电压监测装置的制作方法

本实用新型涉及电力安全监测领域，特别是涉及电压监测装置。

背景技术：

随着生活水平的不断提高，各式各样的家用电器走进了寻常百姓家中，人们与电接触的机会越来越多，用电设备发生故障导致人员触电伤亡事件屡见不鲜。

目前公知的电压监测装置都通过采用红外通信的方式进行本地数据维护。由于红外通信距离短，因此不能将监测数据远程传送给后台主站，实现远程监控分析的效果，并且红外通信的方式在通讯过程中不能移动，遇障碍物通讯中断，且还容易受到角度、光线等的影响，因此在环境复杂的现场维护过程中，红外通信的方式很难保证本地数据维护的成功与可靠。

技术实现要素：

基于此，有必要针对采用红外通信方式很难保证本地数据维护的可靠性及不能远程通信的问题，提供一种电压监测装置，能够实现监测数据本地传输的稳定可靠及远程通信。

为达到实用新型目的，提供一种电压监测装置，所述装置包括：

壳体；

扩展模块，适用于搭载的电力系统的线路上，用于采集所述线路上的电信号；

主控模块，设置在所述壳体中，与所述扩展模块连接，用于接收所述电信号，并对所述电信号进行处理，得到监测数据；

本地通信模块，设置在所述壳体中，与所述主控模块连接，适用于在进行本地数据维护时，与相应的终端设备进行有线通信，将所述监测数据通过有线通信的方式传送给所述终端设备；

网络通信模块，设置在所述壳体中，与所述主控模块连接，适用于在所述电压监测装置与其主站进行远程通信时，与所述主站进行远程网络通信，并将所述监测数据通过远程网络通信的方式传送给所述主站。

在其中一个实施例中，所述本地通信模块包括串行接口、通用串行总线接口中的一个或组合；

所述网络通信模块包括无线局域网单元、无线公网单元、以太网单元中的一个或组合。

在其中一个实施例中，所述串行接口包括RS485接口或RS232接口中的一个或组合。

在其中一个实施例中，所述主控模块包括：

采集单元，用于对所述线路上的电信号进行采样，得到电压数据和/或漏电流数据；

运算单元，与所述采集单元连接，用于对所述电压数据和/或所述漏电流数据进行运算处理，得到电压监测数据和/或漏电流监测数据；

控制单元，与所述运算单元连接，用于在所述电压监测数据超出预设电压监测数据或所述漏电流监测数据超出预设漏电流监测数据时，发出跳闸指令；

数据保存单元，与所述运算单元或所述控制单元连接，用于保存所述电压监测数据和/或漏电流监测数据。

在其中一个实施例中，所述主控模块还包括：

事件处理单元，与所述控制单元连接，用于对所述控制单元接收到的事件进行分析，得到所述事件的事件信息，并记录保存所述事件信息；

其中，所述事件信息包括事件属性、事件类型及事件发生时间。

在其中一个实施例中，所述主控模块还包括：

时钟单元，与所述控制单元连接，用于记录所述电压监测装置的第一时间信息；

所述控制单元，还用于获取所述主站的第二时间信息，并在所述第一时间信息和所述第二时间信息不一致时，调节所述第一时间使其与所述第二时间信息一致。

在其中一个实施例中，所述装置还包括：

人机交互模块，嵌入在所述壳体上，并与所述主控模块连接，用于提供输入输出功能。

在其中一个实施例中，所述人机交互模块包括：

显示单元，嵌入在所述壳体上，与所述主控模块连接，用于提供输出功能；

操作单元，嵌入在所述壳体上，与所述主控模块连接，用于提供输入功能。

在其中一个实施例中，所述扩展模块包括开入单元和开出单元，其中：

所述开入单元，适用于搭载在所述电力系统的线路上，与所述主控模块连接，用于将采集所述线路上模拟的电信号，并将所述模拟的电信号传送给所述主控模块；

所述开出单元，适用于搭载在所述电力系统的线路上，与所述主控模块连接，用于根据所述主控模块发送的跳闸指令执行跳闸动作或根据所述主控模块发出的合闸指令执行合闸动作。

在其中一个实施例中，所述装置还包括设置在所述壳体中，为所述扩展模块、所述主控模块、所述本地通信模块和所述网络通信模块提供电能的电源模块；所述电源模块包括：

电源信号变换单元，分别与所述扩展模块、所述主控模块、所述本地通信模块和所述网络通信模块连接，用于根据连接的供电对象变换电源的电压信号和电流信号；

取电单元，用于通过开关电源和充电电池为所述扩展模块、所述主控模块、所述本地通信模块和所述网络通信模块提供电能。

本实用新型的有益效果包括：

上述电压监测装置，不仅利用本地通信模块解决了传统采用红外通信方式很难保本地场数据维护的可靠性的问题，而且还利用网络通信模块解决了电压监测装置的远程通信问题，实现了与主站的远程数据交互，提高了电压监测装置的监测性能，使得电压监测装置可广泛应用中小变电站、小水站、各类工矿企业、制造业、商业、公共事业、交通、油田等需要进行用电电压质量监测和分析的场所。

