高压电动隔离开关两线直驱监控系统技术方案

本发明专利技术涉及电力行业中高压电气设备领域，公开了一种高压电动隔离开关两线直驱监控系统。该监控系统由主站微机智能监控装置、子站操作执行单元和连接于主站微机智能监控装置与子站操作执行单元之间的一根两芯连接电缆组成。监控模式创新，物理上实现两线直驱监控模式且系统构成高度简洁；监控方式独特创新，包括当地监控和远动监控，当地监控包括测量、信号、保护、控制和全生命周期监控，远动监控包括遥测、遥信、遥控和遥调。监控方式实现操作电源与监视电源互锁，实现操作回路、运行工况、三位置实时监视。此举监控模式、监控方式是高压电动隔离开关监控模式全新突破，在国内、外均属首创，必将实现高压电动隔离开关监控可靠、运维免维护。

Two line direct drive monitoring and control system for high voltage electric isolation switch

The invention relates to the field of high voltage electrical equipment in the electric power industry, and discloses a two line direct drive monitoring system of high voltage electric isolation switch. The monitoring system is composed of a main station microcomputer intelligent monitoring device, a sub station operation execution unit, and a two core connection cable connected between the main station microcomputer intelligent monitoring device and the sub station operation execution unit. The monitoring mode innovation, realize the two line monitoring mode and direct drive system composed of highly concise physical monitoring; the unique way of innovation, including the local monitoring and remote monitoring, local monitoring measurement, including signal, protection, control and monitor the whole life cycle, including telemetry, remote monitoring, remote control and remote adjustment. The monitoring mode realizes the interlock between the operation power and the monitoring power supply, and realizes the operation loop, the operating condition and the real-time monitoring of the three position. This monitoring mode and monitoring mode is a new breakthrough in the monitoring mode of HV electric disconnector. It is the first creation both at home and abroad. It will achieve reliable monitoring, operation and maintenance.

