用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构的制作方法

本实用新型涉及一种电力系统领域，特别涉及一种电力系统维护
技术领域：
，具体是指一种用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构。
背景技术：
：现有技术中的电力系统中一般会设置继电保护压板，继电保护压板具有“投入”及“退出”两种状态，通过继电保护压板的组合实现保护装置功能的设置以及二次回路的调整。继电保护压板投、退的准确性直接影响保护能否正确动作，但目前对继电保护压板的监视主要依靠人工定期巡查方式，采用这种方式就导致在实际操作中经常出现由于继电保护压板投、退错误，造成的二次设备误动、拒动事故，严重影响电网的稳定运行。在现有技术中，虽然已有各种保护压板位置传感器在电力系统中被应用，实现继电保护压板自动监视，然而，在现有技术中采集保护压板位置传感器数据采集多采用有线通讯方式实现，需要在每一个保护屏柜上加装一个采集终端，成本高，工程繁琐，实用性不强。技术实现要素：本实用新型的目的是克服至少一个上述现有技术的缺点，提供了一种性能好、可靠性高且简化成本的用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构。为了实现上述目的或其他目的，本实用新型的用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构如下：该用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构，包括数个与各个继电保护压板对应连接的保护压板位置传感器，其主要特点是，所述的硬件结构包括压板监控主机，所述的压板监控主机至少与一个采集终端相连接，每个所述的采集终端至少与一个所述的保护压板位置传感器相连接；其中，所述的硬件结构中的数个保护压板位置传感器均采用无线通讯的方式与对应的采集终端进行通讯连接；所述的硬件结构中的采集终端采用有线通信的方式与所述的压板监控主机进行通讯连接；所述的压板监控主机用于接收采集所述的采集终端转发的由保护压板位置传感器对对应的继电保护压板进行监测得到的继电保护压板状态数据；在所述的用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构中，每一所述的保护压板位置传感器都被赋予唯一的地址编码，每一所述的保护压板位置传感器的地址编码均有该保护压板位置传感器的编号及与其相连的采集终端的编号共同构成，其中，硬件结构中所有的采集终端的编号均是唯一的，各个采集终端所连接的保护压板位置传感器的编号也是唯一的。较佳地，当所述的硬件结构中包括两个及以上的采集终端时，所述的压板监控主机与各个所述的采集终端以星型连接方式进行组网；当一个所述的采集终端与两个及以上的保护压板位置传感器相连接时，该采集终端和与其连接的保护压板位置传感器以星型连接方式进行组网。较佳地，在所述的保护压板位置传感器与所述的采集终端采用无线通讯的方式进行通讯连接时，在无线频段选用中国境内免许可的ISM开放频段作为通讯频段。较佳地，所述的硬件结构中的采集终端采用RS232、RS485或以太网中任一种有线通信的方式与所述的压板监控主机进行通讯连接。采用本实用新型的用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构，令压板监控主机与采集终端之间采用有线通信的方式进行连接，令保护压板位置传感器采用无线通讯的方式与对应的采集终端进行通讯连接，并在所述的用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构中，对每一所述的保护压板位置传感器都赋予唯一的地址编码，确保传输信息的准确性。采用本实用新型的用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构，通过有线通讯和无线通讯相结合的方式大大简化对继电保护压板进行采集的电路，降低保护压板位置传感器运行功耗，提高数据传输可靠性，大幅减少采集终端数量，配置便捷节约调试成本，具有极大经济推广价值。附图说明图1为本实用新型一实施例中的用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构的结构示意图。