CN105119382A - 一种低压变配电智能监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压变配电智能监控系统，包括站控层、通讯层和测控层，所述站控层为监控中心主站，所述通讯层包括通信服务器、远程监控通信终端、协议转换器和现场总线，所述测控层包括人机界面、无功补偿控制装置、遥控装置、遥测装置、遥信装置和智能电表，所述监控中心主站通过通信服务器与协议转换器连接，所述协议转换器通过现场总线分别与人机界面、远程监控通信终端、无功补偿控制装置、遥控装置、遥信装置和智能电表连接，所述远程监控装置、人机界面、无功补偿控制装置、遥控装置、遥测装置、遥信装置和智能电表还与现场被监测设备连接。本发明实时远程监控低压变配电的工作状况，并设有无功补偿控制装置，消除负载不平衡现象。

Description

一种低压变配电智能监控系统

技术领域

本发明涉及变配电监控领域，特别是涉及一种低压变配电智能监控系统。

背景技术

车站、站房、综合楼、综合维修工区、隧道、桥梁等铁路设施的变配电系统主要包括35KV或10KV配电设施、变压器、低压配电设施以及自备柴油发电机和各类负荷的电源设备等。通常，低压变电所、配电开关回路、自备柴油发电机、各类电源设备包括通信、信号、售票等重要负荷电源设备及柴油发电机组、EPS、UPS设备以及太阳能光伏电池等作为机电设备监控对象。

变配电系统包括高压设备、变压设备、低压设备、发电设备、动力柜等。变配电系统是整个智能建筑的心脏，特别是在客运车站、隧道等特殊的建筑中，需要变配电系统具有高供电可靠性，需要变配电系统节能降耗，需要变配电系统减少事故隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低压变配电智能监控系统，通过远程监控通信终端可实时远程监控低压变配电的工作状况，通过监控中心主站实时监管监控低压变配电的运行状况，并设有无功补偿控制装置，消除负载不平衡现象。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种低压变配电智能监控系统，它包括站控层、通讯层和测控层，所述站控层为监控中心主站，所述通讯层包括通信服务器、远程监控通信终端、协议转换器和现场总线，所述测控层包括人机界面、无功补偿控制装置、遥控装置、遥测装置、遥信装置和智能电表，所述监控中心主站通过通信服务器与所述协议转换器连接，所述协议转换器通过现场总线分别与所述人机界面、所述远程监控通信终端、所述无功补偿控制装置、所述遥控装置、所述遥测装置、所述遥信装置和所述智能电表连接，所述远程监控装置、所述人机界面、所述无功补偿控制装置、所述遥控装置、所述遥测装置、所述遥信装置和所述智能电表还与现场被监测设备连接。

优选的，所述监控中心主站包括打印机、变配电监控主机、UPS电源、工程师工作站和GPS授时装置。

优选的，所述的遥控装置为远程继电器输出模块，用于提供多路数字输入和继电器输出。

优选的，所述的遥信装置为开关量采集模块，用于采集开关量信号，并转换为数字信号，经通信服务器连接实现与监控中心主站的数据交换。

优选的，所述的遥测装置为模拟量采集模块，用于采集模拟量信号，并经通信服务器连接实现与监控中心主站的数据交换。

优选的，所述无功补偿控制装置包括无功补偿控制器、晶闸管控制电抗器、有源动态滤波器、用于采集负载电流的第一电流互感器、用于采集电网电流的第二电流互感器、用于采集晶闸管控制电抗器的线电流的第三电流互感器、用于采集电网电压的电压互感器、同步变压器、滤波器过零触发器、晶闸管控制电抗器脉冲触发器、光发送器、光接收器和多个功率脉冲触发器。

所述无功补偿控制器分别与所述第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器和电压互感器连接，所述无功补偿控制器的投切信号输出端与所述滤波器过零触发器连接，所述无功补偿控制器的控制角信号输出端与所述晶闸管控制电抗器脉冲触发器连接，所述滤波器过零触发器和所述晶闸管控制电抗器脉冲触发器均通过所述光发送器与所述光接收器连接，所述光接收器分别与多个功率脉冲触发器连接，所述多个功率脉冲触发器分别与所述晶闸管控制电抗器和所述有源动态滤波器连接，所述同步变压器为所述晶闸管控制电抗器脉冲触发器提供电网电压的同步电压信号。

