CN103698590A - 10kV配电网电压实时监测仪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种10kV配电网电压实时监测仪装置，包括与中央处理单元MCU分别连接的电压检测单元、取电单元和通讯单元；电压检测单元包括与三相电压信号相连的多选模拟开关，多选模拟开关连接AD/CD转换单元；取电单元包括与高压供电线路连接的取能单元，取能单元通过过充/过放电保护电路与稳压输出单元相连，稳压输出单元分别连接电源模块和蓄电池供电模块；电源模块和蓄电池供电模块分别连接升压模块；中央处理单元MCU通过取电单元连接高压供电线路提供电源，将经电压检测单元采集的三相电压信号通过通讯单元传输至管理系统进行实时监测和告警。该装置有效地解决了10kV电压设备监测的问题，其能够长期实时监测线路电压情况，投资小，安装维护方便。

Description

10kV配电网电压实时监测仪装置

技术领域

本发明涉及配电网电压实时监测仪，特别涉及到10kV配电网电压实时监测仪装置。 

背景技术

随着农村经济的发展，农民生活水品不断提高，农民的用电性质也发生了根本性的变化，用电需求进入更高层次，广大农村电力供需矛盾加剧，农村低电压现象不断涌现，而电网发展的长效机制尚未建立，对整个配电网的低电压现象缺乏一个系统的监测，尤其是对10kV“低电压”的一个监测，因而不能提供一个系统综合的整治解决措施。随着国家电网公司提出“大力发展农村电力，农网改造优化升级”，确保“新农村，新电力，新服务”能顺利开展，低电压现象长期影响着农村生产生活，急需从管理方面和技术方面解决，为此基于智能传感检测技术，电力电子技术，无线通讯技术和计算机技术的“低电压”智能检测设备应运而生，实时检测线路电压状况，为低电压治理提供在时域和地域上的差异性分析决策。 

电压与频率、波形是电能质量的三项主要指标。电网电压的在线监测对于分析电压质量和电网故障的产生原因具有重要的意义；同时10kV配电网电压实时监测仪装置在线监测系统能够对某指标或多个指标的在线监测数据分析，及早发现电网存在的潜在隐患，对已发生的电力事故进行有效的分析，给电力工作者提供可靠参考，从而采取措施，予以防范。所以10kV配电网电压实时监测仪装置具有非常重要的意义和作用。 

目前国内采用的电压智能监测设备很多，但大体上可以分为三类：第一类配变检测配电变压器监测终端TTU；第二类智能电表；第三类移动式电压检测仪。第一类配变检测TTU，大部分TTU采用高供低计方式，高供 低计无法监测10kV电压情况，采用高供高计方式计量需要加装组合式互感器，投资大，安装维护难；第二类是智能电表，也需要加装组合式互感器，费用高，安装维护困难，并且很多供电单位没有监测主站，无法进行低电压治理综合分析；第三类是移动式电压检测仪，受时间和地域影响，不能长期实时监测线路电压情况。 

上述三类检测方式均无法实时取电进行实时监测。目前10KV线路终端产品常规取电方式有三种：1、PT取能；2、太阳能取能；3、CT取能。采用PT取能是目前的主流方式，但是PT成本较高，并且PT为铁磁器件，经常会发生谐振事故，给一次线路带来故障。太阳能取能在线路上的应用也日益增多，但是受天气影响，特别是在长时间的阴雨天气，会导致装置无法得到足够的能量，引起装置无法正常工作。CT取能受制于线路负荷大小的影响，特别是在农网线路，平时负荷较小，采用CT却能无法满足装置正常工作的要求。 

目前全国各地都在大力开展低电压治理行动，电压监测设备大部分停留在0.4kV等级，针对10kV电压监测设备的研究目前还未见相关报道，该项目的研制成功有着非常好的应用前景。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种10kV配电网电压实时监测仪装置，有效解决10kV电压设备监测的问题，其能够长期实时监测线路电压情况，投资小，安装维护方便。 