图2为本实用新型一实施例中的保护压板位置传感器向与其连接的采集终端发送数据的流程示意图。图3为本实用新型一实施例中保护压板位置传感器将当前继电保护压板状态数据发送给所述的压板监控主机后的流程示意图。图4为本实用新型一实施例中的重传机制的示意图。具体实施方式为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。该用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构，包括数个与各个继电保护压板对应连接的保护压板位置传感器，其中，所述的硬件结构还包括压板监控主机，所述的压板监控主机至少与一个采集终端相连接，每个所述的采集终端至少与一个所述的保护压板位置传感器相连接；所述的压板监控主机用于接收采集终端转发的保护压板位置传感器发送的数据，其中，所述的硬件结构中的数个保护压板位置传感器均采用无线通讯的方式与对应的采集终端进行通讯连接；所述的硬件结构中的采集终端采用有线通信的方式与所述的压板监控主机进行通讯连接；所述的压板监控主机用于接收采集所述的采集终端转发的由保护压板位置传感器对对应的继电保护压板进行监测得到的继电保护压板状态数据；在所述的用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构中，每一所述的保护压板位置传感器都被赋予唯一的地址编码，每一所述的保护压板位置传感器的地址编码均有该保护压板位置传感器的编号及与其相连的采集终端的编号共同构成，其中，硬件结构中所有的采集终端的编号均是唯一的，各个采集终端所连接的保护压板位置传感器的编号也是唯一的。序号字节编码规则1高字节所属采集终端编码，从0x01-0xFE；2低字节继电保护压板位置传感器编码，从0x01-0xFE；表1如上表1所示，其显示了一实施例中地址编码的编码规则，在该实施例中用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构对硬件结构中的采集终端、保护压板位置传感器(也可称为继电保护压板位置传感器)都设定一个全硬件结构唯一的地址编码，该地址编码用两个字节表示，通过该地址编码，就可以实现采集终端与继电保护压板位置传感器的定向通讯以及采集硬件结构内部对象识别和数据交换，同时该编码也支持所属采集终端的识别。在该实施例中，当所述的硬件结构中包括两个及以上的采集终端时，所述的压板监控主机与各个所述的采集终端以星型连接方式进行组网；当一个所述的采集终端与两个及以上的保护压板位置传感器相连接时，该采集终端和与其连接的保护压板位置传感器以星型连接方式进行组网；其具体结构可参阅图1所示，其中，图中的传感器即为保护压板位置传感器。在该实施例中，在所述的保护压板位置传感器与所述的采集终端采用无线通讯的方式进行通讯连接时，在无线频段选用中国境内免许可的ISM(IndustrialScientificMedical，中文意思分别是工业的(Industrial)、科学的(Scientific)和医学的(Medical)开放频段作为通讯频段。在该实施例中，所述的硬件结构中的采集终端采用RS232、RS485或以太网中任一种有线通信的方式与所述的压板监控主机进行通讯连接。在上述实施例中的用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构工作时，当一所述的保护压板位置传感器向所述的压板监控主机上传所述的继电保护压板状态数据时，与该保护压板位置传感器相连接的采集终端接收该保护压板位置传感器发送的继电保护压板状态数据后，透明转发给监控主机；当所述的压板监控主机向一所述的保护压板位置传感器下发通讯指令时，由与该保护压板位置传感器相连接的采集终端接收所述的通讯指令后，透明转发给该保护压板位置传感器。在该实施例中，采集终端起中继器作用，接收继电保护压板位置传感器(即保护压板位置传感器)的数据后透明转发给监控主机(即压板监控主机)；接收监控主机(即压板监控主机)的下发的通讯指令后透明转发给继电保护压板位置传感器(即护压板位置传感器)。