专利名称：智能加热的户外端子箱系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于输变电技术领域，具体是一种用于各电压等级变电站户外端子 箱、控制箱等易受潮的箱体的智能加热的户外端子箱系统。
背景技术：
端子箱在变电站起着动力、控制、测量和保护作用。端子箱对于提高二次回路的绝 缘和电气性能，防止因二次回路绝缘和老化问题引发的各种缺陷与异常，确保主设备及其 系统安全运行具有重要意义。然而，人们通常把端子箱视作一个简单的容器而很少给予足 够的重视。在昼夜温差大且空气潮湿的地方，空气中的水分遇冷，通常就会凝结成小水珠。户 外端子箱经过白昼太阳的暴晒以及内部电器的发热，深夜时户外端子箱柜体箱壁温度下 降，柜体内潮湿的热空气碰到冰冷的箱壁，就形成了凝露。水珠可能凝结在户外端子箱柜体 内的顶部和内壁，凝结的水珠在重力的作用下，就可能会滴落至正在运行的端子排上。端子箱一旦受潮严重，将导致端子箱内的运行环境变差，进而使得交、直流回路对 地绝缘电阻降低，造成二次回路接地或短路，这将可能造成保护误动或拒动等，甚至造成断 路器的误动，危害极大。另外，当发现端子箱受潮严重后，还需要冒着极大的安全风险去更 换端子排或端子箱，甚至大动干戈将所涉设备和回路停电，同样存在着严重的事故隐患。因 此，加强对户外端子箱的日常除湿、防潮处理就显得尤为重要。特别是在我国华东地区，属北亚热带季风气候，雨水充沛，光能资源充足，昼夜温 差较大。变电站中大量一次设备、各类操作机构和端子箱都在户外露天运行，受天气变化影 响较大。端子箱是各类控制电缆、交直流电源集汇的地方，是变电站各种控制信号的中继 站，其内部环境的好坏直接关系到整个变电站的安全稳定运行。往年，由于户外端子箱构造 简单、年久老化、智能化水平不高，再加上恶劣天气和疏于管理等原因，造成交直流回路短 路或接地时有发生，甚至发生由于二次控制回路出现短路，引起断路器误跳闸或误动等严 重事故。因此，改善户外端子箱的内部运行环境，尤其是提高端子箱的智能化监控水平就显 得尤为重要。目前常见的户外端子箱除湿、防潮处理方法有①在端子箱内加装电炉丝，通过人 工手动开启。②安装自动检测温湿度进行除湿的装置。普遍使用的是方法一，通过运行人员在日常巡视的时候根据天气情况或查看端子 箱内部凝露情况进行人工手动开启或关闭端子箱加热电炉丝。但是这种方式无法在温度和 湿度变化后立即启动和停止，而且是人工操作，存在容易遗忘的问题。这种方式没有完善的 监视回路，无法监测加热电炉丝可能出现断线的情况。管理稍不到位就容易出现端子排受 潮造成诸如误跳断路器等之类的事故。方法二，少数变电站的户外端子箱安装了自动检测温湿度、自动除湿装置，运行效 果良好。但是如果过于依赖自动除湿装置，一旦自动除湿装置发生故障，由于没有故障报警 功能，运行人员疏于检查时，同样也会带来很大的安全隐患。[0009]上述两种方案都无法对端子箱内部的加热器和控制器工作状态进行监控，因加热 器和控制器失效后产生凝露导致设备故障的现象时有发生。本项目的提出就是为了解决加 热器和控制器的监测和控制问题。
发明内容为积极推广国家电力公司倡导的国际先进状态检修模式，使故障检修与预防性相 结合，以实现最大可靠性和最低成本消耗，并结合电力智能电网的建设，本技术方案是就变 电站重要设备之一的端子箱的智能化提出的，以便通过设备的升级改造，积极防止因箱内 凝露造成对地绝缘电阻降低，二次回路接地或短路，保护误动、拒动，甚至断路器误动等严
