专利名称：环网柜的电缆头温度监测及线路故障自动定位系统的制作方法
技术领域：
环网柜的电缆头温度监测及线路故障自动定位系统，属于远程监控系统的自动监控装置。
背景技术：
随着社会的进步和信息化、自动化程度的不断提高，人们对电力行业的依赖程度进一 步加深，也就对供电系统的可靠性提出了更高的要求。但由于配电网络复杂，线路距离长， 线路故障在所难免，故障发生后，能够快速的恢复供电成为供电部门关心的重要事情。
另外，随着用电量的增加，配电网中众多的电缆接头由于运行时间长、制作工艺等问 题出现温度过热的现象时有发生。如环网柜、箱变等运行环境恶劣无人值守，在电缆局部 发生过热后不易被发现，事故蔓延即造成重大事故，影响正常生产，给电力企业造成经济 和信誉的重大损失。因此，预防事故的发生是安全生产的根本，从故障检修到状态检修是 下一步自动化发展的方向。
目前，故障指示器在配电线路大量应用，但一旦遇到线路故障，故障区间内的指示器 翻牌，需要线路维护人员巡线以确定故障位置，使故障处理不够及时。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是为了保障配网的安全正常运行，实时监测配网设备 运行环境的各项指标，遇到电缆温度过高等紧急意外情况，能够及时记录、查询和自动快 速报警。当线路出现故障时，能够自动上报故障位置，系统通过软件分析自动定位，快速 查找故障区段，隔离故障，尽快恢复供电的环网柜的电缆头温度监测及线路故障自动定位 系统。 方案
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是该环网柜的电缆头温度监测及线路 故障自动定位系统，其特征在于包括监控中心、传输网络和现场设备，综合监控装置安 装在环网柜内，故障指示器安装在电缆上，故障指示器的输出信号连接至综合监控装置的 开关量输入端，电缆温度探头与综合监控装置相连，综合监控装置通过有线传输网络/GPRS与监控中心相连。
综合监控装置包括CPU及外围扩展电路、RAM;开关量输入电路及与开关量输入电路相 连的调理电路、时钟电路、通信电路，CPU及外围扩展电路分别与模拟量输入电路及与模 拟量输入电路相连的调理电路、A/D转换电路；开关量输入电路及与开关量输入电路相连 的调理电路、时钟电路、通信电路、RAM相连。
网络短信服务器通过局域网与数据库服务器相连。
故障指示器利用故障电流产生的电磁场变化，产生脉冲信号激励电路工作，不影响电 网的正常运行 工作原理
监控装置采用低功耗微控制器，通过采集安装在电缆上的探头温度，对电缆的运行状 态实时进行监测，通过比较判断，确认是否发生温度升高事故，并通过采集传感器的信号， 来判断是否有线路故障发生。 一旦发生告警，监控装置将立即启动发送过程，将告警信息 发送到监控中心。监控中心通过短信或屏幕提示等方式通知相关人员，立即进行故障处理， 从而保证了配电网的运行安全。
系统包括三部分， 一是监控中心，二是传输网络，三是现场设备。监控中心设有数据 服务器、前置工作站、浏览终端、网络短信服务器等，主要负责接收各监控点的数据，并 实现数据的存储、分析、判断、告警等功能，以不同的方式提醒相关工作人员现场的工作 情况。传输网络采用系统内局域网，或在条件不具备的情况下，采用GPRS通信网，主要完 成数据的传输功能。
综合监控装置安装在环网柜内，用以监测电缆头的温度，故障指示器安装在电缆上， 故障指示器的输出信号连接至综合监控装置的开关量输入端。故障指示器选用通用产品， 但必须具有告警信息输出接口，方便接入综合监控装置。
系统主要采用计算机、通信、网络、遥测、遥信等技术，构成一个一体化的网络监控 系统，可以在计算机屏幕上看到监控点的信息，提高配网的可靠运行能力，提高维护效率， 降低维护成本和劳动强度，使得从"定期检修"逐渐过渡到"状态检修"。
通过本系统的实施，可以及时发现环网柜中电缆的温度升高、故障指示器报警等情况, 当温度升高到一定限值时，立即告警，提醒用户采取措施，避免事故的发生，极大提高配 网运行的安全性，并且当线路出现故障时，能够自动上报故障信息，系统通过软件分析， 自动确定故障位置，快速查找故障，及时恢复供电，提高供电可靠性。与现有技术相比，环网柜的电缆头温度监测及线路故障自动定位系统所具有的有益效 果是测温单元采用最新微电子技术，利用微控制器进行温度的测量，施工简单，运行可 靠；同时进行多点测量，灵敏度高；
