[发明专利]一种断路器配电状态监测装置

摘要

本发明公开了一种断路器配电状态监测装置，包括姿态传感器模块、中央处理器、485通信电路、GSM通信电路、二键开关电路、电源转换电路、信号采集与调理电路、相应的接口、开合式电流互感器和电压互感器。该装置通过电压互感器监测断路器进线端电压，电流互感器监测断路器出线端电流，姿态传感器监测断路器手动开关空间状态，可真实监测断路器配电状态。通过中央处理器对所读取的传感器数据进行逻辑处理与判断，在断路器配电状态发生较大变化时，能通过485或GSM短信方式向用户发送配电状态变化信息。本发明装置可实时监测配电断路器电流、电压和开、断及故障状态，并可与用户进行本地和远程通信，具有全面监测、安装灵活和使用方便的特点。

主权项

1.一种断路器配电状态监测装置，其特征在于：它是由传感器部分和硬件电路部分组成，两者通过硬件接口连接；传感器部分包括开合式电流互感器、电压互感器和姿态传感器模块；硬件电路部分由中央处理器模块、通信模块、按键电路、电源模块、存储模块、信号处理电路和接口电路组成；电压互感器监测配电断路器进线端电压，开合式电流互感器监测配电断路器出线端电流，姿态传感器监测断路器手动开关姿态角，姿态角包括俯仰角、横滚角和方向角；传感器监测信号通过接口电路将信号传送至中央处理器模块，经中央处理器逻辑处理后，在满足触发条件下，通过通信模块将配电信息发送出去；所述姿态传感器模块是三轴加速度计和三轴陀螺仪一体传感器的最小系统，该模块仅需供应电源和连接通信线路便可工作；所述按键电路即二键开关电路，作为中央处理器更新断路器手动开关开、断姿态角信息的触发条件使用，两个按键分别对应断路器开、断两种情况；所述中央处理器模块用于监测二键开关电路中开关状态、处理传感器的输出信息、与通信模块的信息交互、进行逻辑处理与运算，以及协调相应外围设备工作；中央处理器对断路器开、断状态判断，是通过姿态传感器实时采集值与断路器开、断状态下的姿态角比较确定的；所述通信模块由485通信电路和GSM通信电路两部分组成，485通信电路实现中央处理器与上位机间进行通信的电平转换功能，GSM通信电路实现与远端GSM通信设备通信信息的收发处理功能；所述电源模块由电源转换电路、供电接口和后备电池接口组成，其为硬件电路部分和姿态传感器模块供电；电源转换电路用于电压大小转换、电源快速切换和稳压；供电接口用于连接市电供电电源；后备电池接口用于连接外部电池电源；在供电接口有市电供应时，市电为硬件电路部分和姿态传感器模块供电，并为后备电池供电；在供电接口市电断电后，后备电池为硬件电路部分和姿态传感器模块供电；该断路器配电状态监测装置使用姿态传感器和中央处理器相结合的方式直接检测断路器开、断状态，可低成本、方便地实现对断路器开、断状态的真实监测；该断路器配电状态监测装置可监测配电断路器的输入电压、输出电流和开断，不但可以全方位监测配电状态，而且通过中央处理器逻辑处理还能判断配电状态变化原因；所述装置工作过程是：在完成装置安装后，即电压互感器安装于配电断路器进线端、开合式电流互感器安装于配电断路器出线端，姿态传感器模块安装于断路器手动开关上，姿态传感器只要能紧密安装于断路器手动开关上即可；因为断路器和姿态传感器模块安装好后，断路器相对于地面和姿态传感器相对于断路器手动开关位置均是固定的，且会在使用前获取姿态传感器相对于断路器开、断下的姿态角，故只要获得断路器手动开关相对姿态角即可，首先进行断路器开、断姿态角信息输入，通过二键开关让中央处理器分别获得断路器手动开关开、断下的姿态角信息，并存放于存储模块中；然后中央处理器对三种传感器信号周期性采集，综合逻辑判断电压、电流和断路器状态信息并根据逻辑判断适时通过485或GSM方式向上位机或GSM接收设备发送信息，其中断路器状态判断是根据断路器手动开关稳定后的姿态角与最初采集的断路器手动开关开、断姿态角进行比较判断的；断路器手动开关姿态角获取使用三轴加速度计和三轴陀螺仪一体传感器MPU6050，由于传感器输出的是三轴加速度和三轴角速度，为了获得准确、稳定的断路器手动开关俯仰角、横滚角和方向角这三种姿态角，中央处理器可采用卡尔曼滤波算法将加速度和陀螺仪传感器获得的加速度值和角速度值进行数据融合；断路器状态判断根据其手动开关姿态角进行判断，通过使用前获取的断路器手动开关在开、断两种状态下的姿态角作为比较值，经中央处理器周期性采集断路器手动开关姿态角并与断路器手动开关在开、断两种状态下的姿态角进行比较，便可获得断路器状态， 由于断路器手动开关动作开断变换有个过程，而在这个过程中断路器手动开关姿态角是一个变化到稳定的过程，中央处理器会获取稳定后的断路器姿态角进行断路器状态判断；判断过程就是将采集到的稳定姿态角与断路器手动开关开、断下的姿态角进行比较来判断断路器的姿开、断状态；配电状态变化原因可根据检测的电压、电流和断路器状态综合进行判断，如监测到断路器由开到断，通过同步监测的电压和电流与存储模块中对应信号明显变化前的值比较，可综合判断出断路器跳闸原因是过载、短路等明确原因；断路器状态没发生变化，但电压和电流异常也可表征供电和设备的相应状态变化。