干，主机和从机都包括数字信号处理器、紫外线传感器、数字式温度传感器、电流变换器、跳闸继电器、信号继电器和高分辨率LCD液晶显示屏，主机和从机之间采用现场总线通信；紫外线传感器安装在开关柜的母线室和电缆室，所述紫外线传感器通过光纤连接到光接收器，光接收器输出的电压信号经调理和A/D转换后，送给所述数字信号处理器，如果紫外线强度大于局部放电定值，但是小于短路定值，则所述数字信号处理器发出局部放电告警信号；数字式温度传感器安装在开关柜的母线室和电缆室，所述温度传感器通过信号线连接到数字信号处理器的外设通信ロ，数字信号处理器完成温度值计算和逻辑判断功能，如果测量的实际温度大于温度定值，则所述数字信号处理器发出告警信号。2.根据权利要求I所述的开关柜监测和弧光保护系统，其特征在于出线开关柜的紫外线由从机检测，进线电流由主机检测，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴华仁，杨建飞，李晓慧，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：