CN109254183A - 一种用于环网柜的计量系统 - Google Patents

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翁东波
李冰
冯欣
张照红
胡月
石鑫
夏炜
马杰
宋丽媛
张明
薛镇
宋雅楠
魏安安
郝晶晶
葛新奥
钱蕾蕾
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Abstract

本发明公开了一种用于环网柜的计量系统，包括上位主机、进线柜数据模块、壁挂计量模块以及检修终端；进线柜数据模块通过电力载波方式与上位主机数据通信，上位主机通过GPRS、3G或4G方式与壁挂计量模块数据通信，进线柜数据模块为壁挂计量模块供电并提供计量数据和检测数据，壁挂计量模块通过可插拔的数据线与检修终端实现数据通信；安装方便，功能全面，在电力载波耦合器前设计有数据压缩单元，对载波数据先进行压缩再传输，可以大幅提高传输数据量。

Description

一种用于环网柜的计量系统
技术领域
本发明属于高压供电领域的供电计量系统，尤其涉及一种用于环网柜的计量系统。
背景技术
目前，城市电网“电缆入地”已成为主流，配电网10千伏线路深入负荷中心，户外环网柜大量应用，拉手开关即位于户外环网柜中。要实现线损精益化管理，完成国网细化中低压线损管控、推进10千伏分线管理的目标，就要在环网柜中增加计量装置，实现城市配电网10千伏拉手开关的双向计量。
目前的环网柜，尤其涉及老旧城区和偏远地区的环网柜，多数架设时间较早，仅配备了进线柜和出线柜，没有配备计量柜，这导致一些地区的电力计量存在困难，急需对这些环网柜进行改造。
此外，由于有些环网柜所属区域偏远，导致通信困难，普通通信方法信号难以覆盖，而电力载波由于其本身问题，通信带宽不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于环网柜的计量系统，以实现对环网柜的计量改造。
为此，本发明提供了一种用于环网柜的计量系统，包括上位主机、进线柜数据模块、壁挂计量模块、以及检修终端，其中，所述进线柜数据模块通过电力载波方式与上位主机数据通信，所述上位主机通过GPRS、3G或4G方式与壁挂计量模块数据通信，所述进线柜数据模块为壁挂计量模块供电并提供计量数据和检测数据，所述壁挂计量模块通过可插拔的数据线与检修终端实现数据通信，其中，所述进线柜数据模块用于采集进线柜的电压、电流、温度、湿度信息，所述壁挂计量模块用于根据所述进线柜数据模块采集的电压和电流数据进行环网柜用电计量，并且将所述进线柜数据模块采集的温度、湿度数据收集后储存在储存器中。
本发明采用壁挂式计量模块，可以直接对现有环网柜进行改造，节省空间；环网柜安装有视频采集装置，便于对计量柜进行监控；设计有检修模块，及时提醒进行检修；在电力载波耦合器前设计有数据压缩单元，对载波数据先进行压缩再传输，可以大大提高传输数据量。
此外，本发明采用电压互感器与电流互感器方式采集电压电流数据，互感器体积较小，便于在环网柜的狭小空间中安装；在电压互感器和电流互感器上安装有温度检测器，通过温度和表测数据获得电压和电流的真实数据，避免了由于温度变化导致的检测数据的误差；设计有温度传感器和湿度传感器，可以对环网柜进行监测；直接在环网柜中取电，不必单独设计电源。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为根据本发明一实施例的计量系统的整体架构示意图；
图2为根据本发明一实施例的进线柜数据模块的架构示意图；以及
图3为根据本发明一实施例的壁挂计量模块的架构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1至图3示出了根据本发明的一些实施例。
在一实施例中，结合参照图1至图3，本计量系统包括上位主机10、进线柜数据模块20、壁挂计量模块30以及检修终端40。进线柜数据模块通过电力载波方式与上位主机数据通信，上位主机通过GPRS、3G或4G方式与壁挂计量模块数据通信，进线柜数据模块为壁挂计量模块供电并提供计量数据和检测数据，壁挂计量模块通过可插拔的数据线与检修终端实现数据通信。
