CN103887888A

CN103887888A - 一种熔断器在线监测系统

Info

Publication number: CN103887888A
Application number: CN201410156236.4A
Authority: CN
Inventors: 胡波
Original assignee: Individual
Current assignee: Chuzhou Kangneng Electric Co Ltd
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2034-04-17
Also published as: CN103887888B

Abstract

本发明属于电力线路监测技术领域，具体涉及一种熔断器在线监测系统。熔断器在线监测系统包括至少一个熔断器组、至少一个监测终端组、至少一个通信终端及系统主站，熔断器组与监测终端组相连，监测终端组与通信终端相连，通信终端与系统主站相连。监测终端采用设置在电流电压监测单元内的模拟电路监测电力线路电流和电压变化，并自动识别故障电流和相应的电压变化，从而触发主处理器进行故障分析和判决,同时采用内置的位置传感器自动识别熔断器熔管的位置变化,从而触发主处理器进行熔断器分合状态的分析和判决。监测终端安装于熔断器上，无需外接电源或其他设备，结构简单、整体功耗低、终端装置小、安装简单方便。

Description

一种熔断器在线监测系统

技术领域

本发明属于电力线路监测技术领域，具体涉及一种熔断器在线监测系统。

背景技术

熔断器是根据电流超过规定值一段时间后，以其自身产生的热量使熔体熔化，从而使电路断开；运用这种原理制成的一种电流保护器。熔断器广泛应用于高低压配电系统和控制系统以及用电设备中，作为短路和过电流的保护器，是应用最普遍的保护器件之一。

熔断器是一种过电流保护器。熔断器主要由熔体和熔管以及外加填料等部分组成。使用时，将熔断器串联于被保护电路中，当被保护电路的电流超过规定值，并经过一定时间后，由熔体自身产生的热量熔断熔体，使电路断开，从而起到保护的作用。以金属导体作为熔体而分断电路的电器，串联于电路中，当过载或短路电流通过熔体时，熔体自身将发热而熔断，从而对电力系统、各种电工设备以及家用电器都起到了一定的保护作用。具有反时延特性，当过载电流小时，熔断时间长；过载电流大时，熔断时间短。因此，在一定过载电流范围内至电流恢复正常，熔断器不会熔断，可以继续使用。熔断器主要由熔体、外壳和支座3部分组成，其中熔体是控制熔断特性的关键元件。

但是熔断器主要用于配电网络的大电流故障保护，不具备智能化功能。熔断器在工作的过程中，不能实时采集熔断器的运行数据和工作状态，因此难于判断熔断器本身的性能和质量，也无法及时掌握熔断器的分合状态和所带负荷的停带电状态，同时也无法根据熔断器所在线路及所带负荷的运行参数，实现状态检修。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种熔断器在线监测系统。

一种熔断器在线监测系统，包括至少一个熔断器组、至少一个监测终端组、至少一个通信终端及系统主站，所述熔断器组与所述监测终端组相连，所述监测终端组与所述通信终端相连，所述通信终端与所述系统主站相连。

进一步地，所述熔断器组包括A相熔断器、B相熔断器及C相熔断器,所述监测终端组包括A相监测终端、B相监测终端及C相监测终端，所述A相监测终端与所述A相熔断器固接,所述B相监测终端与所述B相熔断器固接,所述C相监测终端与所述C相熔断器固接,所述A相监测终端、所述B相监测终端、所述C相监测终端分别与所述通信终端相连。

进一步地，所述A相监测终端、所述B相监测终端、所述C相监测终端通过压簧或扎带或套管或顶锥的方式分别与所述A相熔断器的熔管、所述B相熔断器的熔管、所述C相熔断器的熔管固接。

进一步地，所述监测终端包括主处理器、电磁场感应单元、电流电压监测单元、位置信息采集单元、时钟单元、供电单元、数据存储单元、本地通信单元、状态显示单元，所述电磁场感应单元的输出端与所述电流电压监测单元的输入端相连，所述电流电压监测单元的输出端与所述主处理器的输入端相连，所述主处理器的输出端与所述状态显示单元的输入端相连，所述位置信息采集单元的输出端与所述时钟单元的输入端相连，所述主处理器分别与所述位置信息采集单元、所述时钟单元、所述供电单元、所述数据存储单元、所述本地通信单元相连。