数据传输通道采用成熟的GPRS网络或TCP/IP网络，只要具有GSM信号，就能实现可
靠通信。
温度越限报警采用相对比较的方法，解决了因线路负荷不同、季节不同(冬、夏)所 造成的温度告警限值的不同，极大的方便了用户的使用。
多种方式告警系统检测到告警信息后，立即启动告警程序，包括当地声光告警、网 络客户端报警、短信报警、电话语音报警等。不论您处在何地，都会以最快的速度接收到 告警信息。
故障指示器抗干扰能力强，不受周围任何电磁场等干扰，不存在绝缘击穿问题。故障 指示器采用先进的MCU技术、A/D采样技术及低功耗技术设计的新一代配电线路故障寻址 产品。故障指示器具有动作可靠，性能稳定，判断简易等特点。故障指示器具有检测负载 电流大小、识别线路负载投入瞬间的浪涌电流变化、线路短路电流变化规律、判断重合闸 的能力，具备准确判断线路短路故障的功能。
由于故障是偶发性的，正常时MCU及相关电路进入休眠节能状态； 一旦有故障信号发 生，立即唤醒微控制芯片及相关电路，启动设置程序。故障恢复后，微控制芯片及相关电 路重新进入休眠节能状态。
传感器为无源，直接在线检测信号，利用故障电流产生的电磁场变化，产生脉冲信号 激励电路工作，不影响电网的正常运行。
图1是本实用新型环网柜的电缆头温度监测及线路故障自动定位系统的构成图2是综合监控装置原理框图； 图3是线路故障定位示意图4是综合监控装置CPU及外围扩展电路原理图； 图5是综合监控装置模拟量采集电路原理图6是综合监控装置开关量采集电路原理图。
图1-6是本实用新型环网柜的电缆头温度监测及线路故障自动定位系统的最佳实施例。图4-6中Ul CPUU2实时时钟U3锁存器 U4 RAM U5译码器136、 U15 总线驱动器 U7 RS232电平转换器 U8-U10多路开关 Ull运算放大器 U12 AM)转换器 U13、 U14光电耦合器 RP1-RP3
开关 Nl基准电压源 R1-R43电阻Cl-C19电容 J1-J2跳线端子 XI-X9接
线端子RW1电位器Vl-V2二极管V3稳压管 BAT1纽扣电池。
具体实施方式
下面结合图1-6对本实用新型环网柜的电缆头温度监测及线路故障自动定位系统做进 一步说明
参照图1:
本实用新型环网柜的电缆头温度监测及线路故障自动定位系统由监控中心、传输网络 和现场设备三部分组成，监控中心由数据库服务器、浏览终端、操作终端、局域网、网络 短信服务器、前置工作站组成，传输网络为有线传输网络/GPRS，综合监控装置安装在环网 柜内，故障指示器安装在电缆上，故障指示器的输出信号连接至综合监控装置的开关量输 入端，电缆温度探头与综合监控装置相连。综合监控装置通过有线传输网络/GPRS与监控 中心的前K丄作站相连。
参照图2:
综合监控装置包括CPU及外围扩展电路、RAM;开关量输入电路及与开关量输入电路相 连的调理电路、时钟电路、通信电路，CPU及外围扩展电路分别与模拟量输入电路及与模
拟量输入电路相连的调理电路、A/D转换电路；开关量输入电路及与开关量输入电路相连
的调理电路、时钟电路、通信电路、RAM相连。 参照图3:
故障自动定位的方法变电站A通过出线断路器B送出一条配电网线路，在线路的不 同区段分别安装故障指示器l、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8等。若在故障指示器5、 8之间发生 短路故障，则故障指示器l、 2、 4、 5均有告警输出，而其它故障指示器则没有告警输出。 监控中心根据接收到的故障指示器l、 2、 4、 5的告警信息，通过软件分析判断，自动定位 故障点在故障指示器5、 8之间。
参照图4:
