CN106952463B - 电力二次设备状态采集系统及方法 - Google Patents

电力二次设备状态采集系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电力二次设备状态采集系统及方法，电力二次设备状态采集系统包括：若干AD采样电阻网络，AD采样电阻网络均包括分别安装于若干电力二次设备侧方的若干传感装置以及分别安装于若干电力二次设备的操作装置上的若干传感附件，传感装置由开关电阻分别与支路开关并联形成；若干采集器，若干采集器用于分别采集若干AD采样电阻网络输出的模拟信号并进行AD转换，并将AD转换值进行计算并与内部状态表进行比较，转换为各个操作装置的开关量状态；以及总线数据管理装置，总线数据管理装置通过总线的方式与若干采集器进行通信连接。本发明的电力二次设备状态采集系统具有升级改造安全合理、电路设计简单、改造成本低廉的有益效果。

Description

电力二次设备状态采集系统及方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种电力二次设备状态采集系统及方法。
背景技术
随着电力技术的不断发展，电力智能化程度已经达到了一定的水平，特别是一次设备的智能化程度，基本已能实现远方的状态监视；而电力二次设备如变电站内的压板、空开等却因为各种技术原因，目前还广泛处于“就地化”与“人工化”的状态识别的方式，特别是当前大规模处于投运状态的变电站、厂站，其二次设备的状态采集难度更大，严重影响了是电力智能化的全面发展。
目前，针对电力二次设备状态采集的方法主要是对二次设备进行升级改造。然而改造需要停运相关设备、改动二次接线，且二次设备数量多，改造工作量大且工艺要求高，难度大，改造周期长，改造后还需要进行相关试验。而目前对二次设备状态采集的方式大多都是一个通道采集一个二次设备状态，这样的电路结构比较简单。但是当需要集中进行多个二次设备状态且二次设备分布距离远的采集时，就需要多个采集通道和多级中继，这样需要增加多路采集电路及PCB板面积，从而导致消耗更多结构空间，且需要消耗更多CPU的I/O口资源，由于I/O口数量以及结构空间有限，这样决定了这种采集方式采集的数量是有限的，由于信号干扰和信号衰减等原因不能实现远距离的状态采集。同时这种方式集中进行多个状态采集时成本较高、连接线较多、可靠性低。
发明内容
针对上述现有技术现状，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种升级改造安全合理、电路设计简单、改造成本低廉的电力二次设备状态采集系统及方法。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种电力二次设备状态采集系统，包括：
若干AD采样电阻网络，每个所述AD采样电阻网络均包括模拟信号输出端、分别安装于若干电力二次设备侧方的若干传感装置以及分别安装于若干电力二次设备的操作装置上的若干传感附件，若干传感装置由若干开关电阻分别与若干支路开关并联形成，若干传感装置串接在模拟信号输出端与电源的地之间，所述模拟信号输出端与电源的正极之间串联采样电阻；当电力二次设备处于接通状态时，安装于该电力二次设备的操作装置上的传感附件激活该电力二次设备侧方的传感装置的支路开关，当电力二次设备处于断开状态时，安装于该电力二次设备的操作装置上的传感附件不能激活该电力二次设备侧方的传感装置的支路开关；
若干采集器，若干采集器的输入端分别与若干所述AD采样电阻网络的模拟信号输出端连接，用于分别采集若干所述AD采样电阻网络输出的模拟信号并进行AD转换，并将AD转换值进行计算并与内部状态表进行比较，转换为各个操作装置的开关量状态；以及
总线数据管理装置，所述总线数据管理装置通过总线的方式与若干所述采集器进行通信连接。
在其中一个实施例中，若干开关电阻的阻值按编号顺序逐渐递减或逐渐递增。
在其中一个实施例中，所述总线为485总线、SPI总线、IIC总线、422总线、EIB总线、TXD/RXD总线、LIN总线、CAN总线、ProfiBus总线或者现场总线。
在其中一个实施例中，所述传感附件激活所述传感装置的支路开关的方式为磁、光或机电感应。
本发明所提供的一种电力二次设备状态采集方法，包括：
