CN104765302A - 变电站巡检装置供电系统的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了变电站巡检装置供电系统的检测装置，包括数据采集模块、数据处理模块与显示器，数据采集模块连接数据处理模块，数据处理模块还与显示器、服务器连接，数据采集模块将采集到的数据发送给数据处理模块，数据处理模块将数据分析处理后的数据通过显示器显示出来，数据处理模块还将数据分析处理后的数据通过无线网络模块发送给服务器。本发明基于无线网络模块及单片机的变电站巡检装置供电系统的检测装置，通过无线局域网络将采集数据上传至服务器端，有效地解决了有线网络线缆铺设的问题，使用方便，成本低廉，具有较高的应用价值和发展前景。

Description

变电站巡检装置供电系统的检测装置

技术领域

本发明涉及一种监测装置，具体是变电站巡检装置供电系统的检测装置。

背景技术

随着现代通信技术的飞速发展，局域网无线电通信技术受到了很多关注，无线局域网络(Wireless Local Area Networks，WLAN)是相当便利的数据传输系统，它利用射频(Radio Frequency，RF)的技术，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线所构成的周域网络，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，达到“信息随身化、便利走天下”的理想境界,被广泛应用于报警、无线遥控、通信等范围，具有很大的实际应用价值。

传统的变电站，采用专人值班或定时巡检的方式进行现场监管，存在实时性差、无远程检测功能；一旦发生故障或其他异常情况，无法第一时间作出响应。随着无线电通讯技术及自动化管理技术的发展，将各变电站的运行状态、运行数据、故障情况通过无线网络进行集中检测、集中维护；少量的投资就可大大提高各变电站运行可靠性，缩短故障时间。

近年来，电网的扩建和扩容使得变电站的安防应用也逐渐受到重视，每年国家发展改革委都会报批一定数量的变电站新建或扩建项目。与此同时，随着变电站无人值守模式的推广，随之而来的也带来了众多监管方面的问题。例如，在变电站环境下，由于变电站各种电气设备在工作时都有热量散发，但较高的温度很有可能使设备发生损坏或者发生安全事故，因此需要对变电站中温度进行监控。再例如，在暴雨等极端气候条件下，变电站可能会出现积水现象，这对变电站环境中的设备将是致命的威胁，即使没有积水存在，异常的潮湿环境也会损坏电力设备或者减少其使用寿命。再加上在暴雨天气下，雷电的发生也使变电站容易发生火灾隐患。

由于无法及时了解出现的变电站情况，失去优先安排处理的机会，一定程度上忽略了事后对事故发展的准确判断并降低了对事故处理的快速反应能力。一旦变电站发生异常，调度人员必须先通知分局变电运行操作队赶到现场了解真实情况、事故波及设备范围，再由变电运行班人员向调度员、分局领导汇报，分局才组织维护班或检修公司进行抢修。人员不到变电站就无法准确了解或根本不掌握现场详细情况，这样一来一往，大大延误了排除缺陷的时间，影响了供电局的售电量和服务承诺。

为了保证变电站设备的安全可靠运行，更快地推进变电站无人值守的智能化进程，利用智能移动机器人完成电站设备的巡检，就目前的技术而言，可以认为是提高变电站的工作效率，保证电力系统的供电质量、保障电力系统安全运行的有效途径之一。

机器人巡检方式在大力发展智能电网的大环境下，智能化的变电站是必然的发展趋势，而高度自动化是智能变电站发展的终极目标之一。变电站设备巡检机器人系统以自主或遥控的方式，在无人值班或少人值守的变电站对室外高压设备进行巡检，可及时发现电力设备的热缺陷、异物悬挂等设备异常现象，自动报警或进行预先设置好的故障处理。它运行灵活自由，能更快地推进无人值守的进程，大大的推进了变电站的自动化及智能化进程。机器人的供电装置保证其完成工作的基本元素，对该巡检装置的供电装置进行检测，检测其是否安全、能否正常工作。

发明内容

本发明的目的在于提供变电站巡检装置供电系统的检测装置,以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

变电站巡检装置供电系统的检测装置，包括数据采集模块、数据处理模块与显示器，数据采集模块连接数据处理模块，数据处理模块还与显示器、服务器连接，数据采集模块将采集到的数据发送给数据处理模块，数据处理模块将数据分析处理后的数据通过显示器显示出来，数据处理模块还将数据分析处理后的数据通过无线网络模块发送给服务器。

作为本发明进一步的方案：数据采集模块采集设备代码、设备名称、设备类型、设备电压、设备电流、设备温度、设备内水分含量；将采集到的电参数利用AD7606芯片进行A/D转换，再传输给数据处理模块中单片机。