附图说明

图1为一个实施例中的电压监测装置的结构示意图；

图2为一个实施例中的电压监测装置的外观结构示意图；

图3为一个实施例中的电压监测装置的端部结构示意图；

图4为一个实施例中的电压监测装置的侧部结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、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实用新型电压监测装置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实用新型，并不用于限定本实用新型。

在一个实施例中，如图1至图4所示，提供了一种电压监测装置，该装置包括：壳体10，扩展模块500，适用于搭载的电力系统的线路上，用于采集线路上的电信号。主控模块100，设置在壳体10中，与扩展模块500连接，用于接收电信号，并对电信号进行处理，得到监测数据。本地通信模块200，设置在壳体中，与主控模块100连接20，适用于在进行本地数据维护时，与相应的终端设备进行有线通信，将监测数据通过有线通信的方式传送给终端设备。网络通信模块300，设置在壳体10中，与主控模块100连接，适用于在电压监测装置与其主站进行远程通信时，与主站进行远程网络通信，并将监测数据通过远程网络通信的方式传送给主站。

本实施例中，电压监测装置在供电的情况下能够通过扩展模块500采集电力系统线路上的电信号，扩展模块500与主控模块100连接，能够在其采集到线路上的电信号后发送给主控模块，主控模块100对电信号进行处理得到线路的监测数据。当要对线路的监测数据进行本地数据维护时，本地通信模块200能够为电压监测装置提供本地通信功能，即近距离的有线通信功能，由于是有线通信，因此可以克服传统采用红外通信方式难以保证本地数据维护可靠的缺陷；当需要对线路上的监测数据进行远程通信，从而实现电压监测装置与其后台进行远程数据交互时，网络通信模块300能够很好地达到远程通信的目的，从而克服了传统使用红外通信方式无法达到远程通信的缺陷。其中，网络通信模块300也可实现电压监测装置与带有网络通信功能的终端设备近距离通信，从而达到本地数据维护的可靠性。其不仅利用本地通信模块200解决了传统采用红外通信方式很难保证本地数据维护的可靠性的问题，而且还利用网络通信模块300解决了电压监测装置的远程通信问题，实现了与主站的远程数据交互，使得主站能够远程监控分析，加强了电力部分用电质量，使得电压监测装置可广泛应用中小变电站、小水站、各类工矿企业、制造业、商业、公共事业、交通、油田等需要进行用电电压质量监测和分析的场所。其中，终端设备包括手机、平板电脑、笔记本电脑、个人计算机等。

优选地，在一个实施例中，本地通信模块200包括串行接口210、通用串行总线接口220中的一个或组合。网络通信模块300包括无线局域网单元310、无线公网单元320、以太网单元330中的一个或组合。可以满足用户在不同场合使用不同设备的需求。其中，网络通信模块300可以时刻在线，装置上电后自动网路通信，模块自动上线并保持，按月统计远程无线通信的接收数据流量和发送数据流量，并保存最近3个月的流量数据。

需要说明的是，无线公网单元320可通过在壳体上设置SIM(Subscriber Identification Module客户识别模块)卡位槽50，在SIM卡位槽50中安装运行稳定可靠的工业级无线通信芯片(如：SIM卡)实现，支持热插拔，SIM卡也可与壳体一体化设计，设置在壳体10上的天线接口80可根据现场需求配置不同类型的天线。无线公网单元320具有自动附着网络功能，在通信链路出现异常时自动重新连接网络，恢复链路，每次建链时间不大于设定时间(如60s)，并且在连续3次连接网络失败后，能够自动断电复位。以太网单元330可通过在壳体上设置以太网口(如：网线接口)实现。无线局域网单元310可在壳体上设置无线路由芯片、无线网卡芯片等实现。其中，无线局域网单元310包括WIFI、射频技术等实现的无线通信。