所述有源动态滤波器包括多个晶闸管投切滤波器，所述有源动态滤波器用于动态实时有选择的滤除电网相线和零线中存在的各次谐波，在滤除谐波后，所述无功补偿控制器对所述第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器和电压互感器所采集的模拟信号进行模数转换，并实施三相不平衡负荷的无功补偿控制，消除负载不平衡现象，避免了谐波对无功补偿装置的影响。

优选的，所述现场总线为CAN总线或RS485总线。

优选的，所述远程监控通信终端包括微处理器，以及与所述微处理器连接的3G/4G通信模块、串口通信模块、报警模块、网络通信模块和数码显示管，所述3G/4G通信模块与无线天线接口连接，用于收发短信和完成3G/4G远程监控，所述3G/4G通信模块还与SIM卡座连接，所述串口通信模块与数据采集输出接口连接，所述网络通信模块与所述协议转换器连接。

优选的，所述远程监控通信终端还包括与微处理器连接的USB通信模块，所述SIM卡座为按压弹出式SIM卡座。

优选的，所述站控层还包括联动控制开关，所述监控中心主站或所述远程监控通信终端通过联动控制开关与火灾报警系统连接，当未发生火灾时，现场被监测设备与非消防UPS电源连接，当发生火灾时，现场被监测设备与消防UPS电源连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出一种低压变配电智能监控系统，通过远程监控通信终端可实时远程监控低压变配电的工作状况，通过监控中心主站实时监管监控低压变配电的运行状况，并设有无功补偿控制装置，消除负载不平衡现象。

附图说明

图1为本发明一种低压变配电智能监控系统的结构框图；

图2为本发明中无功补偿控制装置的结构框图；

图3为本发明中远程监控通信终端的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

车站、站房、综合楼、综合维修工区、隧道、桥梁等铁路设施的变配电系统主要包括35KV或10KV配电设施、变压器、低压配电设施以及自备柴油发电机和各类负荷的电源设备等。通常，低压变电所、配电开关回路、自备柴油发电机、各类电源设备包括通信、信号、售票等重要负荷电源设备及柴油发电机组、EPS、UPS设备以及太阳能光伏电池等作为机电设备监控对象。

监视内容有相关配电回路开关状态、电压、电流、频率、有功、无功、电度、UPS或自备发电机状态等，控制对象主要是回路及电源设备开关状态以及备用发电机自动投切、负荷开关、表计开关等。

如图1所示，一种低压变配电智能监控系统，它包括站控层、通讯层和测控层，所述站控层为监控中心主站，所述通讯层包括通信服务器、远程监控通信终端、协议转换器和现场总线，所述测控层包括人机界面、无功补偿控制装置、遥控装置、遥测装置、遥信装置和智能电表，所述监控中心主站通过通信服务器与所述协议转换器连接，所述协议转换器通过现场总线分别与所述人机界面、所述远程监控通信终端、所述无功补偿控制装置、所述遥控装置、所述遥测装置、所述遥信装置和所述智能电表连接，所述人机界面、所述无功补偿控制装置、所述遥控装置、所述遥测装置、所述遥信装置和所述智能电表还与现场被监测设备连接。

优选的，所述监控中心主站包括打印机、变配电监控主机、UPS电源、工程师工作站和GPS授时装置。

优选的，所述的遥控装置为远程继电器输出模块，用于提供多路数字输入和继电器输出，如选用RCU16。

RCU16遥控装置为低压变配电智能监控系统的远程继电器输出模块，用于接收计算机指令执行系统的遥控操作或自动控制，RCU16有16路继电器输出，继电器输出可分为脉冲和自保持两种形式，在脉冲型方式下，继电器触点闭合两秒后自动释放，而在自保持方式下，继电器输出长期保持为闭合或断开状态。