进一步地，所述位置信号采集单元为位置传感器或磁矩传感器或倾角传感器。

进一步地，所述电压电流监测单元包括电磁场感应元件、检波判决模拟模块、主处理器，所述电磁场感应元件的输出端与所述检波判决模拟模块的输入端相连，所述检波判决模拟模块的输出端与所述主处理器的输入端相连。

进一步地，所述通信终端包括主处理器、本地通信单元、数据接口单元、供电单元、数据存储单元、远程通信单元、状态显示单元，所述主处理器的输出端与所述状态显示单元的输入端相连，所述主处理器与所述本地通信单元，所述数据接口单元、所述供电单元、所述数据存储单元、所述远程通信单元相连。

与现有技术相比，本发明公开的技术方案的有益效果在于：

1)监测终端采用设置在电流电压监测单元内的模拟电路监测电力线路电流和电压变化，并自动识别故障电流和相应的电压变化，从而触发主处理器进行故障分析和判决。

2)监测终端采用位置传感器，监测该终端的位置变化，从而及时获取熔断器熔管的位置变化，判断熔断器的分合状态，获取线路的停带电状态。

3）采用无线或有线双向通信方式，建立熔断器在线监测系统，实现熔断器故障信息、运行数据、状态数据的实时采集，实现熔断器监测的智能化。

4)监测终端安装于熔断器上，无需外接电源或其他设备，结构简单、整体功耗低、终端装置小、安装简单方便。

附图说明

图1为本发明的熔断器在线监测系统的结构示意框图

图2为本发明监测终端的结构示意框图

图3为本发明通信终端结构示意框图

图4为本发明电流电压监控单元的示意框图

图5为电流电压监测单元故障判决原理示意框图

图6为导线对地电压变化监测原理示意框图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

具体实施例1

如图1所示，一种熔断器在线监测系统，包括多个熔断器组、多个监测终端组、多个通信终端及系统主站，熔断器组与监测终端组相连，监测终端组与通信终端相连，通信终端与系统主站相连。

熔断器组包括A相熔断器、B相熔断器及C相熔断器,监测终端组包括A相监测终端、B相监测终端及C相监测终端，A相监测终端采用压簧的方式与A相熔断器固接,B相监测终端采用压簧的方式与B相熔断器固接,C相监测终端采用压簧的方式与C相熔断器固接,A相监测终端、B相监测终端、C相监测终端分别与通信终端相连。

熔断器在线系统主要用于电力系统中的配电线路中的熔断器分合状态和位置的监测，线路故障监测，负荷电流、故障电流和熔管温度测量，其中：

1）监测终端组：A相监测终端、B相监测终端、C相监测终端构成一组，分别测量同一组熔断器A相、B相和C相的电流和电压信号的变化，从而测量线路负荷电流、故障电流，监测线路故障；集成位置传感器监测熔断器的熔管位置从而判断熔断器分合状态；将电流数据、故障类型、熔断器分合状态等数据通过短距离无线通信或者光纤通信传送给本地的通信终端。

2）通信终端：接收本地的监测终端的电流数据、故障信息、熔断器分合状态等数据，通过GPRS/3G无线通信、光纤通信等远距离通信方式远传给系统主站。

3）系统主站：接收和处理通信终端上传的各种数据，实现线路和熔断器的运行状态的实时在线监测、历史数据统计查询和设备状态检修等功能。

如图2所示，监测终端包括主处理器、电磁场感应单元、电流电压监测单元、位置信息采集单元、时钟单元、供电单元、数据存储单元、本地通信单元、状态显示单元，电磁场感应单元的输出端与电流电压监测单元的输入端相连，电流电压监测单元的输出端与主处理器的输入端相连，主处理器的输出端与状态显示单元的输入端相连，位置信息采集单元的输出端与时钟单元的输入端相连，主处理器分别与位置信息采集单元、时钟单元、供电单元、数据存储单元、本地通信单元相连。其中：

1）主处理器：主要主要为单片机，如ARM、Freescale、Infeneon等。基于电流电压信号采集单元所监测的熔断器对地电压变化、故障电流等参数，进行线路的接地、短路或雷击故障判定；基于时钟单元对事件和数据时间进行标记；通过本地通信单元，以无线或者光纤方式将故障类型、测量数据、熔断器位置和分合状态等信息传送给通信终端；控制状态显示单元，采用LED灯或颜色显示窗口进行就地的故障指示。