(1)通过在若干电力二次设备侧方分别安装若干传感装置，同时在若干电力二次设备的操作装置上分别安装若干传感附件组成若干AD采样电阻网络，若干传感装置由若干开关电阻分别与若干支路开关并联形成，若干传感装置串接在模拟信号输出端与电源的地之间，所述模拟信号输出端与电源的正极之间串联采样电阻；当电力二次设备处于接通状态时，安装于该电力二次设备的操作装置上的传感附件激活该电力二次设备侧方的传感装置的支路开关，当电力二次设备处于断开状态时，安装于该电力二次设备的操作装置上的传感附件不能激活该电力二次设备侧方的传感装置的支路开关；
(2)通过若干采集器分别采集步骤(1)中的若干AD采样电阻网络输出的模拟信号并进行AD转换，并将AD转换值进行计算并与内部状态表进行比较，确定若干AD采样电阻网络中的所有支路开关的开关量状态，从而确定开关量对应的二次设备的状态；
(3)若干采集器通过总线方式将步骤(2)中开关量状态信号上传到总线数据管理装置。
在其中一个实施例中，若干开关电阻的阻值按编号顺序逐渐递减或逐渐递增。
在其中一个实施例中，所述总线为485总线、SPI总线、IIC总线、422总线、EIB总线、TXD/RXD总线、LIN总线、CAN总线、ProfiBus总线或者现场总线。
在其中一个实施例中，所述传感附件激活所述传感装置的支路开关的方式为磁、光或机电感应。
本发明提供的电力二次设备状态采集系统及方法，通过AD采样电阻网络将电力二次设备的操作装置的物理状态转变成开关量，并将多个开关量信号转换成模拟信号，再通过采集器采集AD采样电阻网络输出的模拟信号并进行AD转换，并将AD转换值进行计算并与内部状态表进行比较，转换为各个操作装置的开关量状态，从而确定开关量对应的二次设备的状态，最终将二次设备状态以数字信息的方式通过总线上送到总线数据管理装置。与现有技术相比，不停运相关一、二次设备及不改动二次接线，使得电力二次设备状态采集的升级改造安全合理、切实可行，电路设计简单、改造成本低廉、系统组成简洁清晰，开关状态管理方便有效。
本发明附加技术特征所具有的有益效果将在本说明书具体实施方式部分进行说明。
附图说明
图1为现有技术中的电力二次设备的简化示意图；
图2为本发明实施例中的电力二次设备状态采集系统的原理示意图；
图3为本发明实施例中的电力二次设备状态采集系统的AD采样电阻网络的原理示意图；
图4和图5为本发明实施例中的传感装置动作原理示意图，其中，图4为开关闭合时的状态，图5为开关打开时的状态。
具体实施方式
下面参考附图并结合实施例对本发明进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，以下各实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图1为现有技术中的电力二次设备的简化示意图，图2为本发明实施例中的电力二次设备状态采集系统的原理示意图。如图1、2所示，电力二次设备状态采集系统包括若干AD采样电阻网络31、...、3n、若干采集器21、...、2n以及总线数据管理装置10。
图3为本发明实施例中的电力二次设备状态采集系统的AD采样电阻网络的原理示意图。如图3所示，所述AD采样电阻网络包括电源VCC、采样电阻R’、若干开关电阻R1、...、Rn、若干支路开关S1、...、Sn和若干传感附件J1’、...、Jn’，若干支路开关S1、...、Sn分别与若干开关电阻R1、...、Rn并联形成若干传感装置J1、...、Jn，所有传感装置J1、...、Jn相互串联在模拟信号输出端AD与电源VCC的地之间，模拟信号输出端AD与电源VCC的正极之间串联采样电阻R’。若干开关电阻R1、...、Rn的阻值不同。为了方便计算，若干开关电阻R1、...、Rn的阻值按编号顺序逐渐递减或逐渐递增(如：R、1/2R、1/3R、...、1/nR，或者R、2R、3R、...、nR)。传感装置J1、...、Jn在支路开关S1、...、Sn闭合状态时的阻值为0，传感装置J1、...、Jn在支路开关S1、...、Sn断开状态时的阻值为Ri，0＜i≤n。本实施例中，采样电阻R’和开关电阻R1、...、Rn的设计能够满足n个支路开关S1、...、Sn的所有状态组合，使得模拟信号输出端AD最多能够输出2^n种能够被所述采集器的AD采样电路识别的不同的电压信号。
