一种基于异频导纳法的熔管异常在线监测系统的制作方法

1.本发明属于电量监管技术领域，具体涉及一种基于异频导纳法的熔管异常在线监测系统。


背景技术：

2.电能计量装置是电力系统及用户之间进行准确计量等工作的重要工具，而电能计量装置结构复杂，故障种类繁多。目前，已有一些对电能计量装置故障诊断的研究探索，如有通过检测电流互感器的二次侧回路阻抗特性，用以诊断电能计量装置的工作状态的短路故障在线检测方法；也有使用智能分析系统，对基于s3c2410的电能计量装置的各种错误接线类型的进行有效识别；还有对电能表进行自动远程校验和故障诊断采集的电能计量装置。上述研究发明主要是针对特定实例故障进行研究，而电能计量装置结构复杂，故障种类繁多，其中熔管作为电能计量装置的一套重要保护设备，往往被忽略其重要性。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种基于异频导纳法的电能计量熔管装置异常的在线监测系统，能够对电能计量装置的熔管运行状态进行实时监测，确保电能计量装置正常工作。
4.为实现上述目的，本发明提供一种基于异频导纳法的熔管异常在线监测系统，其包含：信息采集系统，其用于采集电能计量装置输出的熔管导纳值；通信系统，其与信息采集系统通信连接，用于传输熔管导纳值；云平台主站系统，其通过通信系统与信息采集系统通信连接，实时监测熔管导纳值是否异常。
5.优选地，所述信息采集系统包括：电能计量装置和采集控制终端；所述采集控制终端与电能计量装置的输出端电路连接，用于采集电能计量装置输出的熔管导纳值；其中，所述电能计量装置包括电能计量表和接线盒；所述电能计量表内设置有多个熔管，用于保障电能计量表正常工作；每个所述熔管的两端连接有相对应的二次回路，检测对应熔管两端电压和电流参数。所述接线盒的进线口与各个二次回路的输出端连接，其出线口与采集控制终端连接，以获取熔管导纳值。
6.优选地，所述电能计量表在正常工作时，使用一个所述熔管作为电能计量表的工作熔管，剩余多个所述熔管作为备份熔管；与所述熔管对应连接的二次回路根据熔管是否为工作熔管而选择导通或断开；其中，当该二次回路对应连接的熔管为工作熔管时，对应的二次回路导通；当该二次回路对应连接的熔管为备份熔管时，对应的二次回路断开。
7.优选地，所述采集控制终端包括测量单元、主控单元和通讯单元；所述测量单元通过所述接线盒与电能计量表电路连接，采集电能计量表中处于工作状态的二次回路的电压和电流参数，获取该二次回路对应的熔管导纳值；所述主控单元与所述测量单元连接，且设置有异常检测模块；所述异常检测模块接收所述测量单元传输的熔管导纳值，判断该熔管导纳值是否处于正常范围，生成熔管判断信息，并传输判断信息给通讯单元；所述通讯单元与所述主控单元连接，接收判断信息；所述判断信息通过通讯单元向云平台主站系统发送；
其中，所述判断信息的内容包括：若熔管导纳值处于正常范围，则输出判断信息为正常；若熔管导纳值超出或低于正常范围，则输出判断信息为异常。
8.优选地，所述采集控制终端还设置有多通道继电器和瞬态抑制电路；所述多通道继电器与电能计量表中的各个二次回路分别电路连接，控制切换对应的二次回路；所述瞬态抑制电路与接线盒连接，抑制接线盒产生的浪涌脉冲，保护采集控制终端在恶劣环境下工作。
9.优选地，当采集控制终端中的异常检测模块检测到熔管导纳值异常时，采集控制终端中的主控单元判断接线盒进线口电压是否在正常范围内；若接线盒进线口电压在正常范围内，则通过多通道继电器启动切换二次回路；若接线盒进线口电压不在正常范围内，则发出报警信号，通知工作人员对线路进行检查。
10.优选地，切换二次回路的控制策略分为就地自动切换和远程遥控切换；所述就地切换可以根据云平台主站系统下发的策略，采集控制终端中的主控单元判断二次回路异常状态，执行相应的切换操作；所述远程遥控操作是在采集控制终端上传电能计量表中的二次回路异常警告后，由云平台主站系统自主选择提前切换，控制多通道继电器执行相应的切换操作，减少计量误差风险。