优选的，所述的遥信装置为开关量采集模块，用于采集开关量信号，并转换为数字信号，经通信服务器连接实现与监控中心主站的数据交换，如选用RSI32。

RSI32遥信装置为低压变配电智能监控系统的开关量采集模块，用于采集开关量信号并转换为数字信号，经通讯连接实现与监控系统的数据交换。RSI32采用光电隔离输入，可以同时采集32路无源开关量信号。

优选的，所述的遥测装置为模拟量采集模块，用于采集模拟量信号，并经通信服务器连接实现与监控中心主站的数据交换，如选用RCM32。

RCM32遥测装置为低压变配电智能监控系统的模拟量采集模块，通过配接互感器、变送器等元件，用于采集电流、电压、功率、温度、湿度、压力、流量等模拟量信号并转换为数字信号，经通讯连接实现与监控系统的数据交换。RCM32遥测装置可以同时采集32个0-20mA交流或4-20mA直流电流信号，实时反映被测对象的遥测值。

优选的，如图2所示，所述无功补偿控制装置包括无功补偿控制器、晶闸管控制电抗器、有源动态滤波器、用于采集负载电流的第一电流互感器、用于采集电网电流的第二电流互感器、用于采集晶闸管控制电抗器的线电流的第三电流互感器、用于采集电网电压的电压互感器、同步变压器、滤波器过零触发器、晶闸管控制电抗器脉冲触发器、光发送器、光接收器和多个功率脉冲触发器。

所述无功补偿控制器分别与所述第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器和电压互感器连接，所述无功补偿控制器的投切信号输出端与所述滤波器过零触发器连接，所述无功补偿控制器的控制角信号输出端与所述晶闸管控制电抗器脉冲触发器连接，所述滤波器过零触发器和所述晶闸管控制电抗器脉冲触发器均通过所述光发送器与所述光接收器连接，所述光接收器分别与多个功率脉冲触发器连接，所述多个功率脉冲触发器分别与所述晶闸管控制电抗器和所述有源动态滤波器连接，所述同步变压器为所述晶闸管控制电抗器脉冲触发器提供电网电压的同步电压信号。

所述有源动态滤波器包括多个晶闸管投切滤波器，所述有源动态滤波器用于动态实时有选择的滤除电网相线和零线中存在的各次谐波，在滤除谐波后，所述无功补偿控制器对所述第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器和电压互感器所采集的模拟信号进行模数转换，并实施三相不平衡负荷的无功补偿控制，消除负载不平衡现象，避免了谐波对无功补偿装置的影响。

优选的，所述现场总线为CAN总线或RS485总线。现场总线采用铜缆，如非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线。本系统中的各监控装置需具有以太网接口，遵循TCP/IP协议，能够接入以太网络，从而使得系统网络结构更加扁平化，网络性能更优。

优选的，如图3所示，所述远程监控通信终端包括微处理器，以及与所述微处理器连接的3G/4G通信模块、串口通信模块、报警模块、网络通信模块和数码显示管，所述3G/4G通信模块与无线天线接口连接，用于收发短信和完成3G/4G远程监控，所述3G/4G通信模块还与SIM卡座连接，所述串口通信模块与数据采集输出接口连接，所述网络通信模块与所述协议转换器连接。

优选的，所述远程监控通信终端还包括与微处理器连接的USB通信模块，所述SIM卡座为按压弹出式SIM卡座。

优选的，所述站控层还包括联动控制开关，所述监控中心主站或所述远程监控通信终端通过联动控制开关与火灾报警系统连接，当未发生火灾时，现场被监测设备与非消防UPS电源连接，当发生火灾时，现场被监测设备与消防UPS电源连接。

本发明中，低压变配电智能监控系统还要做好防雷、接地措施，为保证监控设备不受雷害的影响，在电源箱、经过室外的电源线、通信线、网络线两端设备箱内，按不同需要设置相应的防雷端子。低压变配电智能监控系统接地电阻应按R≤1Ω设计。对于有综合接地系统的，可以接入综合接地系统；没有综合接地系统的，应该独立设接地装置。监控电缆屏蔽层宜采用单点接地，各种控制器根据产品要求采用一点接地或浮空地。

