專利名稱：中壓電網(wǎng)中的斷路器基于dsp的在線監(jiān)測與診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及中壓電網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及中壓電網(wǎng)中的斷路器狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域， 具體是指一種中壓電網(wǎng)中的斷路器基于DSP的在線監(jiān)測與診斷方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代生產(chǎn)生活中，斷路器是電力系統(tǒng)中最重要的控制與保護設(shè)備，其故障帶來的后果十 分嚴重。直接危害是被斷路器所保護的線路、設(shè)備受損，電量損失；間接危害則造成用戶大 面積停電，影響正常的生活、生產(chǎn)甚至社會穩(wěn)定。同時，斷路器尤其是中壓和高壓斷路器又 是數(shù)量多、檢修量大、費用高的設(shè)備。
目前的現(xiàn)有技術(shù)中，對斷路器主要實行的是定期檢修制度，其本身盲目性大，且容易引 入新的故障隱患，降低設(shè)備的可靠性。因此，對高壓斷路器狀態(tài)實行在線監(jiān)測，為設(shè)備的檢 修提供依據(jù)是非常必要的，同時也是現(xiàn)代中壓斷路器監(jiān)測和診斷技術(shù)的發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供一種能夠?qū)崟r對斷路器的工作狀態(tài) 進行實時監(jiān)測和診斷、使用方便快捷、工作性能穩(wěn)定可靠、適用范圍較為廣泛的中壓電網(wǎng)中 的斷路器基于DSP的在線監(jiān)測與診斷方法。
為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明的中壓電網(wǎng)中的斷路器基于DSP的在線監(jiān)測與診斷方法如
下
該中壓電網(wǎng)中的斷路器基于DSP的在線監(jiān)測與診斷方法，所述的中壓電網(wǎng)中還包括有上 位機和下位機，所述的上位機通過下位機與所述的斷路器相連接，其主要特點是，所述的方 法包括以下步驟
(1 )上位機和下位機分別進行自檢和初始化操作；
(2)下位機向上位機報告系統(tǒng)的可用資源情況；
(3 )上位機進行測試輸入和輸出設(shè)置操作；
(4)上位機啟動測試，并向下位機傳送控制和配置信息；(5 )測試開始同時上位機進入通信備用狀態(tài)；
(6)上位機讀取下位機的測試結(jié)果；
(7 )上位機進行測試結(jié)果分析，并進行輸出處理操作。
該中壓電網(wǎng)中的斷路器基于DSP的在線監(jiān)測與診斷方法中的上位機進行測試輸入和輸出 設(shè)置4桑作，包括以下步驟
(11 )上位機根據(jù)用戶操作輸入測試對象的相關(guān)參數(shù)； (12)上位機判斷當前測試方案中所對應(yīng)的輸出控制參數(shù)是否存在； (13 )如果存在，則選擇相應(yīng)的輸出控制參數(shù)； (14)如果不存在，則重新選擇測試方案，并返回上述步驟(12)。
該中壓電網(wǎng)中的斷路器基于DSP的在線監(jiān)測與診斷方法中的步驟(2)之后還包括以下 步驟
(21 )上位機檢索和查看測試結(jié)果、測試對象以及測試文件；
(22) 上位機進行測試對象、測試設(shè)置、測試結(jié)果的查看及修改操作；
(23) 上位機進行測試結(jié)果分析，并進行輸出處理操作。
該中壓電網(wǎng)中的斷路器基于DSP的在線監(jiān)測與診斷方法中的輸出處理操作，包括以下步
驟
(31 )上位機輸出報表信息；
(32 )上位機進行打印輸出操作。