重危害。一种智能加热的户外端子箱系统，包括多个设有智能加热器的户外端子箱和监控 后台，各个户外端子箱的智能加热器通过通信网络与监控后台进行通信；对于每个智能加 热器，包括电源模块、地址编码器、MCU模块、看门狗模块、箱外温湿度传感器、箱内温湿度传 感器、光电隔离模块、A/D转换电路、驱动接口、状态反馈电路、电加热器组件、显示接口和通 讯数据接口模块；所述电源模块把工频交流电转换成户外端子箱内各个模块的工作电源后，为它们 供电；所述箱外温湿度传感器和箱内温湿度传感器的输出接入光电隔离模块，再经过A/ D转换电路传给MCU模块；所述地址编码器与MCU模块连接，为智能加热器设定身份标识码，在通信网络中 体现了地址的唯一性；MCU模块将控制信号输出到驱动接口，驱动接口驱动电加热器组件工作；所述状态反馈接口检测加热器组件的工作状态，再将状态反馈给MCU模块；所述显示接口，与MCU模块输出端相连，将MCU模块采集处理后的温湿度送显示接 Π ；所述通讯数据接口模块与所述MCU模块的输入/输出口连接，MCU模块通过通信 网络与监控后台实现数据传输；所述看门狗模块与MCU模块的连接，检测MCU的工作运行状态。所述状态反馈接口是电压和电流反馈电路；所述电压反馈电路可以是串联在电加 热器组件回路中的采样电阻，该采样电阻对电加热组件中的工作电流进行采样。如果该工 作电流为0，则说明电加热组件关闭；如果该工作电流正常，则说明电加热组件正常工作； 如果该工作电流为其他异常值，则说明电加热组件出现故障。采样电阻两端的、与电流值对 应的电压值通过A/D转换后传给MCU模块。所述驱动接口包括放大器和继电器；所述MCU模块输出信号经放大器放大后，驱 动继电器工作，继电器进而接通电加热器组件的电源。所述各个户外端子箱的智能加热器通过RS-485通信网络与监控后台进行通信； 所述通讯数据接口模块是RS485数据接口模块。所述MCU模块的工作过程步骤如下1)上电或复位后；[0025]2)先进行初始化；3)进行自检，如果有故障则进行报警，如果没有故障则采集和处理箱外温湿度传 感器和箱内温湿度传感器的数据；4) MCU模块根据采集处理过后的数据和状态反馈电路反馈给MCU的电加热器组件 的状态来判断电加热器组件开启或关闭的动作逻辑、控制；5)看门狗模块监控MCU模块无误后，最后与监控后台进行通信，把检测的温湿度 数据和智能加热器的运行状态、电加热器组件的工作状态、报警信息上传监控后台；所述步骤3)中，如果智能加热器的MCU模块发生损坏而无法正常运行和报警时， 监控后台进行远程监控，通过通讯报文巡检发现损坏的智能加热器，并发出报警通知运行 人员进行检修，构成完整的闭环控制系统。本技术方案综合优质温湿度传感器、微处理器、电子技术、控制技术、通信技术等 技术，对户外端子箱的温湿度情况和加热器自身运行状态进行全面的监控，从而能够保证 所有户外端子箱运行状态安全可靠、杜绝因温湿度变化引起的凝露现象导致安全事故发生 的情况。与目前在用的自动加热器不同，智能户外端子箱不仅能够自动检测端子箱内部的 温度、湿度，根据设定的定值自动启动和关闭加热器，智能户外端子箱还具有完善的自我监 测报警功能，一旦发生加热回路断线(通过状态反馈电路的监测)、过度潮湿或长时间无法 改善端子箱内部温湿度，智能户外端子箱会通过通信网络与监控后台进行通信报警，告知 运行人员进行现场检查和修理。MCU模块是智能加热器的大脑，具有自起动功能，一旦发生死机，控制器的中断程 序可以将其重新起动，保证加热器可靠运行。但是如果智能加热器的控制器发生损坏而无 法正常运行和报警时，监控后台可以进行远程监控，通过通讯报文巡检发现损坏的智能加 热器，并发出报警通知运行人员进行检修。通过使用完整的闭环控制系统完全可以确保户 外端子箱的运行环境能够得到有效保障和监控。与目前使用的自动检测温湿度、自动除湿装置相比，智能户外端子箱比现有端子 箱只增加了与箱外测温、系统自检、数据通讯和报警功能有关的少量软硬件，既控制了成 本，又能够大大增强设备的功能，提高安全运行可靠性，在先进性和经济性两方面都满足了 很高的要求。
图1所示智能加热器系统图；图2所示智能加热器软件结构；图3所示智能加热器监控系统。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式
