一種分布式配網自動化監控終端的製作方法
2023-05-31 14:39:11 1
專利名稱：一種分布式配網自動化監控終端的製作方法
技術領域：
本發明配網自動化終端涉及的是電力系統的IOkV配網自動化系統中的一種分布式配網自動化監控終端，適用於配網饋線電纜網環網櫃，實現配網運行的數據監測、開關控制和運行管理。
背景技術：
目前針對電纜網環網櫃配網自動化終端常採用集中式設計，插板式結構，單臺終端實現多迴路採集監控，該方案受機箱結構限制，單臺最多實現8 12迴路三遙採集監控，終端擴展受最大容量限制，外形尺寸大佔地多，施工、接線複雜、停電時間長，單個插件故障影響整個環網櫃其他迴路採集監控。
隨著用電量的快速增長，舊的開關房和環網櫃通過擴容增加迴路，在一些用電密集地方一個站房迴路數已達14，而且電房或環網櫃空間有限，集中式配網自動化終端已不能滿足現場實際應用需求。傳統「一遙」、「二遙」配網自動化終端通常採用GPRS無線通訊技術，解決方案通常為「監控終端+GPRS通訊模塊」而外置GPRS模塊通常採用3線串口，不能監測Monden是否在線，也缺乏處理「假在線」，「假連接」異常狀態的措施。國內配網自動化終端裝置面板通常不具備清晰的就地操作開關和選擇開關，如果需要本地操作，則需要在終端機櫃面板上增加複雜的控制迴路和接線，成本高、接線複雜、另外需要較大的安裝空間。
發明內容
為解決配電網自動化終端實際應用中遇到的上述問題，本發明提供一種分布式配網自動化終端，該終端包括環網櫃、主控單元，配電智能監控單元、CAN總線通訊網絡；
所述配電網智能監控單元安裝在環網柜上，配電網智能監控單元通過CAN總線通訊網絡與主控單元連接。所述主控單元包括數據處理和通訊管理模塊、電源管理模塊、獨立遙信操作模塊、背板，所述數據處理和通訊管理模塊、電源管理模塊、獨立遙信操作面板模塊分別與背板連接，電源管理模塊、獨立遙信操作模塊分別與數據處理和通訊管理模塊連接。主控單元負責所有配電網智能監控單元的信息的採集、存儲、管理，與遠方主站的信息交互，實現與主站控制中心的遠程通訊，數據處理、轉發，為配電網智能監控單元、外部通訊模塊、開關操作機構提供工作電源和後備電源並對電源進行管理實現交直流自動切換、電池智能充電、激活等功能。所述配電網智能監控單元包括監控CPU、交流採樣電路、信號放大電路、遙信電路、遙控電路、CAN總線接口、數碼管、信號指示燈；所述交流採樣電路、信號放大電路、遙信電路、遙控電路、CAN總線接口、數碼管、信號指示燈分別與監控CPU連接。所述配電網智能監控單元安裝在環網柜上，實現對環網櫃所有「三遙」和故障判別功能；配電網智能監控單元通過CAN總線通訊網絡與主控單元連接，保證通信的可靠性和速度。所述配電網智能監控單元至少為I個，配電網智能監控單元最多為64個。當擴展配電網智能監控單元時，主控單元無需進行任何升級，且由於配電網智能監控單元體積小可以直接安裝在環網柜上，極大節省了材料成本和安裝空間。配電網智能監控單元分布安裝在環網柜上，可就地完成環網櫃到配電網智能監控單元的二次接線，無需在各環網柜上敷設專用二次電纜到終端，二次接線簡單，停電施工可多人同步進行，只需4根線(2根電源線，2根CAN通訊總線)即可實現配電網智能監控單元監控各環網櫃。 所述數據處理和通訊管理模塊採用32位ARM中央處理器，採用6U插板式結構； 所述32位ARM中央處理器包括2路CAN總線、2路RS232通訊接口、3路RS485通訊接
口、I個USB接口、I個調試串口、4個10/100M乙太網接口、一個GPRS模塊；