若干传感附件J1’、...、Jn’分别安装在电力二次设备的操作装置K1、...、Kn上，用于分别激活若干支路开关S1、...、Sn。即：当电力二次设备的操作装置K1处于接通状态时，安装于此操作装置K1上的传感附件J1’激活安装于此操作装置K1侧方的支路开关S1，此时支路开关S1闭合(见图4)；相反地，当电力二次设备的操作装置K1处于断开状态时，安装于此操作装置K1上的传感附件J1’不能激活安装于此操作装置K1侧方的支路开关S1，此时支路开关S1断开(见图5)。较优地，所述传感附件激活所述支路开关的方式为磁、光或机电感应。
继续参见图2，若干采集器21、...、2n的输入端分别与若干所述AD采样电阻网络31、...、3n的模拟信号输出端AD连接，用于分别采集若干所述AD采样电阻网络31、...、3n输出的模拟信号并进行AD转换，并将AD转换值进行计算并与内部状态表进行比较，转换为各个操作装置K1、...、Kn的开关量状态。
所述总线数据管理装置10通过总线的方式与若干所述采集器21、...、2n进行通信连接，获取电力二次设备的操作装置K1、...、Kn状态并进行集中管理。所述总线为485总线、SPI总线、IIC总线、422总线、EIB总线、TXD/RXD总线、LIN总线、CAN总线、ProfiBus总线或者现场总线。总线数据管理装置具有与上位机通信的功能，可以将二次设备的状态数据通过通信接口上送至上位机；通信方式为以太网，或RS485，或RS422，或无线通信。
本发明另一个实施例中，提供一种电力二次设备状态采集方法，包括：
步骤1、通过若干AD采样电阻网络31、...、3n将电力二次设备的操作装置K1、...、Kn的物理状态转变成开关量，并将多个开关量信号转换成模拟信号；每个所述AD采样电阻网络均包括电源VCC、若干开关电阻R1、...、Rn、若干支路开关S1、...、Sn和若干传感附件J1’、...、Jn’，若干开关电阻R1、...、Rn的阻值不同，若干开关电阻R1、...、Rn分别与若干支路开关S1、...、Sn并联形成若干传感装置J1、...、Jn，所有传感装置J1、...、Jn相互串联；若干传感附件J1’、...、Jn’分别安装在电力二次设备的操作装置K1、...、Kn上，用于使若干操作装置K1、...、Kn分别与若干支路开关S1、...、Sn联动；
步骤2、通过若干采集器21、...、2n分别采集步骤1中的若干AD采样电阻网络31、...、3n输出的模拟信号并进行AD转换，并将AD转换值进行计算并与内部状态表进行比较，转换为各个操作装置K1、...、Kn的开关量状态，从而确定开关量对应的二次设备的状态；
步骤3、若干采集器21、...、2n通过总线方式将开关量状态信号上传到总线数据管理装置10。
由此可见，本发明实施例的电力二次设备状态采集系统及方法，基于总线方式，使用电阻网络，将开关量信号转换成模拟量信号，通过AD采样电路采样模拟电压获得开关电阻值，并根据电阻计算步骤获得的开关电阻值与开关串联电路结构判定获得电路上所有开关的闭合与断开状态的状态，从而实现多路开关量的采集，较传统的开关量采集装置更具有实用性。根据所有传感装置形成的串联电路先计算获得电路结构中全部开关构成的所有组合对应的电路串联阻值，并形成开关阻值与开关状态对应的数据表格，然后采用查表法根据开关电阻值确定电路上所有开关的闭合与断开状态。查表法是现有常用的软件处理方法，方便快捷。判断电路上所有开关的闭合与断开状态步骤中，AD采样电阻网络计算出的开关电阻值R是指与所述传感装置形成的串联电阻数据表中相对应的电阻值相当。采集器将各个开关的断开与闭合状态的信息转换成数字信息，再通过总线传输至总线数据管理装置。
综上，本发明专利实施例的电力二次设备状态采集系统及方法，由于不改动二次接线，巧妙的利用电阻网络将开关量信号转换成模拟信号来处理，并通过总线的方式，可以将各种现场的电力二次设备状态采集起来，特别是针对电力二次设备正常运行中的升级改造，二次设备位置分布凌乱，各个位置距离远等情况，传统的状态采集装置不能够适用。使得电路非常简单可靠、成本大大降低，使用很小的电路开销就能完成多个开关量的采集，拓宽了集中式电力二次设备状态采集的市场，具有非常重要的意义。
而且，电阻网络先由若干开关电阻R1、...、Rn分别与若干支路开关S1、...、Sn并联形成若干传感装置J1、...、Jn(即开关支路)，再若干传感装置J1、...、Jn与采样电阻R’串接在电源VCC的正极与电源VCC的地之间形成，该电阻网络对采集器的AD分辨率要求低，最小分辨电压只需要满足若干开关电阻R1、...、Rn中阻值最小的两个电阻对应的开关支路分别单独唯一闭合时的电压差值即可，实用性强。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电力二次设备状态采集系统，其特征在于，包括：
