CN106338947A - 一种智能联网电缆监测与保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能联网电缆监测与保护装置，包括核心处理单元，核心处理单元连接有检测控制单元和远程服务器，检测控制单元包括采样模块和保护动作执行模块，采样模块的输入端连接到电缆网络，输出端连接到核心处理单元的数据输入端，保护动作执行模块的控制端连接到核心处理单元的输出端；核心处理单元包括核心处理器，核心处理器的数据输入引脚连接有信号调理模块，电源引脚连接有供电模块，数据交互引脚连接有人机交互模块和存储扩展单元，通信引脚连接有联网通信模块，还连接有声光报警模块。本发明集继电保护、运行状态监测和数据记录与分析等功能为一体，实现联网监测与保护，提高系统运行稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电力电气技术领域，具体为一种智能联网电缆监测与保护装置。
背景技术
高温超导电缆具有传输电能大、线路损耗低、对环境污染小、结构紧凑等特点，经过多年的研究和试验，已逐步走向现场试运行阶段；当高温超导电缆在电网中运行时，短路电流、冷却系统故障以及超导电缆本体故障等可能造成超导电缆失超，对超导电缆造成损害。如果仅靠人工检修，需要消耗大量的人力物力，且不能够保证实时性和准确性，容易因故障导致大面积线路瘫痪，造成巨大的经济损失。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种智能联网电缆监测与保护装置，集继电保护、运行状态监测和数据记录与分析等功能为一体，实现联网监测与保护，提高系统运行稳定性，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种智能联网电缆监测与保护装置，包括核心处理单元，所述核心处理单元的数据输入端连接有检测控制单元，核心处理单元的数据输出端连接有远程服务器，所述检测控制单元包括采样模块和保护动作执行模块，所述采样模块的输入端连接到电缆网络，输出端连接到核心处理单元的数据输入端，所述保护动作执行模块的控制端连接到核心处理单元的输出端；所述核心处理单元包括核心处理器，所述核心处理器的数据输入引脚连接有信号调理模块，电源引脚连接有供电模块，数据交互引脚连接有人机交互模块和存储扩展单元，通信引脚连接有联网通信模块，所述联网通信模块与远程服务器进行数据交换，核心处理器还连接有声光报警模块。
作为本发明一种优选的技术方案，所述采样模块包括电气传感器组和非电气量传感器组，所述电气传感器组输出端连接有光耦隔离器，光耦隔离器和非电气量传感器组的输出端连接有数据采集卡。
作为本发明一种优选的技术方案，所述保护动作执行模块包括电流驱动器，所述电流驱动器的输出端连接有断路器，所述断路器共有两个，分别串联在两个互为备用的电缆线路中。
作为本发明一种优选的技术方案，所述核心处理器采用STM32F103ZET6型嵌入式处理器芯片，且核心处理器连接有时钟晶振和看门狗。
作为本发明一种优选的技术方案，所述信号调理模块包括多通道A/D转换器，所述多通道A/D转换器的输入端连接有信号滤波器和信号放大器，所述信号放大器的输入端与数据采集卡的输出端电气连接。
作为本发明一种优选的技术方案，所述供电模块包括隔离变压器和蓄电池，所述隔离变压器的输入端直接连接到电网中，输出端一路连接有整流桥，一路连接到蓄电池的充电引脚，整流桥和蓄电池的输出端并联连接有直流变换器，直流变换器的输出端连接到核心处理器的电源引脚。
