CN106448099B - 一种环网柜运行环境远程监测系统 - Google Patents

一种环网柜运行环境远程监测系统 Download PDF

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Abstract

一种环网柜运行环境远程监测系统，包括辐射发射器，辐射接收器、微处理器，感应电流测量单元，振动传感器，温湿度测量传感器、无线通讯模块、远程监控中心和无线终端，其中辐射发射器包括控制处理器、功分器、并行连接的5个干扰源及其开关，每个干扰源对应连接一发射天线；控制处理器、功分器、并行连接的5个干扰源及其开关和发射天线依次连接，辐射接收器包括依次连接的接收天线、转换单元、放大滤波单元和辐射测量单元，微处理器分别连接辐射测量单元、感应电流测量单元，振动传感器，温湿度测量传感器和无线通讯模块，能够远程监控测量配电网中环网柜的环境参数，有效判断配电网络异常，能够远程报警并操控。

Description

一种环网柜运行环境远程监测系统
技术领域
本发明涉及电力环境监测领域，具体涉及一种环网柜运行环境远程监测系统。
背景技术
科技的进步和经济的飞速发展，社会对于电力需求量急速增加，然而随着配电网电缆化进程的不断发展，配电网线路结构越来越复杂，分支线路繁多，对于配电网供电性能的稳定可靠的要求越来越高，同时用户对于用电质量和服务的要求也在不断提高。
目前，配电网多暴漏在一些恶劣的环境中，经常会受到雷击、强风、雨雪、高温等自然因素的影响，而这些因素会对配电网性能产生影响。因此，对于配电网所处环境的监测变得尤为重要,尤其是电力配电网用的环网柜，其经常在恶劣的环境中，目前，对于配电网络设备(环网柜)环境监测的主要方式多采用温度、湿度、光照的参数测量，来判断环境是否发生异常，从而判断出是否对配电网络产生影响，但是这种方式单一、对于线路质量无法进行有效的评测。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多样式，并且能够远程监控测量配电网中环网柜的环境参数，有效判断配电网络异常，能够远程报警并操控的环网柜运行环境远程监测系统。
本发明提供了一种环网柜运行环境远程监测系统，包括辐射发射器，辐射接收器、微处理器，感应电流测量单元，振动传感器，温湿度测量传感器、无线通讯模块、远程监控中心和无线终端，其中辐射发射器包括控制处理器、功分器、并行连接的5个干扰源及其开关，每个干扰源对应连接一发射天线，其中辐射发射器，辐射接收器、微处理器，感应电流测量单元，振动传感器，温湿度测量传感器、无线通讯模块都设置于环网柜内部；
控制处理器、功分器、并行连接的5个干扰源及其开关和发射天线依次连接，辐射接收器包括依次连接的接收天线、转换单元、放大滤波单元和辐射测量单元，微处理器分别连接辐射测量单元、感应电流测量单元，振动传感器，温湿度测量传感器和无线通讯模块；
无线通讯模块、远程监控中心和无线终端分别双向通讯连接；
控制处理器用于控制功分器将不同的功率分配至并行连接的5个干扰源，并且分别控制5个干扰源的开关在周期T内以固定的时间间隔依次打开或以组合的形式打开，通过发射天线发射干扰辐射信号；
接收天线接收来自干扰源发射的干扰辐射信号以及叠加的配电网辐射信号，经转换单元、放大滤波单元和辐射测量单元处理后将辐射信号发送至微处理器；
微处理器用于控制振动传感器和温湿度测量传感器在周期T内，在不同于5个干扰源的开关打开的时间同时进行振动值和温湿度值的测量，并且控制感应电流测量单元在周期T内，在不同于5个干扰源的开关打开的时间和相同于5个干扰源的开关对应打开的时间分别进行感应电流值的测量；
微处理器还用于将处理后辐射信号，周期T内不同于5个干扰源的开关的开打开会时间测量的振动值、温湿度值和感应电流值，以及周期T内相同于5个干扰源的开关对应打开的时间测量的感应电流值与对应的阈值范围进行比较；
无线通讯模块用于将比较结果发送至远程监控中心和/或无线终端，还用于接收来自远程监控中心或无线终端的控制命令。
优选地，所述周期T为固定的周期或变化的周期。
优选地，所述组合的形式打开是通过将5个干扰源的开关中的两个或三个同时打开。
优选地，所述对应的阈值范围是设定的阈值范围。
优选地，所述对应的阈值范围是通过配电网正常工作时实际测试得到的。
