[发明专利]一种高压GIS机械状态在线监测系统

摘要

本发明公开了一种高压GIS机械状态在线监测系统，该发明主要由以下部分组成a.传感器模块、b.高压GIS机械状态监测模块电路、c.高压GIS在线状态监测系统主控模块电路、d.高压GIS在线状态监测系统IEC61850客户端。本发明系统地研究了高压GIS控制回路信号提取方法，信号的滤波方法、隔离方法，嵌入式系统程序设计，设计了高压GIS机械状态监测模块电路和高压GIS在线状态监测系统主控模块电路，能够适用于变电站等强电磁环境，具有较高的测量精度和稳定性。

主权项

一种高压GIS机械状态在线监测系统，所述系统基于IEC61850标准，且所述系统包括依次连接的传感器模块和高压GIS机械状态监测模块，其特征在于：所述传感器模块(a)用于采集高压GIS运行时的机械状态参量并以高低压隔离的形式将采集的信号输出至所述高压GIS机械状态监测模块，其中：所述传感器模块至少包括：采集高压GIS控制回路的分、合闸线圈电流和储能电机电流的电流传感器(1)，以及感测高压GIS主轴行程角位移的角位移传感器(2)，所述角位移传感器为光电编码器；所述高压GIS机械状态监测模块用于对高压GIS机械状态参量进行处理，所述监测模块至少包括依次连接的信号调理电路(3)、信号输入电路(4)，以及依次连接的光电编码器、差分电路(5)，进一步的，所述信号输入电路(4)、差分电路(5)分别连接隔离电路(6)，其中：所述信号调理电路包括依次相连的放大电路和滤波电路，用于对所述电流传感器输出的信号进行放大和滤波，滤波后对信号进行绝对值处理，并将调理后的信号输出至信号输入电路；所述信号输入电路包括AD模数转换器，用于将信号调理电路输出的信号进行模数转换后通过隔离电路实现隔离输出；该滤波所采用的电路是通过运算放大器构建Sallen‑Key结构的四阶巴特沃斯低通滤波器，以去除信号频带中的无用部分和噪声，保留有用的信号；滤波后对信号进行绝对值处理，使用运算放大器构成绝对值电路，满足后级电路模数转换器对输入信号的要求；所述差分电路(5)将光电编码器输出的信号转换为单端信号后通过隔离电路实现隔离输出；所述电流传感器(1)采用闭环霍尔电流传感器，高压GIS控制回路中的分、合闸线圈导线和储能电机电流导线从所述霍尔电流传感器穿心而过，实现高低压隔离；所述角位移传感器(2)使用增量式光电编码器；所述放大电路包括仪表运算放大器，所述运算放大器的同相输入端和反向输入端之间连接有瞬态抑制二极管；所述系统还包括主控模块，所述主控模块至少包括主控芯片(11)；所述系统还包括基于IEC61850模块标准的客户端；所述主控芯片还包括外部通讯电路(10)，以提供100M以太网接口，并实现与所述客户端的通信，所述通信符合IEC61850标准；所述IEC61850模块应用是基于制造报文规范的IEC61850应用层协议，将变电站层和间隔层之间的抽象通信服务接口映射到以太网；主控模块中的IEC61850模块部分由数据库、内部数据接口、MMS库接口、回调函数四部分组成；其中，内部数据接口负责与主控模块中的其他程序进行数据交换；MMS库接口则负责与MMS协议栈进行数据交换；该IEC61850模块的数据利用基于以太网的MMS网络协议栈，与IEC61850模块客户端进行通讯；主控模块收集的所有采样值数据、事件与报警数据，都将通过MMS网络上送到IEC61850客户端；同时，IEC 61850客户端也通过MMS协议将定值数据和遥控命令下发到主控模块；IEC61850客户端的主通讯流程如下：首先创建基于Qt开发框架的应用对象，并通过加载配置文件获取连接目标的名称、IP地址网络连接参数；接着，该应用对象启动通讯线程，线程的数目由将要连接的目标设备数决定；然后，该应用对象加载负责MMS网络协议的动态链接库DLL，同时启动一个UDP Socket Server来负责接收来自WEB端通过UDP协议发送的命令；紧接着，负责MySQL数据库服务的线程将被启动，该服务用于将遥测量数据存入数据库；最后，该应用对象启动IEC 61850通讯，并检查相关网络连接状态；通讯连接建立后，该应用对象将循环监测MMS协议来更新网络连接和数据传送与接收；所述IEC61850客户端的远程操作流程如下：首先创建基于Qt开发框架的应用对象，定义基于MMS协议的数据报文格式和流对象，然后通过sendSocket和recSocket两个函数创建基于UDP协议的udpsocket对象，并绑定一个固定端口号用于与WEB端的数据进行交互；当udpsocket对象接收到来自WEB端的远程操作指令，会根据命令的操作形式和操作对象，将相关操作信息按照IEC 61850标准规定的格式，通过MMS网络协议发送到主控模块；主控模块接收到命令并执行，执行的结果会以事件报文的形式发送到客户端，客户端以此作为判断远程操作是否完成的依据；客户端等待这个确认报文有一个TimeOut时限，超过这个时限依然没有收到确认报文，客户端即认为本次远程操作失败，同时显示出错误信息。