CPU及外围扩展电路由CPUU1、晶振XT1、锁存器U3、译码器U5、总线驱动器U6、拨 码开关SW1、电阻排RP1、 RP2组成，CPU Ul的数据线AD0-AD7与锁存器U3、总线驱动器U6的B0-B7、电阻排RP1相连；译码器U5的2、 3脚分别与CPU Ul的12、 7脚相连，译码 器U5的14、 13脚分别与CPU Ul的9、 8脚相连，总线驱动器U6的AO-A7与拨码开关SW1、 电阻排RP2相连，拨码开关SW1的另一端接地，晶振XT1与CPU Ul的20、 21脚相连；各 芯片采用的型号为CPUU1 STC89C54-PLCC44、实时时钟U2 PCF8563T、锁存器U3 74HCT573、 RAM U4 HM62256BLFP、译码器U5 74HCT139、总线驱动器U6、 U15 74HCT245、 U7 RS232转 换器 多路开关U8-U10为4051、 Ull MCP6002、 A/D转换U12 MCP3221 U13、 U14为光 电耦合器TLP521。
通信电路包括RS232电平转换器U7、 DB9头XS1、电容C3-C7; CPUUl的ll、 13脚与 RS232电平转换器U7的12、 11脚相连；RS232电平转换器U7的1、 3脚之间连接一个电容 C3， 4、 5脚之间连接一个电容C4， 2、 16脚之间连接一个电容C5， 6、 15脚之间连接一个 电容C6; RS232电平转换器U7的14、 13脚分别连接到DB9头XS1的3、 2脚，DB9头XS1 的5脚接地；
时钟电路包括实时时钟U2，晶振XT2， 二极管V1、 V2，纽扣电池BAT1，电阻R1-R3; 实时时钟U2的1、 2脚连接到晶振XT2的两端，3、 6、 5脚各通过一个上拉电阻Rl、 R2、 R3分别连接到CPU Ul的14、 17、 23脚；
RAM包括RAM U4; CPU Ul的数据线AD0 AD7与RAM U4的数据线D0~D7相连；CPU Ul的地址总线A8-A15与RAM U4的A8~A14、 /CE相连；锁存器U3的Q0 Q7与RAM U4的A0 A7相连；CPU Ul的/RD、 AYR分别与RAM U4的/OE、 AVE相连。
参照图5:
模拟量输入电路由多路开关U8-U10、运算放大器Ull、 A\D转换器U12、基准电压源 Nl、电阻R7-R35、电容C7-Cll、稳压管V3，多路开关U8-U10的ABC端分别连接到CPU Ul 的15、 16、 6脚，多路开关U8-U10的INH端分别连接到译码器U5的4、 5、 6脚，多路开 关U8-U10的X端并在一起连接到运算放大器Ull的3脚，运算放大器Ull的1、 2脚相连， 并通过电阻R33连接到A\D转换器U12的3脚，A\D转换器U12的5、 4脚连接到CPU Ul 的17、 23脚；基准电压源Nl的2脚连接到A\D转换器U12的1脚；多路开关U8-U10的 X0-X7为信号输入端，接入18路温度采集信号、2路模拟信号。
每一路温度采集信号通过一个电阻连接到接线端子XI-X8上，每一路均通过一个电阻 和一个电容并联组成的阻容网络连接到地。
参照图6:开关量输入电路由光电耦合器U13、U14、总线驱动器U15、电阻R36-R43、电容C12-C19、 电阻排RP3 、接线端子X9、 X10组成，接线端子X9的1脚通过电阻R36连接到光电耦合
器U13的2脚，光电耦合器U13的1脚接电源，光电耦合器U13的1、 2脚之间并接电 容C12，光电耦合器U13的16脚连接到总线驱动器U15的2脚，上拉电阻排RP2分别连接 到总线驱动器U15的A0-A7，总线驱动器U15的BO-B7连接到CPU Ul的数据总线ADO-AD7。
开关量输入电路为8路。
工作过程
温度探头安装在电缆上，随着温度的变化，温度探头的输出信号随之变化。该信号经 过调理电路进入到多路开关U8-U10,由CPU Ul控制选择一路进行A/D转换，并读取转换 后的数据，通过换算得出实际温度值。程序通过分析判断是否有温度超过限值的情况发生， 一旦发现温度越限，立即启动发送过程，通过通信信道，将告警信息发送到监控中心。 故障指示器报警信号经过光电耦合器U13W14隔离后，被CPUU1读取，由程序比较判断是 否有告警产生， 一旦发现告警，立即启动发送过程，通过信道，将告警信息发送到监控中 心。
