CN108899870A - 一种基于物联网云平台的配变过载监测保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网云平台的配变过载监测保护装置，包括外盒，所外盒的一侧安装有盖板，盖板上开设有屏幕孔，屏幕孔内安装有触摸屏，外盒的内部安装有嵌入式系统控制核心单元，所述嵌入式系统控制核心单元输入端电性连接有电源模块，嵌入式系统控制核心单元电性连接有第一TTL串口、第二TTL串口、GPIO口和ADC端口。本基于物联网云平台控制模块的配变过载监测保护装置，设有温度变送器和温度传感器，对变压器油温实时采集，通过嵌入式系统控制核心单元与设定值进行对比，超出设定范围时，通过八口继电器模块控制隔离继电器组跳闸，并且将信息发送至远程终端，实现油温超限保护的功能。

Description

一种基于物联网云平台的配变过载监测保护装置

技术领域

本发明涉及电网电力变压器综合保护技术领域，具体为一种基于物联网云平台的配变过载监测保护装置。

背景技术

配变为配电网的关键设备，其安全运行直接影响了配电网供电可靠性。客户的超容量用电是一种违约行为，部分客户申报的用电容量已经无法满足自身需要，但为了少交电费、不交增容改造费用，而采用私自增容、物理降温等方式故意超容量用电，这使得变压器过载严重，增加了电网安全隐患，降低了供电质量。目前由于配变实时监测的关键参数少，配变保护功能不全，故损毁事故频发，给客户、供电部门带来设备危害及财产损失，以及停电引起的电量损失，还影响到供电的优质服务，引发其他客户投诉，严重影响其用电需求。

《DL/T572-2010电力变压器运行规程》条款4.1.3：自然循环冷却变压器顶层油温不宜经常超过85度；《GB/T1094.7-2008油浸式电力变压器负载导则》条款7.1：正常周期性负载下，变压器不得大于1.5倍额定电流，顶层油温不得大于105度。本发明按照上述规程对私自增容、物理降温等专变超载客户或过载严重的公用配变“瓶颈式”管理；运用物联网功能，通过远程信息监测控制功能代替人工管理，达到公司电费损失减少，公司及客户设备损毁数下降，管理成本降低的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于物联网云平台的配变过载监测保护装置，具有油温超限保护、负荷超载保护、功率积分差动保护的优点，解决了现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于物联网云平台的配变过载监测保护装置，包括外盒，所外盒的一侧安装有盖板，盖板上开设有屏幕孔，屏幕孔内安装有触摸屏，外盒的内部安装有嵌入式系统控制核心单元，所述嵌入式系统控制核心单元输入端电性连接有电源模块，嵌入式系统控制核心单元电性连接有第一TTL串口、第二TTL串口、GPIO口和ADC端口，第一TTL串口、第二TTL串口、GPIO口和ADC端口分别电性连接有通讯模块、GPRS无线模块、八口继电器模块和温度变送器，所述通讯模块电性连接有智能表，所述GPRS无线模块电性连接有云平台控制模块，云平台控制模块电性连接有远程终端，所述八口继电器模块电性连接有隔离继电器组，隔离继电器组通过输出电路电性连接有真空开关，所述温度变送器与电源模块电性连接，温度变送器电性连接有温度传感器。

优选的，所述温度传感器插入变压器油温孔中。

优选的，所述真空开关可使用空气开关跳合闸线圈替代。

优选的，所述八口继电器模块跳闸输出口接入开关的跳闸线圈，合闸输出口接入开关的合闸线圈。

优选的，所述远程终端为电力人员或用电客户的手机或其他平板电脑。

优选的，所述嵌入式系统控制核心单元与触摸屏电性连接。

优选的，该装置的工作方法包括：该装置实时采集油温值，当配变油温超越85℃达15秒，则装置发送预警信息至手机APP；当配变油温超越105℃达15秒，则装置发出跳闸命令，同时跳闸信息、开关位置推送至手机APP；当油温<85℃，有权限人员可通过APP下达合闸命令。

优选的，该装置的工作方法包括：正常周期性负荷时，该装置通过高、低压侧智能表实时采集配变负荷电流，根据变压器容量计算额定电流，当超越I额达15秒，则装置发送预警信息至手机APP；当超过1.5倍I额达15秒，则装置发出跳闸命令，同时跳闸信息、开关位置推送至手机APP；有权限人员可通过APP下达合闸命令。