【技术实现步骤摘要】
高压电动隔离开关两线直驱监控系统
本专利技术涉及电力行业中高压电气设备领域，具体地，涉及一种高压电动隔离开关两线直驱监控系统。
技术介绍
高压隔离开关是电力行业中高压电气设备的关键设备之一，主要起如下作用：(1)隔离，即与带后设备形成明显空气间隔，确保停电设备的检修安全；(2)改变供电系统运行方式。高压隔离开关的安装方式包括户外和户内，其操作方式包括手动和电动，本专利技术创造即针对高压电动隔离开关的监控模式和监控方式。现有高压电动隔离开关的监控模式，主要有电缆监控模式和光纤监控模式等两种监控模式，以实现高压电动隔离开关分合控制和状态监视。现有电缆监控模式的构成框图如图1所示，由主站、子站以及主站与子站的连接电缆组成，其主要用于变电站内等主站与子站短距离场所。在现有电缆监控模式的构成中，主站由主站环控电源、主站操作电源、主站控制电源、主站控制单元、相邻间隔微机保护提供遥控操作出口和遥信采集开入组成，其中，由主站控制单元提供分合控制操作出口，由相邻间隔微机保护提供遥控操作出口和遥信采集开入实现遥控和遥信功能；而子站由子站环控单元、子站执行单元、子站控制单元组成，其中，由子站环控单元实现子站箱温湿度控制功能，由子站执行单元实现高压电动隔离开关分、合操作功能，由子站控制单元实现分、合操作出口及状态信息采集功能。主站与子站的连接电缆一般需要三根：一根两芯环控电源电缆(即图1中的2×2.5两芯电缆，其中，2为电芯数目，2.5为电芯的截面积大小，单位是平方毫米)、一根两芯操作电源电缆(即图1中的2×6两芯电缆，其中，2为电芯数目，6为电芯的截面积大小，单位是平方毫米)和一根10～22芯控制电缆(即图1中的(10～22)×1.5电缆，其中，10～22为电芯数目，1.5为电芯的截面积大小，单位是平方毫米)。现有光纤监控模式的构成框图如图2所示，也是由主站、子站以及主站与子站的光纤和电缆组成。所不同之处在于：在主站和子站侧分别增设有智能模块，并通过光纤线实现两智能模块的通信连接。除此之外，其它与电缆监控模式类同，主要用于主站与子站远距离场所。上述两种监控模式主要存在如下问题：(1)由于主站/子站侧的控制组件多和回路联接多，部分组件的可靠性易受环境条件制约，而子站又普遍安装于户外场所，运营环境恶劣，是故障概率高的原因之一；(2)由于控制复杂和监控功能不全(只具有控制和状态信息监视功能)，导致出现的故障不能提前预判，是故障概率高的原因之二；(3)在主站与子站之间易出现传输故障，是故障概率高的原因之三。基于前述原因，它们普遍存在可靠性低、故障率高和运营维护成本高等问题，不能满足用户需求，特别是高可靠性使用场所(如高铁、地铁等场所)。
技术实现思路
针对前述现有两种高压电动隔离开关监控模式所存在的可靠性低、故障率高和运营维护成本高的问题，本专利技术提供了一种高压电动隔离开关两线直驱监控系统。本专利技术采用的技术方案,提供了一种高压电动隔离开关两线直驱监控系统，其由主站微机智能监控装置、子站操作执行单元和连接于所述主站微机智能监控装置与所述子站操作执行单元之间的一根两芯连接电缆组成；所述高压电动隔离开关两线直驱监控系统用于实现高压电动隔离开关两线监控物理模式，其监控方式包括当地监控和远动监控，其中，所述当地监控包括测量、信号、保护、控制和全生命周期监控，所述远动监控包括遥测、遥信、遥控和遥调；所述主站微机智能监控装置由人机对话板、主板、模拟量开入板、开关量开入板、电源板、控制出口板、母板和背板组成，其中，所述人机对话板、所述主板、所述模拟量开入板、所述开关量开入板、所述电源板和所述控制出口板分别连接于所述母板，所述主板和所述控制出口板还分别连接于所述背板；所述背板布置有所述主站微机智能监控装置整体对外的工作电源物理端口、直驱监控输出物理端口、RJ45通信物理端口、RS485通信物理端口和电气联锁物理端口，其中，所述工作电源物理端口用于接入DC220V电源，并为所述高压电动隔离开关两线直驱监控系统提供全部工作电源，所述电气联锁物理端口用于接入外部联锁回路，以实现高压电动隔离开关与断路