优选地，5个干扰源发射的辐射干扰信号的频率相同。
优选地，5个干扰源发射的辐射干扰信号的频率不同。
优选地，所述无线终端为手机、平板电脑、PDA或笔记本电脑中的一种或几种。
本发明还提供一种环网柜运行环境远程监测方法，依次包括如下步骤：
(1)控制处理器控制功分器将预设的相同功率分配至并行连接的5个干扰源，并控制5个干扰源的开关以间隔5s的时间依次打开，通过发射天线发射干扰辐射信号；同时在和5个干扰源的开关依次打开时间相同的时间，通过微处理器控制感应电流测量单元依次测量对应时刻的感应电流值；
(2)接收天线接收来自干扰源发射的干扰辐射信号以及叠加的配电网辐射信号，经转换单元、放大滤波单元和辐射测量单元处理后将辐射信号发送至微处理器，微处理器将依次接收到的辐射信号和预设标准辐射信号进行比较，如果误差小于0.01，则进入下一步骤；
(3)微处理器依次对开关打开时间对应时刻的感应电流值和开关未打开时间对应的感应电流值求差值，如果差值之间的误差小于0.01，则校准成功，进入下一步骤；
(4)通过控制处理器控制功分器将不同的功率分配至并行连接的5个干扰源，并且分别控制5个干扰源的开关在周期T内以间隔30s依次打开或以组合的形式打开，通过发射天线发射干扰辐射信号；
(5)接收天线接收来自干扰源发射的干扰辐射信号以及叠加的配电网辐射信号，经转换单元、放大滤波单元和辐射测量单元处理后将辐射信号发送至微处理器；
(6)微处理器控制振动传感器和温湿度测量传感器在周期T内，在不同于5个干扰源的开关打开的时间同时进行振动值和温湿度值的测量，并且控制感应电流测量单元在周期T内，在不同于5个干扰源的开关打开的时间和相同于5个干扰源的开关对应打开的时间分别进行感应电流值的测量；
(7)将周期T内测量的辐射信号F、振动值Z，温湿度值TH，感应电流值G和对应的周期T组成五维数组集[F Z TH G；T],并且实时发送至远程监控中心，进行存储；
(8)远程监控中心分别绘制辐射信号F、振动值Z，温湿度值TH，感应电流值G随时间变化的曲线图并进行显示，实现远程监控；
(9)远程监控中心将辐射信号F、振动值Z，温湿度值TH，感应电流值G与数据库中存储的历史数据进行比较；如果比较结果超过阈值范围，则发送报警信号至无线终端；
(10)在每个周期T结束时，通过微处理器将处理后辐射信号，周期T内不同于5个干扰源的开关打开的时间测量的振动值、温湿度值和感应电流值，以及周期T内相同于5个干扰源的开关对应打开的时间测量的感应电流值与对应的阈值范围进行比较,确认配电网中环网柜是否正常，如果比较结果超过阈值范围，则发送报警信号至无线终端和远程监控中心；
(11)无线终端接收来自远程监控中心的报警信号，对相应的电力配电设备进行检修。
优选地，其中步骤(4)中通过控制处理器控制功分器将不同的功率分配至并行连接的5个干扰源具体是通过按照不同的功率比率的方式，满足P1:P2:P3:P4:P5＝1:0.8:0.5:0.3:0.1，其中P1，P2，P3，P4，P5分别表示5个对应干扰源的功率值。
本发明的环网柜运行环境远程监测系统，可以实现：
1)提供了一种环网柜运行环境远程监测判断方式，区别于传统的环境参数测量方式，使得判断的准确率更高，配电网监测质量更好。
2)能够实现电力配电网线路故障环境的快速发现，及时有效的进行处理；
3)利用感应电流测量单元在收到干扰信号和没有收到干扰信号时的不同时期的测量值，来对配电网自身的性能以及配电网工作环境同时进行监测，在没有增加设备成本的基础上，多测量了一组数据，使得系统性能更加优越。
4)功率分配的方式，使得产生了不同的强度的干扰辐射信号，灵活度更高；
5)数组集的打包数据发送方式，出错率低；
6)在开关通断的方式，使得干扰源在不工作时可以进行关闭，节约了能源；
7)利用无线通讯技术，实现了远程监控，使得监控效率提高，并且利用无线设备及时通知工作人员，快速有效的对故障设备进行维修。
附图说明
图1为环网柜运行环境远程监测系统结构示意图
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施，有必要在此指出的是，以下实施只是用于本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。
