專利名稱:一種斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型涉及電力系統(tǒng)檢測技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù):
斷路器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要用于監(jiān)測變電站、開閉所、電廠的高壓斷路器的機(jī)械性能、電氣絕緣性能、觸頭電壽命及操作回路工作狀態(tài)等。通過綜合分析在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)和相關(guān)歷史數(shù)據(jù),可診斷出高壓斷路器當(dāng)前的工作狀態(tài),為電氣設(shè)備狀態(tài)檢修提供決策依據(jù)。斷路器在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)能及時反映斷路器的工作狀態(tài)、缺陷的部位,減少過早或不必要的停電試驗和檢修,減少維護(hù)工作量,降低維修費用,提高檢修的針對性,可顯著提高電力系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)性。通常為通過監(jiān)測斷路器的一次電流、分合閘線圈電流及儲能電機(jī)的特征數(shù)據(jù),對斷路器電壽命、機(jī)械狀態(tài)的好壞進(jìn)行評價,并能夠及時發(fā)現(xiàn)隱藏性故障。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是基于通用網(wǎng)絡(luò)通信平臺的變電站自動化系統(tǒng)唯一國際標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)參考和吸收了已有的許多相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),其中主要有IEC870-5-101遠(yuǎn)動通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn); IEC870-5-103繼電保護(hù)信息接口標(biāo)準(zhǔn);由美國電科院制定的變電站和饋線設(shè)備通信協(xié)議體系 UCA2. 0 (Utility Communication Architecture〗· 0) ;IS0/IEC9506 制造商信息規(guī)范 MMS(Manufacturing Message Specification)。其為電力網(wǎng)絡(luò)的斷路器在線監(jiān)測提供了統(tǒng)一通信標(biāo)準(zhǔn)的可能。變電站通信體系IEC61850將變電站通信體系分為3層變電站層、間隔層、過程層。在變電站層和間隔層之間的網(wǎng)絡(luò)采用抽象通信服務(wù)接口映射到制造報文規(guī)范(MMS)、 傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(TCP/IP)以太網(wǎng)或光纖網(wǎng)。在間隔層和過程層之間的網(wǎng)絡(luò)采用單點向多點的單向傳輸以太網(wǎng)。變電站內(nèi)的智能電子設(shè)備(IED,Intelligent Electronic Device)實現(xiàn)測控單元和繼電保護(hù)均采用統(tǒng)一的協(xié)議;通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換。IEC61850 的特點是1)面向?qū)ο蠼#?)抽象通信服務(wù)接口 ;3)面向?qū)崟r的服務(wù);4)配置語言;5)整個電力系統(tǒng)統(tǒng)一建模。IEC61850建模了大多數(shù)公共實際設(shè)備和設(shè)備組件。這些模型定義了公共數(shù)據(jù)格式、標(biāo)識符、行為和控制;例如變電站和饋線設(shè)備(諸如斷路器、電壓調(diào)節(jié)器和繼電保護(hù)等)。采用該標(biāo)準(zhǔn)還可使變電站自動化設(shè)備具有自描述、自診斷和即插即用(Plug and Play)的特性,極大的方便了系統(tǒng)的集成,降低了變電站自動化系統(tǒng)的工程費用。其自我描述能顯著降低數(shù)據(jù)管理費用、簡化數(shù)據(jù)維護(hù)、減少由于配置錯誤而引起的系統(tǒng)停機(jī)時間。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)作為制定電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動無縫通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)能大幅度改善信息技術(shù)和自動化技術(shù)的設(shè)備數(shù)據(jù)集成;減少工程量、現(xiàn)場驗收、運行、監(jiān)視、診斷和維護(hù)等費用;節(jié)約大量時間;增加了自動化系統(tǒng)使用期間的靈活性。它解決了變電站自動化系統(tǒng)產(chǎn)品的互操作性和協(xié)議轉(zhuǎn)換問題。在我國采用該標(biāo)準(zhǔn)系列將大大提高變電站自動化系統(tǒng)的技術(shù)水平、提高變電站自動化系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行水平、節(jié)約開發(fā)驗收維護(hù)的人力物力、實現(xiàn)完全的互操作性。關(guān)于斷路器監(jiān)測的論述有很多,如《電氣的Optimizer+斷路器監(jiān)測裝置》(許繼);
