CN102946149A - 一种分布式配网自动化监控终端 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分布式配网自动化终端，该终端是面向开关柜对象，由配电智能监控单元、主控单元、CAN总线通讯网络三部分组成。配电智能监控单元体积小，可直接安装在各开关柜上，实现对本开关柜所有“三遥”和故障判别功能。主控单元负责整个所有智能监控单元信息的采集、存储、管理，与远方主站的信息交互，实现与主站控制中心的远程通讯，数据处理、转发，为配电智能监控单元、外部通讯模块、开关操作机构提供工作电源和后备电源并对电源进行管理实现交直流自动切换、电池智能充电、激活等功能。主控单元与配电智能监控单元之间采用CAN总线连接，保证通信可靠性和速度。

Description

一种分布式配网自动化监控终端
技术领域
本发明配网自动化终端涉及的是电力系统的10kV配网自动化系统中的一种分布式配网自动化监控终端，适用于配网馈线电缆网环网柜，实现配网运行的数据监测、开关控制和运行管理。
背景技术
目前针对电缆网环网柜配网自动化终端常采用集中式设计，插板式结构，单台终端实现多回路采集监控，该方案受机箱结构限制，单台最多实现8~12回路三遥采集监控，终端扩展受最大容量限制，外形尺寸大占地多，施工、接线复杂、停电时间长，单个插件故障影响整个环网柜其他回路采集监控。
随着用电量的快速增长，旧的开关房和环网柜通过扩容增加回路，在一些用电密集地方一个站房回路数已达14，而且电房或环网柜空间有限，集中式配网自动化终端已不能满足现场实际应用需求。
传统“一遥”、“二遥”配网自动化终端通常采用GPRS无线通讯技术，解决方案通常为“监控终端+GPRS通讯模块”而外置GPRS模块通常采用3线串口，不能监测Monden是否在线，也缺乏处理“假在线”，“假连接”异常状态的措施。
国内配网自动化终端装置面板通常不具备清晰的就地操作开关和选择开关，如果需要本地操作，则需要在终端机柜面板上增加复杂的控制回路和接线，成本高、接线复杂、另外需要较大的安装空间。
发明内容
为解决配电网自动化终端实际应用中遇到的上述问题，本发明提供一种分布式配网自动化终端，该终端包括环网柜、主控单元， 配电智能监控单元、CAN总线通讯网络；
所述配电网智能监控单元安装在环网柜上，配电网智能监控单元通过CAN总线通讯网络与主控单元连接。
所述主控单元包括数据处理和通讯管理模块、电源管理模块、独立遥信操作模块、背板，所述数据处理和通讯管理模块、电源管理模块、独立遥信操作面板模块分别与背板连接，电源管理模块、独立遥信操作模块分别与数据处理和通讯管理模块连接。
主控单元负责所有配电网智能监控单元的信息的采集、存储、管理，与远方主站的信息交互，实现与主站控制中心的远程通讯，数据处理、转发，为配电网智能监控单元、外部通讯模块、开关操作机构提供工作电源和后备电源并对电源进行管理实现交直流自动切换、电池智能充电、激活等功能。
所述配电网智能监控单元包括监控CPU、交流采样电路、信号放大电路、遥信电路、遥控电路、CAN总线接口、数码管、信号指示灯；所述交流采样电路、信号放大电路、遥信电路、遥控电路、CAN总线接口、数码管、信号指示灯分别与监控CPU连接。
所述配电网智能监控单元安装在环网柜上，实现对环网柜所有“三遥”和故障判别功能；配电网智能监控单元通过CAN总线通讯网络与主控单元连接，保证通信的可靠性和速度。
所述配电网智能监控单元至少为1个，配电网智能监控单元最多为64个。当扩展配电网智能监控单元时，主控单元无需进行任何升级，且由于配电网智能监控单元体积小可以直接安装在环网柜上，极大节省了材料成本和安装空间。
配电网智能监控单元分布安装在环网柜上，可就地完成环网柜到配电网智能监控单元的二次接线，无需在各环网柜上敷设专用二次电缆到终端，二次接线简单，停电施工可多人同步进行，只需4根线（2根电源线，2根CAN通讯总线）即可实现配电网智能监控单元监控各环网柜。
所述数据处理和通讯管理模块采用32位ARM中央处理器，采用6U插板式结构；
