配電臺區智能管理系統的製作方法
2023-12-12 23:45:07 3
本發明涉及一種配電臺區智能管理系統，屬於電力行業的電力綜合監控技術領域。
背景技術：
近年來，國家電網公司提出了加強堅強智能電網建設，提高電網智能化水平的發展戰略，對電網建設和管理提出了新的、更高的要求。針對目前低壓配電臺區處於人工管理的落後狀態，研究開發了低壓配電臺區智能監控，實現對臺區科學、有效、智能的管理。
目前，在低壓配電臺區管理工作中缺乏科學、有效的手段來實現獲取低壓線路電壓、電流、剩餘電流等基礎數據，只能依靠測量人員、憑藉萬用、鉗形電流表等測量工具到臺區進行實地測量，既造成了人力、物力等資源的浪費，在一定程度上存在安全隱患。由於不能做到實時監控，在實際工作中存在獲取數據不及時，不全面、不科學等問題，造成供電公司在線損管理、電壓管理和供電可靠性管理等工作中缺乏科學的、準確的有效數據。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本發明提出了一種方便管理，實現電網平穩、可靠運行的配電臺區智能管理系統。
本發明解決其技術問題採取的技術方案是：配電臺區智能管理系統，其特徵是，包括數據採集終端、通信系統和後臺主控系統，所述數據採集終端用以採集配電臺區現場的電壓、電流、剩餘電流及故障信息，所述通信系統用以傳輸數據，所述後臺主控系統用以實時監視配電臺區的運行情況，並對配電臺區進行遙控操作。
優選地，所述後臺主控系統具備電壓合格率統計、線損分析管理、配變狀態監測、電容器自動投切和三相不平衡調節功能。
優選地，所述通信系統採用GPRS公網。
進一步地，該配電臺區智能管理系統還包括設置在配電臺區現場的的智能配變終端，所述智能配變終端包括數據採集模塊、數據處理模塊、控制與操作模塊、通信模塊、無功補償模塊和三相不平衡控制模塊；所述數據採集模塊、數據處理模塊、控制與操作模塊和通信模塊依次連接，所述數據採集模塊用於信號採集，所述數據處理模塊用於將採集的信號進行處理得到控制量，所述控制與操作模塊通過控制量進行控制操作，所述通信模塊分別與數據採集終端和通信系統相連；所述數據處理模塊分別連接所述無功補償模塊和三相不平衡控制模塊；所述無功補償模塊用於實現對電容器的自動投切，以及實時監測電容器組的狀態；所述三相不平衡控制模塊用於對三相不平衡調補裝置進行控制。
優選地，所述通信模塊包括RS485通信模塊和第一GPRS通信模塊，所述RS485通信模塊與數據採集終端相連，所述第一GPRS通信模塊接入通信系統。
優選地，所述數據採集終端包括設置在臺區配電櫃中的控制器、數據遠傳裝置和電氣設備運行環境數據採集裝置，設置在臺區配電櫃中低壓出線上的計量電能表和剩餘電流保護器，以及設置在臺區電氣設備上的線路故障指示器和電氣接點無線溫度傳感器，所述的電氣設備運行環境數據採集裝置、計量電能表、剩餘電流保護器、線路故障指示器和電氣接點無線溫度傳感器分別與控制器相連，所述控制器通過數據遠傳裝置將採集的數據輸出；所述電氣設備運行環境數據採集裝置包括溫溼度傳感器、水浸傳感器、點型感煙器和信號處理裝置，所述溫溼度傳感器、水浸傳感器和點型感煙器的輸出端分別連接至所述信號處理裝置的輸入端；所述信號處理裝置的輸出端連接至所述控制器的輸入端。
優選地，所述信號處理裝置包括低通濾波器、信號放大器、光電隔離器和驅動緩衝電路，所述低通濾波器的輸入端分別與溫度傳感器、溼度傳感器、水浸傳感器和點型感煙器的輸出端連接，低通濾波器的輸出端與信號放大器的輸入端連接、所述信號放大器的輸出端與光電隔離器的輸入端連接，所述光電隔離器的輸出端與驅動緩衝電路的輸入端連接，所述驅動緩衝電路的輸出端與控制器模塊的輸入端連接。
優選地，所述電氣接點無線溫度傳感器包括溫度傳感器、測量電路、邏輯控制電路和2.4G無線收發電路，所述溫度傳感器的輸出端與測量電路的輸入端連接，所述測量電路的輸出端與邏輯控制電路的輸入端連接，所述邏輯控制電路的輸出端與2.4G無線收發電路連接。
