CN106128016A - 用于变电站的安全防护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于变电站的安全防护系统，其包括变电站的智能钥匙系统和变电站的监控系统，变电站的智能钥匙系统包括磁力锁、RFID芯片、手持RFID阅读器和上位机；变电站的监控系统包括控制终端、采集装置、多路选择模块、整形放大电路、A/D转换电路、Zigbee通信模块、监测主处理器和4G通信模块。本发明对现有的变电站设备进行了全方位的保护，有效的避免了变电站有可能出现的各种安全隐患。

Description

用于变电站的安全防护系统

技术领域

本发明涉及一种防护系统，特别是涉及一种用于变电站的安全防护系统。

背景技术

随着我国电力事业的迅速发展和人民生活水平日益提高，城市中的社区变电站的数量越来越多，确保变电站的设备和工作人员的安全的要求也越来越大。目前，变电站运行存在以下问题：

1、变电站会存在SF6气体含量是否超标的问题；

2、变电站会存在由于温湿度导致的火灾隐患；

3、变电站中的一些电力设备会存在接头位置漏电或者电缆接头老化的现象；

4、变电站中现有需要加装锁具的设备由于种类比较多，难以管理，从而导致变电站中的设备有丢失的风险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于变电站的安全防护系统，其避免安全隐患，解决了锁具繁多的问题，管理规范，减少变电站设备被盗窃、破坏或者误操作的风险，使用方便，便携，人机交互好，操作方便，及时发现故障，更安全，监控和管理方便，使用了多种供电方式，节约用电成本，保障系统的稳定性。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种用于变电站的安全防护系统，其特征在于，其包括变电站的智能钥匙系统和变电站的监控系统，变电站的智能钥匙系统包括磁力锁、RFID芯片、手持RFID阅读器和上位机，RFID芯片安装在磁力锁上，RFID芯片中保存相应磁力锁的ID号，手持RFID阅读器读取磁力锁的ID号进行处理，磁力锁根据手持RFID阅读器的处理结果执行相应的操作，上位机用于发出操控指令给RFID阅读器，上位机同时接收RFID阅读器返回的操作信息；变电站的监控系统包括控制终端、采集装置、多路选择模块、整形放大电路、A/D转换电路、Zigbee通信模块、监测主处理器和4G通信模块，控制终端通过4G通信模块与监测主处理器进行通信，采集装置采集的数据依次经过多路选择模块、整形放大电路、A/D转换电路、Zigbee通信模块传送给监测主处理器；采集装置包括高压带电传感器、SF6气体变送器、温湿度传感器、烟雾传感器和红外探测器，高压带电传感器用于获取变电站中高压设备上的高压带电信号，SF6气体变送器用于测试变电站中的SF6气体浓度，温湿度传感器用于采集变电站的温度和湿度，烟雾传感器通过监测变电站的烟雾浓度来防范火灾，红外探测器通过红外成像技术来检测变电站中电缆接头或导电接头的接触情况。

优选地，所述磁力锁包括锁芯主体和锁孔，锁芯主体包括四颗弹子，锁孔主体包括与四颗弹子相对应的锁孔，锁孔在一条直线上。

优选地，所述手持RFID阅读器包括主控电路、OLED显示接口电路、射频识别电路、键盘输入电路和存储电路，所述的OLED显示接口电路、射频识别电路和键盘输入电路均与主控电路相连接，所述的键盘输入电路用于输入控制信号，所述的OLED显示接口电路用于显示磁力锁的控制情况和开锁情况，所述的主控电路包括STM32F103VET6微处理器，所述的射频识别电路包括EM4095芯片，所述的存储电路包括AT24C64芯片，所述的STM32F103VET6微处理器通过SPI总线的方式与EM4095芯片相连接，所述的STM32F103VET6微处理器通过I2C总线的方式与AT24C64芯片相连接。

优选地，所述手持RFID阅读器还包括供电电路，所述供电电路包括锂电池、充放电保护电路和USB充电口，所述的USB充电口与充放电保护电路相连接，所述的USB充电口通过充放电保护电路对锂电池进行充电。

优选地，所述变电站的监控系统还包括电源电路，所述的电源电路用于为控制终端、采集装置、多路选择模块、整形放大电路、A/D转换电路、Zigbee通信模块、监测主处理器模块和4G通信模块供电，所述的电源电路包括220V交流电源、PT电源、太阳能光伏板、自动切换电路和电源转换电路，所述的220V交流电源、PT电源、太阳能光伏板均与自动切换电路相连接，所述的电源转换电路将自动切换电路的输出电压转换为控制终端、采集装置、多路选择模块、整形放大电路、A/D转换电路、Zigbee通信模块、监测主处理器模块和4G通信模块所需的工作电压。