采用了該發(fā)明的中壓電網(wǎng)中的斷路器基于DSP的在線監(jiān)測與診斷方法，由于其中根據(jù)內(nèi) 部的診斷模式通過傳感器將斷路器動作的相關(guān)信息及時地分析、保存，形成歷史數(shù)據(jù)，并通 過建立數(shù)據(jù)庫對所屬變電站的斷路器進行統(tǒng)一管理，自動形成歷史趨勢曲線，便于分析斷路
器的歷史變化狀況，及時給出故障和變化的預(yù)警信息，管理人員能夠及時給出正確的預(yù)防措 施，將因故障引發(fā)的事故和損失降到最低，為運行人員查看和檢修斷路器提供指導(dǎo)，同時使 用方便快捷，工作性能穩(wěn)定可靠，適用范圍較為廣泛，為中壓電網(wǎng)中的斷路器技術(shù)的進一步 發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。


圖1為本發(fā)明的中壓電網(wǎng)中的斷路器基于DSP的在線監(jiān)測與診斷方法的流程圖。
具體實施例方式
為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉以下實施例詳細說明。請參閱圖l所示，該中壓電網(wǎng)中的斷路器基于DSP的在線監(jiān)測與診斷方法，所述的中壓 電網(wǎng)中還包括有上位機和下位機，所述的上位機通過下位機與所述的斷路器相連接，其中所 述的方法包括以下步驟
(1 )上位機和下位機分別進行自檢和初始化操作； (2 )下位機向上位機報告系統(tǒng)的可用資源情況； 該步驟(2 )之后還包括以下步驟
(a) 上位機檢索和查看測試結(jié)果、測試對象以及測試文件；
(b) 上位機進行測試對象、測試設(shè)置、測試結(jié)果的查看及修改操作；
(c) 上位機進行測試結(jié)果分析，并進行輸出處理操作；
(3) 上位機進行測試輸入和輸出設(shè)置操作，包括以下步驟 (a)上位機根據(jù)用戶操作輸入測試對象的相關(guān)參數(shù)；
(b )上位機判斷當前測試方案中所對應(yīng)的輸出控制參數(shù)是否存在； (c )如果存在，則選擇相應(yīng)的輸出控制參數(shù)；
(d) 如果不存在，則重新選擇測試方案，并返回上迷步驟(b);
(4) 上位機啟動測試，并向下位機傳送控制和配置信息； (5 )測試開始同時上位機進入通信備用狀態(tài)；
(6) 上位機讀取下位機的測試結(jié)果；
(7) 上位機進行測試結(jié)果分析，并進行輸出處理操作，包括以下步驟
(a) 上位機輸出報表信息；
(b) 上位機進行打印輸出操作。
在實際使用當中，根據(jù)斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)的需要，系統(tǒng)以TMSLF2407 DSP芯片為核 心，采用模塊化設(shè)計方法，使各個子功能模塊獨立，以方便維護。該系統(tǒng)硬件部分主要包括 控制輸出單元、時間測量單元、通用模擬測量單元、石墨噴口測量單元，中央管理控制單元、 液晶顯示、微型打印機、小鍵盤、通訊、內(nèi)外同步等模塊。
各主要分模塊組成如下
1、時間測量單元
時間通道的作用是測量斷路器控制命令發(fā)出后斷路器的響應(yīng)時間，包括主斷口，合閘電 阻的動作時間，同時也可以測量斷路器控制回路的輔助接點的動作時間。 工作原理如下
斷口測量在回i 各上加1個30mA的電流源，就可以得到斷口的電壓變化，通過2個電壓比較器(2V和18V),就可以分別得到主斷口和合閘斷口的狀態(tài)變化。
電壓接點測量對控制回路的電壓進行分壓，驅(qū)動三級管的基級，使30mA的恒流源通
過給定的100D電阻得到一個電壓，通過電壓比較器，得到其狀態(tài)變化。由于只有2個電壓
比較器，斷口和電壓接點不能同時測量，通過軟件設(shè)置來區(qū)分。 判定條件如下
主斷口合閘時，回3各電阻小于50Q,通過30mA的電流后，斷口兩端的電壓不會超過 1.5V.2V的電壓比較器就可以區(qū)分狀態(tài)變化，低于2V斷口處于合閘狀態(tài)，高于2V斷口處于 分閘狀態(tài)。