在上述实施例中的用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构实现对继电保护压板数据进行采集时，执行以下操作步骤(需注意的是下面的内容仅仅是为了说明本实用新型中的用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构的工作状态，本实用新型并不涉及对软件的设计)：(1)所述的保护压板位置传感器对与其对应连接的继电保护压板进行监测；(2)所述的保护压板位置传感器判断对应的继电保护压板的投、退状态是否发生改变；(3)若所述的保护压板位置传感器监测到对应的继电保护压板的投、退状态发生改变，则继续后续步骤(4)，否则继续后续步骤(5)；(4)所述的保护压板位置传感器执行实时报文传输机制，所述的保护压板位置传感器将其监测到的继电保护压板改变后的最新的继电保护压板状态数据发送给所述的压板监控主机，然后返回上述步骤(1)；(5)所述的保护压板位置传感器判断是否到达硬件结构预设的当前周期下向所述的压板监控主机发送其监测到的继电保护压板的当前继电保护压板状态数据的时刻；(6)若到达硬件结构预设的当前周期下向所述的压板监控主机发送其监测到的继电保护压板的当前继电保护压板状态数据的时刻，则继续后续步骤(7)，否则返回上述步骤(1)；(7)所述的保护压板位置传感器执行周期报文传输机制，所述的保护压板位置传感器将其监测到的继电保护压板的当前继电保护压板状态数据发送给所述的压板监控主机，然后返回上述步骤(1)。所述的保护压板位置传感器执行实时报文传输机制时，采用重传机制对数据进行传输。当所述的保护压板位置传感器向所述的压板监控主机发送最新的继电保护压板状态数据或当前继电保护压板状态数据时，由与该保护压板位置传感器连接的采集终端将相应的最新的继电保护压板状态数据或当前继电保护压板状态数据转发给所述的压板监控主机。当一个所述的采集终端与两个及以上的保护压板位置传感器相连接时，一所述的保护压板位置传感器需要向与其连接的采集终端发送最新的继电保护压板状态数据或当前继电保护压板状态数据时，执行以下操作步骤，其操作步骤可参阅图2所示：(a1)所述的保护压板位置传感器对其所在的无线网络的当前发送状态进行监听(即图2中的监听无线网络当前发送状态)，其中，该保护压板位置传感器所在的无线网络由该保护压板位置传感器、与该保护压板位置传感器相连接的采集终端及与该采集终端相连接的其他保护压板位置传感器共同构成；(a2)判断所述的无线网络中是否有其它正在发送继电保护压板状态数据的保护压板位置传感器(即图2中的监听当前其它传感器发送报文的判断步骤)；(a3)若所述的无线网络中有其它正在发送继电保护压板状态数据的保护压板位置传感器，则返回上述步骤(a1)，否则所述的保护压板位置传感器执行后续的向与其连接的采集终端发送最新的继电保护压板状态数据或当前继电保护压板状态数据的操作(即图2中的发送报文)。保护压板位置传感器与采集终端的数据传输采用周期上送(即周期报文传输机制)和数据变化突发重传上送(即实时报文传输机制)两种机制。在保护压板位置传感器执行周期报文传输机制时，即当所述的采集终端收到与其连接的保护压板位置传感器向其发送的当前继电保护压板状态数据时，所述的采集终端执行以下操作：(b1)所述的采集终端对收到的与所述的当前继电保护压板状态数据相对应的传输报文进行确认；(b2)所述的采集终端向给该采集终端发送前继电保护压板状态数据的保护压板位置传感器发送数据接收确认报告；当所述的保护压板位置传感器接收到所述的采集终端相其发送的确认报告后，所述的保护压板位置传感器修改其内部时间。上述流程可参阅图3所示，图3中的传感器报告当前最新压板状态位置状态即为步骤(7)中所执行的保护压板位置传感器将其监测到的继电保护压板的当前继电保护压板状态数据发送给所述的压板监控主机过程中，将相关的数据传输到采集中端的操作；图3中的采集终端发送数据接收确认包括即为上述步骤(b1)及(b2)所执行的操作；图3中的传感器接收采集终端下发的数据确认报告，并修改内部时间，即为步骤(b2)后，所述的保护压板位置传感器执行的操作；通过上述操作使得采集终端对每次收到的通讯报文进行确认，并下发确认报文，确认报文包含时间。所述的数据接收确认报告包括报文序号及发送确认报告时的时间信息。当所述的采集终端向所述的保护压板位置传感器发送所述的数据接收确认报告前，对与该数据接收确认报告相对应的传输报文的格式进行定义，令该传输报文包括接收该数据接收确认报告的设备的地址码、发送该数据接收确认报告的设备的地址码、传输报文类型、传输报文的帧长度信息、发送计数信息、发送时间字节信息。所述的与数据接收确认报告相对应的传输报文还包括前导码、校验码及结束码，其中，所述的前导码位于所述的传输报文的开始位置，所述的结束码位于所述的传输报文的最后，所述的校验码位于所述的结束码之前。