器或外部相关设备的联锁控制，所述直驱监控输出物理端口用于实现高压电动隔离开关的监控输出，所述RJ45通信物理端口和所述RS485通信物理端口分别用于通过外接的通信接口设备及传输通道进行与远方调度中心的数据通信，实现远动监控；所述控制出口板由保护出口执行单元、模拟量采集单元、切换单元、控制单元和监视单元组成，外部电源经所述工作电源物理端口接入所述控制出口板，然后分如下两条支路：第一支路为由所述保护出口执行单元、所述模拟量采集单元和所述切换单元顺序连接至所述直驱监控输出物理端口而成的操作回路，第二支路为由所述控制单元、所述监视单元和所述切换单元顺序连接至所述直驱监控输出物理端口而成的监视控制回路；两条支路经所述切换单元互为如下闭锁关系：在操作时，由第一支路的操作回路电气通路接通于所述直驱监控输出物理端口，实现高压电动隔离开关操作控制，而在无操作时，由第二支路的监视控制回路电气通路接通于所述直驱监控输出物理端口，实现高压电动隔离开关监视控制；所述子站操作执行单元由直流电机、分闸隔离二极管、合闸隔离二极管、分位触点、合位触点、子站操作执行单元的操作及监视端口组成，其整体对外的物理端口为H端和I端，所述H端、所述分位触点、所述分闸隔离二极管、所述直流电机和所述I端顺序连接，构成高压电动隔离开关合闸操作及分位监视支路，所述H端、所述合位触点、所述合闸隔离二极管、所述直流电机和所述I端顺序连接，构成高压电动隔离开关分闸操作及合位监视支路；在所述主站微机智能监控装置与所述子站操作执行单元之间采用一根所述两芯连接电缆实现连接，即所述两芯连接电缆的一端连接所述主站微机智能监控装置的直驱监控输出物理端口，所述两芯连接电缆的另一端连接所述子站操作执行单元的操作及监视端口，从而在所述主站微机智能监控装置与所述子站操作执行单元之间构建起两线直驱监控物理结构，并通过两线方式实现在高压电动隔离开关监控过程中所述主站微机智能监控装置与所述子站操作执行单元之间的所有监控信息传输。优化的，所述保护出口执行单元包括空气开关和电子开关，其中，所述空气开关和所述电子开关分别串联在所述工作电源物理端口与所述模拟量采集单元之间；所述空气开关的电操机构受控端和所述电子开关的受控端分别连接所述控制单元的输出端。优化的，所述模拟量采集单元包括精密电阻分流器和电压采集端口，所述模拟量采集单元串联在所述保护出口执行单元与所述切换单元之间。优化的，包括：按照如下方式实现全生命周期监控：所述主站微机智能监控装置实时采集操作电压和操作电流，并记录高压电动隔离开关每次分闸操作或合闸操作的操作电流持续时间，然后进一步根据操作电压、操作电流和操作电流持续时间，计算高压电动隔离开关每次分闸操作或合闸操作的所用电能，同时进行操作过程录波，实现高压电动隔离开关每次分闸操作或合闸操作的操作时间记录、操作电能计算和操作录波功能，最后将得到的前述所有数据通过主站微机智能监控装置的RJ45通信物理端口或RS485通信物理端口上传至远方调度中心，实现全生命周期监控。优化的，所述监视单元包括交变方波电源、合位继电器、分位继电器、第一电解电容、第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压电动隔离开关两线直驱监控系统，其特征在于,由主站微机智能监控装置、子站操作执行单元和连接于所述主站微机智能监控装置与所述子站操作执行单元之间的一根两芯连接电缆组成；所述高压电动隔离开关两线直驱监控系统用于实现高压电动隔离开关两线监控物理模式，其监控方式包括当地监控和远动监控，其中，所述当地监控包括测量、信号、保护、控制和全生命周期监控，所述远动监控包括遥测、遥信、遥控和遥调；所述主站微机智能监控装置由人机对话板(MMI)、主板(CPU)、模拟量开入板(AI)、开关量开入板(DI)、电源板(POWER)、控制出口板(TRIP)、母板(MB)和背板(BP)组成，其中，所述人机对话板(MMI)、所述主板(CPU)、所述模拟量开入板(AI)、所述开关量开入板(DI)、所述电源板(POWER)和所述控制出口板(TRIP)分别连接于所述母板(MB)，所述主板(CPU)和所述控