合閘電阻斷口合閘時，回路電阻小于500Q，通過30mA的電流后，斷口兩端的電壓不 會超過1.5V.18V的電壓比較器就可以區(qū)分狀態(tài)變化，低于18V斷口處于合閘狀態(tài)，高于18V 斷口處于分閘狀態(tài)。由于主斷口和合閘斷口并聯(lián)，，則主斷口合閘后，斷口兩端的電壓會拉低， 因此合閘斷口要比主斷口先合或后分才能區(qū)分它們的狀態(tài)變化。
電壓接點合閘時，接點兩端的電壓降為O,三極管截止，電壓為恒流源輸出開路電壓， 而分閘時電壓為3V,用2V的電壓比較器就可以區(qū)分狀態(tài)變化，低于2V斷口處于合閘狀態(tài)， 高于2V斷口處于分閘狀態(tài)。
系統(tǒng)模塊設(shè)計如下
系統(tǒng)設(shè)計為3個輸入模塊，對應(yīng)3相。每個模塊4個通道，對應(yīng)4個端口 ，每個通道有 3個輸入端口。動作時間的測量準確度達到O.lms,同時要考慮將每個模塊的第一通道作為相 對應(yīng)的相的速度測量時間計算基準，每個測量通道都有獨立的電源，通道之間互相隔離。
輸入端口保護設(shè)計如下
每個端口對地加高耐壓電容，電壓比較器的輸入端加瞬態(tài)抑制器。如果在端口對地加瞬 態(tài)抑制器，就不能通過端口對機殼的絕緣電阻試驗。端口可耐壓1 OkV.每個端口通過繼電器的 常開觸點接入到系統(tǒng)，測量時常開觸點需閉合。
2、控制輸出單元
采用電子開關(guān)，3分1合，共4路輸出，每路最大通過電流30A,耐壓可達500V.為了保 證輸出電壓不超過250V,輸出接點用瞬態(tài)抑制器進行保護。每路采用l個光隔離電源和l個 手動開關(guān)，使電子開關(guān)的控制極與CPU的驅(qū)動信號隔離。使用時控制輸出接點直接接到斷路 器的控制回路上，控制斷路器的分合閘操作，可以完成對斷路器的分、合、合-分、分-合、 分-合-分，以及A、 B、 C的單相重合閘，分_合-分-合-分等各種操作循環(huán)，并可以根 據(jù)設(shè)定的延時時間值，靈活地在設(shè)定的時間發(fā)出各種分合閘命令。3、 通用模擬量測量單元
通用模擬通道的主要功能是測量斷路器動作時的相關(guān)模擬信號的波形，包括行程(直線、 轉(zhuǎn)角)、速度、線圏電流、回路電壓等，用以分析斷路器的機械特性及相關(guān)數(shù)據(jù)。通用模擬量 測量單元設(shè)計為3個模擬通道，對應(yīng)測量時的三相，每個通道都具備同樣功能，測量通道之 間互相獨立、隔離，具備屏蔽等抗干擾設(shè)計?？梢詼y量無源量(電阻直線、轉(zhuǎn)角)、電流、電 壓(外置電量變送器)。電阻測量采用內(nèi)部輸出基準5V電壓，通過5kQ電阻測量中間抽頭的 電壓。采用16位A/D，采樣速率可達500K/s，存儲數(shù)據(jù)時間小于2s。
4、 石墨噴口測量單元
對于3AT、 3AQ等類型的斷路器，由于有一段石墨觸頭，行程傳感器測量時的傳動比特 殊， 一般的測量儀器無法測量動作時間及速度特性，是由于石墨觸頭斷路器的特殊結(jié)構(gòu)和斷 路器測試儀測試原理造成。首先，該石墨觸頭斷路器的觸頭不是純金屬的，由2部分組成， 其滅弧部分是半導(dǎo)體石墨成份。當斷路器在剛分、剛合時，電弧主要通過石墨觸頭熄滅，以 保護動、靜觸頭的金屬部分。在合閘或分閘過程中，金屬導(dǎo)流橋和石墨觸頭的接觸電阻值不 恒定。因此，石墨的半導(dǎo)體特性造成測量誤差。其次，測試儀器工作原理不同，普通斷路器 測試儀，對斷路器石墨斷口使用電壓或電流信號采樣，記錄的是斷路器通斷信號。
一般通過光耦隔離采樣。Kl代表斷路器的斷口 ，當Kl打開時，相當于斷路器分閘狀態(tài)， Ul截止，光耦不通，計算機采樣的是高電平；當Kl閉合時，相當于斷路器合閘狀態(tài)，Ul 導(dǎo)通，計算機采樣的是低電平，計算機可以判斷開關(guān)的狀態(tài)，從而記錄分、合閘時間。但是， 這種結(jié)構(gòu)的電路只能測試通斷狀態(tài)，對石墨觸頭的動態(tài)過程無法記錄，因為在斷路器動作過 程中靜觸頭和動觸頭的接觸電阻是變化的。且對于裝配不是很好的斷路器來說，三相觸頭的 石墨部分不是同時