进线柜数据模块用于采集进线柜的电压、电流、温度、湿度信息，壁挂计量模块利用进线柜数据模块采集的电压和电流数据进行环网柜用电计量，壁挂计量模块将进线柜数据模块采集的温度、湿度数据收集后储存在储存器中。
在一实施例中，如图2所示，进线柜数据模块包括供电处理模块、电压数据处理模块、电流数据处理模块、湿度传感模块、载波耦合模块、以及进线柜数据收发模块。
供电处理模块、电压数据处理模块、电流数据处理模块、湿度传感模块、载波耦合模块分别和进线柜数据收发模块电连接；湿度传感模块将进线柜湿度数据通过进线柜数据收发模块上传至壁挂计量模块。
供电处理模块连接取能电流互感器，取能电流互感器安装在进线柜的线缆上，取能电流互感器采集的交流电经供电处理模块转换成直流电后经过稳压后为电压数据处理模块、电流数据处理模块、湿度传感模块、载波耦合模块、进线柜数据收发模块、壁挂计量模块提供电源。
电压数据处理模块连接电压温度传感器、A相电压互感器、B相电压互感器、C相电压互感器，电压数据处理模块内存储有电压校正三维数据模型，所述电压校正三维数据模型第一维数据是电压互感器温度，第二维数据是互感器表测电压，第三维数据是真实电压，即任一温度下的任一表测电压有唯一真实电压与之对应，利用电压校正三维数据模型对三个电压互感器测得电压进行校正，得到真实电压；电压数据处理模块将电压温度传感器数据和三相电压通过进线柜数据收发模块上传至壁挂计量模块。
电流数据处理模块连接电流温度传感器、A相电流互感器、B相电流互感器、C相电流互感器，电流数据处理模块内存储有电流校正三维数据模型，所述电流校正三维数据模型第一维数据是电流互感器温度，第二维数据是互感器表测电流，第三维数据是真实电流，即任一温度下的任一表测电流有唯一真实电流与之对应，利用电流校正三维数据模型对三个电流互感器测得电流进行校正，得到真实电流；电流数据处理模块将电流温度传感器数据和三相电流通过进线柜数据收发模块上传至壁挂计量模块。
在一实施例中，如图3所示，壁挂计量模块包括：壁挂计量控制器、充电电池、计量柜收发模块、图像采集模块、故障报警灯、显示模块、无线收发模块、有线接口、以及检修控制模块。其中，充电电池、计量柜收发模块、图像采集模块、故障报警灯、显示模块、无线收发模块、有线接口、无线收发模块、检修控制模块分别与壁挂计量控制器连接。
所述充电电池一端连接进线柜数据模块的输出电源，另一端连接各耗电设备，耗电设备包括：壁挂计量控制器、图像采集模块、故障报警灯、显示模块、无线收发模块、有线接口、无线收发模块、检修控制模块；所述充电电池连接一电压检测模块，电压检测模块将充电电池的电压数据发送至壁挂计量控制器。
壁挂计量控制器连接时序电路和存储器；图像采集模块采集壁挂计量模块的视频，并将视频发送至壁挂计量控制器，壁挂计量控制器将视频数据存储至存储器；显示模块连接壁挂计量控制器显示壁挂计量模块的数据及参数；所述有线接口为一预留接口，有线接口连接壁挂计量控制器，可以通过有线接口导出存储器数据。
无线收发模块内设GPRS、3G、4G通信模块。
检修控制模块下设一检修报警灯和检修接口，检修终端可以通过检修接口对整个装置进行检修，并将检修记录储存至存储器，检修控制模块连接计量控制模块，并检测存储器中存储的检修记录的时间与当前时间的差值，当所述差值大于某一时间时，检修控制模块通过壁挂计量控制器向上位主机发送检修警报并控制检修报警灯闪烁。
在一实施例中，如图2和图3所示，电压互感器共设置3个，分别检测ABC三相的电压。电压互感器采用全封闭结构，与进线柜插头结构相同，可以直接插设在原来进线柜的插头上，连接快速。
电压温度传感器设置在电压互感器的线圈表面，用来检测线圈的温度。
电压数据处理模块将三相表测电压以及电压温度传感器的温度数据收集后带入其内存储的三维数据校正模型，采用表测电压和温度为已知量，直接在三维数据模型中对应得到实际电压的读数。
电流互感器共设置4个，其中3个分别检测ABC三相的电流。电流互感器为开合式结构，其外形为一环形，具有一个开闭口，打开开闭口将互感器套接在线缆外侧后再将开闭口锁死，环形内侧设置有弹性支撑橡胶，避免互感器滑落。最后一个电流互感器为取能电流互感器，其外形与其他三个电流互感器相同，其取得的电能进入供电处理模块为其他设备供电。