监控中心接收到告警信息后，自动分析判断。如果是温度过高告警，立即将告警信息 通过网络短信服务器发送到相关人员的手机上，提示出现警情，请立即处理。如果是故障 信息，则根据故障线路的拓扑结构进行分析判断，自动定位故障区段，并将判断结果发送 到相关人员的手机上，提示告警。另外，系统中的IE浏览器终端也可以接收到告警信息， 并在计算机屏幕上提示。至此， 一个告警信息处理完毕。
系统实现的功能
a. 温度采集功能
通过在电缆及电缆接头上安装连续测量温度的探头，对电缆、电缆头的运行状态实时 进行监测，并把测量结果通过通信网络上传到监控中心数据库服务器，通过软件分析能够提 前预知电缆的早期过热现象，实现电缆故障的早期预测，防患于未然，达到预警的功能。
b. 线路故障自动定位功能
当线路发生短路故障时，故障指示器迅速判断并输出指示信号，该信号送达监控装置， 监控装置监测到该信号，立即发送到监控中心，通过监控中心分析判断，快速查找出线路 故障区段，隔离故障，尽快恢复供电。
c. 通信功能监控装置通过GPRS通道同监控中心相联，GPRS由专业运营商提供，确保通信可靠。
d. 数据处理功能
综合监控装置通过对比A、 B、 C三相的采集数据，判别是否出现温度升高，从而避免 了因季节不同、环境温度不同而造成的温度限值不同的问题。通过与历史数据比较，判别 是否有线路故障告警发生。系统配置数据、告警信息等全部存储在数据库中，便于统计分 析；可以按照用户要求生成各种统计报表、图表。根据告警的不同拓扑位置和告警类型， 提供数据分析功能，确定故障原因和故障位置。
e. 报警功能
当有线路发生故障或由于某种原因造成电缆或电缆头温度升高并超过设定的报警限 时，监控装置立即启动发送过程，将告警信息发送到监控中心。监控中心会以不同的方式 发出报警，包括网络报警客户端、短信等，并显示发生报警点的位置及记录发生报警的时 间，及时准确指导检修和故障査找工作。
f. 系统管理功能
可以对主控单元、采集设备、监控点以及操作人员、系统功能等进行配置；系统日志对 系统状态和人员操作做详实记录。
g. 历史告警査找功能
系统提供方便的历史告警查找功能，用户可以按照线路或时间对数据库进行査询，并 可将查询结果转化为EXCEL表格形式，方便用户的使用。
h. WEB发布功能
在任意的地点，任意的时间，只要能够接入互联网，拥有相应的权限就可以监测系统 的运行状况。控制权只能在本地的监控中心，保证安全运行。
i. 安全管理功能
用户管理增加或删除管理人员名单、管理权限设置等；系统按照不同的使用功能将
使用人员划分为系统管理员、 一般操作人员、线路维护人员、浏览用户等，针对不同的用
户系统设置不同的权限，只有拥有一定的权限才能进行某些特定的操作。操作日志记录 每个登陆人员的操作事件和时间修改密码允许登录的用户修改本人密码；登录注销 用户退出监控软件。
权利要求1、环网柜的电缆头温度监测及线路故障自动定位系统，其特征在于包括监控中心、传输网络和现场设备，综合监控装置安装在环网柜内，故障指示器安装在电缆上，故障指示器的输出信号连接至综合监控装置的开关量输入端，电缆温度探头与综合监控装置相连，综合监控装置通过有线传输网络/GPRS与监控中心相连。
2、 根据权利要求1所述的环网柜的电缆头温度监测及线路故障自动定位系统，其特征在于综合监控装置包括CPU及外围扩展电路、RAM;开关量输入电路及与开关量输入电路相连的调理电路、时钟电路、通信电路，CPU及外围扩展电路分别与模拟量输入电路及与模拟量输入电路相连的调理电路、A/D转换电路；开关量输入电路及与开关量输入电路相连的调理电路、时钟电路、通信电路、RAM相连。
3、 根据权利要求1所述的环网柜的电缆头温度监测及线路故障自动定位系统，其特征 在于监控中心的网络短信服务器通过局域网与数据库服务器相连。