优选地，所述监测主处理器模块还包括LCD触摸显示屏、语音电路和报警灯，所述LCD触摸显示屏用于查看和控制变电站的监控系统的运行，所述的语音电路用于人机对话，所述的报警灯在所述变电站的监控系统出现异常时被触发。

优选地，所述多路选择模块包括DG406芯片或CD4501芯片。

本发明的积极进步效果在于：(1)本发明包括的变电站的智能钥匙系统和变电站的监控系统对现有的变电站设备进行了全方位的保护，有效的避免了变电站有可能出现的各种安全隐患；(2)本发明的变电站的智能钥匙系统有效的解决了现有变电站中锁具繁多，管理混乱的问题，通过系统的对变电站的锁具进行管理，有效的减少了变电站设备被盗窃、破坏或者误操作的风险；(3)本发明的变电站的智能钥匙系统使用方便，其中手持RFID阅读器可以便携，人机交互好，操作方便；(4)本发明的变电站的监控系统有效的对变电站可能出现的安全隐患进行了有效的监控，同时报警灯和语音电路发出提醒，可以及时发现故障，有效的保障了变电站的安全；(5)本发明的变电站的监控系统，使用者通过控制终端远程操控和查看，监控和管理方便，同时为了保证变电站的监控系统不掉电，使用了多种供电方式，不仅节约了用电成本而且有效的保障了系统的稳定性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明RFID阅读器的原理框图；

图2为OLED显示接口电路的电路原理图；

图3为RFID阅读器的射频识别电路的电路图；

图4为RFID阅读器的充放电保护电路图；

图5为变电站的监控系统的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

本发明公开了一种用于变电站的安全防护系统，该安全防护系统包括变电站的智能钥匙系统和变电站的监控系统，变电站的智能钥匙系统包括磁力锁、RFID芯片、手持RFID阅读器和上位机，RFID芯片安装在磁力锁上，RFID芯片中保存相应磁力锁的ID号，手持RFID阅读器读取磁力锁的ID号进行处理，磁力锁根据手持RFID阅读器的处理结果执行相应的操作，上位机用于发出操控指令给RFID阅读器，上位机同时接收RFID阅读器返回的操作信息；变电站的监控系统包括控制终端、采集装置、多路选择模块、整形放大电路、A/D转换电路、Zigbee通信模块、监测主处理器和4G通信模块，控制终端通过4G通信模块与监测主处理器进行通信，采集装置采集的数据依次经过多路选择模块、整形放大电路、A/D转换电路、Zigbee通信模块传送给监测主处理器；采集装置包括高压带电传感器、SF6气体变送器、温/湿度传感器、烟雾传感器和红外探测器，高压带电传感器用于获取变电站中高压设备上的高压带电信号，SF6气体变送器用于测试变电站中的SF6气体浓度，温/湿度传感器用于采集变电站的温度和湿度，烟雾传感器通过监测变电站的烟雾浓度来防范火灾，红外探测器通过红外成像技术来检测变电站中电缆接头或导电接头的接触情况。

磁力锁包括锁芯主体和锁孔，锁芯主体包括四颗弹子，锁孔主体包括与四颗弹子相对应的锁孔，锁孔在一条直线上。

如图1所示，RFID阅读器包括主控电路、OLED显示接口电路、射频识别电路、键盘输入电路和存储电路，OLED显示接口电路、射频识别电路和键盘输入电路均与主控电路相连接，键盘输入电路用于输入控制信号，OLED显示接口电路用于显示磁力锁的控制情况和开锁情况，主控电路包括STM32F103VET6微处理器，射频识别电路包括EM4095芯片，存储电路包括AT24C64芯片，STM32F103VET6微处理器通过SPI总线的方式与EM4095芯片相连接，STM32F103VET6微处理器通过I2C总线的方式与AT24C64芯片相连接。

如图4所示，RFID阅读器还包括供电电路，供电电路锂电池、充放电保护电路和USB充电口，USB充电口与充放电保护电路相连接，USB充电口通过充放电保护电路对锂电池进行充电。