更进一步地，串行接口210包括RS485接口或RS232接口中的一个或组合。进一步地提高电压监测装置的性能。

无线公网单元320可利用GSM(Global System for Mobile Communication，全球移动通讯系统)无线通信技术、GPRS(General Packet Radio Service，整合封包无线服务)无线通信技术、EDGE(Enhanced Datarate for GSM Evolution，增强型GPRS)无线通信技术、CDMA(Code Division Multiple Access，码分多址分组数据传输技术)无线通信技术、3D(3rd Generation，第三代移动通信技术)无线通信技术中的一个或组合。

在一个具体的实施例中，扩展模块500包括开入单元510和开出单元520，其中：开入单元510，适用于搭载在电力系统的线路上，与主控模块100连接，用于将采集线路上模拟的电信号，并将模拟的电信号传送给所述主控模块100。开出单元520，适用于搭载在电力系统的线路上，与主控模块100连接，用于根据主控模块100发送的跳闸指令执行跳闸动作或根据主控模块发送的合闸指令执行合闸动作。其中，扩展模块500可由电源模块400通过主控模块100接入，也可由电源模块400直接接入。优选地，开入单元510采集线路上的模拟的电压信号和模拟的漏电流信号，并将模拟的电压信号和模拟的漏电流信号发送给主控模块100，开出单元520通过继电器对线路执行跳闸或合闸动作。

在一个实施例中，电压监测装置还包括设置在壳体10中，为扩展模块500、主控模块100、本地通信模块200和网络通信模块300提供电能的电源模块400。

在一个具体的实施例中，电源模块400包括：电源信号变换单元410，分别与扩展模块500、主控模块100、本地通信模块200和网络通信模块300连接，用于根据连接的供电对象变换电源的电压信号和电流信号。取电单元420，用于通过开关电源和充电电池为扩展模块500、主控模块100、本地通信模块200和网络通信模块300提供电能。电源信号变化单元410能够使电源适用于各种供电对象，提高电源模块400的适用性，取电单元420优先使用开关电源为供电设备供电，当无法使用开关电源供电时，采用充电电池为供电设备供电，提高电源模块400供电性能。其中，在使用开关电源供电时，取电单元420会自动给充电电池充电。

在一个实施例中，该装置还包括：人机交互模块600，嵌入在壳体10上，并与主控模块100连接，用于提供输入输出功能。具体地，在一个实施例中，人机交互模块600包括：显示单元610，嵌入在壳体10上，与主控模块100连接，用于提供输出功能。操作单元620，嵌入在壳体10上，与主控模块100连接，用于提供输入功能。

其中，显示单元610包括液晶显示界面20和指示灯30，液晶显示界面20优选为点阵式液晶显示界面，指示灯30优选为LED(Light Emitting Diode，发光二极管)指示灯。操作单元620包括按键结构40。通过按键可方便操作，点阵式液晶显示界面使电压监测装置的工作状态和测量值显示更加直观。

具体地，在一个实施例中，如图2所示，液晶显示界面20中主菜单的显示包括实时数据显示、参数定值显示，控制状态显示，电压表示数显示，在线信息显示，电压统计信息显示，终端信息显示。其中，实时数据显示包括当前三路电压，当前电压统计数据，开关状态，遥控记录，失电记录，漏电记录，漏电流，网络实时状态；参数定值显示包括控制参数，电压变比，配置参数，漏电流参数，通讯参数，通道校正，程序更新，通讯监视，复位命令；电压表示数显示包括所属测量点，通信地址，三相电压，漏电流，电压统计数据；在线信息显示包括最近由主站下发的10条中文信息；终端信息显示包括行政区码，终端地址，主站IP与端口，设备型号。LED指示灯包括告警状态指示，本地通信状态指示，网络通信状态指示，电源指示，运行指示，过电压指示，欠电压指示，装置支持状态指示等。按键结构40采用5个按键，分别是上、下、左、右，确认取消键。按键和显示界面配合进行信息的查看、参数的设置和指令的下发。

在一个实施例中，主控模块100包括：采集单元110，用于对线路上的电信号进行采样，得到电压数据和/或漏电流数据。运算单元120，与采集单元110连接，用于对电压数据和/或漏电流数据进行运算处理，得到电压监测数据和/或漏电流监测数据。控制单元130，与运算单元120连接，用于在电压监测数据超出预设电压监测数据或漏电流监测数据超出预设漏电流监测数据时，发出跳闸指令。数据保存单元140，与运算单元120或控制单元130连接，用于保存电压监测数据和/或漏电流监测数据。

上述实施例是实现电压监测装置支持电压保护功能和漏电流保护功能的具体实施方式，能够提高电压监测装置的性能，从而加强电力部门的用电质量。其中，采集单元110采用高速高精度电压采集芯片，可以实现三相电压和漏电流的采集，以及2～30次电压谐波含量率的计算；控制单元130采用高速微控制器，实现高速控制；数据保存单元140采用大容量的存储芯片保证各种数据的存储，保存的数据长达10年。

