CN110908313A - 一种变电站电缆运行环境实时远方监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站电缆运行环境实时远方监测系统，涉及变电站电缆监测技术领域，包括后台显示控制单元、集控中心服务器、变电站级服务器、储能电池模块以及取电线圈模块，取电线圈模块的输出端电连接有储能电池模块的输入端，储能电池模块的输出端电连接有变电站级服务器的输入端，变电站级服务器的输出端双向电连接有Zigee模块的输入端，该变电站电缆运行环境实时远方监测系统，在公司层面将获得良好的经济效益，同时提升公司的管理水平和服务水平，提高公司设备运行水平，在社会层面，电缆隧道监测技术的有效提升，将优化电网设备的资源配置，提高电网安全稳定运行水平，保障供用电安全和持续可靠供电。

Description

一种变电站电缆运行环境实时远方监测系统

技术领域

本发明涉及变电站电缆监测技术领域，具体为一种变电站电缆运行环境实时远方监测系统。

背景技术

变电站是指电力系统中对电压和电流进行变换，接受电能及分配电能的场所，在发电厂内的变电站是升压变电站，其作用是将发电机发出的电能升压后馈送到高压电网中，在电力系统中，电缆隧道是城市供电的主要设施，电缆的安全则关系到城市的正常供电，为此供电公司会安排巡检人员对线路进行巡视，以确保电力安全运输。

然而，由于隧道内阴暗潮湿、积水沉积、有毒气体更是让人防不胜防，不仅艰难重重，甚至威胁到工作人员的生命安全，且随着城市的不断扩建，电缆隧道总量也随之增长，使得巡检工作难上加难，但随着变电站电缆沟运行状态在线监控系统的使用，巡检人员不需要进入隧道，就能轻松了解隧道内设备与环境的运行情况。

发明内容

本发明提供了一种变电站电缆运行环境实时远方监测系统，包括后台显示控制单元、集控中心服务器、变电站级服务器、储能电池模块以及取电线圈模块，所述取电线圈模块的输出端电连接有储能电池模块的输入端，所述储能电池模块的输出端电连接有变电站级服务器的输入端，所述变电站级服务器的输出端双向电连接有Zigee模块的输入端，所述Zigee模块的输出端双向电连接有集控中心服务器的输入端，所述集控中心服务器的输出端双向电连接有后台显示控制单元的输入端；

所述变电站级服务器包括智能监测单元、主控制器、M-BUS总线接口、上位机通讯模块以及监测主机，所述智能监测单元的内部设置有数字传感器，所述智能监测单元内部数字传感器的输出端电连接有主控器的输入端，所述主控制器的内部设置有数据处理模块，所述主控器的输出端通过M-BUS总线接口电连接有上位机通讯模块的输入端，所述上位机通讯模块的输出端电连接有监测主机的输入端，所述监测主机的输出端通过Zigee模块双向电连接有集控中心服务器的输入端，所述集控中心服务器的内部设置有后台监测控制主机。

作为本发明的一种优选技术方案，所述数字传感器可以对变电站的温度、湿度、有害气体、水位以及烟感进行监测，所述主控制器采用单片机进行控制，单片机采用TI公司的低功耗MSP430系列单片机，单片机将数字传感器数据读出，当接收到采集单元发送来的数据请求命令时，将数据通过M-BUS总线上传传感数据至监测主机中。

作为本发明的一种优选技术方案，所述数字传感器的主控芯片采用TI公司生产的具有超低功耗的MSP430F122单片机，MSP430系列单片机是一个16位、具有精简指令集、超低功耗的混合型信号处理器。

作为本发明的一种优选技术方案，所述M-BUS总线是一种新型的数据总线结构，其主要特点是仅需要两根无极性的传输线来同时作为供电线路和传输串行数据的线路，而各种终端可以并行连接到M-BUS总线上。

作为本发明的一种优选技术方案，所述智能监测单元在系统上电初始化后，首先接收来自后台显示控制单元以及集控中心服务器发来的ROM码，并存放到文件系统中，之后对采集探头进行轮询采集，当接收到后台的发送命令后，中断采集，发送数据，所述智能监测单元是面向电缆隧道的全景工况广域检测就诊断平台最基础也是最关键的功能，数字传感器将测点数据实时数据值保存与高速缓存器中，终端微处理器周而复始的从数字传感器中获取数据，并将数据值存放到下位机的RAM中。

作为本发明的一种优选技术方案，本系统采用现场总线或网络通讯协议以光缆方式、GPRS通信方式等将监测数据发送给变电站级服务器，变电站级服务器根据现场情况进行相应的数据分析、故障判断和控制，然后变电站级服务器将所有的监测数据通过网络传输到集控中心服务器并接受其控制指令，集控中心服务器可以对下面所属的电力电缆及隧道环境状态参量进行集中监测、数据分析、管理和实时控制，用户可通过IE浏览各监测点的电缆运行状态和隧道环境状态并可实时控制现场的监控设备，同时可通过手机接收故障报警信号。

作为本发明的一种优选技术方案，所述后台显示控制单元包括计算机客户端、显示器以及手机终端，所述计算机客户端上安装有后台监控软件，且后台监控软件采用浏览器/服务器结构，就是系统只需在集控中心安装维护一个服务器，所述手机终端采用浏览器运行软件，查看、分析系统测量的数据。

有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种变电站电缆运行环境实时远方监测系统，具备以下有益效果：