其中，主控电路的STM32F103VET6微处理器处于核心位置，充放电保护电路采用电路DW01+8205A和可用太阳能给锂电池充电的CN3063芯片，该RFID阅读器还包括SD卡。STM32F103VET6微处理器通过SPI总线方式和SD卡进行通信；STM32F103VET6微处理器通过I/O接口与OLED显示接口电路和键盘输入电路连接，实现显示输出和按键输入；STM32F103VET6微处理器通过USART串口实现程序的烧写和调试，使用更方便。

STM32F103VET6微处理器通过USB总线实现与上位机的高速有线通信。STM32F103VET6微处理器接收上位机的指令，保证了操作人员对RFID阅读器操作的正确性，最后将操作的重要信息返回给上位机。

OLED显示接口电路提供了友好的人机界面，STM32F103VET6微处理器通过I/O接口与OLED显示接口电路和键盘输入电路连接，实现显示输出和按键输入，用STM32F103VET6微处理器的PC0-PC7当数据总线，其它线用作控制口。键盘输入电路和STM32F103VET6微处理器连接也采用I/O接口方式。

为了提高变电站的智能钥匙系统的存储容量，数据存储可以由EEPROM芯片AT24C64作为外部数据存储模块，还可以采用了SD卡存储汉字字库和RFID芯片中读取的数据。

为了保证变电站的智能钥匙系统较长时间供电，采用锂电池供电，内部提供充放电保护电路，充电口为USB充电，OLED显示接口电路可以显示充电状态，电池电量等参数。

如图2所示，OLED显示接口电路包括负责行输出的行驱动器和列输出的列驱动器。OLED显示接口电路的显示屏为64行、128列，使用1片有64行输出行驱动器和2片64列输出列驱动器。行驱动器与STM32F103VET6微处理器没有直接关联，只需提供电源就能产生驱动信号和同步信号。STM32F103VET6微处理器和OLED显示接口电路的连接采用普通I/O口连接，用STM32F103VET6微处理器的PC0-PC7当数据总线与OLED显示接口电路的DB0-DB7连接，STM32F103VET6微处理器的CS1和CS2控制列驱动器。列驱动器内置显示存储器，其数据作为图形显示的驱动信号。

如图3所示，手持RFID阅读器的专用芯片采用的是瑞士的EM4095。DEMOD_OUT引脚为AM解调信号的输出端；MOD为调制控制端，低电平时没有调制，高电平时100％调制；RDY/CLK输出端具有多个功能指示作用，或作为发送已准备好指示，或作为接收同步时钟信号输出指示。当芯片内部锁相环工作建立，接收电路开始工作时，RDY/CLK端会输出连续的与DEMOD_OUT端数据信号同步的时钟信号；SHD为高电平时，EM4095进入睡眠省电模式，RDY/CLK也被置为低电平。RFID阅读器数据发送编码与数据接收解码由STM32F103VET6微处理器来完成。其中，RFID芯片也可以用其他同类芯片替代。

在变电站的智能钥匙系统的磁力锁上安装RFID芯片，锁头为磁力锁，里面有4颗弹子不规则排列。在正常情况下弹子排列不规则，处于锁合状态，RFID阅读器读取相应的磁力锁的ID号，如果该磁力锁的ID号在RFID阅读器中能匹配，磁力锁启动执行机构，将4颗弹子排成一条直线，这时可以开磁力锁。

如图5所示，变电站的监控系统还包括电源电路，电源电路用于为控制终端、采集装置、多路选择模块、整形放大电路、A/D转换电路、Zigbee通信模块、监测主处理器模块和4G通信模块供电，电源电路包括220V交流电源、PT电源、太阳能光伏板、自动切换电路和电源转换电路，220V交流电源、PT电源、太阳能光伏板均与自动切换电路相连接，电源转换电路将自动切换电路的输出电压转换为控制终端、采集装置、多路选择模块、整形放大电路、A/D转换电路、Zigbee通信模块、监测主处理器模块和4G通信模块所需的工作电压。其中，控制终端可以是手机或者PC机，变电站的监控系统采集装置包含高压带电传感器、SF6气体变送器、温/湿度传感器、烟雾传感器和红外探测器，变电站的监控系统采集装置可以扩展，如在电力设备上安装振动传感器，可以防止蓄意破坏电力设备。通过Zigbee通信模块进行组网可以进行远程控制，管理更加方便，控制终端通过4G通信模块与监测主处理器模块进行通信，采集装置采集的数据依次经过多路选择模块、整形放大电路、A/D转换电路、Zigbee通信模块传送给监测主处理器模块进行处理。