本发明提供了一种环网柜运行环境远程监测系统，如图1所示，系统包括辐射发射器，辐射接收器、微处理器，感应电流测量单元，振动传感器，温湿度测量传感器，无线通讯模块、远程监控中心和无线终端，其中辐射发射器包括控制处理器、功分器、并行连接的5个干扰源1及其开关，每个干扰源1对应连接一发射天线2，辐射发射器，辐射接收器、微处理器，感应电流测量单元，振动传感器，温湿度测量传感器、无线通讯模块都设置于环网柜内部，其中控制处理器、功分器、并行连接的5个干扰源及其开关和发射天线依次连接，辐射接收器包括依次连接的接收天线、转换单元、放大滤波单元和辐射测量单元，微处理器分别连接辐射测量单元、感应电流测量单元，振动传感器，温湿度测量传感器和无线通讯模块。
无线通讯模块、远程监控中心和无线终端分别双向通讯连接。
控制处理器控制不同的干扰源发射干扰辐射信号，如果配电网线路正常，那么辐射接收器接收到的干扰辐射信号是固定的，如果有问题，则配电网线路自身产生的辐射和干扰源产生的辐射叠加会发生变化，那么通过测量辐射接收器处的干扰辐射信号强度的变化就可以预测配电网线路是否有异常。然而，仅仅测量用一个干扰源产生干扰辐射信号与配电网线路自身产生的辐射进行叠加，对于实际的测量意义不大，因为可以直接测量配电网线路自身产生的辐射。此外，外界因素对辐射的影响不同，因此设置不同强度的干扰辐射信号与配电网线路自身产生的辐射进行叠加，通过对不同时间收到的不同叠加后的辐射值进行测量，就可以判断配电网线路是否正常。另外，由于干扰源产生辐射信号的同时，会对其他的传感单元也产生影响，因此在实际的测量时，可以通过时间错位的方式，将振动传感器和温湿度测量传感器测量时间和辐射测量时间错开，从而可以使得振动传感器和温湿度测量传感器的测量数值更佳精确。感应电流测量单元是电力设备监测时常用的测量单元，然而结合本发明中的辐射测量，可以利用感应电流测量单元在收到干扰信号和没有收到干扰信号时的不同时期的测量值，来对配电网自身的性能以及配电网工作环境同时进行监测，在没有增加设备成本的基础上，多测量了一组数据，使得系统性能更加优越。
在实际的监测过程中，控制处理器用于控制功分器将不同的功率分配至并行连接的5个干扰源，并且分别控制5个干扰源的开关在周期T内以固定的时间间隔依次打开或以组合的形式打开，通过天线发射干扰辐射信号，干扰辐射信号的频率可以根据实际的需要进行选择，例如可以相同或不同，其中组合的形式打开是通过将5个干扰源的开关中的两个或三个同时打开；接收天线接收来自干扰源发射的干扰辐射信号以及叠加的配电网辐射信号，经转换单元、放大滤波单元和辐射测量单元处理后辐射信号发送至微处理器；微处理器用于控制振动传感器和温湿度测量传感器在周期T内，在不同于5个干扰源的开关打开的时间同时进行振动值和温湿度值的测量，其中周期T为固定的周期或变化的周期，并且微处理器还控制感应电流测量单元在周期T内，在不同于5个干扰源的开关打开的时间和相同于5个干扰源的开关对应打开的时间分别进行感应电流值的测量；微处理器还用于将处理后辐射信号，周期T内不同于5个干扰源的开关的开打开会时间测量的振动值、温湿度值和感应电流值，以及周期T内相同于5个干扰源的开关对应打开的时间测量的感应电流值与对应的阈值范围进行比较，其中阈值范围可以通过经验或理论计算得到的阈值范围，也可以是在对配电网正常工作时实际测试中，通过大量的测量数据得到的阈值范围，无线通讯模块用于将比较结果发送至远程监控中心和/或无线终端，还用于接收来自远程监控中心或无线终端的控制命令。并且为了安全起见，还可以将阈值范围定为实际测试值中最大值和最小值的85％为上下限的范围，此阈值则发出提示，超过100％上下限的范围时则报警。
本发明还提供了一种环网柜运行环境远程监测方法，依次包括如下步骤：
(1)控制处理器控制功分器将预设的相同功率分配至并行连接的5个干扰源，并控制5个干扰源的开关以间隔5s的时间依次打开，通过发射天线发射干扰辐射信号；同时在和5个干扰源的开关依次打开时间相同的时间，通过微处理器控制感应电流测量单元依次测量对应时刻的感应电流值；
(2)接收天线接收来自干扰源发射的干扰辐射信号以及叠加的配电网辐射信号，经转换单元、放大滤波单元和辐射测量单元处理后将辐射信号发送至微处理器，微处理器将依次接收到的辐射信号和预设标准辐射信号进行比较，如果误差小于0.01，则进入下一步骤；