优选的，该装置的工作方法包括：其功率积分差动保护为，以1分钟为周期分别获取电能表高、低压侧有功电量值，相当于有功功率按时间积分，按倍率计算出电量差值，（高压电量-低压电量）/高压电量>5%，或（低压电量-高压电量）/低压电量>3%，连续二次则功率积分差动保护动作。

另一方面，本发明还提供一种配变过载监测保护装置，该装置由嵌入式系统控制核心单元、RS485通讯模块、GPRS公网通讯模块、油温采集模块、输出电路、电源模块、APP应用终端7大部分组成；嵌入式系统控制核心单元与RS485通讯模块、GPRS公网通讯模块、油温采集模块、输出电路、电源模块电连接，GPRS公网通讯模块通过网络与APP应用终端连接；

其嵌入式系统控制核心单元以DL/T645-2007协议分别与配变高、低压侧智能表通讯，以有线RS485通讯模块按5秒为周期实时获取电表的有功功率、电流值；同时嵌入式系统控制核心单元的ADC通过油温采集模块实时获取油温数据，油温采集模块由PT100温度传感器、变送器组成；输出电路包括隔离继电器组、真空开关或空气开关跳合闸线圈；

所述嵌入式系统控制核心单元，采用致远电子工业级ARM9内核，454MHz主频，EPC-283C-L型工控主板及4.3寸四线电阻触摸屏，运行操作系统为linux 2.6.35；

所述RS485通讯模块以带屏蔽双绞线作为传输媒介，核心单元通过RS485通讯模块分别从高、低压侧智能表的RS485口以DL/T645-2007通讯协议实时采集配变有功功率、电流值等电参量，通讯波特率设定为2400bps；

所述控制核心单元与GPRS公网通讯模块以TTL串口方式通讯，通讯模块与GPRS公网双向数据传输, 支持TCP/UDP协议，内嵌云平台登录程序，核心单元与云平台的数据传输为透传方式；

所述油温采集模块由PT100铂电阻温度传感器，温度范围-25~+300°C、温度变送器组成，输入电压DC24V，PT100电阻与温度为线性关系，温度变送器将其阻值转换成对应0－3.25V的电压输入核心单元的ADC 1端口；

所述输出电路的隔离继电器为8口光耦隔离、TTL低电平触发；隔离继电器线圈控制电压为5V，AC/DC220V电压通过继电器接点，控制真空开关的跳合闸线圈。

所述电源模块的采用SK8050S芯片，输入电压范围AC 120-280V，输出1为DC5V 3A，电压误差<±0.02V，输出2为DC24V，电压误差<±0.02V 1A；具备抗干扰，过温保护、过载保护、短路保护功能；

所述APP应用终端为电力人员或用电客户的手机或其他平板电脑，运行的系统为Android或ios；安装配变过载监测APP软件；供电人员及客户能通过手机APP软件获取专变的电能参数及开关位置；供电人员能通过手机APP软件对专变进行远程合闸。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本基于物联网云平台控制模块的配变过载监测保护装置，设有温度变送器和温度传感器，对变压器油温实时采集，通过嵌入式系统控制核心单元与设定值进行对比，超出设定范围时，通过八口继电器模块控制隔离继电器组跳闸，并且将信息发送至远程终端，实现油温超限保护的功能；通过通讯模电性连接有智能表，通讯模块分别从高、低压侧智能表实时采集配变负荷电流，根据变压器容量计算额定电流，超出设定范围时，则嵌入式系统控制核心单元发出跳闸命令，实现负荷超载保护功能；同时嵌入式系统控制核心单元以一分钟为周期分别获取电能表高、低压侧有功电量值，按倍率计算出电量差值，连续二次超出设定范围，启动则功率积分差动保护动作，具有功率积分差动保护功能。

附图说明

图1为本发明的外盒结构图；

图2为本发明的整体结构图；

图3为本发明的检测保护流程图；

图4为本发明的云端设备连接控制流程图。

图中：1、外盒；11、盖板；12、屏幕孔；13、触摸屏；2、电源模块；3、嵌入式系统控制核心单元；31、第一TTL串口；32、第二TTL串口；33、GPIO口；34、ADC端口；4、通讯模块；41、智能表；5、GPRS无线模块；51、云平台控制模块；52、远程终端；6、八口继电器模块；61、隔离继电器组；62、真空开关；7、温度变送器；71、温度传感器。