作为本发明进一步的方案：单片机采用STC单片机或STM32单片机。

作为本发明进一步的方案：AD7606芯片与单片机之间接入ADUM1411隔离器。

作为本发明进一步的方案：数据采集模块中通过霍尔电流传感器采集电流。

作为本发明进一步的方案：数据采集模块中采用LV25-P电压传感器采集电压。

作为本发明进一步的方案：数据采集模块中采用ST-W温度传感器采集温度。

作为本发明进一步的方案：数据采集模块中采用SJ516C非接触式水浸传感器采集水分含量。

作为本发明进一步的方案：无线网络模块采用嵌入式Wife模块，无线网络模块与单片机之间相互通信，釆用光耦合器进行电平转换。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本文基于无线网络模块及单片机的变电站巡检装置供电系统的检测装置，通过无线局域网络将采集数据上传至服务器端，有效地解决了有线网络线缆铺设的问题，使用方便，成本低廉，具有较高的应用价值和发展前景。本文采用了AD7606进行AD转换,不依赖于单片机的AD转换，外接AD对采集信号进行多次采样，从而使测量精度得到了大大的提高，测量结果更接近于真实值。本发明的保护功能较为完善，能够有效处理电压、电流、温度越限等多种异常状态。触摸屏的使用保证了系统的通信效率和便捷性,可以实时修改参数。

附图说明

图1是实施例1的结构框图；

图2是AD7606芯片的内部功能框图；

图3是实施例1中电流的采集电路图；

图4是实施例1中电压的采集电路图；

图5是温度的采集电路图；

图6是HMHA2801光耦合器的电平转换电路图；

图7是水分含量的采集电路图；

图8是实施例2中电流的采集电路图；

图9是实施例2中电压的采集电路图；

图10是实施例2的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-图2，本发明实施例中，变电站巡检装置供电系统的检测装置，包括数据采集模块、数据处理模块与显示器，数据采集模块连接数据处理模块，数据处理模块还与显示器、服务器连接，数据采集模块将采集到的数据发送给数据处理模块，数据处理模块将数据分析处理后的数据通过显示器显示出来，数据处理模块还将数据分析处理后的数据通过无线网络模块发送给服务器。

数据采集模块采集设备代码、设备名称、设备类型、设备电压、设备电流、设备温度、设备内水分含量。将采集到的电参数利用AD7606芯片进行A/D转换，再传输给数据处理模块中的STC单片机。

AD7606芯片是16位、8/6/4通道同步采样模数数据采集系统，内置模拟输入箝位保护、二阶抗混叠滤波器、跟踪保持放大器、16位电荷再分配逐次逼近型ADC、灵活的数字滤波器、2.5V基准电压源、基准电压缓冲以及高速串行和并行接口。AD7606芯片采用5V单电源供电，可以处理±10V和±5V真双极性输入信号，同时所有通道均能以高达200kSPS的吞吐速率采样。输入箝位保护电路可以耐受最高达±16.5V的电压。无论以何种采样频率工作，AD7606芯片的模拟输入阻抗均为1MΩ。它采用单电源工作方式，具有片内滤波和高输入阻抗，因此无需驱动运算放大器和外部双极性电源。AD7606芯片抗混叠滤波器的3dB截止频率为22kHz；当采样速率为200ksps时，它具有40dB抗混叠抑制特性。灵活的数字滤波器采用引脚驱动，可以改善信噪比，并降低3dB带宽。AD7606芯片的内部功能框图如图2所示。

为了防止高频谐波对单片机的影响，AD7606芯片与STC单片机之间接入ADUM1411隔离器，该隔离器在一个器件中提供四个独立的隔离通道，两端工作电压为2.7V-5.5V，支持低电压工作并能实现电平转换，AD7606芯片输出端经数字隔离器之后与STC单片机的标准SPI接口相连接，AD7606芯片中六条数据线与STC单片机SPI接口连接，包括：RESET、CONVST、BUSY、CS、SCLK、DOUTA。SPI接口是一种全双工、高速、同步的通信总线，它的核心是一个8位移位寄存器和数据缓冲器，数据可以同时发送和接收，在SPI数据的传输过程中，发送和接收的数据都存储在数据缓冲器中。

电流经过电流钳之后输出直流电压，进入运算放大器，将电压放大到VCC附近，由两个二级管进行电路保护，直流电压信号输入AD7606芯片进行A/D转换，AD7606芯片对采集电流进行多次取样，转换结束后，STC单片机读取数据。