11.优选地，所述云平台主站系统是以嵌入式系统为核心的监控设备，其包括云平台主站；所述云平台主站包括人机交互界面；所述云平台主站安装有在线监测云平台；所述在线监测云平台通过通信系统与采集控制终端通信连接，接收采集控制终端发送的判断信息并存储至云平台主站中；当判断信息为熔管异常时，在线监测云平台发出报警信号，并通过云平台主站发送切换指令到采集控制终端，控制多通路继电器切换二次回路，更换异常工作熔管。
12.优选地，若采用无线公网通讯技术作为采集控制终端中通讯单元的数据传输方式，则所述通信系统包括通讯移动塔、移动运营商网络和边界路由器apn网关；所述通讯移动塔通过所述移动运营商网络与边界路由器apn网关通信连接，将判断信息传输给所述云平台主站系统。
13.优选地，采用英特尔协议安全性和第2层隧道协议组合加密的方式对判断信息进行加密，以提高信息安全性。
14.综上所述，与现有技术相比，本发明提供的一种基于异频导纳法的熔管异常在线监测系统，具有如下有益效果：1、通过设置二次回路，能够对电能计量装置中的熔管进行全面在线测试和故障分析；2、通过设置通讯系统，能够对电能计量装置进行远距离诊断；3、该在线检测系统可实时在线监测并对各种异常/故障在最短时间内报警，一旦发现二次回路故障后会快速报告，便于尽快解决问题，将影响降到最低；4、应用现代化的数据管理技术，实现电能计量装置自动化在线管理，大幅度减小劳动强度、提升工作效率、降低工作成本。
附图说明
15.图1为本发明的装置背板设计图和接线图；
16.图2为本发明的无线通讯系统图；
17.图3是本发明的熔管异常在线监测系统架构图；
18.图4是本发明的信息采集控制终端结构框图；
19.图5是本发明的测量芯片功能框架图；
20.图6是本发明的通讯芯片功能框图；
21.图7是本发明的熔管异常在线监测系统的监测数据传输示意图。
具体实施方式
22.以下将结合本发明实施例中的附图1～附图7，对本发明实施例中的技术方案、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。
23.需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
24.对电能计量装置故障进行在线检测工作主要是通过对电压互感器(tv)、电流互感器(ta)及其二次回路等装置进行数据采集监测。其中通过对二次回路阻抗或导纳的测试进行故障分析是一种较为便捷、有效的方式，可避免盲目查找故障。一般利用工频信号对电流互感器二次侧进行监测来完成对电流互感器的二次回路监测，但电流具有的其他谐波成分，会影响二次回路工作状况的正确测量。基于此，本发明采用可抑制谐波干扰异频导纳法，通过对二次回路叠加异频信号即高次谐波，正确测量出二次回路导纳值，进而及时准确地判断出熔管故障情况。
25.所述异频导纳法的基本计算公式可描述为：
[0026][0027]
其中，为谐波电流的向量，为谐波电压的向量，y为导纳，g为电导，b为电纳，j为虚数单位。
[0028]
本发明提供了一种基于异频导纳法的熔管异常在线监测系统，如图3所示，该熔管异常在线监测系统包括：信息采集系统1，其用于采集电能计量装置输出的熔管导纳值；通信系统2，其与信息采集系统1通信连接，用于传输熔管导纳值；云平台主站系统3，其通过通信系统2与信息采集系统1通信连接，实时监测熔管导纳值是否异常。
[0029]
其中，如图2所示，所述信息采集系统1包括：电能计量装置11和采集控制终端12；所述采集控制终端12与电能计量装置11的输出端电路连接，用于采集电能计量装置11输出的熔管导纳值。
[0030]
其中，如图1所示，所述电能计量装置11包括电能计量表111和接线盒112；所述电能计量表111内设置有多个熔管(图中未示)，用于保障电能计量表111正常工作；每个所述熔管两端连接有相对应的二次回路(图中未示)，即每个所述熔管均连接有一个二次回路，用于检测熔管两端电压和电流参数，以获取熔管导纳值。每个所述二次回路的输出端通过接线盒112与采集控制终端12连接，传输该二次回路输出的熔管导纳值。其中，所述接线盒