接觸上的，所以，普通開關(guān)測試儀只用測通斷的原理，無法準確測試石墨觸頭斷路器的 同期。系統(tǒng)采用的方法是給斷口加入恒定電流激勵，通過記錄斷路器斷口兩端的電壓變換波 形來分析其相關(guān)參量。斷路器合閘過程中，當斷口電壓小于一定值后，系統(tǒng)才認為斷路器的 動觸頭真正完全接觸到靜觸頭的主觸頭部分；分間時，當斷口電阻大于一定值后，系統(tǒng)就認 為是金屬分閘點。因為動觸頭和靜觸頭的金屬部分是能可靠接觸的，使用電壓法測試觸頭的 接觸時間是纟艮可靠的方法。
根據(jù)以上原理石墨噴口測量單元設(shè)計為3路可控的IOA恒定電流源輸出，每個恒流源互 相獨立、隔離，且具備反向保護能力，輸出的電壓為0.5~ l.OV。 3路模擬通道可記錄電壓波 形，該模擬通道具備較強的抗干擾能力，測量電壓范圍有1V檔和IOV檔2個量程可選，系統(tǒng)能夠根據(jù)斷口的電壓變化，自動判別金屬接觸點，計算出合、分時間點。 5、中央控制處理單元
中央控制處理單元是整個裝置的核心單元，它完成模數(shù)轉(zhuǎn)換并實時采集模擬與開關(guān)量， 輸出控制動作等。CPU采用DSP芯片TMSLF2407處理器，釆用3.3V電壓供電，減少了控 制器的功耗，40MIPS的執(zhí)行速度，32K字節(jié)FLASH的程序存儲器，1.5K字節(jié)的RAM， 544 字的雙口 RAM和2K字節(jié)的單口 RAM。具有PWM通道，有捕獲單元，A/D轉(zhuǎn)換器，4級流 水線技術(shù)和專門的16位硬件乘法器，有很高的處理速度，適合處理大運算量的實時任務(wù)。 TMS320LF2407內(nèi)部集成了大量的系統(tǒng)資源，可以降低開發(fā)成本。中央控制處理單元設(shè)計為 具備自檢功能，能夠給出運行指示、出錯警告，并支持外同步操作和掉電保護。另外還具有 數(shù)據(jù)通信功能，能夠通過RS - 232通信接口進行實時通信，將下位機采集到的實時數(shù)據(jù)傳送 到上位機進行數(shù)據(jù)的處理、顯示、診斷和保存。同時下位機也能夠?qū)崟r接收上位機的命令完 成各種測試操作。
基于DSP的斷路器在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)能獨立完成SF6斷路器、真空斷路器、石墨噴口 斷路器等的綜合特性在線監(jiān)測、分析數(shù)據(jù)、打印輸出等功能。為便于對斷路器進行統(tǒng)一管理， 查詢各斷路器的歷史狀況，為監(jiān)測和檢修提供指導(dǎo)，本發(fā)明的方法的流程圖如圖1所示。
軟件采用Visual C++和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)SQL SERVER 2000編寫，數(shù)據(jù)通信接口為RS -232串口 。其主要功能是接收由DSP通過串口送來的現(xiàn)場信號，顯示被測參數(shù)及波形，并 可以通過鍵盤查詢或設(shè)定數(shù)值。此外上位機還可以通過RS _ 232實現(xiàn)斷路器的遠程控制，能 夠發(fā)送分、合等主機可以發(fā)送的命令，并可以及時地將主機采集到的數(shù)據(jù)傳送到PC機進行 處理、顯示、分析、存儲和打印?？梢詫㈤_關(guān)的運動細分到級，描繪出開關(guān)運動的時間 特性、速度特性、行程特性。減輕了測試人員的工作量，提高了儀器的可靠性和壽命。
采用了上述的中壓電網(wǎng)中的斷路器基于DSP的在線監(jiān)測與診斷方法，由于其中根據(jù)內(nèi)部 的診斷模式通過傳感器將斷路器動作的相關(guān)信息及時地分析、保存，形成歷史數(shù)據(jù)，并通過 建立數(shù)據(jù)庫對所屬變電站的斷路器進行統(tǒng)一管理，自動形成歷史趨勢曲線，便于分析斷路器 的歷史變化狀況，及時給出故障和變化的預(yù)警信息，管理人員能夠及時給出正確的預(yù)防措施， 將因故障引發(fā)的事故和損失降到最低，為運行人員查看和檢修斷路器提供指導(dǎo)，同時使用方 便快捷，工作性能穩(wěn)定可靠，適用范圍較為廣泛，為中壓電網(wǎng)中的斷路器技術(shù)的進一步發(fā)展 奠定了堅實的基礎(chǔ)。