为达到上述目的，本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。 

一种10kV配电网电压实时监测仪装置，包括中央处理单元MCU，所述中央处理单元MCU分别连接有电压检测单元、取电单元和通讯单元； 

所述电压检测单元包括与三相电压信号相连的多选模拟开关，多选模拟开关连接有AD/CD转换单元； 

所述取电单元包括与高压供电线路连接的取能单元，取能单元通过过充/过放电保护电路与稳压输出单元相连，稳压输出单元分别连接电源模块和蓄电池供电模块；所述电源模块和蓄电池供电模块分别连接升压模块； 

所述中央处理单元MCU通过取电单元连接高压供电线路提供电源，将经电压检测单元采集的三相电压信号通过通讯单元无线传输至软件管理系统进行实时监测和告警。 

进一步地，所述取能单元包括与高压供电线路VCC相连的取电电容，取电电容连接至取能变压器的初级端，取能变压器的次级端并联连接整流滤波电路，整流滤波电路连接AC/DCD电流模块至过充/过放电保护电路。 

进一步地，所述取能变压器的初级端并联连接有保护元件，取能变压器的初级端另一端接地，接地端接有电流互感器。 

进一步地，所述保护元件为防雷二极管和压敏电阻。 

进一步地，所述取能电容采用能够耐压42kV/min的聚丙烯金属化膜3300pF电容器。 

本发明的有益效果在于： 

通过在10kV线路上分布安装“10kV配电网电压实时监测仪装置”，实时检测线路电压质量，依据综合监测分析情况，找出低电压发生的地段，时域、季节性变化规律，再通过电压调整，负荷转移，加装无功补偿装置等措施合理调整改善电压质量。 

“10kV配电网电压实时监测装置”通过移动公网GSM及GPRS在线实时采集线路三相电压，将检测数据上传至软件管理系统，具有停电及来电告警、测试电压合格率功能，在线掌握线路运行状态。 

后台系统可以实时了解线路的电压数据，为降低线损，提高供电可靠性、提高电能质量提供科学依据，有助于提高电力企业经济效益和供电服务水平。该系统的实施，必将取得良好的经济和社会效益，是实施“新农村、新 电力、新服务”三新农电发展战略的有力手段和科技保障。 

该“10kV配电网电压实时监测装置”取电无需安装PT，采用高压电容提供系统电源和用于电压测量。取能单元能够直接从线路取能，不受线路负荷、天气等因素影响，投资小，使用效果好，现场安装简单、可靠，特别适用于配网线路监控设备的取能。 

附图说明

图1为本发明装置电路原理结构框图。 

图2是取能电源单元电路图。 

图3是电压实时监测仪装置结构示意图。 

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图分析对本发明进行详细说明。 

如图1所示，本发明10kV配电网电压实时监测仪装置，包括中央处理单元MCU，中央处理单元MCU分别连接有电压检测单元、取电单元和通讯单元。 

其中，电压检测单元包括与三相电压信号相连的多选模拟开关，多选模拟开关连接有AD/CD转换单元；AD/CD转换单元连接至中央处理单元MCU。取电单元包括与高压供电线路连接的取能单元，取能单元通过过充/过放电保护电路与稳压输出单元相连，稳压输出单元分别连接电源模块和蓄电池供电模块；电源模块和蓄电池供电模块分别连接升压模块；升压模块连接至中央处理单元MCU。 

该装置中央处理单元MCU通过取电单元连接高压供电线路提供电源，将经电压检测单元采集的三相电压信号通过通讯单元无线传输至软件管理系统进行实时监测和告警。 

如图2所示，取能单元包括与高压供电线路VCC相连的取电电容，取电电容连接至取能变压器的初级端，取能变压器的次级端并联连接整流滤波电路，整流滤波电路连接AC/DCD电流模块至过充/过放电保护电路。取能变压器的初 级端并联连接有保护元件，取能变压器的初级端另一端接地，接地端接有电流互感器。其中，保护元件为防雷二极管和压敏电阻。 