優選地，所述控制器包括ARM微處理器以及分別與ARM微處理器連接的存儲器、RS485接口、RS232接口、NRF905無線收發晶片、LCD顯示屏和聲光報警器，所述ARM微處理器通過RS485接口分別與電氣設備運行環境數據採集裝置、計量電能表、剩餘電流保護器和線路故障指示器連接，ARM微處理器通過NRF905無線收發晶片與電氣接點無線溫度傳感器無線連接，ARM微處理器通過RS232接口與數據遠傳裝置連接。
優選地，所述數據遠傳裝置包括第二GPRS通信模塊。
所述第一GPRS通信模塊和第二GPRS通信模塊均採用LB－GPRS－320型內置工業級GPRS通信模塊。該模塊對下通過全雙工RS－485串行接口與智能配變終端或數據採集終端通信，採集三相電壓、三相電流、剩餘電流、故障信息、開關狀態等各類數據；對上通過GPRS網絡接入Internet將各類數據傳輸到後臺主控系統。
本發明的有益效果如下：
本發明實現了配變、用戶用電信息監測，具備電壓合格率統計、線損分析管理基本功能，並可選擇性的配置電容器自動投切、三相不平衡調節、配變狀態監測功能，可以對遠端的配電臺區實現科學、有效、智能化的管理；能夠實時獲取低壓線路電壓、電流、剩餘電流等基礎數據；獲取的臺區運行狀態數據更加準確可靠，使得供電公司在線損管理、電壓管理和供電可靠性管理等工作中擁有了科學、準確的有效數據。同時實時的監控減少了配電臺區故障發現和處理的時間，提高了電網運行的可靠性。
本發明通過數據採集終端和智能配變終端相互結合進行信號採集、處理和控制，更加智能化、信息化，能夠實時獲取低壓線路電壓、電流、剩餘電流等基礎數據，對配電變壓器進行全面監測、配電臺區進出線開關狀態、電容器的投切狀態，實現配電臺區的電能信息採集、電能質量管理和線損分析計算等。數據採集終端和智能配變終端相互之間進行通信且分別通過GPRS通信模塊接入通信系統，這種環路設置方法避免了傳統單一通信方式當通信模塊出現故障時無法進行遠處監控現場的發生，保證了數據採集終端和智能配變終端與後臺主控系統的實時通信性能。
與現有技術相比，本發明具有以下特點：1、可對高壓側模擬量和狀態量進行採集，並將測量數據、狀態數據上傳，實現遠程監控。2、可對三相不平衡調補裝置進行控制，實現對電容器組的投切動作，實現三相共補、分相補償或三相共補與分相補償相結合的混合補償模式，同時對電容器組的狀態進行監測。3、可實現對出線開關的控制與監測，出線開關配置剩餘電流動作保護器，具有通信功能和短路分斷能力。4、可將集中器、採集器中的用電信息通過遠程通信上傳至後臺主控系統，實現配電臺區的電能信息採集、電能質量管理和線損分析計算。5、通過電氣設備運行環境數據採集裝置對臺區配電櫃中的環境參數進行處理分析，從而檢測電氣設備的環境變化。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖；
圖2為本發明所述智能配變終端的結構示意圖；
圖3為本發明所述數據採集終端的結構示意圖；
圖4為本發明所述電氣設備運行環境數據採集裝置的結構示意圖；
圖5為本發明所述電氣接點無線溫度傳感器的結構示意圖；
圖6為本發明所述控制器的結構示意圖。
具體實施方式
為能清楚說明本方案的技術特點，下面通過具體實施方式，並結合其附圖，對本發明進行詳細闡述。下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現本發明的不同結構。為了簡化本發明的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。此外，本發明可以在不同例子中重複參考數字和/或字母。這種重複是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關係。應當注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例繪製。本發明省略了對公知組件和處理技術及工藝的描述以避免不必要地限制本發明。
