一种配电网络实时在线监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明属于电力系统智能设备领域，尤其涉及一种配电网络实时在线监测系统。包括CPU、绝缘监测模块、温度采集模块、模拟量采集模块、开关量输入输出模块、通信单元，通过绝缘监测模块、温度采集模块、模拟量采集模块和开关量输入输出模块采集数据，CPU将接受的数据按照优先级别分类并依次标定为高级、中级、低级标签；并通过通信单元将高级、中级、低级数据分配给GPRS远地无线模块、基于ZigBee本地无线模块和USB存储模块分类进行传输。本发明采用双无线通信系统与USB通信相结合的通信模块，解决数据堵塞与通信费用高昂问题的同时，又可以为运行人员提供大量配电网数据，使得装置更好地适应实际工程情况。
【专利说明】一种配电网络实时在线监测系统
【技术领域】
[0001] 本发明专利属于电力系统智能设备领域，尤其涉及一种对于配电网络中变压器、 电容器、柱上开关等关键元件的配电网络实时在线监测系统。
【背景技术】
[0002] 随着我国经济的发展，用户的用电量越来越大，我国的电力建设飞速发展。配电网 中，由于负载复杂、接线模式繁多，造成了配电系统故障多、事故多、停电时间长等问题。随 着社会经济的发展，用户承受停电的能力越来越弱，对供电质量、可靠性有了更高的要求。 完善配电设施、提高配网自动化水平已成为当务之急。采用智能配电终端是提高配电网自 动化水平的重要途径。
[0003] 智能配电终端是指采用智能电子设备，对配电网的节点信息（电压、电流、功率、 开关位置等）进行监测采集，并将采集到的信息传输到远端主站的自动装置。采集的信号 主要经过限压限流处理、滤波、采样保持、AD转换等信号调理步骤，录入的信号经终端判断 筛选后传递给通信装置。信息的传输主要有有线和无线两种方式。其中有线传输对传输通 道的要求较高、成本较高。
[0004] 目前国外进口的设备造价昂贵，而我国的智能配电终端发展水平较低、装置的可 靠性较差、对配电网的基础设施要求很高、功能单一且均未考虑对配电网络中设备的状态 监测问题，无法满足我国的电力系统实际需求。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于提供一种配电网络实时在线监测系统，旨在解决 目前智能配电终端功能简陋、对基础设施要求过高、通信方式单一造成数据传输拥堵、未集 成状态监测功能的弊端。
[0006] 本发明的技术方案是这样实现的，一种配电网络实时在线监测系统，该系统包 括：
[0007] CPU ；
[0008] 绝缘监测模块，通过对设备局部放电进行监测，并将监测的数据传至CPU中，CPU 对绝缘监测模块采集的每个局部放电脉冲的峰值、记录脉冲上升沿的起始时刻，通过对各 个脉冲之间的比较，得到局部放电发展趋势，并对照各种局部放电和各个放电阶段的指纹， 从而判断设备绝缘是否存在危险以及危险的程度；
[0009] 温度采集模块，采集配电网络的实时信号并传递至CPU中；
[0010] 模拟量采集模块，将采集的电流、电压传递至CPU中；
[0011] 开关量输入输出模块，采集状开关量以及输出的开关量，将开关量信号进行光电 隔离后进入数据缓冲器，输入给CPU ;
[0012] CPU将接受的数据按照优先级别分为异常故障信息、设置时间间隔内采集的所有 数据以及终端存储的所有数据，并依次标定为高级、中级、低级标签；
[0013] 通信单元，与CPU连接，用于将数据进行传输，包括基于GPRS远地无线模块、基于 ZigBee本地无线模块和USB存储模块，其中GPRS远地无线模块接受CPU中的高级标签的 信息并进行传输；ZigBee本地无线模块，可在运行维护人员巡视线路时使用，运行人员经 过智能终端附近，启动终端上Zigbee本地无线模块接受CPU中的中级标签的信息并进行传 输，通过USB存储模块将数据与个人笔记本进行低级标签数据的传输。
[0014] 进一步地，异常故障信息包括配电网故障电压值、故障电流值、异常温度值、异常 局部放电信号。
[0015] 本发明技术方案与现有技术相比，有益效果在于：本发明增加了绝缘监测与温度 监测模块，为系统的状态检修提供数据支持；采用双无线通信系统与USB通信相结合的通 信模块，解决数据堵塞与通信费用高昂问题的同时，又可以为运行人员提供大量配电网数 据，使得装置更好地适应实际工程情况。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是本发明的结构示意图；
[0017] 图2是GPRS远地无线模块与LPC2292的接口电路原理图；
[0018] 图3是ZigBee本地无线模块与LPC2292的接口电路原理图；