制出口板(TRIP)还分别连接于所述背板(BP)；所述背板(BP)布置有所述主站微机智能监控装置整体对外的工作电源物理端口(A，B)、直驱监控输出物理端口(E，F)、RJ45通信物理端口、RS485通信物理端口(J、K)和电气联锁物理端口(C、D)，其中，所述工作电源物理端口(A，B)用于接入DC220V电源，并为所述高压电动隔离开关两线直驱监控系统提供全部工作电源，所述电气联锁物理端口(C、D)用于接入外部联锁回路，以实现高压电动隔离开关与断路器或外部相关设备的联锁控制，所述直驱监控输出物理端口(E，F)用于实现高压电动隔离开关的监控输出，所述RJ45通信物理端口和所述RS485通信物理端口(J、K)分别用于通过外接的通信接口设备及传输通道进行与远方调度中心的数据通信，实现远动监控；所述控制出口板(TRIP)由保护出口执行单元(TRIP1)、模拟量采集单元(TRIP2)、切换单元(TRIP3)、控制单元(TRIP4)和监视单元(TRIP5)组成，外部电源经所述工作电源物理端口(A，B)接入所述控制出口板(TRIP1)，然后分如下两条支路：第一支路为由所述保护出口执行单元(TRIP1)、所述模拟量采集单元(TRIP2)和所述切换单元(TRIP3)顺序连接至所述直驱监控输出物理端口(E，F)而成的操作回路，第二支路为由所述控制单元(TRIP4)、所述监视单元(TRIP5)和所述切换单元(TRIP3)顺序连接至所述直驱监控输出物理端口(E，F)而成的监视控制回路；两条支路经所述切换单元(TRIP3)互为如下闭锁关系：在操作时，由第一支路的操作回路电气通路接通于所述直驱监控输出物理端口(E，F)，实现高压电动隔离开关操作控制，而在无操作时，由第二支路的监视控制回路电气通路接通于所述直驱监控输出物理端口(E，F)，实现高压电动隔离开关监视控制；所述子站操作执行单元由直流电机(ZM)、分闸隔离二极管(5D)、合闸隔离二极管(6D)、分位触点(SL1)、合位触点(SL2)、子站操作执行单元的操作及监视端口(H，I)组成，其整体对外的物理端口为H端和I端，所述H端、所述分位触点(SL1)、所述分闸隔离二极管(5D)、所述直流电机(ZM)和所述I端顺序连接，构成高压电动隔离开关合闸操作及分位监视支路，所述H端、所述合位触点(SL2)、所述合闸隔离二极管(6D)、所述直流电机(ZM)和所述I端顺序连接，构成高压电动隔离开关分闸操作及合位监视支路；在所述主站微机智能监控装置与所述子站操作执行单元之间采用一根所述两芯连接电缆实现连接，即所述两芯连接电缆的一端连接所述主站微机智能监控装置的直驱监控输出物理端口(E，F)，所述两芯连接电缆的另一端连接所述子站操作执行单元的操作及监视端口(H，I)，从而在所述主站微机智能监控装置与所述子站操作执行单元之间构建起两线直驱监控物理结构，并通过两线方式实现在高压电动隔离开关监控过程中所述主站微机智能监控装置与所述子站操作执行单元之间的所有监控信息传输。...

【技术特征摘要】
1.一种高压电动隔离开关两线直驱监控系统，其特征在于,由主站微机智能监控装置、子站操作执行单元和连接于所述主站微机智能监控装置与所述子站操作执行单元之间的一根两芯连接电缆组成；所述高压电动隔离开关两线直驱监控系统用于实现高压电动隔离开关两线监控物理模式，其监控方式包括当地监控和远动监控，其中，所述当地监控包括测量、信号、保护、控制和全生命周期监控，所述远动监控包括遥测、遥信、遥控和遥调；所述主站微机智能监控装置由人机对话板(MMI)、主板(CPU)、模拟量开入板(AI)、开关量开入板(DI)、电源板(POWER)、控制出口板(TRIP)、母板(MB)和背板(BP)组成，其中，所述人机对话板(MMI)、所述主板(CPU)、所述模拟量开入板(AI)、所述开关量开入板(DI)、所述电源板(POWER)和所述控制出口板(TRIP)分别连接于所述母板(MB)，所述主板(CPU)和所述控制出口板(TRIP)还分别连接于所述背板(BP)；所述背板(BP)布置有所述主站微机智能监控装置整体对外的工作电源物理端口(A，B)、直驱监控输出物理端口(E，