本发明的实物图见图3所示，图中所示10kV配电网电压实时监测仪装置3装配在箱体中，在箱体上方分别对称设有高精密高压电阻分压器1，在两个高精密高压电阻分压器1中间设有取电电容2。 

下面通过图3所示安装结构对各个单元的功能进一步说明本发明。 

1.整体装置 

图3所示10kV配电网电压实时监测仪装置3，该装置实现了对所有电压监测点的在线管理，可以记录、查询每一台一体化电压监测装置的监控数据，收集的统计数据可选报表打印或曲线打印。同时设定了越限、停电和来电报警功能，在监测到电压越限和停电、来电时，配合软件以直观的界面形式告警。 

前端采集装置由取电单元、检测电压单元及通讯单元三部分组成。 

取电单元：装置采用运行线路高压电容（3300pF/10kV0.5A）取电及和蓄电池相结合的方式提供给装置正常稳定可靠的电源。蓄电池最为整个装置后备电源使用，保证线路停电后不小于7天装置正常工作。输入交流电压通过整流滤波为直流电压。过充过放保护电路保证了蓄电池充电电压的平稳，不会造成蓄电池应过充和过放而缩短蓄电池寿命和永久损坏。蓄电池保护电路将输入电压控制在22V～28V之间，不满足条件时关断输出电压，保护蓄电池。电源稳压电路采用LM2596和NCP1402成熟电源模块，并通过对电源电路的EMC考虑，电路中增加了对电源电路的保护措施，增加RC电路，磁珠，瞬态抑制二极管等器件，增强了电磁兼容性能，保证了整个在配网线路中抗干扰能力。 

检测电压单元采用高精度高压电阻采集电压信号，检测单元将采集到的电压信号经过多选模拟开关及A/D转换电路转换进行测量、比较，作为单相接地报警和停电、来电报警的判断依据。装置主控芯片采用单片机STC89C54RD+，是STC推出的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机。工作电压范围宽 5.0V-3.3V，内部有1K RAM和16K EPROM，指令代码完全兼容51单片机。 

通讯单元主要采用西门子公司生产的MC52I手机模块，实现装置的GSM\GPRS无线通信功能。实现短消息收发、GPRS通信与PC机通信、软件流控制等功能。MC52I的数据接口采用串行异步收发，符合ITU-T RS-232接口电路标准，工作在CMOS电平(2.65V)。 

模块的工作电压为3.3V～5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz两个频段，所在频段功耗分别为2W（900M）和1W（1800M）。模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式。此外，该模块还具有电话簿功能、多方通话，漫游检测功能，常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通过连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过连接器及50Ω天线连接器，可分别连接SIM卡支架和天线。 

2.取能单元 

本发明取电无需安装PT，采用高压电容提供系统电源和用于电压测量。图3所示取电电容2连接至10kV配电网电压实时监测仪装置3中。 

取能电容采用聚丙烯金属化膜3300pF电容器，耐压42kV/min，其优点具有体积小，绝缘电阻高、电容量和损耗因数与温度和频率对比的稳定性高。 

保护元件主要保护变压器不受配网线路雷电冲击等干扰而损坏；取能变压器：采用456/32/50HZ变压器，一二次耐压3kV/60s；通过高压电容和变压器一次侧电压转换，将变压器二次侧稳定的交流电压（32V）提供给前端采集装置用于电压监测装置供电。 

3.信号采集 

B相电压信号采集采用电流互感器（图2所示），通过对电容电流的测量经过流压变换，采集电压信号。A/C相电压信号采集采用高精密高压电阻分压器1（图3所示），将10KV高电压信号通过分压降低至可测量的电压信号。 