[0019] 图4是USB存储模块与LPC2292的接口电路原理图。
【具体实施方式】
[0020] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明专利进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明 专利，并不用于限定本发明专利。
[0021] 如图1所示，一种配电网络实时在线监测系统，该系统包括：
[0022] CPU ；
[0023] 绝缘监测模块，通过对设备局部放电进行监测，并将监测的数据传至CPU中，CPU 对绝缘监测模块采集的每个局部放电脉冲的峰值、记录脉冲上升沿的起始时刻，通过对各 个脉冲之间的比较，得到局部放电发展趋势，并对照各种局部放电和各个放电阶段的指纹， 从而判断设备绝缘是否存在危险以及危险的程度；
[0024] 温度采集模块，采集配电网络的实时信号并传递至CPU中；
[0025] 模拟量采集模块，将采集的电流、电压传递至CPU中；
[0026] 开关量输入输出模块，采集状开关量以及输出的开关量，将开关量信号进行光电 隔离后进入数据缓冲器，输入给CPU ;
[0027] CPU将接受的数据按照优先级别分为异常故障信息、设置时间间隔内采集的所有 数据以及终端存储的所有数据，并依次标定为高级、中级、低级标签，异常故障信息包括配 电网故障电压值、故障电流值、异常温度值、异常局部放电信号。；
[0028] 通信单元，与CPU连接，用于将数据进行传输，包括基于GPRS远地无线模块、基于 ZigBee本地无线模块和USB存储模块，其中GPRS远地无线模块接受CPU中的高级标签的信 息并进行传输；ZigBee本地无线模块，可在运行维护人员巡视线路时使用，运行人员经过 智能终端附近，启动同终端上Zigbee本地无线模块接受CPU中的中级标签的信息并进行 传输，通过USB存储模块将数据与个人笔记本进行低级标签数据的传输。
[0029] 本发明中CPU控制信号的采集、信号的处理，如计算电压信号的幅值、信号的存 储、信号的输出等。本发明中选用飞利浦公司出品的以ARM7为核心的LPC2292型号CPU，兼 顾了处理速度、扩展能力、片内资源与造价等因素。
[0030] 绝缘监测模块通过对设备局部放电情况进行监测，从而对设备绝缘状态进行评 估，在绝缘出现严重问题时会发出报警信号。绝缘监测模块通过探头可获得设备的局部放 电信号。高压设备的绝缘放电量很小，通常是毫伏量级的，这就要求监测探头具有较高的分 辨率，同时为了防止高压设备运行中可能产生的各种过电压损坏监测探头，监测探头内部 添加了过电压保护器件。此外，监测探头还将对放电信号进行前期处理，滤掉接收频率范围 (0. IMHz-lOOMHz)以外的波，得到的信号分两路走，一路直接检波输出，另一路先经过高频 放大再进行检波输出。
[0031] CPU将采集的采集局部放电信息，每个局部放电脉冲的峰值、记录脉冲上升沿的起 始时刻。通过各个脉冲之间的比较，得到局部放电发展趋势，并对照各种局部放电和各个放 电阶段的指纹，从而判断设备绝缘是否存在危险以及危险的程度，为运行人员提供是否需 要停电检修的决策依据。
[0032] 本发明的温度采集模块采用的WZCT-03钼电阻温度传感器，具有结构小，使用范 围广、可靠性好、热响应时间短等优点。温度传感器与CPU的连接。
[0033] 模拟量采集模块，采集的模拟量如电流、电压需要经过前置限压限流处理、RC低通 滤波后传递至CPU中。
[0034] 开关量输入输出模块，开关量包括状开关量以及输出的开关量，状开关量包括柱 上开关的状态、断路器重合器的动作状态，输出的开关量包括跳闸和合闸、报警信号。开关 量信号进行光电隔离后进入数据缓冲器，输入给CPU。
[0035] 通信单元，与CPU连接，用于将数据进行传输，包括基于GPRS远地无线模块、基 于ZigBee本地无线模块和USB存储模块，其中远地无线模块传输简单信息；ZigBee本地 无线模块，可在运行维护人员巡视线路时使用，运行人员经过智能终端附近，启动同终端 上Zigbee本地无线模块相关联的手持式移动接收端（手持式移动接收端不在本专利范围 内），此时终端上存储的数据通过Zigbee无线传输到巡视人员的智能抄表仪上；通过USB 存储模块将数据与个人笔记本进行数据的交流，用来对特别关注的智能终端安装点进行数 据提取，使用时巡视人员利用数据线将数据从智能终端传输到个人笔记本上。
[0036] 以上三种通信方式互为补充，其中GPRS远地无线模块运行的进程优先级别最高， 仅用于故障信息、危害较大的放电信号等关键数据的传输，可极大地减少实时数据传输流 量，很好地解决数据传输拥塞问题，从而显著提高关键数据的传输实时性，同时节省流量费 用；Zigbee本地无线模块传输的数据量介于GPRS远地无线模块与USB存储模块之间，收集 的数据为数据收集时刻之前一段时期内（可通过程序进行整定）终端的所有监测数据；USB 存储模块可将智能终端上存储的所有监测数据传输到个人笔记本上，特别适用于需要大量 监测数据对配网运行状态进行分析的情况。