作为本发明一种优选的技术方案，所述人机交互模块包括液晶显示器和输入按键，所述液晶显示器的数据端还连接有LCD驱动器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述联网通信模块包括以太网控制器和编解码器，所述编解码器的输出端还连接有无线信号收发器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述声光报警模块包括功率放大器，所述功率放大器的输出端连接有蜂鸣器和警示闪光灯。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该智能联网电缆监测与保护装置，通过设置检测控制单元，利用采样模块中的电气传感器组和非电气量传感器组进行实时参数采集，并结合数据采集卡和信号调理模块，将采集到的数据传输至核心处理器进行实时处理；通过设置保护动作执行模块，利用电流驱动器驱动断路器进行线路切换，实现备份冗余，提高电缆网络的稳定性；通过设置声光报警模块，利用蜂鸣器和警示闪光灯进行声光报警；通过设置联网通信模块，利用以太网控制器和无线信号收发器实现远程数据传输通信，实现远程监控控制；本发明集继电保护、运行状态监测和数据记录与分析等功能为一体，实现联网监测与保护，提高系统运行稳定性。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为核心处理器电路原理图。
图中：1-核心处理单元；2-检测控制单元；3-远程服务器；4-采样模块；5-保护动作执行模块；6-核心处理器；7-信号调理模块；8-供电模块；9-人机交互模块；10-联网通信模块；11-声光报警模块；12-电气传感器组；13-非电气量传感器组；14-光耦隔离器；15-数据采集卡；16-电流驱动器；17-断路器；18-时钟晶振；19-看门狗；20-A/D转换器；21-信号滤波器；22-信号放大器；23-隔离变压器；24-蓄电池；25-整流桥；26-直流变换器；27-液晶显示器；28-输入按键；29-LCD驱动器；30-以太网控制器；31-编解码器；32-无线信号收发器；33-功率放大器；34-蜂鸣器；35-警示闪光灯。
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。
实施例：
请参阅图1和图2，本发明提供一种技术方案：一种智能联网电缆监测与保护装置，包括核心处理单元1，所述核心处理单元1的数据输入端连接有检测控制单元2，核心处理单元1的数据输出端连接有远程服务器3，所述检测控制单元2包括采样模块4和保护动作执行模块5，所述采样模块4的输入端连接到电缆网络，输出端连接到核心处理单元1的数据输入端，所述保护动作执行模块5的控制端连接到核心处理单元1的输出端；
所述核心处理单元1包括核心处理器6，所述核心处理器6的数据输入引脚连接有信号调理模块7，电源引脚连接有供电模块8，数据交互引脚连接有人机交互模块9和存储扩展单元，通信引脚连接有联网通信模块10，所述联网通信模块10与远程服务器3进行数据交换，核心处理器6还连接有声光报警模块11；
所述采样模块4包括电气传感器组12和非电气量传感器组13，所述电气传感器组12输出端连接有光耦隔离器14，光耦隔离器14和非电气量传感器组13的输出端连接有数据采集卡15；所述保护动作执行模块5包括电流驱动器16，所述电流驱动器16的输出端连接有断路器17，所述断路器17共有两个，分别串联在两个互为备用的电缆线路中；所述核心处理器6采用STM32F103ZET6型嵌入式处理器芯片，且核心处理器6连接有时钟晶振18和看门狗19；所述信号调理模块7包括多通道A/D转换器20，所述多通道A/D转换器20的输入端连接有信号滤波器21和信号放大器22，所述信号放大器22的输入端与数据采集卡15的输出端电气连接；
所述供电模块8包括隔离变压器23和蓄电池24，所述隔离变压器23的输入端直接连接到电网中，输出端一路连接有整流桥25，一路连接到蓄电池24的充电引脚，整流桥25和蓄电池24的输出端并联连接有直流变换器26，直流变换器26的输出端连接到核心处理器6的电源引脚；所述人机交互模块9包括液晶显示器27和输入按键28，所述液晶显示器27的数据端还连接有LCD驱动器29；所述联网通信模块10包括以太网控制器30和编解码器31，所述编解码器31的输出端还连接有无线信号收发器32；所述声光报警模块11包括功率放大器33，所述功率放大器33的输出端连接有蜂鸣器34和警示闪光灯35。