STC单片机的特点如下所述。高速：1个时钟/机器周期，增强型8051内核，速度比普通8051快8～12倍。宽电压：5.5～3.8V，2.4～3.8V(STC12LE5410AD系列)。低功耗设计：空闲模式，掉电模式(可由外部中断唤醒)。工作频率：0～35MHz，相当于普通8051：0～420MHz；实际可到48MHz，相当于8051：0～576MHz。时钟：外部晶体或内部RC振荡器可选，在ISP下载编程用户程序时设置。12K/10K/8K/6K/4K/2K字节片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上。512字节片内RAM数据存储器。芯片内EEPROM功能。ISP/IAP，在系统可编程/在应用可编程,无需编程器/仿真器。10位ADC，8通道，STC12C2052AD系列为8位ADC。4路PWM还可当4路D/A使用。4通道捕获/比较单元(PWM/PCA/CCU)，STC12C2052AD系列为2通道；也可用来再实现4个定时器或4个外部中断。2个硬件16位定时器，兼容普通8051的定时器。4路PCA还可再实现4个定时器。硬件看门狗。高速SPI通信端口。全双工异步串行口(UART),兼容普通8051的串口。先进的指令集结构，兼容普通8051指令集。4组8个8位通用工作寄存器。有硬件乘法/除法指令。通用I/O口(27/23/15个)，复位后为：准双向口/弱上拉。可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不得超过55mA。

请参阅图3，数据采集模块中电流的采集电路，通过霍尔电流传感器采集电流，霍尔电流传感器测量范围广：它可以测量任意波形的电流和电压，如直流、交流、脉冲、三角波形等，甚至对瞬态峰值电流、电压信号也能忠实地进行反映。响应速度快：最快者响应时间只为1us。测量精度高：其测量精度优于1％，该精度适合于对任何波形的测量。普通互感器是感性元件，接入后影响被测信号波形，其一般精度为3％～5％，且只适合于50Hz正弦波形。线性度好：优于0.2％。动态性能好：响应时间快，可小于1us；普通互感器的响应时间为10～20ms。工作频带宽：在0～100KHz频率范围内的信号均可以测量。可靠性高，平均无故障工作时间长：平均无故障时间>510小时。过载能力强、测量范围大：0-几十安培～上万安培。霍尔电流传感器体积小、重量轻、易于安装。霍尔电流传感器采集的电流通过电阻R1接入运算放大器Q1的2脚，运算放大器Q1的1脚通过电阻R2接地，运算放大器Q1的1脚还通过电阻R3连接运算放大器Q1的3脚，运算放大器Q1的3脚通过电阻R4连接AD7606芯片，运算放大器Q1的3脚通过电阻R4、电容C1接地，运算放大器Q1的3脚通过电阻R4、二极管D2接地，运算放大器Q1的3脚通过电阻R4、二极管D1连接+5V电压。

请参阅图4，数据采集模块中电压的采集电路，与电流的采集电路相同，不同的是采用LV25-P电压传感器采集电压，LV25-P电压传感器的优点是：出色的精度，良好的线性度，抗外界干扰能力强；共模抑制比强；反应时间快，频带宽。LV25-P电压传感器采集的电压通过电阻R1接入运算放大器Q1的2脚，运算放大器Q1的1脚通过电阻R2接地，运算放大器Q1的1脚还通过电阻R3连接运算放大器Q1的3脚，运算放大器Q1的3脚通过电阻R4连接AD7606芯片，运算放大器Q1的3脚通过电阻R4、电容C1接地，运算放大器Q1的3脚通过电阻R4、二极管D2接地，运算放大器Q1的3脚通过电阻R4、二极管D1连接+5V电压。LV25-P电压传感器的+端连接15V电压，LV25-P电压传感器的-端连接-15V电压。

请参阅图5，数据采集模块中温度的采集电路，温度采集时采用的是ST-W温度传感器，其精度高，抗干扰能力强，测温范围广等特点使得在低温测量系统中用量非常大。其外壳采用不锈钢制成，防水、耐腐蚀，可以在环境恶劣的测温环境下使用。该探头安装简单，拆换方便，可维护性好。技术参数：工作电压：+4.5～5.5V；测温范围：-55℃～+125℃；精度：0.1℃(25℃～50℃)；通讯方式：一线制总线；通讯线：RVVP 3x0.3(环境温度70℃以下)或AFP 3x0.3(环境温度170℃以下)。STC单片机与ST-W温度传感器连接，ST-W温度传感器采集到的数据传输至STC单片机，STC单片机处理后通过显示器显示出温度。