在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實施例作了描述。但是很顯然仍可作出各種修改 和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此說明書和附圖應(yīng)被認為是說明性的而非限制性的。
權(quán)利要求
1、一種中壓電網(wǎng)中的斷路器基于DSP的在線監(jiān)測與診斷方法，所述的中壓電網(wǎng)中還包括有上位機和下位機，所述的上位機通過下位機與所述的斷路器相連接，其特征在于，所述的方法包括以下步驟(1)上位機和下位機分別進行自檢和初始化操作；(2)下位機向上位機報告系統(tǒng)的可用資源情況；(3)上位機進行測試輸入和輸出設(shè)置操作；(4)上位機啟動測試，并向下位機傳送控制和配置信息；(5)測試開始同時上位機進入通信備用狀態(tài)；(6)上位機讀取下位機的測試結(jié)果；(7)上位機進行測試結(jié)果分析，并進行輸出處理操作。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中壓電網(wǎng)中的斷路器基于DSP的在線監(jiān)測與診斷方法，其特 征在于，所述的上位機進行測試輸入和輸出設(shè)置操作，包括以下步驟(11 )上位機根據(jù)用戶操作輸入測試對象的相關(guān)參數(shù)； (12 )上位機判斷當前測試方案中所對應(yīng)的輸出控制參數(shù)是否存在； (13 )如果存在，則選擇相應(yīng)的輸出控制參數(shù)； (14)如果不存在，則重新選擇測試方案，并返回上述步驟U2)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的中壓電網(wǎng)中的斷路器基于DSP的在線監(jiān)測與診斷方法，其特 征在于，所述的步驟(2)之后還包括以下步驟(21 )上位機檢索和查看測試結(jié)果、測試對象以及測試文件；(22)上位機進行測試對象、測試設(shè)置、測試結(jié)果的查看及修改操作；(23 )上位機進行測試結(jié)果分析，并進行輸出處理操作。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的中壓電網(wǎng)中的斷路器基于DSP的在線監(jiān)測與診 斷方法，其特征在于，所述的輸出處理才栗作，包括以下步驟(31 )上位機輸出報表信息； (32)上位機進行打印輸出操作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種中壓電網(wǎng)中的斷路器基于DSP的在線監(jiān)測與診斷方法，包括上位機和下位機分別進行自檢和初始化操作、下位機向上位機報告系統(tǒng)的可用資源情況、上位機進行測試輸入和輸出設(shè)置操作、上位機啟動測試并向下位機傳送控制和配置信息、測試開始同時上位機進入通信備用狀態(tài)、上位機讀取下位機的測試結(jié)果、上位機進行測試結(jié)果分析并進行輸出處理操作。采用該種中壓電網(wǎng)中的斷路器基于DSP的在線監(jiān)測與診斷方法，能夠及時給出故障和變化的預(yù)警信息，并及時給出正確的預(yù)防措施，將因故障引發(fā)的事故和損失降到最低，為檢修斷路器提供指導(dǎo)，使用方便快捷，工作性能穩(wěn)定可靠，適用范圍較為廣泛，為中壓電網(wǎng)中的斷路器技術(shù)的進一步發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。
文檔編號G01M99/00GK101441249SQ20081020763
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日
發(fā)明者煜 凌, 劉永輝, 王道宏, 蘆定軍 申請人:上海德力西集團有限公司