对本技术方案作进一步说明。一种智能加热的户外端子箱系统，包括多个设有智能加热器的户外端子箱和监控 后台，各个户外端子箱的智能加热器通过通信网络与监控后台进行通信；对于每个智能加 热器，包括电源模块、地址编码器、MCU模块、看门狗模块、箱外温湿度传感器、箱内温湿度传
5感器、光电隔离模块、A/D转换电路、驱动接口、状态反馈电路、电加热器组件、显示接口和通 讯数据接口模块；所述电源模块把工频交流电转换成户外端子箱内各个模块的工作电源后，为它们 供电；所述箱外温湿度传感器和箱内温湿度传感器的输出接入光电隔离模块，再经过A/ D转换电路传给MCU模块；所述地址编码器与MCU模块连接，为智能加热器设定身份标识码，在通信网络中 体现了地址的唯一性；MCU模块将控制信号输出到驱动接口，驱动接口驱动电加热器组件工作；所述状态反馈接口检测加热器组件的工作状态，再将状态反馈给MCU模块；所述显示接口，与MCU模块输出端相连，将MCU模块采集处理后的温湿度送显示接 Π ；所述通讯数据接口模块与所述MCU模块的输入/输出口连接，MCU模块通过通信 网络与监控后台实现数据传输；所述看门狗模块与MCU模块的连接，检测MCU的工作运行状态。所述状态反馈接口是电压和电流反馈电路；所述电压反馈电路可以是串联在电加 热器组件回路中的采样电阻，该采样电阻对电加热组件中的工作电流进行采样。如果该工 作电流为0，则说明电加热组件关闭；如果该工作电流正常，则说明电加热组件正常工作； 如果该工作电流为其他异常值，则说明电加热组件出现故障。采样电阻两端的、与电流值对 应的电压值通过A/D转换后传给MCU模块。所述驱动接口包括放大器和继电器；所述MCU模块输出信号经放大器放大后，驱 动继电器工作，继电器进而接通电加热器组件的电源。所述各个户外端子箱的智能加热器通过RS-485通信网络与监控后台进行通信； 所述通讯数据接口模块是RS485数据接口模块。所述MCU模块的工作过程步骤如下1)上电或复位后；2)先进行初始化；3)进行自检，如果有故障则进行报警，如果没有故障则采集和处理箱外温湿度传 感器和箱内温湿度传感器的数据；4) MCU模块根据采集处理过后的数据和状态反馈电路反馈给MCU的电加热器组件 的状态来判断电加热器组件开启或关闭的动作逻辑、控制；5)看门狗模块监控MCU模块无误后，最后与监控后台进行通信，把检测的温湿度 数据和智能加热器的运行状态、电加热器组件的工作状态、报警信息上传监控后台；所述步骤3)中，如果智能加热器的MCU模块发生损坏而无法正常运行和报警时， 监控后台进行远程监控，通过通讯报文巡检发现损坏的智能加热器，并发出报警通知运行 人员进行检修，构成完整的闭环控制系统。智能加热的户外端子箱系统的研究内容分为两个方面，包括智能加热器的研究和 智能加热器监控系统的研究。就智能加热器而言，其在功能上需要实现①温湿度检测功能；②加热器的控制和监测功能；③控制器的自检和恢复功能；④通讯功能；⑤异常情况判断和报警功能。智能加 热器的研究涉及硬件和软件两个方面，硬件上要配置优质的微处理器、温湿度传感器、通讯 模块、电源模块、加热器控制模块以及输入输出回路等。智能端子箱系统图如图1所示。软件上，智能加热器要完成温湿度采集数据的处理、逻辑判断、加热器的输入输出 控制、自检、通信、报警、自启动等功能。智能加热器软件结构如图2所示。就智能加热器监控系统而言，其关键在于能够为运行人员提供实时的现场信息。 这就需要将所有端子箱中的智能加热器与监控后台联系成一体，进行分散运行、集中监控。 首先，全站所有户外端子箱都配置一部智能加热器，智能加热器通过其温度和湿度传感器 对端子箱内部的温湿度情况进行检测，根据设定的温湿度定值进行加热器的投退。每个智 能加热器都具有通讯功能，通过网络线与后台监控系统连接，智能加热器将检测的温湿度 数据和自身运行情况或报警信息上传给后台监控系统。后台监控系统可以通过下达命令控 制智能加热器的开启或关闭，也可以对其温湿度定值进行修改，方便运行人员的操作和控 制。