F)、RJ45通信物理端口、RS485通信物理端口(J、K)和电气联锁物理端口(C、D)，其中，所述工作电源物理端口(A，B)用于接入DC220V电源，并为所述高压电动隔离开关两线直驱监控系统提供全部工作电源，所述电气联锁物理端口(C、D)用于接入外部联锁回路，以实现高压电动隔离开关与断路器或外部相关设备的联锁控制，所述直驱监控输出物理端口(E，F)用于实现高压电动隔离开关的监控输出，所述RJ45通信物理端口和所述RS485通信物理端口(J、K)分别用于通过外接的通信接口设备及传输通道进行与远方调度中心的数据通信，实现远动监控；所述控制出口板(TRIP)由保护出口执行单元(TRIP1)、模拟量采集单元(TRIP2)、切换单元(TRIP3)、控制单元(TRIP4)和监视单元(TRIP5)组成，外部电源经所述工作电源物理端口(A，B)接入所述控制出口板(TRIP1)，然后分如下两条支路：第一支路为由所述保护出口执行单元(TRIP1)、所述模拟量采集单元(TRIP2)和所述切换单元(TRIP3)顺序连接至所述直驱监控输出物理端口(E，F)而成的操作回路，第二支路为由所述控制单元(TRIP4)、所述监视单元(TRIP5)和所述切换单元(TRIP3)顺序连接至所述直驱监控输出物理端口(E，F)而成的监视控制回路；两条支路经所述切换单元(TRIP3)互为如下闭锁关系：在操作时，由第一支路的操作回路电气通路接通于所述直驱监控输出物理端口(E，F)，实现高压电动隔离开关操作控制，而在无操作时，由第二支路的监视控制回路电气通路接通于所述直驱监控输出物理端口(E，F)，实现高压电动隔离开关监视控制；所述子站操作执行单元由直流电机(ZM)、分闸隔离二极管(5D)、合闸隔离二极管(6D)、分位触点(SL1)、合位触点(SL2)、子站操作执行单元的操作及监视端口(H，I)组成，其整体对外的物理端口为H端和I端，所述H端、所述分位触点(SL1)、所述分闸隔离二极管(5D)、所述直流电机(ZM)和所述I端顺序连接，构成高压电动隔离开关合闸操作及分位监视支路，所述H端、所述合位触点(SL2)、所述合闸隔离二极管(6D)、所述直流电机(ZM)和所述I端顺序连接，构成高压电动隔离开关分闸操作及合位监视支路；在所述主站微机智能监控装置与所述子站操作执行单元之间采用一根所述两芯连接电缆实现连接，即所述两芯连接电缆的一端连接所述主站微机智能监控装置的直驱监控输出物理端口(E，F)，所述两芯连接电缆的另一端连接所述子站操作执行单元的操作及监视端口(H，I)，从而在所述主站微机智能监控装置与所述子站操作执行单元之间构建起两线直驱监控物理结构，并通过两线方式实现在高压电动隔离开关监控过程中所述主站微机智能监控装置与所述子站操作执行单元之间的所有监控信息传输。2.如权利要求1所述的高压电动隔离开关两线直驱监控系统，其特征在于，所述保护出口执行单元(TRIP1)包括空气开关(ZK1)和电子开关(SSR)，其中，所述空气开关(ZK1)和所述电子开关(SSR)分别串联在所述工作电源物理端口(A，B)与所述模拟量采集单元(TRIP2)之间；所述空气开关(ZK1)的电操机构受控端和所述电子开关(SSR)的受控端分别连接所述控制单元(TRIP4)的输出端。3.如权利要求1所述的高压电动隔离开关两线直驱监控系统，其特征在于，所述模拟量采集单元(TRIP2)包括精密电阻分流器(FL)和电压采集端口(FY1，FY2)，所述模拟量采集单元(TRIP2)串联在所述保护出口执行单元(TRIP1)与所述切换单元(TRIP3)之间。4.如权利要求1或3所述的高压电动隔离开关两线直驱监控系统，其特征在于：按照如下方式实现全生命周期监控：所述主站微机智能监控装置实时采集操作电压和操作电流，并记录高压电动隔离开关每次分闸操作或合闸操作的操作电流持续时间，然后进一步根据操作电压、操作电流和操作电流持续时间，计算高压电动隔离开关每次分闸操作或合闸操作的所用电能，同时进行操作过程录波，实现高压电动隔离开关每次分闸操作或合闸操作的操作时间记录、操作电能计算和操作录波功能，最后将得到的前述所有数据通过主站微机智能监控装置的RJ45通信物理端口或RS485通信物理端口(J、K)上传至远方调度中心，实现全生命周期监控。