监测主处理器模块还包括LCD触摸显示屏、语音电路和报警灯，LCD触摸显示屏用于查看和控制变电站的监控系统的运行，语音电路用于人机对话，所述的报警灯在所述变电站的监控系统出现异常时被触发。多路选择模块包括DG406芯片或CD4501芯片，也可以是其它的多路选择芯片。

ZigBee通信模块采用CC2530芯片。CC2530芯片功耗低，不仅具有Zigbee的功能，内部还包含增强型的8051MCU和存储器。它具有极高的灵敏度和抗干扰能力，是真正的片上系统解决方案。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于变电站的安全防护系统，其特征在于，其包括变电站的智能钥匙系统和变电站的监控系统，变电站的智能钥匙系统包括磁力锁、RFID芯片、手持RFID阅读器和上位机，RFID芯片安装在磁力锁上，RFID芯片中保存相应磁力锁的ID号，手持RFID阅读器读取磁力锁的ID号进行处理，磁力锁根据手持RFID阅读器的处理结果执行相应的操作，上位机用于发出操控指令给RFID阅读器，上位机同时接收RFID阅读器返回的操作信息；变电站的监控系统包括控制终端、采集装置、多路选择模块、整形放大电路、A/D转换电路、Zigbee通信模块、监测主处理器和4G通信模块，控制终端通过4G通信模块与监测主处理器进行通信，采集装置采集的数据依次经过多路选择模块、整形放大电路、A/D转换电路、Zigbee通信模块传送给监测主处理器；采集装置包括高压带电传感器、SF6气体变送器、温湿度传感器、烟雾传感器和红外探测器，高压带电传感器用于获取变电站中高压设备上的高压带电信号，SF6气体变送器用于测试变电站中的SF6气体浓度，温湿度传感器用于采集变电站的温度和湿度，烟雾传感器通过监测变电站的烟雾浓度来防范火灾，红外探测器通过红外成像技术来检测变电站中电缆接头或导电接头的接触情况。

2.如权利要求1所述的用于变电站的安全防护系统，其特征在于，所述磁力锁包括锁芯主体和锁孔，锁芯主体包括四颗弹子，锁孔主体包括与四颗弹子相对应的锁孔，锁孔在一条直线上。

3.如权利要求1所述的用于变电站的安全防护系统，其特征在于，所述手持RFID阅读器包括主控电路、OLED显示接口电路、射频识别电路、键盘输入电路和存储电路，所述的OLED显示接口电路、射频识别电路和键盘输入电路均与主控电路相连接，所述的键盘输入电路用于输入控制信号，所述的OLED显示接口电路用于显示磁力锁的控制情况和开锁情况，所述的主控电路包括STM32F103VET6微处理器，所述的射频识别电路包括EM4095芯片，所述的存储电路包括AT24C64芯片，所述的STM32F103VET6微处理器通过SPI总线的方式与EM4095芯片相连接，所述的STM32F103VET6微处理器通过I2C总线的方式与AT24C64芯片相连接。

4.如权利要求3所述的用于变电站的安全防护系统，其特征在于，所述手持RFID阅读器还包括供电电路，所述供电电路包括锂电池、充放电保护电路和USB充电口，所述的USB充电口与充放电保护电路相连接，所述的USB充电口通过充放电保护电路对锂电池进行充电。

5.如权利要求1所述的用于变电站的安全防护系统，其特征在于，所述变电站的监控系统还包括电源电路，所述的电源电路用于为控制终端、采集装置、多路选择模块、整形放大电路、A/D转换电路、Zigbee通信模块、监测主处理器模块和4G通信模块供电，所述的电源电路包括220V交流电源、PT电源、太阳能光伏板、自动切换电路和电源转换电路，所述的220V交流电源、PT电源、太阳能光伏板均与自动切换电路相连接，所述的电源转换电路将自动切换电路的输出电压转换为控制终端、采集装置、多路选择模块、整形放大电路、A/D转换电路、Zigbee通信模块、监测主处理器模块和4G通信模块所需的工作电压。

6.如权利要求5所述的用于变电站的安全防护系统，其特征在于，所述监测主处理器模块还包括LCD触摸显示屏、语音电路和报警灯，所述LCD触摸显示屏用于查看和控制变电站的监控系统的运行，所述的语音电路用于人机对话，所述的报警灯在所述变电站的监控系统出现异常时被触发。

7.如权利要求1所述的用于变电站的安全防护系统，其特征在于，所述多路选择模块包括DG406芯片或CD4501芯片。