在一个实施例中，运算单元120在对电压数据和/或漏电流数据进行运算处理，得到电压监测数据和/或漏电流监测数据的步骤包括：对电压数据和/或漏电流数据的有效值进行均值运算，得到电压监测数据和/或漏电流监测数据。

其中，随着各式各样的家用电器走进了寻常百姓家中，人们与电接触的机会越来越多，用电设备发生故障冬至人员触电伤亡的事件屡见不鲜，而漏电保护作为一种安全保护措施，已被广泛使用，并起到了至关重要的作用。目前低压电网都采用三级漏点保护，一级保护为配电总漏点保护，二级保护为分支线路保护，三级保护为终端分户保护。目前安装与配电变压器低压出线端的终端不具备漏电流保护功能，配电变压器低压出线端的一级漏电保护需要采用独立的漏电保护器。而本实施例中的终端支持漏电流保护功能，省去了采用终端的同时还需要采购漏电保护器的繁琐。并且，一级漏电保护安装与配电变压器低压出线端，采用独立的漏电保护器来作为配电总漏电保护，该漏电保护范围大，停电后影响面较大。由于不同的电网、三相不平衡漏电流阈值不同，动作时间也不同，而传统的漏电流保护器的动作参数无法进行智能调节整定，这必然会导致由于参数的选择不同而产生误动作，从而导致电网大面积停电，造成巨大的经济损失，而本实施例中的终端带有人机交互模块600，可以根据需求智能整定漏电保护动作参数。这里需要说明的是，本实用新型中提到的终端指代的是电压监测装置。

需要说明的是，采集单元110在采集电压数据和漏电流数据时根据预设的间隔时间对模拟的电压信号和模拟的漏电流信号(由开入单元510获取)进行采样、存储，得到电压监测数据和漏电流监测数据，并在主站召测时通过网络通信模块300(具体根据主站和电压监测装置的配置从无线局域网单元310、无线公网单元320、以太网单元330中选择可行的通信方式)发送给主站，其能采集线路的三相电压、单向电压，且测量准确等级为±0.5％。采集单元110对线路的电压模拟量采用有效值采样，每秒至少1次，并作为预处理值贮存，1min作为一个统计单元，取0秒时刻开始的1min内电压预处理值的平均值，作为被监测的电力系统的即时实际运行电压(电压数据)，不足1min的值不进行统计计算。其还能对线路的漏电流模拟量进行采样，且测量准确度等级为±0.1％。在一个实施例中，采集单元110还能采集电源模块400的后备电池的电压。这样当电压不足(小于设定值)时，开启电池的充电功能，为电池提供充电管理。

运算单元120除了能够对电压数据和漏电流数据进行处理外，还包括对其它的处理，例如：包括当前三路电压，漏电流，当日电压统计数据，当月电压统计数据，曲线数据，实时三相电压、漏电流，当月电压最大值及发生时间，当前三相断相统计数据及最近一次断相记录，终端日历时钟，终端参数状态，终端上行通信状态，终端控制设置状态，终端当前控制状态，终端事件计数器当前值，终端事件标志状态，终端状态量及变位标志，终端与主站当日/月通信流量，日历时钟，运行状态字及其变位标志，数修改次数及时间，漏电流；还包括对总运行统计时间，越上限累计时间，越下限累计时间，电压合格率，电压越上限率，电压越下限率，电压最大值及其发生时间，电压最小值及其发生时间的统计。并且，运算单元120还能进行参数的设置与查询。例如：对上行通信口通信，主站IP地址和端口，终端(电压监测装置)上行通信消息认证参数，终端地址，终端IP地址和端口，终端上行通信工作方式，终端事件记录配置，终端交流采样装置配置，虚拟专网用户名、控制方式，测量点基本参数，测量点限值参数，终端运行参数，上行通信流量门限，告警时间，告警允许/禁止，谐波限值，定时上报1类数据任务，定时上报2类数据任务，定时上报1类数据任务启动/停止，定时上报2类数据任务启动/停止，终端逻辑地址等的设置与查询。