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。

请参阅图1-4，一种基于物联网云平台的配变过载监测保护装置，包括外盒1，外盒1的一侧安装有盖板11，盖板11上开设有屏幕孔12，屏幕孔12内安装有触摸屏13，外盒1的内部安装有嵌入式系统控制核心单元3，嵌入式系统控制核心单元3与触摸屏13电性连接，触摸屏13可对嵌入式系统控制核心单元3进行参数设置，嵌入式系统控制核心单元3通过触摸屏13进行洁面显示，嵌入式系统控制核心单元3输入端电性连接有电源模块2，电源模块2的采用SK8050S芯片，具备抗干扰，过温保护、过载保护、短路保护等功能，嵌入式系统控制核心单元3电性连接有第一TTL串口31、第二TTL串口32、GPIO口33和ADC端口34，第一TTL串口31、第二TTL串口32、GPIO口33和ADC端口34分别电性连接有通讯模块4、GPRS无线模块5、八口继电器模块6和温度变送器7，通讯模块4电性连接有智能表41，嵌入式系统控制核心单元3通过通讯模块4分别从智能表41的RS485口以DL/T645-2007通讯协议实时采集配变有功功率、电流值等电参量，GPRS无线模块5电性连接有云平台控制模块51，云平台控制模块51电性连接有远程终端52，远程终端52为电力人员或用电客户的手机或其他平板电脑，嵌入式系统控制核心单元3 GPRS无线模块5以TTL串口方式通讯，支持TCP/UDP协议，内嵌云平台控制模块51登录程序，嵌入式系统控制核心单元3与云平台控制模块51的数据传输为透传方式，八口继电器模块6电性连接有隔离继电器组61，隔离继电器组61通过输出电路电性连接有真空开关62，真空开关62可使用空气开关跳合闸线圈替代，八口继电器模块6跳闸输出口接入开关的跳闸线圈，合闸输出口接入开关的合闸线圈，跳合闸持续时间大于五秒，隔离继电器组61为 TTL低电平触发，隔离继电器组61线圈控制电压为5V，AC/DC220V电压通过继电器接点，控制真空开关62的跳合闸线圈，温度变送器7与电源模块2电性连接，温度变送器7电性连接有温度传感器71，温度传感器71插入变压器油温孔中，温度变送器7将温度传感器71阻值转换成对应0－3.25V的电压输入嵌入式系统控制核心单元3的ADC端口34。

工作过程：通过触摸屏13进行参数设定，温度传感器71插入变压器油温孔中实时采集油温值，当配变油温超越85℃达15秒，则嵌入式系统控制核心单元3发送预警信息至远程终端52，当配变油温超越105℃达15秒，则嵌入式系统控制核心单元3发出跳闸命令，隔离继电器组61控制跳闸，同时跳闸信息、开关位置推送至远程终端52，当油温小于85℃，有权限人员可通过APP下达合闸命令，嵌入式系统控制核心单元3通过通讯模块4分别从高、低压侧智能表41实时采集配变负荷电流，根据变压器容量计算额定电流，超出设定范围时，则嵌入式系统控制核心单元3发出跳闸命令，隔离继电器组61控制跳闸，同时跳闸信息、开关位置推送至远程终端52，嵌入式系统控制核心单元3以一分钟为周期分别获取电能表高、低压侧有功电量值，按倍率计算出电量差值，连续二次超出设定范围，启动则功率积分差动保护动作。

综上所述：本基于物联网云平台控制模块的配变过载监测保护装置，设有温度变送器7和温度传感器71，对变压器油温实时采集，通过嵌入式系统控制核心单元3与设定值进行对比，超出设定范围时，通过八口继电器模块6控制隔离继电器组61跳闸，并且将信息发送至远程终端52，实现油温超限保护的功能；通过通讯模块4电性连接有智能表41，通讯模块4分别从高、低压侧智能表41实时采集配变负荷电流，根据变压器容量计算额定电流，超出设定范围时，则嵌入式系统控制核心单元3发出跳闸命令，实现负荷超载保护功能；同时嵌入式系统控制核心单元3以一分钟为周期分别获取电能表高、低压侧有功电量值，按倍率计算出电量差值，连续二次超出设定范围，启动则功率积分差动保护动作，具有功率积分差动保护功能。