当所述的保护压板位置传感器向所述的压板监控主机发送最新的继电保护压板状态数据或当前继电保护压板状态数据前，对与所述的最新的继电保护压板状态数据或当前继电保护压板状态数据相对应的传输报文的格式进行定义，令该传输报文包括接收所述的传输报文的设备的地址码、发送所述的传输报文的设备的地址码、传输报文类型、传输报文的帧长度信息、发送计数信息、与所述的报文类型对应的应用数据。所述的与所述的最新的继电保护压板状态数据或当前继电保护压板状态数据相对应的传输报文还包括前导码、校验码及结束码，其中，所述的前导码位于所述的传输报文的开始位置，所述的结束码位于所述的传输报文的最后，所述的校验码位于所述的结束码之前。从下表2中可以清楚地看出传输报文的具体格式，在上述实施例中，该用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构首先对继电保护压板位置传感器(即保护压板位置传感器)与采集终端的数据传输报文格式进行定义，所有数据传输都需按本格式填写，并根据报文类型进行扩展填写。在该实施例中，为确保各帧报文的收发起始识别每一帧报文都包含前导码和结束码，并在报文结束码之前加CRC校验码，确保数据传输正确性识别。表2如下表3所示，在该实施例中，上述的传输报文类型(即表2中的报文类型)有三种，分别为周期数据报告(即执行周期报文传输机制时传输的报告)、数据接收确认报告(即采集终端向保护压板位置传感器发送的数据接收确认报告)及压板位置变位实时报告(即执行实时报文传输机制时发送的报告)，具体的编码等信息可参阅下表3所示：表3在该实施例中，当所述的保护压板位置传感器执行周期报文传输机制时，所述的当前继电保护压板状态数据包括继电保护压板的MCU工作温度、工作电压、压板位置及发送该当前继电保护压板状态数据的时间。在该实施例中，当所述的保护压板位置传感器执行实时报文传输机制时，所述的最新的继电保护压板状态数据包括发送所述的最新的继电保护压板状态数据的时间及监测到的对应的继电保护压板当前的投、退状态信息。在一实施例中，当上述实施例中的保护压板位置传感器执行周期报文传输机制时，其发送的传输报文如下表4所示：表4在涵盖上表4中的报文中其包含了传感器的MCU工作温度、工作电压、压板位置及发送时间的信息，该报文中的内容即为表3中提到的周期数据报告。当上述实施例中的保护压板位置传感器执行实时报文传输机制时，其发送的传输报文如下表5所示，在执行实时报文传输机制时，发送的报文需要包含发送时间以及当前压板位置。在该实施例中，当继电保护压板位置发生变化后，保护压板位置传感器发送压板位置变位实时报告，实时变位报告无需采集终端确认，为确保报告发送的可靠性，所述的保护压板位置传感器执行实时报文传输机制时，采用重传机制对数据进行传输，如图4所示，在该实施例中，每次变位发送三帧报告，报文时间间隔以2倍的设定时间递增，图中T0为周期数据报告时刻，T1为变位发送时刻，T2为第二次发送的实时变位报告时刻，T3为第三次发送的实时变位报告时刻，T4为第二次发送周期数据报告时刻。表5同时，从表5可看出该报文中也包含了表2中提到的一些前导码、结束码及CRC校验码等内容，该报表文中的内容即为表3中提到的压板位置变位实时报告。其中，表2中提到数据接收确认报告所对应的报文内容可参阅下表6所示：表6上表中展现的报文的内容展现了数据接收确认报告中的内容，即采集终端接点数据接收确认报告包括的确认的报文序号以及采集终端的时间。通过实时报文重传、周期数据报告两种方式确保数据传输的有效性和可靠性，其中，实时报文重传是在继电保护压板进行投退操作时，将保护压板位置传感器从休眠中唤醒，保护压板位置传感器检测到继电保护压板位置发生变化，就发送变化后的最新压板状态数据。所述的用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构中采用了有线通讯和无线通讯相结合的方式进行通讯，这种有线通讯和无线通讯相结合的方式的设计依据为：继电保护压板散落在各个继电保护屏柜上，如采用有线通信，则需要在每个屏柜上部署很多用以通信的线，一方面部署时需要把运行中的继电保护设备停运才可以部署，在实际工程中由于电力保障的需要这基本是不可能达到，另一方面大量的通信线通信集成成本高，周期长；而与监控主机进行通信选用有线方式主要是为了网络安全控制的需要，目前变电站内部网络一般禁止直接以无线方式进行通信，监控主机一般需要连接到变电站内部网络与站内其它系统进行通信，因此需要以有线方式进行通信，满足站内网络安全管理的要求。