载波耦合模块可以传输所有计量数据，计量数据在采用载波耦合模块进行传输时先进行数据压缩，压缩后的数据再进行传输，传输至上位机后，上位机对压缩后数据进行解压处理。
充电电池为其他耗电设备供电，电压检测器为充电电池提供电压检测，当电压检测器检测充电电池电压过低时，将信号发送至计量控制器，计量控制器控制进行休眠，停止数据采集，关闭其他耗电设备。
无线收发模块具有GPRS、3G、4G功能，可以通过这些传送手段将数据传送至上位机，数据在传送之前不需要压缩。
检修控制模块具有检修接口，检修接口可以接检修终端，检修接口为USB接口，可以双向充电。即检修终端可以从计量模块获取电能，计量模块也可以从检修终端获取电能。其设置方式与现有技术的双向充电USB设计相同。
图像采集模块采集计量模块的环境图像，其摄像头位置对准检修接口，可以记录检修过程。图像采集模块在没有检修时，记录图像为低速模式，其图像帧数为每1-3秒1帧，当检修接口接入检测终端时，图像采集模块进入高速采集模式，其采集帧数为10-20帧每秒。
在另一实施例中，基于高压量测的适用于环网柜的计量终端配置远程通信模块，实现计量数据的远传。通信方式支持GPRS/CDMA/4G，通信规约支持Q/GDW1376.1，可无缝接入用电信息采集系统。另外，也可以通过RS485方式与采集终端连接，通过采集终端接入用电信息采集系统。
其中，该计量终端由电压互感器(PT)、电流互感器(CT)和带GPRS通信功能的电能表三部分组成。
与传统的计量方式不同，应用电子式互感器技术，将PT的体积大大缩小，并将其封装在标准电缆附件中，作为电缆后插头与环网柜电缆室中的前插头直接连接(电缆室预留后插头的空间以备分接或安装避雷器)；电流互感器采用开合式电子互感器，方便现场安装；电能表采用模拟小信号输入，满足有功0.5S级，无功1.0S级的电能计量精度。另外，除了电子式PT，电缆附件中还封装了取能模块，作为小信号电能表的工作电源。
由于后插头是用来与前插头连接进行电缆分接的专用电缆附件，与前插头采用相同的设计规范和制作标准，因此，电子式PT封装在其中可实现“插件化”安装，操作方法与普通的电缆分接操作一样，简单方便。更重要的是，这种封装工艺保证了环网柜整体“全密闭、全绝缘”的特征不受破坏。
电流互感器和小信号表的安装比较简单，电流互感器套接在三相电缆上，模拟小信号电能表可安装在环网柜侧壁或柜门背面；电压、电流互感器和低压电源通过航空电缆和插头与电能表连接。
10kV配电网大部分中性点不接地，系统没有零序电流通过。因此可以使用两元件法来进行电能计量。对中性点不接地系统，满足以下关系：
即三相总功率或电能可以通过检测AB、CB间电压和A、C相电流获得。
整个计量电路分为三部分，分别处于A、B、C各相。以A相为例，与传统电能计量方案不同的是，电流计量直接放置在A相电位。这种方案的好处是无需考虑电流互感器对地绝缘问题，可以显著缩小体积。电流采样信号直接进入处于A相电位的计量模块。电压采样信号由横跨在相间的分压电容获得，分压臂低侧CL以A相为基准电位。由于只有几伏的电压差，CL上取得的电压可直接传送至A相计量模块，在A相计量模块中计算出相乘的结果。该结果通过光纤传递至B相主控模块。C相计量模块与A相原理相同。
高压端A、B、C各相电路板上的供电电源采用单独的电容分压器取电后，通过开关电源实现交直流转换。只要母线有工作电压，高压电能表即可工作。
B相的主控模块将A、C相计量模块计算的结果求和得出功率数据。同时也一起接收A、C相传来的电压信息、电流信息。B相主控模块对A、C相传来的数据加入时间信息，进行分析、整理、存储后，通过光纤传送至低压终端。
计量芯片将来自电压、电流分压电路的模拟信号转换为数字信号，并对其进行数字积分运算，从而精确地获得有功电量和无功电量、微处理依据相应费率和需量等要求对数据进行处理。其结果保存在数据存储器中，并随时向外部接口提供信息和进行数据交换。
利用GPRS网络，数据实现分组发送和接收，用户永远在线且按流量计费，大大降低了服务成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (7)