GPRS模塊與32位ARM中央處理器採用全串口通訊方式，支持在線狀態檢測、流控制，GPRS模塊的電源由32位ARM中央處理器管理，32位ARM中央處理器通過撥號指令，復位指令、電源控制，避免GPRS模塊「假在線」、「假連接」異常狀態。所述電源管理模塊採用CPU控制，6U插板式結構。所述獨立遙信操作面板模塊採用獨立CPU系統的集成電纜涉及遙控邏輯操作，面板嵌入「選擇」、「預控」、「分閘」、「合閘」按鍵，「遠方/就地」轉化開關，開關合、分位指示燈，開關選擇迴路指示燈、數碼管，通過CPU系統進行操作邏輯處理和信號指示，通過內部CAN總線通訊網絡將操作命令下發到配電網智能監控單元實現對開關的就地分、合閘操作，操作迴路不需二次接線，極大的節省了材料成本和安裝空間。所述交流採樣電路中的電壓電流信號由外部的電壓互感器和電流互感器提供。所述配電網智能監控單元的寬*高*深為15*55*96。配電網智能監控單元採用16位DSP處理器，所述16位DSP處理器內部集成12位ADC,2路CAN總線、8路輸入捕捉。有益效果分布式擴展配電智能監控單元的容量，節約空間，接線簡單，故障率低；內置式GPRS模塊使得監控可信度更高。
圖I為本發明分布式配網自動化終端框 圖2為本發明配網自動化終端主控單元框 圖3為本發明配電智能監控單元框 圖4為本發明配電智能監控單元電源原理圖。
具體實施例方式圖I為本發明分布式配網自動化終端框圖主控單元機採用壁掛式機箱設計，主控單元包含在壁掛式機箱內，配電智能監控單元通過CAN通信總線與主控單元連接，電源通過電源線向主控單元與配電智能監控單元同時供電。其中主控單元採用6U前插板式設計，後端子出線，包括一塊數據處理和通訊管理模塊插板、一塊獨立遙信操作模塊插板、一塊電源管理模塊插板、一塊背板，各插板通過歐式插件與背板連接，其框圖如圖2所示
電源管理模塊為6U插板式結構，交流220V輸入，採用大功率器件，輸出電壓24V，輸出功率500W，採用智能充電算法對電池進行充、放電管理和激活維護，具備輸出短路、過載、輸入過壓、電池欠壓保護，可測量電池電壓防止電池過充、過放，電源管理模塊通過RS485總線與數據處理和通訊管理模塊的中央處理器通訊，可上傳電池電壓，事故告警信息，也可接受上級命令進行電池激活維護，滿足鉛酸蓄電池和鋰電池應用。數據處理和通訊管理模塊採用6U插板式結構，以32位處理器S3C2440AL作為中央處理器，採用嵌入式Linux軟體設計，硬體設計2路CAN總線、2路RS232通訊接口、3路RS485通訊接口、I個USB接口、I個調試串口、4個10/100M乙太網接口、內嵌一個GPRS模塊，數據處理和通訊管理模塊插板上引出GPRS天線、通訊狀態指示燈、電源指示燈、運行指 示燈、復位按鈕，其中支持USB接口進行數據備份、軟體升級，支持乙太網遠程升級維護。所有通信接口均採用光電隔離，提高硬體的抗幹擾能力。內嵌的GPRS模塊採用全串口通訊方式，支持在線狀態檢測、流控制，GPRS模塊的電源由中央處理器管理，中央處理器通過撥號指令、復位命令、電源控制，避免GPRS模塊「假在線」、「假連接」異常狀態。GPRS模塊電源晶片為SP29302。獨立遙信操作模塊採用單片機控制，外接12迴路遙控選擇按鈕、預控按鈕、合閘按鈕、分閘按鈕，遠方/就地選擇開關，遙控選擇指示燈，開關合位、分位指示燈，遙控選擇指示燈、遙控選擇指示數碼管，採用程序控制實現複雜的操作邏輯。獨立遙信操作模塊單片機掃描各按鍵後經過邏輯判斷和處理後將操作命令通過內部CAN總線發送給數據處理和通訊管理模塊的中央處理器進行統一處理。獨立遙信操作模塊採用PCB布線方式、焊接工藝極大的簡化了本地遙控操作複雜的二次接線和加工工藝。配電智能監控單元採用高性能16位DSP處理器作為中央處理器CPU2，在本實施例中採用的16位DSP處理器具體型號為dsPIC33FJ64GP706。該DSP處理器內置2路增強型CAN總線、18路12位ADC, 2路SPI,2路UART、2路I2C, ADC轉換接口、看門狗，能夠滿足外形115*55*96 (寬*高*深)條件下實現「三遙」功能和故障判斷。智能單元設計充分利用片內資源，實現遙測、遙信、遙控和通訊功能，主要由電源部分電路、遙信電路、遙控電路、遙測電路、通訊電路、輸出顯示電路等部分電路組成，具體框圖如圖3所示。電源部分電路採用DC24V電源輸入，經過安全防護濾波電路後接入兩個DC/DC模塊,一個DC/DC模塊輸出5V用於通訊隔離電源和輸出繼電器控制電源,一個DC/DC模塊輸出5V後經LDO穩壓輸出3. 3V給CPU部分電路供電。