112的进线口与各个二次回路的输出端连接，出线口与采集控制终端12连接。由于每个所述熔管故障时均可反应到对应的二次回路导纳值的变化，因此对二次回路实时检测即可监测熔管的状态，从而获取到熔管导纳值。当二次回路施加一个外部输入信号，若熔管短路，则二次回路测得的熔管导纳值较正常值偏低；若熔管开路，则二次回路测得的熔管导纳值较正常值偏高。
[0031]
进一步地，所述电能计量表111在正常工作时，仅使用一个所述熔管作为电能计量表111的工作熔管，即使用工作熔管作为电能计量表111的保护装置，剩余多个所述熔管作为备份熔管；与所述熔管对应连接的二次回路根据熔管是否为工作熔管而选择导通或断开；当该二次回路对应连接的熔管为工作熔管时，对应的二次回路导通；当该二次回路对应连接的熔管为备份熔管时，对应的二次回路断开。当采集控制终端12检测到所述工作熔管损坏后，可以通过有线或无线方式远程控制按照预设参数和方式挂载其中一个备份熔管和对应连接的二次回路，即备份熔管和对应连接的二次回路接入电能计量表111内，以保证电能计量表111正常工作。
[0032]
其中，如图4所示，所述采集控制终端12包括测量单元121、主控单元122和通讯单元123；所述测量单元121通过所述接线盒112与电能计量表111电路连接，采集电能计量表111中处于工作状态的二次回路的电压和电流参数，获取该二次回路对应的熔管导纳值；所述主控单元122与所述测量单元121连接，且设置有异常检测模块(图中未示)；所述异常检测模块接收所述测量单元121传输的熔管导纳值，判断该熔管导纳值是否处于正常范围，生成熔管判断信息，并通过通讯单元123经过在线监测数据传输环节传送判断信息给云平台主站系统3；在线监测数据传输环节如图7所示，其包括数据获取、数据控制和界面展示三个环节；其中，所述数据获取环节包括异常检测模块接收该测量单元121传输的熔管导纳值；之后将存储有熔管导纳值的文件/内存数据文件传输给主控单元122进行数据控制环节，判断该熔管导纳值是否处于正常范围，并传输判断信息给通讯单元123；若熔管导纳值处于正常范围，则输出判断信息为正常，即熔管工作状态正常；若熔管导纳值超出或低于正常范围，则输出判断信息为异常，即表示熔管工作状态异常，或表示接线盒112的出线口电压失压或欠压；所述通讯单元123与所述主控单元122连接，接收主控单元122中异常检测模块发送的判断信息，所述判断信息通过通讯单元123向云平台主站系统3发送，进行界面展示环节，该判断信息经过通讯系统2传输给云平台主站系统3，实现对熔管运行状态的实时监测，保证了数据的实时性；所述数据控制环节与界面展示环节则是通过数据库表进行数据的通信，便于问题的查找，提升了工作效率。
[0033]
进一步地，所述采集控制终端12还设置有多通道继电器和瞬态抑制电路；所述多通道继电器与电能计量表111中的各个二次回路分别电路连接，控制切换对应的二次回路；当采集控制终端12中的异常检测模块检测到熔管导纳值异常时，采集控制终端12中的主控单元122判断接线盒112进线口电压是否在正常范围内，即判断接线盒112与电能计量表111连接是否正常；若接线盒112进线口电压在正常范围内，则通过多通道继电器启动切换二次回路；若接线盒112进线口电压不在正常范围内，则发出报警信号，通知工作人员对线路进行检查。切换二次回路根据“先断开，后选择”的原则，保证各回路的安全运行。
[0034]
其中，切换二次回路的控制策略分为就地自动切换和远程遥控切换；所述就地自动切换可以根据云平台主站系统3下发的策略，采集控制终端12中的主控单元122判断二次
回路异常状态，控制多通道继电器执行相应的切换操作；所述远程遥控操作是在采集控制终端12上传电能计量表111中的二次回路异常警告后，由云平台主站系统3自主选择提前切换，控制多通道继电器执行相应的切换操作，减少计量误差风险。
[0035]
进一步地，所述瞬态抑制电路与接线盒112连接，能有效抑制接线盒112产生的浪涌脉冲，保护采集控制终端12内的测量单元121、主控单元122和通讯单元123在恶劣环境下工作。同时，所述测量单元121和主控单元122之间采用光耦隔离电路连接，实现电气隔离，有效保障数据采集可靠及安全。