5.如权利要求1所述的高压电动隔离开关两线直驱监控系统，其特征在于，所述监视单元(TRIP5)包括交变方波电源、合位继电器(HWJ)、分位继电器(FWJ)、第一电解电容(1C)、第二电解电容(2C)、第一隔离二极管(1D)和第二隔离二极管(2D)；所述交变方波电源的第一输出端分别连接所述第一隔离二极管(1D)的阳极和所述第二隔离二极管(2D)的阴极，所述第一隔离二极管(1D)的阴极分别连接所述分位继电器(FWJ)的第一端和所述第一电解电容(1C)的正极，所述第二隔离二极管(2D)的阳极分别连接所述合位继电器(HWJ)的第一端和所述第二电解电容(2C)的负极；所述分位继电器(FWJ)的第二端分别连接所述第一电解电容(1C)的负极、所述合位继电器(HWJ)的第二端和所述第二电解电容(2C)的正极，并与所述交变方波电源的第二输出端一起作为所述监视单元(TRIP5)的输出端口；所述监视单元(TRIP5)串联在所述控制单元(TRIP4)与所述切换单元(TRIP3)之间。6.如权利要求5所述的高压电动隔离开关两线直驱监控系统，其特征在于：按照如下方式实现当地监控的信号和远动监控的遥信：由所述主站微机智能监控装置中的控制出口板(TRIP)提供开关量信号，先将开关量信号通过母板(MB)传送至开关量开入板(DI)，然后经开关量开入板(DI)进行数字处理后得到开关量状态，然后通过母板(MB)将开关量状态传送至主板(CPU)，最后经主板(CPU)处理后通过母板(MB)传送至人机对话板(MMI)，实现当地信号显示，同时主板(CPU)还通过RJ45通信物理端口或RS485通信物理端口(J、K)将开关量状态上传至远方调度中心，实现遥信；所述当地监控的信号和所述远动监控的遥信分别包括：(401)三位置实时监视：当高压电动隔离开关处于分位时，所述子站操作执行单元的分位触点(SL1)闭合，合位触点(SL2)断开，监视单元的交变方波电源的正方波，经过所述主站微机智能监控装置中的且在控制出口板(TRIP)上的监视单元的第一隔离二极管(1D)、分位继电器(FWJ)和第一电解电容(1C)，此时在所述子站操作执行单元中顺序连接的H端、分位触点(SL1)、分闸隔离二极管(5D)、直流电机(ZM)和I端构成正方波通路，分位继电器(FWJ)上电动作，第一电解电容(1C)充电，而负方波因合位触点(SL2)断开无通路，合位继电器(HWJ)处于失电状态，但因第一电解电容(1C)放电使分位继电器(FWJ)维持上电动作，得到表征分位的开关量状态：“01”；当高压电动隔离开关处于合位时，所述子站操作执行单元的合位触点(SL2)闭合，分位触点(SL1)断开，监视单元的交变方波电源的负方波，经过所述主站微机智能监控装置中的且在控制出口板(TRIP)上的监视单元的第二隔离二极管(2D)、合位继电器(HWJ)和第二电解电容(2C)，此时在所述子站操作执行单元中顺序连接的H端、合位触点(SL2)、合闸隔离二极管(6D)、直流电机(ZM)和I端构成负方波通路，合位继电器(HWJ)上电动作，第二电解电容(2C)充电，而正方波因分位触点(SL1)断开无通路，分位继电器(FWJ)处于失电状态，但因第二电解电容(2C)放电使合位继电器(HWJ)维持上电动作，得到表征合位的开关量状态：“10”；当高压电动隔离开关处于非分非合位置时，所述子站操作执行单元的分位触点(SL1)和合位触点(SL2)均闭合，监视单元中交变方波电源的正方波、负方波均构成通路，合位继电器(HWJ)和分位继电器均上电动作，得到表征非分非合的开关量状态：“11”；上述三种开关量状态“01”、“10”、“11”分别对应高压电动隔离开关的分闸位置、合闸位置和非分非合位置，所述主站微机智能监控装置中的控...

【专利技术属性】
技术研发人员：白银春，胡义军，陈刚，张少荣，廖瑞，肖玖勇，唐蓉，
申请(专利权)人：成都锦城和创电气设备有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51