3《基于DSP的高壓斷路器綜合在線監(jiān)測裝置》(易慧《高壓電氣》2007. 2) 一文中提出使用 RS-485工業(yè)現(xiàn)場總線作為數(shù)據(jù)傳輸方式;《基于CAN總線的分布式高壓斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計》(張聞宇等《東北電力學(xué)院學(xué)報》2001. 12) 一文提出使用CAN工業(yè)現(xiàn)場總線作為數(shù)據(jù)傳輸方式。上述提到的各種于斷路器監(jiān)測技術(shù)中都使用傳輸速率較慢的工業(yè)現(xiàn)場總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,具有很大的局限性其一,在傳輸波形等大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用中,總線的數(shù)據(jù)傳輸速率較低,數(shù)據(jù)傳輸時間常以分鐘計,容易使斷路器監(jiān)測裝置存在錄波盲區(qū),在斷路器重合閘情況下會造成錄波缺失;其二,通用性較差,各個廠家和研究機(jī)構(gòu)基本都采用自定義的數(shù)據(jù)格式,造成系統(tǒng)集成困難。
實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題在于提供一種數(shù)據(jù)傳輸速度較高的、監(jiān)測全面的斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)。一種斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng),包括若干個斷路器監(jiān)測裝置和監(jiān)測處理器,與所述若干個斷路器監(jiān)測裝置電連接的集線器、與所述集線器電連接的第一光電轉(zhuǎn)換器,以及通過光纖與所述第一光電轉(zhuǎn)換器連接的第二光電轉(zhuǎn)換器,所述第二光電轉(zhuǎn)換器電連接至所述監(jiān)測處理器。與現(xiàn)有技術(shù)相比較,本實用新型的斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)中,各個斷路器監(jiān)測裝置都通過集線器向所述監(jiān)測處理器傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)和接受監(jiān)測指令,能夠?qū)崿F(xiàn)全面的統(tǒng)籌監(jiān)測管理;所述監(jiān)測處理器與所述集線器之間通過設(shè)置所述第一、第二光電轉(zhuǎn)換器,因此可以通過光纖傳輸數(shù)據(jù),大大提高數(shù)據(jù)傳輸速度,由于舍棄以往所慣用的工業(yè)現(xiàn)場總線的通信方式,而采用以太網(wǎng)的通信組織架構(gòu),使數(shù)據(jù)傳輸速率提升,將波形數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間縮減為毫秒級,從而減小錄波盲區(qū),有效防止錄波缺失的情況。
圖1是本實用新型斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是本實用新型斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)一種優(yōu)選實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖;圖3是本實用新型斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)中監(jiān)測處理器的功能結(jié)構(gòu)示意圖;圖4是本實用新型斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)中監(jiān)測處理器一種優(yōu)選實施方式的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
請參閱圖1,圖1是本實用新型斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。所述斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)(虛線內(nèi))包括若干個斷路器監(jiān)測裝置11和監(jiān)測處理器12,與所述若干個斷路器監(jiān)測裝置11電連接的集線器13、與所述集線器13電連接的第一光電轉(zhuǎn)換器14,以及通過光纖與所述第一光電轉(zhuǎn)換器14連接的第二光電轉(zhuǎn)換器15,所述第二光電轉(zhuǎn)換器15電連接至所述監(jiān)測處理器12。所述監(jiān)測處理器12處理的數(shù)據(jù)再傳輸至后臺的用戶端供用戶調(diào)用。請參閱圖2,圖2是本實用新型斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)一種優(yōu)選實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實施方式中,所述斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)服務(wù)器16,所述數(shù)據(jù)服務(wù)器 16通過交換機(jī)17連接至以太網(wǎng)與所述監(jiān)測處理器12通信。