(3)微处理器依次对开关打开时间对应时刻的感应电流值和开关未打开时间对应的感应电流值求差值，如果差值之间的误差小于0.01，则校准成功，进入下一步骤；
(4)通过控制处理器控制功分器将不同的功率分配至并行连接的5个干扰源，并且分别控制5个干扰源的开关在周期T内以间隔30s依次打开或以组合的形式打开，通过发射天线发射干扰辐射信号；
(5)接收天线接收来自干扰源发射的干扰辐射信号以及叠加的配电网辐射信号，经转换单元、放大滤波单元和辐射测量单元处理后将辐射信号发送至微处理器；
(6)微处理器控制振动传感器和温湿度测量传感器在周期T内，在不同于5个干扰源的开关打开的时间同时进行振动值和温湿度值的测量，并且控制感应电流测量单元在周期T内，在不同于5个干扰源的开关打开的时间和相同于5个干扰源的开关对应打开的时间分别进行感应电流值的测量；
(7)将周期T内测量的辐射信号F、振动值Z，温湿度值TH，感应电流值G和对应的周期T组成五维数组集[F Z TH G；T],并且实时发送至远程监控中心，进行存储；
(8)远程监控中心分别绘制辐射信号F、振动值Z，温湿度值TH，感应电流值G随时间变化的曲线图并进行显示，实现远程监控；
(9)远程监控中心将辐射信号F、振动值Z，温湿度值TH，感应电流值G与数据库中存储的历史数据进行比较；如果比较结果超过阈值范围，则发送报警信号至无线终端；
(10)在每个周期T结束时，通过微处理器将处理后辐射信号，周期T内不同于5个干扰源的开关打开的时间测量的振动值、温湿度值和感应电流值，以及周期T内相同于5个干扰源的开关对应打开的时间测量的感应电流值与对应的阈值范围进行比较,确认配电网中环网柜环境是否正常，如果比较结果超过阈值范围，则发送报警信号至无线终端和远程监控中心；
(11)无线终端接收来自远程监控中心的报警信号，对相应的电力配电设备进行检修。
其中步骤(4)中通过控制处理器控制功分器将不同的功率分配至并行连接的5个干扰源具体是通过按照不同的功率比率的方式，满足P1:P2:P3:P4:P5＝1:0.8:0.5:0.3:0.1，其中P1，P2，P3，P4，P5分别表示5个对应干扰源的功率值。
需要说明的是，本发明的各个器件、步骤、参数都是在合理预期的情况下作出的，任何极端或者不符合本发明技术方案的情况，都应该在合理的预期内去除。
尽管为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。

Claims (10)

1.一种环网柜运行环境远程监测系统，包括辐射发射器，辐射接收器、微处理器，感应电流测量单元，振动传感器，温湿度测量传感器、无线通讯模块、远程监控中心和无线终端，其中辐射发射器包括控制处理器、功分器、并行连接的5个干扰源及其开关，每个干扰源对应连接一发射天线，其中辐射发射器，辐射接收器、微处理器，感应电流测量单元，振动传感器，温湿度测量传感器、无线通讯模块都设置于环网柜内部，其特征在于：
控制处理器、功分器、并行连接的5个干扰源及其开关和发射天线依次连接，辐射接收器包括依次连接的接收天线、转换单元、放大滤波单元和辐射测量单元，微处理器分别连接辐射测量单元、感应电流测量单元，振动传感器，温湿度测量传感器和无线通讯模块；
无线通讯模块、远程监控中心和无线终端分别双向通讯连接；
控制处理器用于控制功分器将不同的功率分配至并行连接的5个干扰源，并且分别控制5个干扰源的开关在周期T内以固定的时间间隔依次打开或以组合的形式打开，通过发射天线发射干扰辐射信号；
接收天线接收来自干扰源发射的干扰辐射信号以及叠加的配电网辐射信号，经转换单元、放大滤波单元和辐射测量单元处理后将辐射信号发送至微处理器；
微处理器用于控制振动传感器和温湿度测量传感器在周期T内，在不同于5个干扰源的开关打开的时间同时进行振动值和温湿度值的测量，并且控制感应电流测量单元在周期T内，在不同于5个干扰源的开关打开的时间和相同于5个干扰源的开关对应打开的时间分别进行感应电流值的测量；
微处理器还用于将处理后辐射信号，周期T内不同于5个干扰源的开关对应打开时间测量的振动值、温湿度值和感应电流值，以及周期T内相同于5个干扰源的开关对应打开的时间测量的感应电流值与对应的阈值范围进行比较；