[0037] 本发明的通信单元可很好地解决传统无线传输数据量限制，可极大提高监测数据 量，很好地解决配电系统数据不足的问题。
[0038] 本实施例中，CPU采用LPC2292,GPRS远地无线模块与CPU的接口电路如附图2所 示，GPRS远地无线模块采用芯片MC55发出的读命令送入芯片SP3232E的引脚R2IN，转换为 TTL电平后，经引脚R10UT送出并由LPC2292的PO. 9(RxD0)引脚接收。另外，LPC2292将 传感器信号经引脚P〇.83(TxDO)输送至SP3232E的引脚T2IN，转换为RS-232C电平后，由 T20UT引脚送至MC55接收，这样实现了 GPRS远地无线模块与CPU之间的连接。
[0039] ZigBee本地无线模块与LPC2292的电路连接如附图3所示。由于ZigBee模块 的射频芯片CC2530和以ARM7为核心的CPULPC2292的工作电压都是3. 3V，所以LPC2292 的UART0直接和射频芯片CC2530进行数据交换，即射频芯片CC2530的PO. 2(RxD)引脚 与CPULPC2292的P0. 0 (TxDO)引脚连接，以及射频芯片CC2530的P0. 3 (TxD)引脚与 CPULPC2292 的 Ρ0· 1 (RxDO)引脚连接。
[0040] USB存储模块与LPC2292的接口电路如附图4所示。USB存储模块使用的是 PHILIPS公司生产的USB主控芯片ISP1161BM，它是一款兼容USB2. 0版规范的USB HC(Host Controller :主控器）。其硬件功能特点：符合通用串总线2. 0规范；支持全速（12Mbit/s) 及低速（1. 5Mbit/s)两种数据模式；两个下行端口，可同时操作两个USB设备；工业级工作 温度-40度到+85度。
[0041] 主控芯片ISP1161有2个下行口，每个下行口都拥有独立的过流检测输入引脚及 电源开关控制输出引脚。主控芯片ISP1161同时也提供唤醒输入引脚及挂机状态输出引 脚，使电源供电管理更加灵活。主控芯片ISP1161的下行口可以与具有上行口的USB设备 及USB集线器连接。因此，主控芯片ISP1161适合使用于具有USB主机功能的嵌入式系统 及便携式设备，它的出现使系统具有更高的灵活性。
[0042] 主控芯片ISP1161与LPC2292的引脚连接如下表所示。
[0043]
【权利要求】
1. 一种配电网络实时在线监测系统，其特征在于，该系统包括： CPU ； 绝缘监测模块，通过对设备局部放电进行监测，并将监测的数据传至CPU中，CPU对绝 缘监测模块采集的每个局部放电脉冲的峰值、记录脉冲上升沿的起始时刻，通过对各个脉 冲之间的比较，得到局部放电发展趋势，并对照各种局部放电和各个放电阶段的指纹，从而 判断设备绝缘是否存在危险以及危险的程度； 温度采集模块，采集配电网络的实时信号并传递至CPU中； 模拟量采集模块，将采集的电流、电压传递至CPU中； 开关量输入输出模块，采集状开关量以及输出的开关量，将开关量信号进行光电隔离 后进入数据缓冲器，输入给CPU ; CPU将接受的数据按照优先级别分为异常故障信息、设置时间间隔内采集的所有数据 以及终端存储的所有数据，并依次标定为高级、中级、低级标签； 通信单元，与CPU连接，用于将数据进行传输，包括基于GPRS远地无线模块、基于 ZigBee本地无线模块和USB存储模块，其中GPRS远地无线模块接受CPU中的高级标签的 信息并进行传输；ZigBee本地无线模块，可在运行维护人员巡视线路时使用，运行人员经 过智能终端附近，启动终端上Zigbee本地无线模块接受CPU中的中级标签的信息并进行传 输，通过USB存储模块将数据与个人笔记本进行低级标签数据的传输。
2. 按照权利要求1所述的配电网络实时在线监测系统，其特征在于，异常故障信息包 括配电网故障电压值、故障电流值、异常温度值、异常局部放电信号。
3. 按照权利要求1所述的配电网络实时在线监测系统，其特征在于，所述CPU采用 LPC2292型芯片。
【文档编号】H02J13/00GK104218675SQ201410421053
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】牛威, 李海波, 李哲琼, 刘毓颖, 范萌, 欧阳前方, 赵丽丽, 陈铭, 刘怀东, 马林, 高飞, 汤会祥, 李蔚, 蔡姝妹, 于大伟 申请人:大连电力勘察设计院有限公司, 天津大学