具體實現電路如圖4所示。圖4中R2為壓敏電阻,作為輸入過壓、浪湧保護；L2、L3為磁珠,用於抗幹擾；D6為二極體，用於防電源輸入極性接反；F1為自恢復保險絲；DC1、DC2為隔離DC/DC將CPU部分和通訊和繼電器等隔離。遙信電路採用硬體濾波經光電隔離後接入CPU2 ;遙控電路將CPU2的I/O腳經邏輯器件後通過光電隔離驅動繼電器。設置一總控繼電器防止幹擾誤動；通訊電路選用片內CAN 口經光電隔離驅動CAN收發器MCP2551實現通信；顯示電路採用SPI總線接口擴展I/O晶片MCP23S17驅動數碼管和LED顯示。
遙測電路中電壓、電流信號均來自外部電壓互感器和電流互感器，通過單元內部電壓電流互感器將輸入的2路電壓、3路電流轉換為(Γ2. 5V的交流信號，直接接入CPU2的 5個ADC 口，另外將3路電流信號經放大電路放大5倍後接入CPU2的另外3個ADC 口，通過對電流的分級處理提高電流在小信號時的精度。
權利要求
1.一種分布式配網自動化終端，適用於環網櫃配網自動化應用，包括主控單元，配電智能監控單元、CAN總線通訊網絡三部分； 其特徵在於配電智能監控單元分布安裝於各環網櫃單元，通過CAN總線與主控單元連接，構成一主多副的分布式配網自動化終端。
2.根據權利要求I所述的分布式配網自動化終端，其特徵在於所述主控單元包括數據處理和通訊管理模塊、電源管理模塊、獨立遙信操作模塊、背板，所述數據處理和通訊管理模塊、電源管理模塊、獨立遙信操作面板模塊分別與背板連接，電源管理模塊、獨立遙信操作模塊分別與數據處理和通訊管理模塊連接。
3.根據權利要求I所述的分布式配網自動化終端，其特徵在於所述配電網智能監控單元包括監控CPU、交流採樣電路、信號放大電路、遙信電路、遙控電路、CAN總線接口、數碼管、信號指示燈；所述交流採樣電路、信號放大電路、遙信電路、遙控電路、CAN總線接口、數碼管、信號指示燈分別與監控CPU連接。
4.根據權利要求I所述的分布式配網自動化終端，其特徵在於所述配電網智能監控單元為1-64個。
5.根據權利要求I所述的分布式配網自動化終端，其特徵在於所述數據處理和通訊管理模塊採用32位ARM中央處理器，採用6U插板式結構； 所述32位ARM中央處理器包括2路CAN總線、2路RS232通訊接口、3路RS485通訊接口、I個USB接口、I個調試串口、4個10/100M乙太網接口、一個GPRS模塊； GPRS模塊與32位ARM中央處理器採用全串口通訊方式。
6.根據權利要求I所述的分布式配網自動化終端，其特徵在於所述電源管理模塊採用CPU控制，6U插板式結構。
7.根據權利要求I所述的分布式配網自動化終端，其特徵在於所述獨立遙信操作模塊採用獨立CPU系統，通過CPU系統進行操作邏輯處理和信號指示，通過內部CAN總線通訊網絡將操作命令下發到配電網智能監控單元。
8.根據權利要求I所述的分布式配網自動化終端，其特徵在於所述交流採樣電路中的電壓電流信號由外部的電壓互感器和電流互感器提供。
9.根據權利要求I所述的分布式配網自動化終端，其特徵在於所述配電網智能監控單元的寬*高*深為:15*55*96。
全文摘要
本發明涉及一種分布式配網自動化終端，該終端是面向開關櫃對象，由配電智能監控單元、主控單元、CAN總線通訊網絡三部分組成。配電智能監控單元體積小，可直接安裝在各開關柜上，實現對本開關櫃所有「三遙」和故障判別功能。主控單元負責整個所有智能監控單元信息的採集、存儲、管理，與遠方主站的信息交互，實現與主站控制中心的遠程通訊，數據處理、轉發，為配電智能監控單元、外部通訊模塊、開關操作機構提供工作電源和後備電源並對電源進行管理實現交直流自動切換、電池智能充電、激活等功能。主控單元與配電智能監控單元之間採用CAN總線連接，保證通信可靠性和速度。
文檔編號H02J13/00GK102946149SQ201210518788
公開日2013年2月27日 申請日期2012年12月6日 優先權日2012年12月6日
發明者霍錦強, 白海濤, 李家添 申請人:廣州南方電力集團科技發展有限公司