请参阅图7，数据采集模块中水分含量的采集电路，水分含量采集时采用的是SJ516C非接触式水浸传感器，利用光在不同介质截面的折射与反射原理进行检测。STC单片机与SJ516C非接触式水浸传感器连接，SJ516C非接触式水浸传感器采集到的数据传输至STC单片机，STC单片机处理后通过显示器显示出温度。

请参阅图6，本发明中采用无线网络模块进行无线传输，当无线网络模块接收并处理完接收到的数据后或者控制器向无线网络模块传输发送信息时，无线网络模块与控制线之间的通信采用串口通信的方式，无线网络模块每次上电后可自动连接到预设的无线网络及服务器上，在自动工作模式下，无线网络模块的串口始终工作在透明数据传输状态，因此传输时只需把模块看作一条虚拟的串口线，按照使用普通串口的方式进行数据的发送和接收数据。在此通信方式下，STC单片机的RXD和TXD端分别与无线网络模块的TXD和RXD端连接可作为两者之间数据串行传输的通道。无线网络模块采用嵌入式Wife模块，32位单片机，内置Wife驱动和协议，接口为一般的MCU接口如UART等，适合于各类智能家居或智能硬件单品。由于无线网络模块是3.3V供电，STC单片机为5V供电，STC单片机高电平电压在其VCC附近，因此无线网络模块与STC单片机之间相互通信，需进行电平转换,以防止STC单片机的高电平电压太高导致无线网络模块烧坏，釆用光耦合器进行电平转换。本系统中采用HMHA2801光耦合器进行电平转换。STC单片机的VCC端通过电阻R6连接HMHA2801光耦合器的1脚，HMHA2801光耦合器的3脚通过电阻R5输出+3.3V电压，并与无线网络模块连接，HMHA2801光耦合器的4脚接地，HMHA2801光耦合器的3脚还连接RST端，HMHA2801光耦合器的2脚连接RST’端。

显示器采用表面声波触摸屏，表面声波触摸屏由触摸屏、声波发生器、反射器和声波接受器组成，其中声波发生器能发送一种高频声波跨越屏幕表面，当手指触及屏幕时，触点上的声波即被阻止，由此确定坐标位置。表面声波触摸屏不受温度、湿度等环境因素影响，分辨率极高，有极好的防刮性，寿命长(5000万次无故障)；能保持清晰透亮的图像质量；没有漂移，只需安装时一次校正；有第三轴(即压力轴)响应，最适合公共场所使用。表面声波触摸屏的触摸屏部分可以是一块平面、球面或是柱面的玻璃平板，安装在或是等离子显示器屏幕的前面。这块玻璃平板只是一块纯粹的强化玻璃，区别于其它触摸屏技术是没有任何贴膜和覆盖层。玻璃屏的左上角和右下角各固定了竖直和水平方向的超声波发射换能器，右上角则固定了两个相应的超声波接收换能器。玻璃屏的四个周边则刻有45°角由疏到密间隔非常精密的反射条纹。

服务器采用计算机，将数据采集模块采集的数据、数据处理模块传输过来的相关数据进行储存、显示其实时数据情况，并将设备电压、设备电流、设备温度、设备内水分含量的实际数据与目标数据相比较，分析判断设备电压、设备电流、设备温度、设备内水分含量的变化规律。

实施例2

请参阅图10，本发明实施例中，变电站巡检装置供电系统的检测装置，包括数据采集模块、数据处理模块与显示器，数据采集模块连接数据处理模块，数据处理模块还与显示器、服务器连接，数据采集模块将采集到的数据发送给数据处理模块，数据处理模块将数据分析处理后的数据通过显示器显示出来，数据处理模块还将数据分析处理后的数据通过无线网络模块发送给服务器。本发明实施例与实施例1相似，不同的是数据处理模块中的使用的是STM32单片机以及数据采集模块中电压、电流采集电路。

STM32单片机的优点是：STM32单片机采用集成嵌入式Flash和SRAM存储器的ARM Cortex-M3内核，提供了更高的代码效率，兼容所有的ARM工具和软件。采用嵌入式Flash存储器和RAM存储器：内置多达512KB的嵌入式Flash，可用于存储程序和数据。可变静态存储器：FSMC嵌入在STM32F103xC，STM32F103x，STM32F103xE中，带有4个片选，支持模式：Flash，RAM，PSRAM，NOR和NAND。嵌套矢量中断控制器：可以处理43个可屏蔽中断通道，提供16个中断优先级。外部中断/事件控制器：外部中断/事件控制器由用于19条产生中断/事件请求的边沿探测器线组成。时钟和启动：在启动的时候还是要进行系统时钟选择，但复位的时候内部8MHz的晶振被选用作CPU时钟。Boot模式：在启动的时候，Boot引脚被用来在3种Boot选项种选择一种：从用户Flash导入，从系统存储器导入，从SRAM导入。电源供电方案：VDD，电压范围为2.0V-3.6V，外部电源通过VDD引脚提供，用于I/O和内部调压器。电源管理：设备有一个完整的上电复位和掉电复位电路。电压调节：调压器有3种运行模式：主，低功耗和掉电。