所述32位ARM中央处理器包括2路CAN总线、2路RS232通讯接口、3路RS485通讯接口、1个USB接口、1个调试串口、4个10/100M以太网接口、一个GPRS模块；
GPRS模块与32位ARM中央处理器采用全串口通讯方式，支持在线状态检测、流控制，GPRS模块的电源由32位ARM中央处理器管理，32位ARM中央处理器通过拨号指令，复位指令、电源控制，避免GPRS模块“假在线”、“假连接”异常状态。
所述电源管理模块采用CPU控制，6U插板式结构。
所述独立遥信操作面板模块采用独立CPU系统的集成电缆涉及遥控逻辑操作，面板嵌入“选择”、“预控”、“分闸”、“合闸”按键，“远方/就地”转化开关，开关合、分位指示灯，开关选择回路指示灯、数码管，通过CPU系统进行操作逻辑处理和信号指示，通过内部CAN总线通讯网络将操作命令下发到配电网智能监控单元实现对开关的就地分、合闸操作，操作回路不需二次接线，极大的节省了材料成本和安装空间。所述交流采样电路中的电压电流信号由外部的电压互感器和电流互感器提供。
所述配电网智能监控单元的宽*高*深为：15*55*96。
配电网智能监控单元采用16位DSP处理器，所述16位DSP处理器内部集成12位ADC、2路CAN总线、8路输入捕捉。
有益效果：分布式扩展配电智能监控单元的容量，节约空间，接线简单，故障率低；内置式GPRS模块使得监控可信度更高。
附图说明
图1为本发明分布式配网自动化终端框图；
图2为本发明配网自动化终端主控单元框图；
图3为本发明配电智能监控单元框图；
图4为本发明配电智能监控单元电源原理图。
具体实施方式
图1为本发明分布式配网自动化终端框图：主控单元机采用壁挂式机箱设计，主控单元包含在壁挂式机箱内，配电智能监控单元通过CAN通信总线与主控单元连接，电源通过电源线向主控单元与配电智能监控单元同时供电。
其中主控单元采用6U前插板式设计，后端子出线，包括一块数据处理和通讯管理模块插板、一块独立遥信操作模块插板、一块电源管理模块插板、一块背板，各插板通过欧式插件与背板连接，其框图如图2所示：
电源管理模块为6U插板式结构，交流220V输入，采用大功率器件，输出电压24V，输出功率500W，采用智能充电算法对电池进行充、放电管理和激活维护，具备输出短路、过载、输入过压、电池欠压保护，可测量电池电压防止电池过充、过放，电源管理模块通过RS485总线与数据处理和通讯管理模块的中央处理器通讯，可上传电池电压，事故告警信息，也可接受上级命令进行电池激活维护，满足铅酸蓄电池和锂电池应用。
数据处理和通讯管理模块采用6U插板式结构，以32位处理器S3C2440AL作为中央处理器，采用嵌入式Linux软件设计，硬件设计2路CAN总线、2路RS232通讯接口、3路RS485通讯接口、1个USB接口、1个调试串口、4个10/100M以太网接口、内嵌一个GPRS模块，数据处理和通讯管理模块插板上引出GPRS天线、通讯状态指示灯、电源指示灯、运行指示灯、复位按钮，其中支持USB接口进行数据备份、软件升级，支持以太网远程升级维护。所有通信接口均采用光电隔离，提高硬件的抗干扰能力。内嵌的GPRS模块采用全串口通讯方式，支持在线状态检测、流控制，GPRS模块的电源由中央处理器管理，中央处理器通过拨号指令、复位命令、电源控制，避免GPRS模块 “假在线”、“假连接”异常状态。GPRS模块电源芯片为SP29302。
独立遥信操作模块采用单片机控制，外接12回路遥控选择按钮、预控按钮、合闸按钮、分闸按钮，远方/就地选择开关，遥控选择指示灯，开关合位、分位指示灯，遥控选择指示灯、遥控选择指示数码管，采用程序控制实现复杂的操作逻辑。独立遥信操作模块单片机扫描各按键后经过逻辑判断和处理后将操作命令通过内部CAN总线发送给数据处理和通讯管理模块的中央处理器进行统一处理。独立遥信操作模块采用PCB布线方式、焊接工艺极大的简化了本地遥控操作复杂的二次接线和加工工艺。