本发明还提供另一实施例：

一种配变过载监测保护装置，该装置由嵌入式系统控制核心单元、RS485通讯模块、GPRS公网通讯模块、油温采集模块、输出电路、电源模块、APP应用终端7大部分组成；嵌入式系统控制核心单元与RS485通讯模块、GPRS公网通讯模块、油温采集模块、输出电路、电源模块电连接，GPRS公网通讯模块通过网络与APP应用终端连接；

其嵌入式系统控制核心单元以DL/T645-2007协议分别与配变高、低压侧智能表通讯，以有线RS485通讯模块按5秒为周期实时获取电表的有功功率、电流值；同时嵌入式系统控制核心单元的ADC通过油温采集模块实时获取油温数据，油温采集模块由PT100温度传感器、变送器组成；输出电路包括隔离继电器组、真空开关或空气开关跳合闸线圈；

所述嵌入式系统控制核心单元，采用致远电子工业级ARM9内核，454MHz主频，EPC-283C-L型工控主板及4.3寸四线电阻触摸屏，运行操作系统为linux 2.6.35；

所述RS485通讯模块以带屏蔽双绞线作为传输媒介，核心单元通过RS485通讯模块分别从高、低压侧智能表的RS485口以DL/T645-2007通讯协议实时采集配变有功功率、电流值等电参量，通讯波特率设定为2400bps；

所述控制核心单元与GPRS公网通讯模块以TTL串口方式通讯，通讯模块与GPRS公网双向数据传输, 支持TCP/UDP协议，内嵌云平台登录程序，核心单元与云平台的数据传输为透传方式；

所述油温采集模块由PT100铂电阻温度传感器，温度范围-25~+300°C、温度变送器组成，输入电压DC24V，PT100电阻与温度为线性关系，温度变送器将其阻值转换成对应0－3.25V的电压输入核心单元的ADC 1端口；

所述输出电路的隔离继电器为8口光耦隔离、TTL低电平触发；隔离继电器线圈控制电压为5V，AC/DC220V电压通过继电器接点，控制真空开关的跳合闸线圈。

所述电源模块的采用SK8050S芯片，输入电压范围AC 120-280V，输出1为DC5V 3A，电压误差<±0.02V，输出2为DC24V，电压误差<±0.02V 1A；具备抗干扰，过温保护、过载保护、短路保护功能；

所述APP应用终端为电力人员或用电客户的手机或其他平板电脑，运行的系统为Android或ios；安装配变过载监测APP软件；供电人员及客户能通过手机APP软件获取专变的电能参数及开关位置；供电人员能通过手机APP软件对专变进行远程合闸。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于物联网云平台的配变过载监测保护装置，包括外盒（1），其特征在于：所外盒（1）的一侧安装有盖板（11），盖板（11）上开设有屏幕孔（12），屏幕孔（12）内安装有触摸屏（13），外盒（1）的内部安装有嵌入式系统控制核心单元（3），所述嵌入式系统控制核心单元（3）输入端电性连接有电源模块（2），嵌入式系统控制核心单元（3）电性连接有第一TTL串口（31）、第二TTL串口（32）、GPIO口（33）和ADC端口（34），第一TTL串口（31）、第二TTL串口（32）、GPIO口（33）和ADC端口（34）分别电性连接有通讯模块（4）、GPRS无线模块（5）、八口继电器模块（6）和温度变送器（7），所述通讯模块（4）电性连接有智能表（41），所述GPRS无线模块（5）电性连接有云平台控制模块（51），云平台控制模块（51）电性连接有远程终端（52），所述八口继电器模块（6）电性连接有隔离继电器组（61），隔离继电器组（61）通过输出电路电性连接有真空开关（62），所述温度变送器（7）与电源模块（2）电性连接，温度变送器（7）电性连接有温度传感器（71）。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网云平台的配变过载监测保护装置，其特征在于：所述温度传感器（71）插入变压器油温孔中。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网云平台的配变过载监测保护装置，其特征在于：所述真空开关（62）可使用空气开关跳合闸线圈替代。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网云平台的配变过载监测保护装置，其特征在于：所述八口继电器模块（6）跳闸输出口接入开关的跳闸线圈，合闸输出口接入开关的合闸线圈。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网云平台的配变过载监测保护装置，其特征在于：所述嵌入式系统控制核心单元（3）与触摸屏（13）电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网云平台的配变过载监测保护装置，其特征在于，该装置的工作方法包括：该装置实时采集油温值，当配变油温超越85℃达15秒，则装置发送预警信息至手机APP；当配变油温超越105℃达15秒，则装置发出跳闸命令，同时跳闸信息、开关位置推送至手机APP；当油温<85℃，有权限人员可通过APP下达合闸命令。