[0036]
在一实施例中，所述测量单元121采用rn7302芯片采集电能计量表111的电压和电流信号，如图5所示，所述rn7302芯片包括7个adc输入、基准电压源和数字信号处理(dsp)内核，且该芯片配置有专有算法，将电能计量表111的电压和电流信号转换成数字信号；同时，所述rn7302芯片具有半周期有效测量值及50hz线路频率下10个周期有效值测量的功能。所述主控单元122采用基于arm32位cortex-m3内核的gd32f103芯片，将接收到rn7302芯片转换的数字信号进行判断，生成熔管工作状态判断信息，其供电的电压范围为2.0v～3.6v，该芯片具有高性能、低功耗、低成本的优势。所述通讯单元123选用国产有方n720模组芯片，如图6所示，该国产有方n720模组芯片将判断信息通过通讯系统2传输给云平台主站系统3，该n720模组芯片的尺寸仅为30.0mm
×
28.0mm
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2.8mm，支持2g/3g/4g网络制式，具有多个软硬件接口，成本较低，且可支持openlinux二次开发。
[0037]
由于电能计量装置11数量多且部署分散，在一实施例中，利用4g无线公网通讯技术作为采集控制终端12中通讯单元123的数据传输方式，可以大大降低其成本投入、同时后期维护也相对简单。进一步地，在公网通讯技术(如2g/3g/4g)作为传输方式时，所述通信系统2如图2所示，其包括通讯移动塔21、移动运营商网络22和边界路由器apn网关23；采集控制终端12生成判断信息后，通过采集控制终端12内的通讯单元123与通讯移动塔21通信连接，经过移动运营商网络22以及边界路由器apn网关23的传输，该判断信息传输至云平台主站系统3，完成判断信息的传输。
[0038]
为了减少用户信息在传输的过程中暴露，需要提高传输判断信息的安全性。本发明为提高相关数据安全性，在原有的传输过程基础上增加数据加密过程，所述加密过程采用英特尔协议安全性和第2层隧道协议组合加密的方式。具体的操作为，首先采用第2层隧道协议对判断信息进行封装，再用英特尔安全协议对判断信息进行加密。通过采用移动网络运营商提供可分配专用的apn(接入点名称)，开通接入vpdn(虚拟专有拨号)网络的唯一性sim卡，在网络侧对sim卡和apn进行绑定。划定用户可接入该系统的范围，只能访问客户专网，限制使用其他的apn访问互联网公网，有效避免非法入侵。借助移动网络运营商网络的同时，配置vpdn隧道协议，并以此vpdn隧道协议为基础开展安全认证证书发放，建立上下游白名单，实现判断信息的加密传输。
[0039]
其中，所述云平台主站系统3是以嵌入式系统为核心的监控设备，实现系统设置、信息查询接收、报警、设定切换时间、数据保存等功能。如图3和图2所示，所述云平台主站系统3包括云平台主站31；所述云平台主站31包括人机交互界面；所述云平台主站31安装有在线监测云平台311；所述在线监测云平台311通过通信系统2与采集控制终端12通信连接，接收采集控制终端12发送的判断信息并存储至主机中；当判断信息为熔管异常时，在线监测云平台311发出报警信号，并通过云平台主站31发送切换指令到采集控制终端12，控制多通
路继电器切换二次回路，将异常的工作熔管更换成可用的备用熔管，保证电能计量装置11正常运行。另外，操作人员可以通过人机交互界面浏览或调用主机中存储的判断信息。操作人员还可以采用外围设备(如u盘)对云平台主站21进行数据(如判断信息、用户信息等)的录入和下载。同时，云平台主站21还可以与其他信息系统通信连接进行信息共享和交换。
[0040]
综上所述，与现有技术相比，本发明所提供的基于异频导纳法的熔管异常在线监测系统具有能够对电能计量装置中的熔管进行全面在线测试、故障分析和远距离诊断等优势。
[0041]
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。