控制单元130还能执行远程控制，即控制单元130在接收到主站的跳闸控制指令后，按设定的告警延迟时间、限电时间和控制轮次动作输出继电器，控制相应被控负荷开关；同时终端应有蜂鸣指示告警通知用户，并记录跳闸时间、跳闸轮次、跳闸前功率、跳闸后2min功率等，显示屏应显示执行结果。终端接收到主站的允许合闸控制命令后，有蜂鸣指示告警通知用户，允许用户合闸。控制单元130在根据电压监测数据漏电流监测数据控制扩展模块500对线路执行跳闸动作之后，在电压保护和漏电流保护解除或控制时段结束后，控制单元130自动或根据用户的需求控制扩展模块500对线路执行合闸动作。其中，远程控制的优先级高于电压保护控制和漏电流保护控制。控制单元130在控制扩展模块500跳闸的同时，还控制告警模块发出告警提示，例如：控制蜂鸣器发出声音信号或控制指示灯发出光信号。

数据包括单元140除了保护电压监测数据和漏电流监测数据外，还保存历史日冻结数据、历史月冻结数据、历史曲线冻结数据和配置数据。

1)历史日冻结数据

终端将采集的电压统计数据在日末(次日零点)形成各种历史日数据，并保存最近30天日数据。包括总运行统计时间，越上限累计时间，越下限累计时间，电压合格率，电压越上限率，电压越下限率，电压最大值及其发生时间，电压最小值及其发生时间，终端日供电时间、日复位累计次数，终端日控制统计数据，终端与主站日通信流量。

2)历史月冻结数据

终端将采集的数据在月末零点(每月1日零点)生成各种历史月数据，并保存最近12个月的月数据。包括总运行统计时间，越上限累计时间，越下限累计时间，电压合格率，电压越上限率，电压越下限率，电压最大值及其发生时间，电压最小值及其发生时间，终端日供电时间、日复位累计次数，终端日控制统计数据，终端与主站日通信流量。

3)历史曲线冻结数据，

终端可以按照设定的冻结间隔(15min，30min，45min，60min)形成各类曲线冻结数据，并保存最近30天曲线数据。包括总运行统计时间，越上限累计时间，越下限累计时间，电压合格率，电压越上限率，电压越下限率，电压最大值及其发生时间，电压最小值及其发生时间，终端日供电时间、日复位累计次数，终端日控制统计数据，终端与主站日通信流量。

4)配置数据

终端版本信息，终端支持的输入、输出及通信端口配置，终端支持的其他配置，终端支持的参数配置，终端支持的控制配置，终端支持的1类数据配置，终端支持的2类数据配置，终端支持的事件记录配置，网络通信模块300版本信息，本地通信模块200版本信息。

在一个实施例中，主控模块100还包括：事件处理单元150，与控制单元120连接，用于对控制单元130接收到的事件进行分析，得到事件的事件信息，并记录保存事件信息。其中，事件信息包括事件属性、事件类型及事件发生时间。

终端根据主站设置的事件属性按照重要事件和一般事件分类记录。每一类事件保存最近预设条数，例如256条，每条记录的内容包括事件类型、发生时间及相关情况。

对于主站设置的重要事件，当事件发生后终端实时刷新重要事件计数器内容，记为记录，并可以通过主站请求访问召测事件记录，对于采用平衡传输信道的终端应直接将重要事件主动及时上报主站。对于主站设置的一般事件，当事件发生后终端实时刷新一般事件计数器内容，记为事件记录，等待主站查询。终端能够记录参数变更、终端停/上电等事件。

所述事件类型包括的事件类型有数据初始化和版本变更，参数变更，状态量变位，遥控跳闸，电压回路异常，终端停/上电，谐波越限告警，电压不平衡越限，消息认证错误，电压越限，终端与主站通信流量超门限，漏电流越限事件。

在一个实施例中，主控模块100还包括时钟单元160，与控制单元130连接，用于记录电压监测装置的第一时间信息。控制单元130，还用于获取主站的第二时间信息，并在第一时间信息和第二时间信息不一致时，调节第一时间使其与第二时间信息一致。

控制单元130根据时钟单元160使电压监测装置的时间与主站的时间保持一致，从而保证数据采集的有效性，提高电压监测装置的性能。其中，时钟单元160配置有后备电池，防止时钟单元160因掉电而导致的时间信息不准确及无法调节的现象。

在一个实施例中，电压监测装置还包括贴附显示单元610上的贴膜50以及与主控模块100连接的弱电端子60和强电端子70，其中贴膜50用于保护显示装置。

在一个实施例中，电压监测装置还包括壳罩90，壳罩90与壳体10配合将主控模块100、本地通信模块200、网络通信模块300、电源模块400和人机交互模块600封闭在壳体中。其中，壳罩90包括第一壳罩91和第二壳罩92，第一壳罩91嵌设在壳体10的上部，用于封闭主控模块100、本地通信模块200、网络通信模块300、电源模块400和人机交互模块600，第二壳罩92设在壳体10的下部，用于封闭强电端70和弱电端子60。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。