4、 根据权利要求2所述的环网柜的电缆头温度监测及线路故障自动定位系统，其特征 在于CPU及外围扩展电路由CPU Ul、晶振XT1、锁存器U3、译码器U5、总线驱动器U6、 拨码开关SW1、电阻排RP1、 RP2组成，CPU Ul的数据线ADO-AD7与锁存器U3、总线驱动 器U6的B0-B7、电阻排RP1相连；译码器U5的2、 3脚分别与CPU Ul的12、 7脚相连， 译码器U5的14、 13脚分别与CPU Ul的9、 8脚相连，总线驱动器U6的AO-A7与拨码开 关SW1、电阻排RP2相连，拨码开关SW1的另一端接地，晶振XT1与CPU Ul的20、 21脚 相连；通信电路包括RS232电平转换器U7、 DB9头XS1、电容C3-C7; CPUUl的ll、 13脚与 RS232电平转换器U7的12、 11脚相连；RS232电平转换器U7的1、 3脚之间连接一个电容 C3， 4、 5脚之间连接一个电容C4， 2、 16脚之间连接一个电容C5， 6、 15脚之间连接一个 电容C6; RS232电平转换器U7的14、 13脚分别连接到DB9头XS1的3、 2脚，DB9头XS1 的5脚接地；时钟电路包括实时时钟U2，晶振XT2， 二极管V1、 V2，纽扣电池BAT1，电阻Rl-R3; 实时时钟U2的1、 2脚连接到晶振XT2的两端，3、 6、 5脚各通过一个上拉电阻Rl、 R2、 R3分别连接到CPU Ul的44、 17、 23脚;RAM包括RAM U4; CPU Ul的数据线AD0 AD7与RAM U4的数据线D0 D7相连；CPUUl的地址总线A8-A15与RAM U4的A8~A14、 /CE相连；锁存器U3的Q0~Q7与RAM U4的A0 A7相连；CPU Ul的/RD、 AVR分别与RAM U4的/OE、 AVE相连。
5、 根据权利要求2所述的环网柜的电缆头温度监测及线路故障自动定位系统，其特征 在于模拟量输入电路由多路开关U8-U10、运算放大器Ull、 AM)转换器U12、基准电压源 Nl、电阻R7-R35、电容C7-Cll、稳压管V3，多路开关U8-U10的ABC端分别连接到CPU Ul 的15、 16、 6脚，多路开关U8-U10的INH端分别连接到译码器U5的4、 5、 6脚，多路开 关U8-U10的X端并在一起连接到运算放大器Ull的3脚，运算放大器Ull的1、 2脚相连， 并通过电阻R33连接到A\D转换器U12的3脚，A\D转换器U12的5、 4脚连接到CPU Ul 的17、 23脚；基准电压源Nl的2脚连接到A\D转换器U12的1脚；多路开关U8-U10的 X0-X7为信号输入端，接入18路温度采集信号、2路模拟信号。
6、 根据权利要求5所述的环网柜的电缆头温度监测及线路故障自动定位系统，其特征 在于每一路温度采集信号通过一个电阻连接到接线端子XI-X8上，每一路均通过一个电 阻和一个电容并联组成的阻容网络连接到地。
7、 根据权利要求2所述的环网柜的电缆头温度监测及线路故障自动定位系统，其特征 在于开关量输入电路由光电耦合器U13、U14、总线驱动器U15、电阻R36-R43、电容C12-C19、 电阻排RP3 、接线端子X9、 X10组成，接线端子X9的1脚通过电阻R36连接到光电耦合 器U13的2脚，光电耦合器U13的1脚接电源，光电耦合器U13的1、 2脚之间并接电容 C12，光电耦合器U13的16脚连接到总线驱动器U15的2脚，上拉电阻排RP2分别连接到 总线驱动器U15的A0-A7，总线驱动器U15的BO-B7连接到CPU Ul的数据总线ADO-AD7。
8、 根据权利要求7所述的环网柜的电缆头温度监测及线路故障自动定位系统，其特征 在于开关量输入电路为8路。
专利摘要环网柜的电缆头温度监测及线路故障自动定位系统，属于远程监控系统的自动监控装置。包括监控中心、传输网络和现场设备，综合监控装置安装在环网柜内，故障指示器安装在电缆上，故障指示器的输出信号连接至综合监控装置的开关量输入端，电缆温度探头与综合监控装置相连，综合监控装置通过有线传输网络/GPRS与监控中心相连。能够实时监测配网设备运行环境的各项指标，遇到电缆温度过高等紧急意外情况，能够及时记录、查询和自动快速报警。当线路出现故障时，能够自动上报故障位置，系统通过软件分析自动定位，快速查找故障区段，隔离故障，尽快恢复供电。
文档编号G01R31/12GK201307149SQ20082017346
公开日2009年9月9日 申请日期2008年10月24日 优先权日2008年10月24日
发明者刘国永, 刘晓坤, 刘爱民 申请人:淄博智洋电气有限公司