2）电磁场感应单元：利用导磁材料感应熔断器周围的高压电磁场，获取感应电流；利用熔断器对地电压和空气介质的电势差，获取导线空气放电电流。

3）电流电压监测单元：由滤波、放大等模拟电路和抽样编码数字电路构成的。基于感应电流，计算流经熔断器的交流分量和直流分量的大小；通过大电流突变判决电路，自动监测流经熔断器的短路、雷电闪落时的电流变化是否超过故障门限值；通过小电流直流分量判决电路，自动监测接地时的暂态电容电流是否超过故障门限值；通过测量导线及熔断器对地放电电流的测量，计算出线路对地电压变化量。

4）位置信息采集单元：为一位置传感器，可获取固定在熔断器熔管上的监测终端的位置变化和位置信息。

5）时钟单元：可获取通信终端的对时指令，为主芯片提供准确的对时，保证监测终端所采集和上传的数据与系统同步。

6）供电单元：采用感应取电、太阳能取电、后备电池等方式获取电能，并为各个功能单元提供电源。

7）数据存储单元：存储所监测到的相关数据，如本地通信中断时，可支持断点续传或者重发。

8)本地通信单元：可支持短距离无线通信、光纤通信等方式，为故障监测终端提供数据通信通道。

9）状态显示单元：具有LED灯或者颜色显示窗口，可受主芯片控制显示相应的故障状态。

如图3所示，通信终端包括主处理器、本地通信单元、数据接口单元、供电单元、数据存储单元、远程通信单元、状态显示单元，主处理器的输出端与状态显示单元的输入端相连，主处理器与本地通信单元，数据接口单元、供电单元、数据存储单元、远程通信单元相连。其中：

1）主处理器：通过本地通信单元，接收监测终端上传的故障信息、测量数据、熔断器动作和分合状态等；通过远程通信单元，将数据远传给系统主站；控制状态显示单元，显示通信终端的工作状态。

2)本地通信单元：可支持短距离无线通信、光纤通信等方式，建立通信终端与监测终端之间的数据通信通道。

3)数据通信接口单元：具有Ethernet、RS232/485等接口，支持设备的本地维护、外部设备数据接入和本地数据输出等功能。

4）供电单元：采用太阳能取电、电池或者外部市电等方式获取电能，并为各个功能单元提供电源。

5）数据存储单元：存储从监测终端接收到的各种数据，如远程通信中断时，可支持断点续传或者重发。

6)远程通信单元：可支持短信、GPRS、3G、光纤通信等方式，实现与系统主站之间的双向通信。

图4为电流电压监控单元的示意框图，其包括电磁场感应元件、检波判决模拟模块、主处理器，电磁场感应元件的输出端与检波判决模拟模块的输入端相连，检波判决模拟模块的输出端与主处理器的输入端相连。其中检波判决模拟模块的原理如图5所示。

图5为电流电压监测单元故障判决原理示意图。其中:

1）信号放大电路：将通过导线周围的电磁场变化获取的感应电流通过线形放大器进行放大，并分出两路采用不同方法进行判决。

2）直流检波电路：通过波形匹配电路，获取分路1中的暂态电容电流信号分量，滤除工频、高频及其它信号分量。

3）直流分量判决电路：通过开关电路对获取的暂态电流电流信号分量进行幅值比较，判决该信号是否为故障电流信号。

4）交流检波电路：通过波形匹配电路，获取分路2中的工频信号分量和高频信号分量。

5）工频信号大电流幅值判决电路：通过开关电路对获取的工频信号分量进行幅值比价，判决该信号是否为故障电流信号。

6）高频信号大电流幅值判决电路：通过开关电路对获取的高频信号分量进行幅值比价，判决该信号是否为故障电流信号。

图6为对地电压变化测量电路。高压导线与电容电路相连，电容电路域放电电流测量电路相连，放电电流测量电路与均值取样电路相连。其中：

1）电容电路：导线对地之间的空气介质在导线和大地存在电压的情况下，存在微弱的放电电流，利用电容电路将交变微弱电流转为电容放电电流，便于测量。

2）放电电流测量电路：通过高精度电流测量电路测量电容电流大小。

3）均值取样电路：获取设定周期内的电容电流平均幅值，当平均幅值变化超过设定门限时，由主处理器通过所测电容电流平均幅值变化量，计算导线对地电压变化量，作为故障判决的依据之一。