本发明中所述的无功补偿控制装置，在电力供电系统中起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。最大限度的减少电网的损耗，使电网质量提高。无功功率补偿控制器有三种采样方式，功率因数型、无功功率型、无功电流型。控制器是无功补偿装置的指挥系统，采样、运算、发出投切信号，参数设定、测量、元件保护等功能均由补偿控制器完成。

无功补偿控制器输出的控制角信号给晶闸管控制电抗器脉冲触发器，输出投切信号给滤波器过零触发器。晶闸管控制电抗器脉冲触发器和滤波器过零触发器输出电脉冲，送给光发送器，变为光信号，然后光信号通过光纤送给光接收器。光接收器把光信号转换为电信号，送给功率脉冲触发器。功率脉冲触发器把输入的小功率电脉冲转变为大功率电脉冲，触发晶闸管。

其中，同步变压器为晶闸管控制电抗器脉冲触发器提供电网电压的同步电压信号。无功补偿控制器在投切滤波器时，从低次到高次的顺序投入；切除滤波器时从高次到低次的顺序进行关断。本发明中的低压动态无功补偿控制装置能够迅速、准确实施三相不平衡负荷的无功补偿控制，从而有效抑制电网的电压闪变。

本发明中设有两个供电系统，即作为消防电源的低压变配电系统和作为非消防电源的低压变配电系统，消防UPS电源连接的回路为重要回路，非消防UPS电源连接的回路为一般回路，消防UPS电源和非消防UPS电源通过联动控制开关隔离连接。

本发明所提出的低压变配电智能监控系统对消防电源、非消防电源出线开关、联动控制开关的开关状态进行监控；对现场被监测设备的电压和电流进行监视；对供配电功率因数、频率进行监视。

该低压变配电智能监控系统用于完成现场各控制器的数据集中任务，并向上级主站发送数据；接收上级主站的控制命令，分发至相应的控制器执行控制任务；必要时提供人机界面功能，便于值班人员、巡视人员在当地执行监视、控制任务，为维护人员提供交互服务；还提供与火灾报警系统FAS的数据接口。

工作原理：本发明通过遥信装置实时采集现场被监测设备的运行状态信息，遥信装置将采集到现场被监测设备的开关量信号转换为数字信号，并经通信服务器连接实现与监控中心主站的数据交换；遥测装置采集现场被监测设备的电流、电压、功率、温度、湿度、压力、流量等模拟量信号并转换为数字信号，经通讯连接实现与监控中心主站的数据交换；监控中心主站根据采集到的运行状态信息下发相应的控制指令，并通过遥控装置控制现场被监测设备进行相应的动作，该信息采集和控制过程通过人机界面进行实时显示，便于巡视人员在当地执行监视和控制任务。本发明通过无功补偿控制装置，起提高电网的功率因数的作用，降低供电变压器及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境，最大限度的减少电网的损耗，使电网质量提高，消除负载不平衡现象。

本发明中现场被监测设备的状态信息还可通过远程监控通信终端及3G/4G网络发送给远端的移动客户端上，移动客户端同时也可通过远程监控通信终端对该智能监控系统进行相应的远程控制。此外，本发明系统还提供火灾联动报警功能和消防电源，当未发生火灾时，监控中心主站控制现场被监测设备与非消防UPS电源连接，当发生火灾时，监控中心主站控制现场被监测设备与消防UPS电源连接，并通过联动控制开关与火灾报警系统进行联动报警通信。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低压变配电智能监控系统，包括站控层、通讯层和测控层，所述站控层为监控中心主站，所述通讯层包括通信服务器、远程监控通信终端、协议转换器和现场总线，所述测控层包括人机界面、无功补偿控制装置、遥控装置、遥测装置、遥信装置和智能电表，其特征在于：所述监控中心主站通过通信服务器与所述协议转换器连接，所述协议转换器通过现场总线分别与所述人机界面、所述远程监控通信终端、所述无功补偿控制装置、所述遥控装置、所述遥测装置、所述遥信装置和所述智能电表连接，所述人机界面、所述无功补偿控制装置、所述遥控装置、所述遥测装置、所述遥信装置和所述智能电表还与现场被监测设备连接。