智能户外端子箱监控系统如图3所示。后台监控系统需要增加一个智能户外端子箱的监控模块，后台监控系统与智能加 热器的通讯方式要严格按照现行的变电站通讯规约执行。对智能加热器的地址分配和命名 也要严格、统一。本实用新型的技术方案温湿度控制系统是专门为电力系统中端子箱以及各种高低压开关柜、箱式变电站 等柜体设备的内部环境进行控温、除湿和防凝露保护而设计的在线测控系统。可根据柜体 内的温湿度变化情况，自动启动或关闭加热器、排风扇等装置，将柜内的温湿度控制在相关 安全标准规定的范围内。特别适用于对温湿度控制要求较高的配电柜、端子箱、操作机构 箱、继电保护柜和预装式变电站等电力设备。产品的设计制造采用了高精度的微电子元器件、性能稳定的高精度温湿度传感 器、可靠的电子电路设计、性能稳定的软件设计。产品的优越性实现实时在线监测监控和状态检修对每个端子箱独立进行实时在线的温湿度控制，通过RS-485通讯总线组网，组成 集中在线式控制系统，控制室可以知道各端子箱内的控制器是否正常工作及工作状态，如 果发现某个控制器损坏，可以及时报故障检修，使得端子箱始终能够处于安全良好的工作 状态。采用性能稳定的高精度温湿度传感器并通过RS-485总线通讯及抗干扰技术，实 现信号传输的便捷性及可靠性。高精度与高可靠性。安装使用方便，省时省事省人力。产品外观美观，数码管显示 屏寿命长，可耐零下50度温度，用于滚动显示各终端实时数据，通过主机设置控制参数值， 解决了以往靠出厂固定设置值的局限性，还可在控制室内进行远程运行参数的设定并可进 行远程数据和状态的查询，无需现场工作人员再打开各终端箱门进行寻检。
权利要求1.一种智能加热的户外端子箱系统，其特征是包括多个设有智能加热器的户外端子箱 和监控后台，各个户外端子箱的智能加热器通过通信网络与监控后台进行通信；对于每个 智能加热器，包括电源模块、地址编码器、MCU模块、看门狗模块、箱外温湿度传感器、箱内温 湿度传感器、光电隔离模块、A/D转换电路、驱动接口、状态反馈电路、电加热器组件、显示接 口和通讯数据接口模块；所述电源模块把工频交流电转换成户外端子箱内各个模块的工作电源后，为它们供电；所述箱外温湿度传感器和箱内温湿度传感器的输出接入光电隔离模块，再经过A/D转 换电路传给MCU模块；所述地址编码器与MCU模块连接；MCU模块的控制信号输出到驱动接口，驱动接口驱动电加热器组件工作； 所述状态反馈接口检测加热器组件的工作状态，再将状态反馈给MCU模块； 所述显示接口，与MCU模块输出端相连； 所述通讯数据接口模块与所述MCU模块的输入/输出口连接； 所述看门狗模块与MCU模块的连接。
2.根据权利要求1所述的智能加热的户外端子箱系统，其特征是所述各个户外端子箱 的智能加热器通过RS-485通信网络与监控后台进行通信；所述通讯数据接口模块是RS485 数据接口模块。
专利摘要一种智能加热的户外端子箱系统，包括多个设有智能加热器的户外端子箱和监控后台，各个户外端子箱的智能加热器通过通信网络与监控后台进行通信；对于每个智能加热器，包括电源模块、地址编码器、MCU模块、看门狗模块、箱外温湿度传感器、箱内温湿度传感器、光电隔离模块、A/D转换电路、驱动接口、状态反馈电路、电加热器组件、显示接口和通讯数据接口模块。本技术方案综合优质温湿度传感器、微处理器、电子技术、控制技术、通信技术等技术，对户外端子箱的温湿度情况和加热器自身运行状态进行全面的监控，从而能够保证所有户外端子箱运行状态安全可靠、杜绝因温湿度变化引起的凝露现象导致安全事故发生的情况。
文档编号G05D22/00GK201877681SQ20102062437
公开日2011年6月22日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者刘华, 刘强, 张波, 田涛, 田辉, 谢亮, 邢柳, 陈楷 申请人:南京华地科技发展有限公司, 江苏省电力公司南京供电公司