配电智能监控单元采用高性能16位DSP处理器作为中央处理器CPU2，在本实施例中采用的16位DSP处理器具体型号为dsPIC33FJ64GP706。该DSP处理器内置2路增强型CAN总线、18路12位ADC，2路SPI、2路UART、2路I2C、ADC转换接口、看门狗，能够满足外形115*55*96（宽*高*深）条件下实现“三遥”功能和故障判断。
智能单元设计充分利用片内资源，实现遥测、遥信、遥控和通讯功能，主要由电源部分电路、遥信电路、遥控电路、遥测电路、通讯电路、输出显示电路等部分电路组成，具体框图如图3所示。
电源部分电路采用DC24V电源输入，经过安全防护滤波电路后接入两个DC/DC模块，一个DC/DC模块输出5V用于通讯隔离电源和输出继电器控制电源，一个DC/DC模块输出5V后经LDO稳压输出3.3V给CPU部分电路供电。具体实现电路如图4所示。
图4中R2为压敏电阻，作为输入过压、浪涌保护；L2、L3为磁珠，用于抗干扰；D6为二极管，用于防电源输入极性接反；F1为自恢复保险丝；DC1、DC2为隔离DC/DC将CPU部分和通讯和继电器等隔离。
遥信电路采用硬件滤波经光电隔离后接入CPU2；遥控电路将CPU2的I/O脚经逻辑器件后通过光电隔离驱动继电器。设置一总控继电器防止干扰误动；通讯电路选用片内CAN口经光电隔离驱动CAN收发器MCP2551实现通信；显示电路采用SPI总线接口扩展I/O芯片MCP23S17驱动数码管和LED显示。
遥测电路中电压、电流信号均来自外部电压互感器和电流互感器，通过单元内部电压电流互感器将输入的2路电压、3路电流转换为0~2.5V的交流信号，直接接入CPU2的5个ADC口，另外将3路电流信号经放大电路放大5倍后接入CPU2的另外3个ADC口，通过对电流的分级处理提高电流在小信号时的精度。

Claims (9)

1.一种分布式配网自动化终端，适用于环网柜配网自动化应用，包括主控单元，配电智能监控单元、CAN总线通讯网络三部分； 
其特征在于配电智能监控单元分布安装于各环网柜单元，通过CAN总线与主控单元连接，构成一主多副的分布式配网自动化终端。
2.根据权利要求1所述的分布式配网自动化终端，其特征在于所述主控单元包括数据处理和通讯管理模块、电源管理模块、独立遥信操作模块、背板，所述数据处理和通讯管理模块、电源管理模块、独立遥信操作面板模块分别与背板连接，电源管理模块、独立遥信操作模块分别与数据处理和通讯管理模块连接。
3.根据权利要求1所述的分布式配网自动化终端，其特征在于所述配电网智能监控单元包括监控CPU、交流采样电路、信号放大电路、遥信电路、遥控电路、CAN总线接口、数码管、信号指示灯；所述交流采样电路、信号放大电路、遥信电路、遥控电路、CAN总线接口、数码管、信号指示灯分别与监控CPU连接。
4.根据权利要求1所述的分布式配网自动化终端，其特征在于所述配电网智能监控单元为1-64个。
5.根据权利要求1所述的分布式配网自动化终端，其特征在于所述数据处理和通讯管理模块采用32位ARM中央处理器，采用6U插板式结构；
所述32位ARM中央处理器包括2路CAN总线、2路RS232通讯接口、3路RS485通讯接口、1个USB接口、1个调试串口、4个10/100M以太网接口、一个GPRS模块；
GPRS模块与32位ARM中央处理器采用全串口通讯方式。
6.根据权利要求1所述的分布式配网自动化终端，其特征在于所述电源管理模块采用CPU控制，6U插板式结构。
7.根据权利要求1所述的分布式配网自动化终端，其特征在于所述独立遥信操作模块采用独立CPU系统，通过CPU系统进行操作逻辑处理和信号指示，通过内部CAN总线通讯网络将操作命令下发到配电网智能监控单元。
8.根据权利要求1所述的分布式配网自动化终端，其特征在于所述交流采样电路中的电压电流信号由外部的电压互感器和电流互感器提供。
9.根据权利要求1所述的分布式配网自动化终端，其特征在于所述配电网智能监控单元的宽*高*深为：15*55*96。
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