通過所述數(shù)據(jù)服務(wù)器16可以對所述監(jiān)測處理器12處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存,整理,再傳輸至后臺的用戶端,供用戶調(diào)用。所述斷路器監(jiān)測裝置11可以采用智能電子設(shè)備(IED,Intelligent Electronic Device)實現(xiàn),每一所述斷路器監(jiān)測裝置11都連接至對應(yīng)的斷路器,對所述斷路器的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測,并將接收到的控制指令轉(zhuǎn)發(fā)至對應(yīng)的斷路器。本實用新型的斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)采用IEC61850協(xié)議作為通信標(biāo)準(zhǔn)。所述斷路器監(jiān)測裝置11位于過程層,所述監(jiān)測處理器12位于間隔層,而所述數(shù)據(jù)服務(wù)器16則位于變電站層。本實用新型的斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)在過程層和間隔層間采用光纖作為通訊介質(zhì),光信號不會受到電磁環(huán)境的干擾,數(shù)據(jù)傳輸具有高可靠性;進(jìn)一步使用以太網(wǎng)作為數(shù)據(jù)傳輸方式,可具有高達(dá)IOOMbps的數(shù)據(jù)傳輸速率,使得波形數(shù)據(jù)傳輸時間縮減到毫秒級,有效防止傳輸過程中的錄波缺失。又因為采用IEC61850協(xié)議作為通信標(biāo)準(zhǔn),該協(xié)議是國際電工委員會頒布的一種公共的通信標(biāo)準(zhǔn),可以通過對設(shè)備的一系列規(guī)范化,使其形成一個規(guī)范的輸出,實現(xiàn)不同廠家不同類型設(shè)備的無縫連接和系統(tǒng)集成。在本實施方式中,所述斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)的工作方式如下所述斷路器監(jiān)測裝置11位于過程層,為過程層的數(shù)據(jù)采集單元,其完成對斷路器的負(fù)荷電流的測量,儲能電機(jī)動作數(shù)據(jù)的記錄,分/合閘動作的波形記錄,IEC61850協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的IED模型發(fā)布,數(shù)據(jù)封包和發(fā)送,并接受所述監(jiān)測處理器12的通訊控制;所述監(jiān)測處理器12起到承上啟下的作用,實現(xiàn)通訊控制和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、處理監(jiān)測數(shù)據(jù),其完成并對外發(fā)布IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的IED模型。實現(xiàn)對過程層斷路器監(jiān)測裝置11的通訊控制,解析所述斷路器監(jiān)測裝置11發(fā)回的監(jiān)測數(shù)據(jù),并將所述監(jiān)測數(shù)據(jù)處理后轉(zhuǎn)發(fā)給所述數(shù)據(jù)服務(wù)器16 ;所述數(shù)據(jù)服務(wù)器16在接收到所述監(jiān)測處理器12發(fā)送的各個所述斷路器監(jiān)測裝置 11的監(jiān)測數(shù)據(jù)后,對所述監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行還原、入庫。所述數(shù)據(jù)服務(wù)器16包括數(shù)據(jù)庫、診斷模塊和Web模塊(圖未示)。所述數(shù)據(jù)服務(wù)器包括數(shù)據(jù)庫、診斷模塊和Web模塊,所述診斷模塊從所述數(shù)據(jù)庫中讀取監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄(可以是最新入庫的一次監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄),通過提取所述監(jiān)測數(shù)據(jù)的特征參數(shù)對相應(yīng)的所述斷路器的工作狀態(tài)進(jìn)行分析評定,給出相應(yīng)的檢修策略,并儲存所得診斷評定結(jié)果和檢修策略;所述Web模塊從數(shù)據(jù)庫提取所述數(shù)據(jù)庫中的歷史記錄(包括本次和以往的),并以網(wǎng)頁形式向用戶展示。所述數(shù)據(jù)服務(wù)器16與所述監(jiān)測處理器12之間采用以太網(wǎng)的架構(gòu)連接,可使數(shù)據(jù)傳輸速率得到可靠保證。以單次錄波數(shù)據(jù)30k字節(jié)為例,IOOMbps的以太網(wǎng)將這些數(shù)據(jù)全部傳送至監(jiān)測處理器只需2. 4毫秒,不存在錄波盲區(qū),可有效防止錄波缺失情況的發(fā)生。所述監(jiān)測處理器12的功能可以根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的具體操作要求作相應(yīng)的設(shè)置,一般對所述斷路器監(jiān)測裝置11的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的設(shè)置為本領(lǐng)域的習(xí)知技術(shù),在本實用新型中不作詳述。請參閱圖3,圖3是本實用新型斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)中監(jiān)測處理器的功能結(jié)構(gòu)示意圖。在本實施方式中,所述監(jiān)測處理器12包括通信設(shè)備驅(qū)動模塊101、與安裝有所述
