本發(fā)明涉及一種基于互聯(lián)網(wǎng)+的智能高壓開關(guān)設(shè)備，加快開關(guān)設(shè)備智能化建設(shè)，為實現(xiàn)國家智能電網(wǎng)建設(shè)具有重要的意義。

背景技術(shù)：

隨著國家智能電網(wǎng)的發(fā)展，變電站的數(shù)量日益增加，其配套的開關(guān)設(shè)施的如火如荼的建設(shè)著。相應(yīng)的，日益壯大的開關(guān)設(shè)施對配電網(wǎng)的電能質(zhì)量，負(fù)荷要求等都提出了新的要求。本課題正是針對這種情況，提出了一種基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的解決方案。該方案通過開關(guān)設(shè)備端采集信息，然后利用通信模塊與開關(guān)平臺進(jìn)行信息交互，開關(guān)平臺再將其中配電網(wǎng)接入端的電能質(zhì)量信息提交給配電網(wǎng)，配電網(wǎng)根據(jù)這些信息，結(jié)合配電網(wǎng)的用電負(fù)荷分析，及時調(diào)整安全策略，使高壓開關(guān)設(shè)備安全高效運行的同時，結(jié)合開關(guān)設(shè)備健康狀態(tài)，通過壽命智能預(yù)評估系統(tǒng)，決策安排檢修，以降低配電網(wǎng)的尖峰時段負(fù)荷要求，提高配電網(wǎng)谷時的電能使用率，并使開關(guān)設(shè)備檢修行為對配電網(wǎng)的影響降到最低。為此本發(fā)明提出一種基于互聯(lián)網(wǎng)+的智能高壓開關(guān)設(shè)備，可以對高壓開關(guān)設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測和遠(yuǎn)程故障診斷，以及利用互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)通過遠(yuǎn)程云數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)對開關(guān)設(shè)備健康狀況及全生命周期內(nèi)壽命預(yù)評估，進(jìn)而實現(xiàn)具有狀態(tài)檢修和對設(shè)備壽命進(jìn)行評估的智能系統(tǒng)的開關(guān)設(shè)備。

隨著國家智能電網(wǎng)戰(zhàn)略，智能化變電站技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)+，以及IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。本著面向國家三代電網(wǎng)建設(shè)的要求，基于可靠性檢修的體制 將更多的被采用，這就要求新型智能高壓開關(guān)設(shè)備不僅要滿足基本性能要求，特別是在故障監(jiān)測和診斷方面，還需要有更加智能化的功能。本發(fā)明的最終目標(biāo)是利用互聯(lián)網(wǎng)+的云技術(shù)真正的做到防患于未然，實現(xiàn)運行設(shè)備全壽命周期智能管理。通過系統(tǒng)集成及嵌入式監(jiān)控軟件功能，全方位實時監(jiān)測電網(wǎng)運行狀況，有效起到預(yù)警功能，提高供電能力及供電可靠性，具有巨大的社會及經(jīng)濟效益。本系統(tǒng)具有多功能、適用性廣、免維護(hù)等優(yōu)點，是我國智能電網(wǎng)建設(shè)必然發(fā)展方向，具有極好的社會、經(jīng)濟效益。

2015年3月5日，十二屆全國人大三次會議上，李克強總理在政府工作報告中首次提出“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃。2015年3月25日，國務(wù)院常務(wù)會議上，李克強指出要順應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展趨勢，以信息化與工業(yè)化深度融合為主線，重點發(fā)展新一代信息技術(shù)、高檔數(shù)控機床和機器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、先進(jìn)軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車、電力裝備、新材料、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械、農(nóng)業(yè)機械裝備共10個領(lǐng)域，互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)的研究已經(jīng)提升到國家戰(zhàn)略的高度，為此本發(fā)明研究成果產(chǎn)業(yè)化前景廣闊。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，如何智能組件和高壓開關(guān)設(shè)備的有機結(jié)合，實現(xiàn)高壓開關(guān)設(shè)備的智能化。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于互聯(lián)網(wǎng)+的智能高壓開關(guān)設(shè)備，包括智能高壓開關(guān)設(shè)備、云數(shù)據(jù)中心；云數(shù)據(jù)中心可以接入1024臺智能高壓開關(guān)設(shè)備，二者之間通過有線或無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

智能高壓開關(guān)設(shè)備包括開關(guān)設(shè)備、智能組件；開關(guān)設(shè)備和智能組件之間通過傳感器和控制器進(jìn)行連接。