最后，以上公布的仅是本发明的具体实施例。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

具体实施例2

与具体实施例1大致相同，区别仅仅在于：

1、熔断器组包括A相熔断器、B相熔断器及C相熔断器,监测终端组包括A相监测终端、B相监测终端及C相监测终端，A相监测终端采用扎带的方式与A相熔断器固接,B相监测终端采用扎带的方式与B相熔断器固接,C相监测终端采用扎带的方式与C相熔断器固接,A相监测终端、B相监测终端、C相监测终端分别与通信终端相连。

2、监测终端中的位置信号采集单元为一磁矩传感器

具体实施例3

与具体实施例1大致相同，区别仅仅在于：

1、熔断器组包括A相熔断器、B相熔断器及C相熔断器,监测终端组包括A相监测终端、B相监测终端及C相监测终端，A相监测终端采用套管的方式与A相熔断器固接,B相监测终端采用套管的方式与B相熔断器固接,C相监测终端采用套管的方式与C相熔断器固接,A相监测终端、B相监测终端、C相监测终端分别与通信终端相连。

2、监测终端中的位置信号采集单元为倾角传感器。

具体实施例4

与具体实施例1大致相同，区别仅仅在于：

熔断器组包括A相熔断器、B相熔断器及C相熔断器,监测终端组包括A相监测终端、B相监测终端及C相监测终端，A相监测终端采用顶锥的方式与A相熔断器固接,B相监测终端采用顶锥的方式与B相熔断器固接,C相监测终端采用顶锥的方式与C相熔断器固接,A相监测终端、B相监测终端、C相监测终端分别与通信终端相连。

Claims

1.一种熔断器在线监测系统，其特征在于，包括至少一个熔断器组、至少一个监测终端组、至少一个通信终端及系统主站，所述熔断器组与所述监测终端组相连，所述监测终端组与所述通信终端相连，所述通信终端与所述系统主站相连。

2.如权利要求1所述的熔断器在线监测系统，其特征在于，所述熔断器组包括A相熔断器、B相熔断器及C相熔断器,所述监测终端组包括A相监测终端、B相监测终端及C相监测终端，所述A相监测终端与所述A相熔断器固接,所述B相监测终端与所述B相熔断器固接,所述C相监测终端与所述C相熔断器固接,所述A相监测终端、所述B相监测终端、所述C相监测终端分别与所述通信终端相连。

3.如权利要求1所述的熔断器在线监测系统，其特征在于，所述A相监测终端、所述B相监测终端、所述C相监测终端通过压簧或扎带或套管或顶锥的方式分别与所述A相熔断器的熔管、所述B相熔断器的熔管、所述C相熔断器的熔管固接。

4.如权利要求1所述的熔断器在线监测系统，其特征在于，所述监测终端包括主处理器、电磁场感应单元、电流电压监测单元、位置信息采集单元、时钟单元、供电单元、数据存储单元、本地通信单元、状态显示单元，所述电磁场感应单元的输出端与所述电流电压监测单元的输入端相连，所述电流电压监测单元的输出端与所述主处理器的输入端相连，所述主处理器的输出端与所述状态显示单元的输入端相连，所述位置信息采集单元的输出端与所述时钟单元的输入端相连，所述主处理器分别与所述位置信息采集单元、所述时钟单元、所述供电单元、所述数据存储单元、所述本地通信单元相连。

5.如权利要求4所述的熔断器在线监测系统，其特征在于，所述位置信号采集单元为位置传感器或磁矩传感器或倾角传感器。

6.如权利要求4所述的熔断器在线监测系统，其特征在于，所述电压电流监测单元包括电磁场感应元件、检波判决模拟模块和主处理器，所述电磁场感应元件的输出端与所述检波判决模拟模块的输入端相连，所述检波判决模拟模块的输出端与所述主处理器的输入端相连。

7.如权利要求1所述的熔断器在线监测系统，其特征在于，所述通信终端包括主处理器、本地通信单元、数据接口单元、供电单元、数据存储单元、远程通信单元、状态显示单元，所述主处理器的输出端与所述状态显示单元的输入端相连，所述主处理器与所述本地通信单元，所述数据接口单元、所述供电单元、所述数据存储单元、所述远程通信单元相连。