若干AD采样电阻网络(31、...、3n)，每个所述AD采样电阻网络均包括模拟信号输出端(AD)、分别安装于若干电力二次设备侧方的若干传感装置(J1、...、Jn)以及分别安装于若干电力二次设备的操作装置(K1、...、Kn)上的若干传感附件(J1′、...、Jn′)，若干传感装置(J1、...、Jn)由若干开关电阻(R1、...、Rn)分别与若干支路开关(S1、...、Sn)并联形成，若干传感装置(J1、...、Jn)串接在模拟信号输出端(AD)与电源(VCC)的地之间，所述模拟信号输出端(AD)与电源(VCC)的正极之间串联采样电阻(R′)；当电力二次设备处于接通状态时，安装于该电力二次设备的操作装置上的传感附件激活该电力二次设备侧方的传感装置的支路开关，当电力二次设备处于断开状态时，安装于该电力二次设备的操作装置上的传感附件不能激活该电力二次设备侧方的传感装置的支路开关；
若干采集器(21、...、2n)，若干采集器(21、...、2n)的输入端分别与若干所述AD采样电阻网络(31、...、3n)的模拟信号输出端(AD)连接，用于分别采集若干所述AD采样电阻网络(31、...、3n)输出的模拟信号并进行AD转换，并将AD转换值进行计算并与内部状态表进行比较，转换为各个操作装置(K1、...、Kn)的开关量状态；以及
总线数据管理装置(10)，所述总线数据管理装置(10)通过总线的方式与若干所述采集器(21、...、2n)进行通信连接。
2.根据权利要求1所述的电力二次设备状态采集系统，其特征在于，若干开关电阻(R1、...、Rn)的阻值按编号顺序逐渐递减或逐渐递增。
3.根据权利要求1所述的电力二次设备状态采集系统，其特征在于，所述总线为485总线、SPI总线、IIC总线、422总线、EIB总线、TXD/RXD总线、LIN总线、CAN总线、ProfiBus总线或者现场总线。
4.根据权利要求1所述的电力二次设备状态采集系统，其特征在于，所述传感附件激活所述传感装置的支路开关的方式为磁、光或机电感应。
5.一种电力二次设备状态采集方法，其特征在于，包括：
(1)通过在若干电力二次设备侧方分别安装若干传感装置(J1、...、Jn)，同时在若干电力二次设备的操作装置(K1、...、Kn)上分别安装若干传感附件(J1′、...、Jn′)组成若干AD采样电阻网络(31、...、3n)，若干传感装置(J1、...、Jn)由若干开关电阻(R1、...、Rn)分别与若干支路开关(S1、...、Sn)并联形成，若干传感装置(J1、...、Jn)串接在模拟信号输出端(AD)与电源(VCC)的地之间，所述模拟信号输出端(AD)与电源(VCC)的正极之间串联采样电阻(R′)；当电力二次设备处于接通状态时，安装于该电力二次设备的操作装置上的传感附件激活该电力二次设备侧方的传感装置的支路开关，当电力二次设备处于断开状态时，安装于该电力二次设备的操作装置上的传感附件不能激活该电力二次设备侧方的传感装置的支路开关；
(2)通过若干采集器(21、...、2n)分别采集步骤(1)中的若干AD采样电阻网络(31、...、3n)输出的模拟信号并进行AD转换，并将AD转换值进行计算并与内部状态表进行比较，确定若干AD采样电阻网络(31、...、3n)中的所有支路开关(S1、...、Sn)的开关量状态，从而确定开关量对应的二次设备的状态；
(3)若干采集器(21、...、2n)通过总线方式将步骤(2)中开关量状态信号上传到总线数据管理装置(10)。
6.根据权利要求5所述的电力二次设备状态采集方法，其特征在于，若干开关电阻(R1、...、Rn)的阻值按编号顺序逐渐递减或逐渐递增。
7.根据权利要求5所述的电力二次设备状态采集方法，其特征在于，所述总线为485总线、SPI总线、IIC总线、422总线、EIB总线、TXD/RXD总线、LIN总线、CAN总线、ProfiBus总线或者现场总线。
8.根据权利要求5所述的电力二次设备状态采集方法，其特征在于，所述传感附件激活所述传感装置的支路开关的方式为磁、光或机电感应。
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