本发明的工作原理：所述核心处理单元1为整个装置的控制中枢，用于进行数据处理和调度控制，所述检测控制单元2用于实现数据检测和实时控制操作，所述远程服务器3用于进行远程数据监控；
所述核心处理器6采用STM32F103ZET6型嵌入式处理器芯片，该芯片是基于ARMCortex-M3核心的32位微控制器，LQFP-144封装；512K片内FLASH(相当于硬盘)，64K片内RAM(相当于内存)，片内FLASH支持在线编程(IAP)；高达72M的频率，数据，指令分别走不同的流水线，以确保CPU运行速度达到最大化；通过片内BOOT区，可实现串口下载程序(ISP)；片内双RC晶振，提供8M和32K的频率；支持片外高速晶振(8M)，和片外低速晶振(32K)；其中片外低速晶振可用于CPU的实时时钟，带后备电源引脚，用于掉电后的时钟行走；42个16位的后备寄存器(可以理解为电池保存的RAM)，利用外置的纽扣电池，和实现掉电数据保存功能；支持JTAG，SWD调试.配合廉价的J-LINK，实现高速低成本的开发调试方案；多达80个IO(大部分兼容5V逻辑)，4个通用定时器，2个高级定时器，2个基本定时器，3路SPI接口，2路I2S接口，2路I2C接口，5路USART，一个USB从设备接口，一个CAN接口，SDIO接口，可兼容SRAM，NOR和NANDFlash接口的16位总线-FSMC；3路共16通道的12位AD输入，2路共2通道的12位DA输出；支持片外独立电压基准；CPU操作电压范围:2.0-3.6V；
(1)所述核心处理器6用于进行数据分析控制以及任务调度，时钟晶振18为核心处理器6提供标准振荡周期，所述看门狗19可以防止程序跑飞，提高系统稳定性；所述人机交互模块9用于进行数据输入和输出操作，所述液晶显示器27可以显示当期的数据状态，所述输入按键28可以选择相应的操作模式并进行参数设置，所述LCD驱动器29用于实现输入输出电平信号转换；
(2)所述供电模块8为核心处理器6提供电源，所述隔离变压器23直接连接到电网，将电网中的高压交流电变换成低压交流电，一方面给蓄电池24充电作为储蓄，一方面直接输出至整流桥25进行整流变换，生成直流电，当电网正常时直接给直流变换器26供电，当电网故障时则蓄电池24给直流变换器26供电，所述直流变换器26将电压变换成核心处理器6所需电压，并输出至核心处理器6的电源引脚；
(3)所述采样模块4用于实现数据采样操作，所述电气传感器组12用于采集电压和电流实时数据，所述非电气量传感器组13用于进行温度等非电气量采集，采集到的电气信号先经过光耦隔离器14隔离，减小对后级电路的影响，再与非电气量一同输出至数据采集卡15，数据采集卡15将收集到的信号进行压缩整合，传输至信号调理模块7；
(4)所述信号调理模块7将接收到的信号进行处理，所述信号放大器22将接收到的信号先进行放大操作，所述信号滤波器21将放大后的信号进行滤波操作，再通过多通道A/D转换器20进行模数转换后送入至核心处理器6；
(5)核心处理器6接收到数据后，调用内部程序进行分析处理，判断当前状态是否满足设定的上限阈值，当超过设定值时，将触发保护动作执行模块5，核心处理器6对应的端口输出高电平，电流驱动器16将电流放大后控制断路器17断开或接通，从而将故障电路断开并跳接到备用电路，保证正常工作；同时触发声光报警模块11，所述功率放大器33将核心处理器6的输出功率放大，然后驱动蜂鸣器34发出警报，并控制警示闪光灯35开始闪烁，提醒出现故障；
(6)所述联网通信模块10用于实现与远程服务器3的远程数据通信，所述以太网控制器30用于进行网络参数配置，设定传输通道，所述编解码器31将待发送数据进行编码操作，并且将编码后的数据传输至无线信号收发器32，无线信号收发器32将数据以无线信号的方式发送至远程服务器3，利用远程服务器3实现远程监控和调度。