2.根据权利要求1所述一种低压变配电智能监控系统，其特征在于：所述监控中心主站包括打印机、变配电监控主机、UPS电源、工程师工作站和GPS授时装置。

3.根据权利要求1所述一种低压变配电智能监控系统，其特征在于：所述的遥控装置为远程继电器输出模块，用于提供多路数字输入和继电器输出；

所述的遥信装置为开关量采集模块，用于采集开关量信号，并转换为数字信号，经通信服务器连接实现与监控中心主站的数据交换；

所述的遥测装置为模拟量采集模块，用于采集模拟量信号，并经通信服务器连接实现与监控中心主站的数据交换。

4.根据权利要求1所述一种低压变配电智能监控系统，其特征在于：所述无功补偿控制装置包括无功补偿控制器、晶闸管控制电抗器、有源动态滤波器、用于采集负载电流的第一电流互感器、用于采集电网电流的第二电流互感器、用于采集晶闸管控制电抗器的线电流的第三电流互感器、用于采集电网电压的电压互感器、同步变压器、滤波器过零触发器、晶闸管控制电抗器脉冲触发器、光发送器、光接收器和多个功率脉冲触发器；

所述无功补偿控制器分别与所述第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器和电压互感器连接，所述无功补偿控制器的投切信号输出端与所述滤波器过零触发器连接，所述无功补偿控制器的控制角信号输出端与所述晶闸管控制电抗器脉冲触发器连接，所述滤波器过零触发器和所述晶闸管控制电抗器脉冲触发器均通过所述光发送器与所述光接收器连接，所述光接收器分别与多个功率脉冲触发器连接，所述多个功率脉冲触发器分别与所述晶闸管控制电抗器和所述有源动态滤波器连接，所述同步变压器为所述晶闸管控制电抗器脉冲触发器提供电网电压的同步电压信号；无功补偿控制器输出的控制角信号给晶闸管控制电抗器脉冲触发器，输出投切信号给滤波器过零触发器；晶闸管控制电抗器脉冲触发器和滤波器过零触发器输出电脉冲，送给光发送器，变为光信号，然后光信号通过光纤送给光接收器；光接收器把光信号转换为电信号，送给功率脉冲触发器。功率脉冲触发器把输入的小功率电脉冲转变为大功率电脉冲，触发晶闸管；无功补偿控制器在投切滤波器时，从低次到高次的顺序投入；切除滤波器时从高次到低次的顺序进行关断；

所述有源动态滤波器包括多个晶闸管投切滤波器，所述有源动态滤波器用于动态实时有选择的滤除电网相线和零线中存在的各次谐波，在滤除谐波后，所述无功补偿控制器对所述第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器和电压互感器所采集的模拟信号进行模数转换，并实施三相不平衡负荷的无功补偿控制，消除负载不平衡现象，避免了谐波对无功补偿装置的影响。

5.根据权利要求1所述一种低压变配电智能监控系统，其特征在于：所述现场总线为CAN总线或RS485总线。

6.根据权利要求1所述一种低压变配电智能监控系统，其特征在于：所述远程监控通信终端包括微处理器，以及与所述微处理器连接的3G/4G通信模块、串口通信模块、报警模块、网络通信模块和数码显示管，所述3G/4G通信模块与无线天线接口连接，用于收发短信和完成3G/4G远程监控，所述3G/4G通信模块还与SIM卡座连接，所述串口通信模块与数据采集输出接口连接，所述网络通信模块与所述协议转换器连接。

7.根据权利要求6所述一种低压变配电智能监控系统，其特征在于：所述远程监控通信终端还包括与微处理器连接的USB通信模块，所述SIM卡座为按压弹出式SIM卡座。

8.根据权利要求1所述一种低压变配电智能监控系统，其特征在于：所述站控层还包括联动控制开关，所述监控中心主站或所述远程监控通信终端通过联动控制开关与火灾报警系统连接，当未发生火灾时，现场被监测设备与非消防UPS电源连接，当发生火灾时，现场被监测设备与消防UPS电源连接。