5斷路器監(jiān)測裝置11的各個子系統(tǒng)進(jìn)行通信的第一通信協(xié)議模塊102、與后臺的控制中心進(jìn)行通信的第二通信協(xié)議模塊103、實時數(shù)據(jù)訪問接口 104、實時數(shù)據(jù)庫105、106及模型數(shù)據(jù)庫 107。所述通信設(shè)備驅(qū)動模塊101用于驅(qū)動對應(yīng)的所述斷路器監(jiān)測裝置11,提供了包括串口、終端服務(wù)器、TCP/UDP等服務(wù)。所述第一通信協(xié)議模塊102的通信協(xié)議包括IEC61850、IEC60870-5系列(如 IEC60870-5-10UIEC60870-5-104等)、DNP3. 0等。其以動態(tài)庫的方式提供,可以方便地增加、刪除、加載、卸載,以適應(yīng)變電站內(nèi)子系統(tǒng)的未來發(fā)展變化。所述第一通信協(xié)議模塊解釋出來的數(shù)據(jù)通過調(diào)用實時數(shù)據(jù)訪問接口 104,輸入到所述實時數(shù)據(jù)庫105、106。所述第二通信協(xié)議模塊103同樣以動態(tài)庫的方式提供,可以方便地增加、刪除、加載、卸載,以適應(yīng)控制中心的未來發(fā)展變化。其規(guī)約通過調(diào)用所述實時數(shù)據(jù)訪問接口 104,從所述實時數(shù)據(jù)庫中取得數(shù)據(jù),并發(fā)送到所述后臺控制中心。所述實時數(shù)據(jù)訪問接口 104即用于提供所述實時數(shù)據(jù)庫的訪問接口,供所述第一、第二通信協(xié)議模塊102、103使用。所述實時數(shù)據(jù)庫為了保留對傳統(tǒng)斷路器監(jiān)測系統(tǒng)的兼容,實現(xiàn)平穩(wěn)過渡,保留了傳統(tǒng)的面向點表實時庫105。如果控制中心要求采用基于IEC61850的面向?qū)ο蟮男畔⒛P秃屯ㄐ牛瑒t可以再啟動IEC61850服務(wù),從XML文件中讀入信息模型,建立起基于面向?qū)ο蟮?IEC61850實時庫106。所述IEC61850實時庫106的數(shù)據(jù)刷新由映射模塊108來完成,從所述面向點表實時庫105中取出,放入所述IEC61850實時庫106。所述模型數(shù)據(jù)庫107由IEC61850配置工具產(chǎn)生,描述了所有的經(jīng)過整合的數(shù)據(jù)模型的配置。該模型數(shù)據(jù)庫107的文件完全符合XML語法規(guī)范,并能通過IEC61850的XML Schema 驗證。本實施方式的所述監(jiān)測處理器12可以與各個子系統(tǒng)以及后臺的控制中心實時通信,通過所述實時數(shù)據(jù)庫,可以及時存取相應(yīng)的監(jiān)測數(shù)據(jù),提高數(shù)據(jù)處理速度。作為另一種優(yōu)選實施方式,所述監(jiān)測處理器12的硬件結(jié)構(gòu)包括主處理芯片,以及分別與所述主處理芯片電連接的RAM、閃存(Flash)、電子盤和網(wǎng)絡(luò)芯片,如圖4所示。所述主處理芯片采用Atmel公司AT91RM9200ARM處理器,擴(kuò)展128M字節(jié)RAM空間, IGB字節(jié)程序空間。所述網(wǎng)絡(luò)芯片使用Realtek公司的RTL8139D網(wǎng)絡(luò)芯片,擴(kuò)展為4路以太網(wǎng)接口。所述監(jiān)測處理器12以上述ARM9處理器為基礎(chǔ),嵌入Linux操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理平臺,其內(nèi)嵌軟件包括通信管理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。所述通信管理模塊分為兩層其一是與所述斷路器監(jiān)測裝置11之間通過IEC61850通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換;其二與所述數(shù)據(jù)服務(wù)器16之間通過TCP/IP協(xié)議相互傳送數(shù)據(jù)和文件。所述數(shù)據(jù)處理模塊的功能為對各個所述斷路器監(jiān)測裝置11回送的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行解析,并存入數(shù)據(jù)庫和文件。在本實用新型的斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)正常工作時,所述斷路器監(jiān)測裝置11定時接收所述檢測處理器12的命令,通過其CPU對一次電流大小進(jìn)行采集、量化并回送;當(dāng)有分 /合閘操作時,其CPU對一次電流信號、分/合閘線圈電流、開關(guān)量輸入信號同時采集、存儲并回送。根據(jù)IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)要求,所述斷路器監(jiān)測裝置11為一個IED設(shè)備,每個IED
6設(shè)備都需要對外發(fā)布其自身模型,以支持IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)所要求的互操作性,下表為其邏輯節(jié)點(LN)類型的定義