无线通讯模块用于将比较结果发送至远程监控中心和/或无线终端，还用于接收来自远程监控中心或无线终端的控制命令。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述周期T为固定的周期或变化的周期。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述组合的形式打开是通过将5个干扰源的开关中的两个或三个同时打开。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述对应的阈值范围是设定的阈值范围。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述对应的阈值范围是通过配电网正常工作时实际测试得到的。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于：5个干扰源发射的辐射干扰信号的频率相同。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于：5个干扰源发射的辐射干扰信号的频率不同。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述无线终端为手机、平板电脑、PDA或笔记本电脑中的一种或几种。
9.一种利用如上述权利要求1-8所述的系统的环网柜运行环境远程监测方法，其特征在于，依次包括如下步骤：
(1)控制处理器控制功分器将预设的相同功率分配至并行连接的5个干扰源，并控制5个干扰源的开关以间隔5s的时间依次打开，通过发射天线发射干扰辐射信号；同时在和5个干扰源的开关依次打开时间相同的时间，通过微处理器控制感应电流测量单元依次测量对应时刻的感应电流值；
(2)接收天线接收来自干扰源发射的干扰辐射信号以及叠加的配电网辐射信号，经转换单元、放大滤波单元和辐射测量单元处理后将辐射信号发送至微处理器，微处理器将依次接收到的辐射信号和预设标准辐射信号进行比较，如果误差小于0.01，则进入下一步骤；
(3)微处理器依次对开关打开时间对应时刻的感应电流值和开关未打开时间对应的感应电流值求差值，如果差值之间的误差小于0.01，则校准成功，进入下一步骤；
(4)通过控制处理器控制功分器将不同的功率分配至并行连接的5个干扰源，并且分别控制5个干扰源的开关在周期T内以间隔30s依次打开或以组合的形式打开，通过发射天线发射干扰辐射信号；
(5)接收天线接收来自干扰源发射的干扰辐射信号以及叠加的配电网辐射信号，经转换单元、放大滤波单元和辐射测量单元处理后将辐射信号发送至微处理器；
(6)微处理器控制振动传感器和温湿度测量传感器在周期T内，在不同于5个干扰源的开关打开的时间同时进行振动值和温湿度值的测量，并且控制感应电流测量单元在周期T内，在不同于5个干扰源的开关打开的时间和相同于5个干扰源的开关对应打开的时间分别进行感应电流值的测量；
(7)将周期T内测量的辐射信号F、振动值Z，温湿度值TH，感应电流值G和对应的周期T组成五维数组集[F Z TH G；T],并且实时发送至远程监控中心，进行存储；
(8)远程监控中心分别绘制辐射信号F、振动值Z，温湿度值TH，感应电流值G随时间变化的曲线图并进行显示，实现远程监控；
(9)远程监控中心将辐射信号F、振动值Z，温湿度值TH，感应电流值G与数据库中存储的历史数据进行比较；如果比较结果超过阈值范围，则发送报警信号至无线终端；
(10)在每个周期T结束时，通过微处理器将处理后辐射信号，周期T内不同于5个干扰源的开关打开的时间测量的振动值、温湿度值和感应电流值，以及周期T内相同于5个干扰源的开关对应打开的时间测量的感应电流值与对应的阈值范围进行比较,确认配电网中环网柜环境是否正常，如果比较结果超过阈值范围，则发送报警信号至无线终端和远程监控中心；
(11)无线终端接收来自远程监控中心的报警信号，工作人员对相应的电力配电设备进行检修。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：其中步骤(4)中通过控制处理器控制功分器将不同的功率分配至并行连接的5个干扰源具体是通过按照不同的功率比率的方式，满足P1:P2:P3:P4:P5＝1:0.8:0.5:0.3:0.1，其中P1，P2，P3，P4，P5分别表示5个对应干扰源的功率值。
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