7.根据权利要求1所述的一种基于物联网云平台的配变过载监测保护装置，其特征在于，该装置的工作方法包括：正常周期性负荷时，该装置通过高、低压侧智能表实时采集配变负荷电流，根据变压器容量计算额定电流，当超越I额达15秒，则装置发送预警信息至手机APP；当超过1.5倍I额达15秒，则装置发出跳闸命令，同时跳闸信息、开关位置推送至手机APP；有权限人员可通过APP下达合闸命令。

8.根据权利要求1所述的一种基于物联网云平台的配变过载监测保护装置，其特征在于，该装置的工作方法包括：其功率积分差动保护为，以1分钟为周期分别获取电能表高、低压侧有功电量值，相当于有功功率按时间积分，按倍率计算出电量差值，（高压电量-低压电量）/高压电量>5%，或（低压电量-高压电量）/低压电量>3%，连续二次则功率积分差动保护动作。

9.一种配变过载监测保护装置，其特征在于：该装置由嵌入式系统控制核心单元、RS485通讯模块、GPRS公网通讯模块、油温采集模块、输出电路、电源模块、APP应用终端7大部分组成；嵌入式系统控制核心单元与RS485通讯模块、GPRS公网通讯模块、油温采集模块、输出电路、电源模块电连接，GPRS公网通讯模块通过网络与APP应用终端连接。

10.根据权利要求9所述的一种配变过载监测保护装置，其特征在于：其嵌入式系统控制核心单元以DL/T645-2007协议分别与配变高、低压侧智能表通讯，以有线RS485通讯模块按5秒为周期实时获取电表的有功功率、电流值；同时嵌入式系统控制核心单元的ADC通过油温采集模块实时获取油温数据，油温采集模块由PT100温度传感器、变送器组成；输出电路包括隔离继电器组、真空开关或空气开关跳合闸线圈；

所述嵌入式系统控制核心单元，采用致远电子工业级ARM9内核，454MHz主频，EPC-283C-L型工控主板及4.3寸四线电阻触摸屏，运行操作系统为linux 2.6.35；

所述RS485通讯模块以带屏蔽双绞线作为传输媒介，核心单元通过RS485通讯模块分别从高、低压侧智能表的RS485口以DL/T645-2007通讯协议实时采集配变有功功率、电流值等电参量，通讯波特率设定为2400bps；

所述控制核心单元与GPRS公网通讯模块以TTL串口方式通讯，通讯模块与GPRS公网双向数据传输, 支持TCP/UDP协议，内嵌云平台登录程序，核心单元与云平台的数据传输为透传方式；

所述油温采集模块由PT100铂电阻温度传感器，温度范围-25~+300°C、温度变送器组成，输入电压DC24V，PT100电阻与温度为线性关系，温度变送器将其阻值转换成对应0－3.25V的电压输入核心单元的ADC 1端口；

所述输出电路的隔离继电器为8口光耦隔离、TTL低电平触发；隔离继电器线圈控制电压为5V，AC/DC220V电压通过继电器接点，控制真空开关的跳合闸线圈；

所述电源模块的采用SK8050S芯片，输入电压范围AC 120-280V，输出1为DC5V 3A，电压误差<±0.02V，输出2为DC24V，电压误差<±0.02V 1A；具备抗干扰，过温保护、过载保护、短路保护功能；

所述APP应用终端为电力人员或用电客户的手机或其他平板电脑，运行的系统为Android或ios；安装配变过载监测APP软件；供电人员及客户能通过手机APP软件获取专变的电能参数及开关位置；供电人员能通过手机APP软件对专变进行远程合闸。