權(quán)利要求1.一種斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng),包括若干個斷路器監(jiān)測裝置和監(jiān)測處理器,其特征在于, 還包括與所述若干個斷路器監(jiān)測裝置電連接的集線器、與所述集線器電連接的第一光電轉(zhuǎn)換器,以及通過光纖與所述第一光電轉(zhuǎn)換器連接的第二光電轉(zhuǎn)換器,所述第二光電轉(zhuǎn)換器電連接至所述監(jiān)測處理器。
2.如權(quán)利要求1所述的斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng),其特征在于,還包括數(shù)據(jù)服務(wù)器,所述數(shù)據(jù)服務(wù)器通過交換機(jī)連接至以太網(wǎng),與所述監(jiān)測處理器通信。
3.如權(quán)利要求2所述的斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng),其特征在于,所述數(shù)據(jù)服務(wù)器包括數(shù)據(jù)庫;用于從所述數(shù)據(jù)庫中讀取監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄,提取所述監(jiān)測數(shù)據(jù)的特征參數(shù),根據(jù)所述特征參數(shù)作出檢修策略的診斷模塊;以及,用于從所述數(shù)據(jù)庫提取監(jiān)測數(shù)據(jù)的歷史記錄,并以網(wǎng)頁形式向用戶展示的Web 模塊。
4.如權(quán)利要求1所述的斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng),其特征在于,所述監(jiān)測處理器包括主處理芯片,以及分別與所述主處理芯片電連接的RAM、閃存、電子盤和網(wǎng)絡(luò)芯片。
5.如權(quán)利要求1至4所述的斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng),其特征在于,所述斷路器監(jiān)測裝置和所述監(jiān)測處理器之間的通信協(xié)議采用IEC61850協(xié)議。
6.如權(quán)利要求5所述的斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng),其特征在于,所述監(jiān)測處理器包括實時數(shù)據(jù)訪問接口;用于驅(qū)動對應(yīng)的所述斷路器監(jiān)測裝置的通信設(shè)備驅(qū)動模塊;用于調(diào)用所述實時數(shù)據(jù)訪問接口,將所述斷路器監(jiān)測裝置的監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入到所述實時數(shù)據(jù)庫的第一通信協(xié)議模塊;用于調(diào)用所述實時數(shù)據(jù)訪問接口,從所述實時數(shù)據(jù)庫中取得數(shù)據(jù),并發(fā)送到所述后臺控制中心的第二通信協(xié)議模塊;以及,用于以XML文件格式儲存數(shù)據(jù)模型配置的模型數(shù)據(jù)庫。
7.如權(quán)利要求6所述的斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng),其特征在于,所述實時數(shù)據(jù)庫包括面向點表實時庫和IEC61850實時庫,所述IEC61850實時庫通過映射所述面向點表實時庫中的數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)刷新。
8.如權(quán)利要求5所述的斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng),其特征在于,所述斷路器監(jiān)測裝置為IED
專利摘要本實用新型提供一種斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng),包括若干個斷路器監(jiān)測裝置和監(jiān)測處理器,與所述若干個斷路器監(jiān)測裝置電連接的集線器、與所述集線器電連接的第一光電轉(zhuǎn)換器,以及通過光纖與所述第一光電轉(zhuǎn)換器連接的第二光電轉(zhuǎn)換器,所述第二光電轉(zhuǎn)換器電連接至所述監(jiān)測處理器。本實用新型的斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)通過光纖傳輸數(shù)據(jù),大大提高數(shù)據(jù)傳輸速度,由于舍棄以往所慣用的工業(yè)現(xiàn)場總線的通信方式,而采用以太網(wǎng)的通信組織架構(gòu),使數(shù)據(jù)傳輸速率提升,將波形數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間縮減為毫秒級,從而減小錄波盲區(qū),有效防止錄波缺失的情況。
文檔編號G01R31/327GK202013408SQ20112011118
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月15日
發(fā)明者何宏明, 盧啟付, 喇元, 姚森敬, 孟源源, 朱文俊, 李謙, 林春耀, 梁文進(jìn), 毛先胤, 王紅斌 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院