该装置具有下述功能： 

单相接地判断 

电压监测仪可以实时监控线路上电压波动，发生单相接地故障时，配合线路上其它监测装置，利用后台软件系统，可以综合判断出单相接地故障区段。 

装置通过实时监控线路电压，以电压判据为依据，周期检测单相接地故障（一分钟检测一次）。当三相电压一相降低至4kV以下，另外两相升高至8kV以上，持续三分钟至三分半，装置能主动向后台软件返回接地故障报警信息；当线路电压正常后，装置检测到电路回复正常一分钟后向后台软件发送接地消失告警，为线路运行状态分析提供可靠依据。 

来电、停电告警 

线路电压正常时，因线路检修停电或线路发生接地、短路等故障停电，装置向后台管理软件发送停电报警信息。 

装置能正确检测到线路从停电到来电状态，并返回来电告警信息。 

本发明的主要功能 

1)具有监测线路三相电压功能，A、C两相通过分压电阻测量线路电压， 

B相通过高压电容测量线路电压； 

2)具有停电及来电告警（包括故障停电、检修停电等）的功能； 

3)具有单相接地报警功能； 

4)后台软件具有电压合格率、电压越界时间统计、电压越界告警等功能； 

5)取电单元应与其一体化，应采用小型化、轻量化的高压电容（B相电容）从10KV导线取电； 

6)装置通过GPRS/SMS方式将电压监测数据上传至监控系统软件； 

7)监控系统软件实现线路故障诊断及线路电压数据的查看、分析，为线路低电压治； 

8)为线路运行状态分析提供可靠依据。 

技术参数 

1)工作温度：-40℃～70℃； 

2)电压检测精度：±1%； 

3)短时工频耐受电压：AC42kV1min 

4)雷电冲击耐受电压：75kV1.2/50uS； 

5)绝缘电阻：大于5M； 

6)绝缘强度：2kV/50Hz，1min； 

7)电快速瞬变脉冲群抗扰度:Ⅳ级； 

8)浪涌抗扰度:Ⅳ级； 

9)静电放电抗扰度:Ⅳ级； 

10)工频磁场抗扰度:Ⅳ级； 

11)阻尼振荡干扰度:Ⅳ级； 

12)阻尼振荡波:Ⅲ级； 

13)使用寿命：≥10年； 

14)防护等级：IP65； 

15)备用电源工作时间：≥168小时； 

16)外形尺寸:≤60cm*20cm*90cm； 

17)重量：≤70kg。 

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 

Claims (5)

1.10kV配电网电压实时监测仪装置，其特征在于：包括中央处理单元MCU，所述中央处理单元MCU分别连接有电压检测单元、取电单元和通讯单元；

所述电压检测单元包括与三相电压信号相连的多选模拟开关，多选模拟开关连接有AD/CD转换单元；

所述取电单元包括与高压供电线路连接的取能单元，取能单元通过过充/过放电保护电路与稳压输出单元相连，稳压输出单元分别连接电源模块和蓄电池供电模块；所述电源模块和蓄电池供电模块分别连接升压模块；

所述中央处理单元MCU通过取电单元连接高压供电线路提供电源，将经电压检测单元采集的三相电压信号通过通讯单元无线传输至软件管理系统进行实时监测和告警。

2.根据权利要求1所述的10kV配电网电压实时监测仪装置，其特征在于：所述取能单元包括与高压供电线路VCC相连的取电电容，取电电容连接至取能变压器的初级端，取能变压器的次级端并联连接整流滤波电路，整流滤波电路连接AC/DCD电流模块至过充/过放电保护电路。

3.根据权利要求2所述的10kV配电网电压实时监测仪装置，其特征在于：所述取能变压器的初级端并联连接有保护元件，取能变压器的初级端另一端接地，接地端接有电流互感器。

4.根据权利要求3所述的10kV配电网电压实时监测仪装置，其特征在于：所述保护元件为防雷二极管和压敏电阻。

5.根据权利要求2所述的10kV配电网电压实时监测仪装置，其特征在于：所述取能电容采用能够耐压42kV/min的聚丙烯金属化膜3300pF电容器。

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