1.一种用于环网柜的计量系统，其特征在于，包括上位主机、进线柜数据模块、壁挂计量模块、以及检修终端，其中，所述进线柜数据模块通过电力载波方式与上位主机数据通信，所述上位主机通过GPRS、3G或4G方式与壁挂计量模块数据通信，所述进线柜数据模块为壁挂计量模块供电并提供计量数据和检测数据，所述壁挂计量模块通过可插拔的数据线与检修终端实现数据通信，
其中，所述进线柜数据模块用于采集进线柜的电压、电流、温度、湿度信息，所述壁挂计量模块用于根据所述进线柜数据模块采集的电压和电流数据进行环网柜用电计量，并且将所述进线柜数据模块采集的温度、湿度数据收集后储存在储存器中。
2.根据权利要求1所述的用于环网柜的计量系统，其特征在于，所述进线柜数据模块包括供电处理模块、电压数据处理模块、电流数据处理模块、湿度传感模块、数据压缩模块、载波耦合模块、以及进线柜数据收发模块，其中，所述供电处理模块、电压数据处理模块、电流数据处理模块、湿度传感模块、载波耦合模块分别与进线柜数据收发模块电连接，所述湿度传感模块将进线柜湿度数据通过进线柜数据收发模块上传至壁挂计量模块，
所述供电处理模块连接取能电流互感器，所述取能电流互感器安装在进线柜的线缆上，所述取能电流互感器采集的交流电经供电处理模块转换成直流电、经过稳压后为各模块提供电源。
3.根据权利要求1所述的用于环网柜的计量系统，其特征在于，
所述电压数据处理模块连接电压温度传感器、A相电压互感器、B相电压互感器、C相电压互感器，电压数据处理模块内存储有电压校正三维数据模型，所述电压校正三维数据模型第一维数据是电压互感器温度，第二维数据是互感器表测电压，第三维数据是真实电压，即任一温度下的任一表测电压有唯一真实电压与之对应，利用电压校正三维数据模型对三个电压互感器测得电压进行校正，得到真实电压；电压数据处理模块将电压温度传感器数据和三相电压通过进线柜数据收发模块上传至壁挂计量模块。
4.根据权利要求1所述的用于环网柜的计量系统，其特征在于，
所述电流数据处理模块连接电流温度传感器、A相电流互感器、B相电流互感器、C相电流互感器，电流数据处理模块内存储有电流校正三维数据模型，所述电流校正三维数据模型第一维数据是电流互感器温度，第二维数据是互感器表测电流，第三维数据是真实电流，即任一温度下的任一表测电流有唯一真实电流与之对应，利用电流校正三维数据模型对三个电流互感器测得电流进行校正，得到真实电流；电流数据处理模块将电流温度传感器数据和三相电流通过进线柜数据收发模块上传至壁挂计量模块。
5.根据权利要求1所述的用于环网柜的计量系统，其特征在于，
所述壁挂计量模块包括壁挂计量控制器、充电电池、计量柜收发模块、图像采集模块、故障报警灯、显示模块、无线收发模块、有线接口、以及检修控制模块，其中，所述充电电池、计量柜收发模块、图像采集模块、故障报警灯、显示模块、无线收发模块、有线接口、检修控制模块分别与壁挂计量控制器连接；
所述充电电池一端连接进线柜数据模块的输出电源，另一端连接各耗电设备，耗电设备包括：壁挂计量控制器、图像采集模块、故障报警灯、显示模块、无线收发模块、有线接口、检修控制模块；所述充电电池连接一电压检测模块，电压检测模块将充电电池的电压数据发送至壁挂计量控制器；
所述壁挂计量控制器连接时序电路和存储器；图像采集模块采集壁挂计量模块的视频，并将视频发送至壁挂计量控制器，壁挂计量控制器将视频数据存储至存储器；显示模块连接壁挂计量控制器显示壁挂计量模块的数据及参数；所述有线接口为一预留接口，有线接口连接壁挂计量控制器，通过有线接口导出存储器数据。
6.根据权利要求1所述的用于环网柜的计量系统，其特征在于，所述无线收发模块内设GPRS、3G和4G通信模块。
7.根据权利要求1所述的用于环网柜的计量系统，其特征在于，所述检修控制模块下设一检修报警灯和检修接口，所述检修终端通过检修接口对整个装置进行检修，并将检修记录储存至存储器，检修控制模块连接计量控制模块，并检测存储器中存储的检修记录的时间与当前时间的差值，当所述差值大于某一时间时，检修控制模块通过壁挂计量控制器向上位主机发送检修警报并控制检修报警灯闪烁。
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