该智能联网电缆监测与保护装置，通过设置检测控制单元2，利用采样模块4中的电气传感器组12和非电气量传感器组13进行实时参数采集，并结合数据采集卡15和信号调理模块7，将采集到的数据传输至核心处理器6进行实时处理；通过设置保护动作执行模块5，利用电流驱动器16驱动断路器进行线路切换，实现备份冗余，提高电缆网络的稳定性；通过设置声光报警模块，利用蜂鸣器34和警示闪光灯35进行声光报警；通过设置联网通信模块，利用以太网控制器30和无线信号收发器32实现远程数据传输通信，实现远程监控控制；本发明集继电保护、运行状态监测和数据记录与分析等功能为一体，实现联网监测与保护，提高系统运行稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种智能联网电缆监测与保护装置，包括核心处理单元(1)，所述核心处理单元(1)的数据输入端连接有检测控制单元(2)，核心处理单元(1)的数据输出端连接有远程服务器(3)，其特征在于：所述检测控制单元(2)包括采样模块(4)和保护动作执行模块(5)，所述采样模块(4)的输入端连接到电缆网络，输出端连接到核心处理单元(1)的数据输入端，所述保护动作执行模块(5)的控制端连接到核心处理单元(1)的输出端；
所述核心处理单元(1)包括核心处理器(6)，所述核心处理器(6)的数据输入引脚连接有信号调理模块(7)，电源引脚连接有供电模块(8)，数据交互引脚连接有人机交互模块(9)和存储扩展单元，通信引脚连接有联网通信模块(10)，所述联网通信模块(10)与远程服务器(3)进行数据交换，核心处理器(6)还连接有声光报警模块(11)。
2.根据权利要求1所述的一种智能联网电缆监测与保护装置，其特征在于：所述采样模块(4)包括电气传感器组(12)和非电气量传感器组(13)，所述电气传感器组(12)输出端连接有光耦隔离器(14)，光耦隔离器(14)和非电气量传感器组(13)的输出端连接有数据采集卡(15)。
3.根据权利要求1所述的一种智能联网电缆监测与保护装置，其特征在于：所述保护动作执行模块(5)包括电流驱动器(16)，所述电流驱动器(16)的输出端连接有断路器(17)，所述断路器(17)共有两个，分别串联在两个互为备用的电缆线路中。
4.根据权利要求1所述的一种智能联网电缆监测与保护装置，其特征在于：所述核心处理器(6)采用STM32F103ZET6型嵌入式处理器芯片，且核心处理器(6)连接有时钟晶振(18)和看门狗(19)。
5.根据权利要求1所述的一种智能联网电缆监测与保护装置，其特征在于：所述信号调理模块(7)包括多通道A/D转换器(20)，所述多通道A/D转换器(20)的输入端连接有信号滤波器(21)和信号放大器(22)，所述信号放大器(22)的输入端与数据采集卡(15)的输出端电气连接。
6.根据权利要求1所述的一种智能联网电缆监测与保护装置，其特征在于：所述供电模块(8)包括隔离变压器(23)和蓄电池(24)，所述隔离变压器(23)的输入端直接连接到电网中，输出端一路连接有整流桥(25)，一路连接到蓄电池(24)的充电引脚，整流桥(25)和蓄电池(24)的输出端并联连接有直流变换器(26)，直流变换器(26)的输出端连接到核心处理器(6)的电源引脚。
7.根据权利要求1所述的一种智能联网电缆监测与保护装置，其特征在于：所述人机交互模块(9)包括液晶显示器(27)和输入按键(28)，所述液晶显示器(27)的数据端还连接有LCD驱动器(29)。
8.根据权利要求1所述的一种智能联网电缆监测与保护装置，其特征在于：所述联网通信模块(10)包括以太网控制器(30)和编解码器(31)，所述编解码器(31)的输出端还连接有无线信号收发器(32)。
9.根据权利要求1所述的一种智能联网电缆监测与保护装置，其特征在于：所述声光报警模块(11)包括功率放大器(33)，所述功率放大器(33)的输出端连接有蜂鸣器(34)和警示闪光灯(35)。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN113708488A (zh) * | 2021-08-13 | 2021-11-26 | 贵州电网有限责任公司 | 继电保护系统硬件架构 |
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