如圖1所示，本發明的一種配電臺區智能管理系統，它包括數據採集終端、通信系統和後臺主控系統，所述數據採集終端用以採集配電臺區現場的電壓、電流、剩餘電流及故障信息，所述通信系統用以傳輸數據，所述後臺主控系統用以實時監視配電臺區的運行情況，並對配電臺區進行遙控操作。
優選地，所述後臺主控系統具備電壓合格率統計、線損分析管理、配變狀態監測、電容器自動投切和三相不平衡調節功能。
優選地，所述通信系統採用GPRS公網。
如圖2所示，本發明的配電臺區智能管理系統還包括設置在配電臺區現場的的智能配變終端，所述智能配變終端包括數據採集模塊、數據處理模塊、控制與操作模塊、通信模塊、無功補償模塊和三相不平衡控制模塊；所述數據採集模塊、數據處理模塊、控制與操作模塊和通信模塊依次連接，所述數據採集模塊用於信號採集，所述數據處理模塊用於將採集的信號進行處理得到控制量，所述控制與操作模塊通過控制量進行控制操作，所述通信模塊分別與數據採集終端和通信系統相連；所述數據處理模塊分別連接所述無功補償模塊和三相不平衡控制模塊；所述無功補償模塊用於實現對電容器的自動投切，以及實時監測電容器組的狀態；所述三相不平衡控制模塊用於對三相不平衡調補裝置進行控制。
優選地，所述通信模塊包括RS485通信模塊和第一GPRS通信模塊，所述RS485通信模塊與數據採集終端相連，所述第一GPRS通信模塊接入通信系統。
如圖3和圖4所示，本發明所述的數據採集終端包括設置在臺區配電櫃中的控制器、數據遠傳裝置和電氣設備運行環境數據採集裝置，設置在臺區配電櫃中低壓出線上的計量電能表和剩餘電流保護器，以及設置在臺區電氣設備上的線路故障指示器和電氣接點無線溫度傳感器，所述的電氣設備運行環境數據採集裝置、計量電能表、剩餘電流保護器、線路故障指示器和電氣接點無線溫度傳感器分別與控制器相連，所述控制器通過數據遠傳裝置將採集的數據輸出；所述電氣設備運行環境數據採集裝置包括溫溼度傳感器、水浸傳感器、點型感煙器和信號處理裝置，所述溫溼度傳感器、水浸傳感器和點型感煙器的輸出端分別連接至所述信號處理裝置的輸入端；所述信號處理裝置的輸出端連接至所述控制器的輸入端。該能夠實時獲取低壓線路電壓、電流、剩餘電流等基礎數據；獲取的臺區運行狀態數據更加準確可靠，使得供電公司在線損管理、電壓管理和供電可靠性管理等工作中擁有了科學、準確的有效數據。
如圖4所示，所述信號處理裝置包括低通濾波器、信號放大器、光電隔離器和驅動緩衝電路，所述低通濾波器的輸入端分別與溫度傳感器、溼度傳感器、水浸傳感器和點型感煙器的輸出端連接，低通濾波器的輸出端與信號放大器的輸入端連接、所述信號放大器的輸出端與光電隔離器的輸入端連接，所述光電隔離器的輸出端與驅動緩衝電路的輸入端連接，所述驅動緩衝電路的輸出端與控制器模塊的輸入端連接。
如圖5所示，所述電氣接點無線溫度傳感器包括溫度傳感器、測量電路、邏輯控制電路和2.4G無線收發電路，所述溫度傳感器的輸出端與測量電路的輸入端連接，所述測量電路的輸出端與邏輯控制電路的輸入端連接，所述邏輯控制電路的輸出端與2.4G無線收發電路連接。其中，溫度測量範圍：-55～+125，精度：±0.5℃(-20～+80℃)，解析度：0.0625℃，溫度測量周期：約75s，戶外型傳輸距離：小於300米，射頻標準：IEEE802.15.4，同時無線溫度傳感器可採用一體化外殼結構內(外殼尺寸長為50mm，寬為30mm，高為16mm)，其防水防塵，無外置天線，防止在高壓環境下產生尖端放電現象，且有引出測溫探頭，適合測溫範圍低於125℃的環境，另一方面體積小巧，適用於開關櫃溫度熱接點測量，測量開關櫃內的動觸頭、引出線電纜接頭和母線連接點的運行溫度，及監測外高壓設備接頭溫度。溫度傳感器採用AD7814數字溫度傳感器，採用SOT-23或8引腳μSOIC封裝，內置一個帶隙溫度傳感器和一個10位ADC，用來監控溫度讀數並進行數字轉換，解析度為0.25℃，溫度測量範圍為-40℃至+125℃，溫度精度為±2℃，還具有待機模式，此模式下功耗可降至1μA。