请参阅图8，数据采集模块中电流的采集电路，通过霍尔电流传感器采集电流。霍尔电流传感器采集的电流通过电阻R14接入LTC1966转换器的2脚，LTC1966转换器的2脚还通过电阻R13接地，LTC1966转换器的3脚接地，LTC1966转换器的4脚连接-5V的电压，LTC1966转换器的1脚连接+5V的电压，LTC1966转换器的5脚连接运算放大器Q2的2脚，LTC1966转换器的5脚还通过电容C10接地，LTC1966转换器的6脚接地。运算放大器Q2的1脚通过电阻R12接地，运算放大器Q2的1脚还通过电阻R11连接运算放大器Q2的3脚，运算放大器Q2的3脚通过电阻R10连接AD7606芯片，运算放大器Q2的3脚通过电阻R10、二极管D11接地，运算放大器Q2的3脚通过电阻R10、二极管D10连接+5V电压。

请参阅图9，数据采集模块中电压的采集电路，与电流的采集电路相同，不同的是采用LV25-P电压传感器采集电压。直流电压+极通过电阻R15接入LV25-P电压传感器的1脚，直流电压-极接入LV25-P电压传感器的2脚，LV25-P电压传感器的3脚连接+15V电压，LV25-P电压传感器的5脚连接-15V电压，LV25-P电压传感器的4脚通过电阻R14接入LTC1966转换器的2脚，LTC1966转换器的2脚还通过电阻R13接地，LTC1966转换器的3脚接地，LTC1966转换器的4脚连接-5V的电压，LTC1966转换器的1脚连接+5V的电压，LTC1966转换器的5脚连接运算放大器Q2的2脚，LTC1966转换器的5脚还通过电容C10接地，LTC1966转换器的6脚接地。运算放大器Q2的1脚通过电阻R12接地，运算放大器Q2的1脚还通过电阻R11连接运算放大器Q2的3脚，运算放大器Q2的3脚通过电阻R10连接AD7606芯片，运算放大器Q2的3脚通过电阻R10、二极管D11接地，运算放大器Q2的3脚通过电阻R10、电容C11接地，运算放大器Q2的3脚通过电阻R10、二极管D10连接+5V电压。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.变电站巡检装置供电系统的检测装置，其特征在于，包括数据采集模块、数据处理模块与显示器，数据采集模块连接数据处理模块，数据处理模块还与显示器、服务器连接，数据采集模块将采集到的数据发送给数据处理模块，数据处理模块将数据分析处理后的数据通过显示器显示出来，数据处理模块还将数据分析处理后的数据通过无线网络模块发送给服务器。

2.根据权利要求1所述的变电站巡检装置供电系统的检测装置，其特征在于，所述数据采集模块采集设备代码、设备名称、设备类型、设备电压、设备电流、设备温度、设备内水分含量；将采集到的电参数利用AD7606芯片进行A/D转换，再传输给数据处理模块中单片机。

3.根据权利要求2所述的变电站巡检装置供电系统的检测装置，其特征在于，所述单片机采用STC单片机或STM32单片机。

4.根据权利要求2所述的变电站巡检装置供电系统的检测装置，其特征在于，所述AD7606芯片与单片机之间接入ADUM1411隔离器。

5.根据权利要求1所述的变电站巡检装置供电系统的检测装置，其特征在于，所述数据采集模块中通过霍尔电流传感器采集电流。

6.根据权利要求1所述的变电站巡检装置供电系统的检测装置，其特征在于，所述数据采集模块中采用LV25-P电压传感器采集电压。

7.根据权利要求1所述的变电站巡检装置供电系统的检测装置，其特征在于，所述数据采集模块中采用ST-W温度传感器采集温度。

8.根据权利要求1所述的变电站巡检装置供电系统的检测装置，其特征在于，所述数据采集模块中采用SJ516C非接触式水浸传感器采集水分含量。

9.根据权利要求1所述的变电站巡检装置供电系统的检测装置，其特征在于，所述无线网络模块采用嵌入式Wife模块，无线网络模块与单片机之间相互通信，釆用光耦合器进行电平转换。