采用本实用新型中的用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构与现有技术相比具有以下特点：目前继电保护压板的监测大多为侵入式停电安装，需解开原有压板的二次回路，同时需要在保护屏柜上打孔和布线，同时还需在每一个保护屏柜上又加装一个压板中继器，用以采集压板状态，可靠性低、成本高，工程繁琐，项目仅具备示范作用。本技术方案采用无线+有线相结合的方案，工程施工时不需要停运继电保护装置，不需要接开压板的二次回路，通信集成成本低廉，具有很强的快速工程部署性。在对本实用新型进行实施的过程中，其实施过程分为以下几个部分：1)现场收资，统计变电站保护装置屏柜分布情况，以及各个屏柜上需要监测的压板数量；2)设计阶段，根据收资情况确定数据采集终端数量，传感器数量，无线组网结构；3)出厂调试，根据设计资料，给每一个压板位置传感器和数据采集终端配置唯一编码，并将压板位置传感器与被监测的继电保护压板相关联，该唯一编码即为给每一个节点设定好全硬件结构唯一的地址编码，在通信系统中就可以识别是哪个设备发出的，发给哪个设备。无线信号是以广播方式进行通信，通过识别发送端和接收端唯一编码就可以很方便地实现数据过滤，将不是发给本设备的数据丢弃，仅处理发给本节点的数据，在数据应用层面，这个唯一编码还可以与实际监测的压板相关联，作为被监测的压板唯一标识来应用，便于应用系统快速识别和应用；4)现场部署，根据设计资料将各个传感器安装到被监测的继电保护压板上，将采集终端安装到设计给定的位置，将监控主机安装到设计给定的屏柜，敷设各采集终端到监控主机的通信线缆，配置监控主机接入软件，实现全站压板位置监测。为了更清晰的对本实用新型中的地址编码进行说明，下面结合下表7对地址编码进行说明，表7中展现了以下情况：假设在一实施例中根据现场收资情况，确定需要安装2个数据采集终端，每个数据采集终端分别与6个压板位置传感器进行通信，其中在地址高字节栏表示的数字1即为与1#采集终端及相关传感器相对应的编号，2为与2#采集终端及相关传感器相对应的编号，地址低字节中的序号即为各个保护压板位置传感器对应的编号(在其他实施例中，也可采用其他编号方式对相应的设备进行编号)。节点名称地址高字节地址低字节1#采集终端101#屏继电保护A相跳闸传感器1111#屏继电保护A相跳闸传感器2121#屏继电保护B相跳闸传感器1131#屏继电保护B相跳闸传感器2141#屏继电保护C相跳闸传感器1151#屏继电保护C相跳闸传感器2162#采集终端202#屏继电保护A相跳闸传感器1212#屏继电保护A相跳闸传感器2222#屏继电保护B相跳闸传感器1232#屏继电保护B相跳闸传感器2242#屏继电保护C相跳闸传感器1252#屏继电保护C相跳闸传感器226表7采用本实用新型的用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构，令压板监控主机与采集终端之间采用有线通信的方式进行连接，令保护压板位置传感器采用无线通讯的方式与对应的采集终端进行通讯连接，并在所述的用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构中，对每一所述的保护压板位置传感器都赋予唯一的地址编码，确保传输信息的准确性。采用本实用新型的用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构，通过有线通讯和无线通讯相结合的方式大大简化对继电保护压板进行采集的电路，降低保护压板位置传感器运行功耗，提高数据传输可靠性，大幅减少采集终端数量，配置便捷节约调试成本，具有极大经济推广价值。本实用新型的用于实现继电保护压板数据采集功能的硬件结构技术方案中，其中所包括的各个功能模块和模块单元均能够对应于集成电路结构中的具体硬件电路，因此仅涉及具体硬件电路的改进，硬件部分并非仅仅属于执行控制软件或者计算机程序的载体，因此解决相应的技术问题并获得相应的技术效果也并未涉及任何控制软件或者计算机程序的应用，也就是说，本实用新型仅仅利用这些模块和单元所涉及的硬件电路结构方面的改进即可以解决所要解决的技术问题，并获得相应的技术效果，而并不需要辅助以特定的控制软件或者计算机程序即可以实现相应功能。在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。当前第1页1 2 3