智能組件包括斷路器觸頭測溫模塊、機械特性測量模塊、線圈電流測量模塊、電量及電能質(zhì)量測量模塊、柜內(nèi)局放監(jiān)測模塊、弧光監(jiān)測模塊、電動底盤車控制模塊、電動地刀控制模塊、與模塊連接的RS485接口、ARM微處理器、USB接口模塊、狀態(tài)量輸入模塊、柜內(nèi)溫濕度測量模塊、專家決策分析系統(tǒng)、攝像頭模塊、熱釋電人體感應(yīng)監(jiān)測模塊、觸摸屏顯示模塊、加熱器控制模塊、風(fēng)機控制模塊、柜內(nèi)照明控制模塊、電源模塊、SD卡存儲模塊、語音模塊、與云數(shù)據(jù)中心連接的RS485接口、時鐘模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊；斷路器觸頭測溫模塊、機械特性測量模塊、線圈電流測量模塊、電量及電能質(zhì)量測量模塊、柜內(nèi)局放監(jiān)測模塊、弧光監(jiān)測模塊、電動底盤車控制模塊和電動地刀控制模塊通過與模塊連接的RS485接口與ARM微處理器連接。

觸摸屏顯示模塊顯示斷路器一次模擬圖、柜內(nèi)溫濕度、斷路器觸頭溫度、機械特性包絡(luò)曲線、線圈電流包絡(luò)曲線、平均分合閘速度、斷路器工作電壓、斷路器工作電流、平均功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、1-31次諧波、諧波柱狀圖、局放量、電動底盤車位置、電動地刀位置、斷路器室圖像、電纜室圖像、母線室圖像、風(fēng)機狀態(tài)、加熱器狀態(tài)、照明燈狀態(tài)、底盤車位置圖；切換過程語音提示，且采用熱釋電人體感應(yīng)監(jiān)測模塊控制觸摸屏顯示模塊工作，做到人走關(guān)機，人來開機，延長屏的使用壽命。

攝像頭模塊包括三個攝像頭，均通過USB口與ARM微處理器視頻口連接；攝像頭為短焦距帶自動補光的攝像頭，便于拍攝黑暗的開關(guān)柜內(nèi)部圖像；拍攝時將斷路器動作過程錄制到SD卡中。

專家決策分析系統(tǒng)可以根據(jù)斷路器觸頭測溫模塊、機械特性測量模塊、 線圈電流測量模塊、電量及電能質(zhì)量測量模塊、柜內(nèi)局放監(jiān)測模塊、弧光監(jiān)測模塊獲得的數(shù)據(jù)分析判斷開關(guān)設(shè)備健康狀況，對出現(xiàn)的測量值超出閾值給出可能出現(xiàn)的原因，并提供維修或維護(hù)建議。

機械特性測量模塊采用力傳感器、加速度傳感器和位移傳感器組合方式監(jiān)測斷路器分合閘機械特性，繪制位移-時間曲線和位移-時間曲線包絡(luò)線，采用力傳感器、加速度傳感器確定剛分、剛合點，測量斷路器開距和超程、平均分合閘速度。

弧光監(jiān)測模塊采用感光元件獲得弧光信號。

斷路器觸頭測溫模塊包括測量傳感器和接收儀表；測量傳感器安裝在高壓端斷路器觸臂上，接收儀表安裝在低壓端儀表室內(nèi)，測量傳感器和接收儀表之間通過無線433MHz頻率傳輸溫度數(shù)據(jù)，解決了高低壓隔離問題，斷路器觸頭測溫模塊可以同時測量12個點的觸頭和連接母排溫升。

柜內(nèi)局放監(jiān)測模塊采用3只電容式傳感器耦合高電壓信號，通過地電波法獲得放電頻譜信號，從而間接獲得局放信號。

本發(fā)明的積極效果是：(1)利用多傳感器信息融合技術(shù)，實現(xiàn)開關(guān)設(shè)備機械和電氣參數(shù)的在線監(jiān)測，為開關(guān)設(shè)備狀態(tài)檢修和壽命智能預(yù)評估系統(tǒng)提供分析數(shù)據(jù)源；(2)利用互聯(lián)網(wǎng)+構(gòu)建的云數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)開關(guān)設(shè)備專家決策及壽命預(yù)評估，通過開關(guān)設(shè)備端采集信息，利用通信模塊與智能組件進(jìn)行信息交互，使開關(guān)設(shè)備檢修行為對配電網(wǎng)的影響降到最低。