如圖6所示，所述控制器包括ARM微處理器以及分別與ARM微處理器連接的存儲器、RS485接口、RS232接口、NRF905無線收發晶片、LCD顯示屏和聲光報警器，所述ARM微處理器通過RS485接口分別與電氣設備運行環境數據採集裝置、計量電能表、剩餘電流保護器和線路故障指示器連接，ARM微處理器通過NRF905無線收發晶片與電氣接點無線溫度傳感器無線連接，ARM微處理器通過RS232接口與數據遠傳裝置連接。
NRF905無線收發晶片採用NORDIC公司的nRF905型號晶片，工作於915M頻段，通信穩定、抗幹擾性強，同時還具有以下優點：(1)工作於915MHZ(該頻段目前為國家的免費頻段)，(2)接收發送功能合一，收發完成中斷標誌，(3)170個頻道，可滿足多點通訊和跳頻通訊需求，實現組網通訊，TDMA-CDMA-FDMA，(4)內置硬體8/16位CRC校驗，開發更簡單，數據傳輸可靠穩定，(5)工作電壓1.9-3.6V，低功耗，待機模式僅2.5uA，(6)接收靈敏度達-100dBm，(7)收發模式切換時間<650us，(8)每次最多可發送接收32位元組，並可軟體設置發送/接收緩衝區大小2/4/8/16/32位元組，(9)模塊可軟體設地址，只有收到本機地址時才會輸出數據(提供中斷指示)，可直接接各種單片機使用，軟體編程非常方便，(10)最大發射功率10毫瓦，發射模式：最大電流<30mA；接收模式：電流12.2mA，(11)內置SPI接口，也可通過I/O口模擬SPI實現，最高SPI時鐘可達10M，(12)標準DIP間距接口，便於嵌入式應用，(13)尺寸小巧，不含天線30mm*19mm；標配短柱狀天線，可選配其他，(14)發射速率50Kbps，外置天線，空曠地可視通訊距離200米，室內通信3-6層可實現可靠通信，抗幹擾性能強。
優選地，所述數據遠傳裝置包括GPRS通信模塊或CDMA通信模塊。
所述剩餘電流保護器安裝在臺區配電櫃中低壓出線上，代替過去採用的「剩餘電流脈衝繼電器+交流接觸器」保護模式。其具有485通信接口，適用於三相四線中性點直接接地的低壓電網，具備過載、短路、欠壓、過壓、剩餘電流、斷中性線、缺相、相序等保護功能；還需具備400V電網主要參數測量、故障記錄等功能，並帶有遠程分/合控制、分/合信號輸出和通信接口，達到低壓電網升級智能化管理。
優選地，所述數據遠傳裝置包括第二GPRS通信模塊。
本發明所述的第一GPRS通信模塊和第二GPRS通信模塊均採用LB－GPRS－320型內置工業級GPRS通信模塊。該模塊對下通過全雙工RS－485串行接口與智能配變終端或數據採集終端通信，採集三相電壓、三相電流、剩餘電流、故障信息、開關狀態等各類數據；對上通過GPRS網絡接入Internet將各類數據傳輸到後臺主控系統。
與現有技術相比，本發明具有以下特點：1、可對高壓側模擬量和狀態量進行採集，並將測量數據、狀態數據上傳，實現遠程監控。2、可對三相不平衡調補裝置進行控制，實現對電容器組的投切動作，實現三相共補、分相補償或三相共補與分相補償相結合的混合補償模式，同時對電容器組的狀態進行監測。3、可實現對出線開關的控制與監測，出線開關配置剩餘電流動作保護器，具有通信功能和短路分斷能力。4、可將集中器、採集器中的用電信息通過遠程通信上傳至後臺主控系統，實現配電臺區的電能信息採集、電能質量管理和線損分析計算。5、通過電氣設備運行環境數據採集裝置對臺區配電櫃中的環境參數進行處理分析，從而檢測電氣設備的環境變化。
以上所述只是本發明的優選實施方式，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也被視為本發明的保護範圍。