附圖說明

圖1為基于互聯(lián)網(wǎng)+的智能高壓開關(guān)設(shè)備連接結(jié)構(gòu)圖。

圖2為智能高壓開關(guān)設(shè)備原理結(jié)構(gòu)圖。

圖3為智能組件原理結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

如附圖1所示，一種基于互聯(lián)網(wǎng)+的智能高壓開關(guān)設(shè)備，包括智能高壓開關(guān)設(shè)備、云數(shù)據(jù)中心；云數(shù)據(jù)中心可以接入1024臺智能高壓開關(guān)設(shè)備，二者之間通過有線或無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

如附圖2所示，智能高壓開關(guān)設(shè)備包括開關(guān)設(shè)備、智能組件；開關(guān)設(shè)備和智能組件之間通過傳感器和控制器進(jìn)行連接。

如附圖3所示，智能組件包括斷路器觸頭測溫模塊、機械特性測量模塊、線圈電流測量模塊、電量及電能質(zhì)量測量模塊、柜內(nèi)局放監(jiān)測模塊、弧光監(jiān)測模塊、電動底盤車控制模塊、電動地刀控制模塊、與模塊連接的RS485接口、ARM微處理器、USB接口模塊、狀態(tài)量輸入模塊、柜內(nèi)溫濕度測量模塊、專家決策分析系統(tǒng)、攝像頭模塊、熱釋電人體感應(yīng)監(jiān)測模塊、觸摸屏顯示模塊、加熱器控制模塊、風(fēng)機控制模塊、柜內(nèi)照明控制模塊、電源模塊、SD卡存儲模塊、語音模塊、與云數(shù)據(jù)中心連接的RS485接口、時鐘模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊；斷路器觸頭測溫模塊、機械特性測量模塊、線圈電流測量模塊、電量及電能質(zhì)量測量模塊、柜內(nèi)局放監(jiān)測模塊、弧光監(jiān)測模塊、電動底盤車控制模塊和電動地刀控制模塊通過與模塊連接的RS485接口與ARM微處理器連接。

觸摸屏顯示模塊顯示斷路器一次模擬圖、柜內(nèi)溫濕度、斷路器觸頭溫度、機械特性包絡(luò)曲線、線圈電流包絡(luò)曲線、平均分合閘速度、斷路器工作電壓、斷路器工作電流、平均功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、1-31次諧波、諧波柱狀圖、局放量、電動底盤車位置、電動地刀位置、斷路器室圖像、電纜室圖像、母線室圖像、風(fēng)機狀態(tài)、加熱器狀態(tài)、照明燈 狀態(tài)、底盤車位置圖；切換過程語音提示，且采用熱釋電人體感應(yīng)監(jiān)測模塊控制觸摸屏顯示模塊工作，做到人走關(guān)機，人來開機，延長屏的使用壽命。

攝像頭模塊包括三個攝像頭，均通過USB口與ARM微處理器視頻口連接；攝像頭為短焦距帶自動補光的攝像頭，便于拍攝黑暗的開關(guān)柜內(nèi)部圖像；拍攝時將斷路器動作過程錄制到SD卡中。

專家決策分析系統(tǒng)可以根據(jù)斷路器觸頭測溫模塊、機械特性測量模塊、線圈電流測量模塊、電量及電能質(zhì)量測量模塊、柜內(nèi)局放監(jiān)測模塊、弧光監(jiān)測模塊獲得的數(shù)據(jù)分析判斷開關(guān)設(shè)備健康狀況，對出現(xiàn)的測量值超出閾值給出可能出現(xiàn)的原因，并提供維修或維護(hù)建議。

機械特性測量模塊采用力傳感器、加速度傳感器和位移傳感器組合方式監(jiān)測斷路器分合閘機械特性，繪制位移-時間曲線和位移-時間曲線包絡(luò)線，采用力傳感器、加速度傳感器確定剛分、剛合點，測量斷路器開距和超程、平均分合閘速度。

弧光監(jiān)測模塊采用感光元件獲得弧光信號。

斷路器觸頭測溫模塊包括測量傳感器和接收儀表；測量傳感器安裝在高壓端斷路器觸臂上，接收儀表安裝在低壓端儀表室內(nèi)，測量傳感器和接收儀表之間通過無線433MHz頻率傳輸溫度數(shù)據(jù)，解決了高低壓隔離問題，斷路器觸頭測溫模塊可以同時測量12個點的觸頭和連接母排溫升。

柜內(nèi)局放監(jiān)測模塊采用3只電容式傳感器耦合高電壓信號，通過地電波法獲得放電頻譜信號，從而間接獲得局放信號。