1、该变电站电缆运行环境实时远方监测系统，开展面向电缆隧道的全景工况广域检测及诊断平台研究，通过研制电缆隧道智能检测预警终端，实时采集电缆隧道温度、湿度、有害气体、有毒气体、积水水位等数据，融合多数据源信息进行在线安全分析，一旦发现异常，立即通过自组网络向主站广域检测及诊断平台报警，平台接收到终端的报警信息后，自动启动故障定位、桌面告警，提醒电缆隧道相关责任人和领导，督促相关运维人员尽快处理电缆隧道隐患，将事故和问题在萌芽阶段处理，防止问题恶化导致的严重恶性事故，同时对电缆检修工作人员安全工作提供有效技术支持，提升了施工作业的安全系数。

2、该变电站电缆运行环境实时远方监测系统，在公司层面将获得良好的经济效益，同时提升公司的管理水平和服务水平，提高公司设备运行水平，在社会层面，电缆隧道监测技术的有效提升，将优化电网设备的资源配置，提高电网安全稳定运行水平，保障供用电安全和持续可靠供电。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明数字传感器采集信息示意图；

图3为本发明数字传感器连接示意图；

图4为本发明M—BUS总线接口示意图；

图5为本发明数字传感器的整体流程示意图；

图6为本发明的数字传感器与上位机数据通讯模块的通信子流程示意图；

图7为本发明的智能监测单元示意图。

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1-7，本发明公开了一种变电站电缆运行环境实时远方监测系统，包括后台显示控制单元、集控中心服务器、变电站级服务器、储能电池模块以及取电线圈模块，所述取电线圈模块的输出端电连接有储能电池模块的输入端，所述储能电池模块的输出端电连接有变电站级服务器的输入端，所述变电站级服务器的输出端双向电连接有Zigee模块的输入端，所述Zigee模块的输出端双向电连接有集控中心服务器的输入端，所述集控中心服务器的输出端双向电连接有后台显示控制单元的输入端；

所述变电站级服务器包括智能监测单元、主控制器、M-BUS总线接口、上位机通讯模块以及监测主机，所述智能监测单元的内部设置有数字传感器，所述智能监测单元内部数字传感器的输出端电连接有主控器的输入端，所述主控制器的内部设置有数据处理模块，所述主控器的输出端通过M-BUS总线接口电连接有上位机通讯模块的输入端，所述上位机通讯模块的输出端电连接有监测主机的输入端，所述监测主机的输出端通过Zigee模块双向电连接有集控中心服务器的输入端，所述集控中心服务器的内部设置有后台监测控制主机。

具体的，请参考图2所示，所述数字传感器可以对变电站的温度、湿度、有害气体、水位以及烟感进行监测，所述主控制器采用单片机进行控制，单片机采用TI公司的低功耗MSP430系列单片机，单片机将数字传感器数据读出，当接收到采集单元发送来的数据请求命令时，将数据通过M-BUS总线上传传感数据至监测主机中，请参考图3所示，数字传感器采用M-BUS总线线缆既可以完成数据通讯功能，又可以为传感器单元供电，从而使传感器单元的硬件设计最大程度的简化，提高了系统的可靠性和稳定性，项目采用数字式传感器，该类传感器既有测量数据功能，同时还具备A/D转换功能，传感器输出的是方便控制器处理的数字信号，无需额外使用A/D转换器及相关接口电路，能够直接进入控制器进行处理，可以大大简化硬件电路的设计，提高系统的可靠性和抗干扰能力，考虑到传感器工作环境比较恶劣，对设计好的传感器电路板用不锈钢管或者铜管进行灌胶封装，以提供系统的防水防尘防电磁干扰能力，从而有效抑制干扰，保证系统的可靠稳定运行。

具体的，所述数字传感器的主控芯片采用TI公司生产的具有超低功耗的MSP430F122单片机，MSP430系列单片机是一个16位、具有精简指令集、超低功耗的混合型信号处理器。

具体的，请参考图4所示，所述M-BUS总线是一种新型的数据总线结构，其主要特点是仅需要两根无极性的传输线来同时作为供电线路和传输串行数据的线路，而各种终端可以并行连接到M-BUS总线上。采用总线型拓扑结构，扩展方便，组网结构简单，支持总线供电和电池供电，可以对相关数据或信号进行采集并传递到集中器，然后通过相应的方式传输到主站，利用M-BUS可以大大简化自动化管理系统的布线和连接，且具有结构简单、价格低廉、可靠性高等特点。

具体的，所述智能监测单元在系统上电初始化后，首先接收来自后台显示控制单元以及集控中心服务器发来的ROM码，并存放到文件系统中，之后对采集探头进行轮询采集，当接收到后台的发送命令后，中断采集，发送数据，所述智能监测单元是面向电缆隧道的全景工况广域检测就诊断平台最基础也是最关键的功能，数字传感器将测点数据实时数据值保存与高速缓存器中，终端微处理器周而复始的从数字传感器中获取数据，并将数据值存放到下位机的RAM中，整体流程如图5所示，所述数字传感器模块初始化后，接收数据的起始位的检测由定时器的捕捉功能自动实现，不需要软件控制，当捕捉器检测到起始位后由接收中断服务子系统进行数据接收，需要发送数据时，调用数据发送子程序完成数据发送，所述数字传感器与上位机数据通讯模块的通信子流程如图6所示。

具体的，本系统采用现场总线或网络通讯协议以光缆方式、GPRS通信方式等将监测数据发送给变电站级服务器，变电站级服务器根据现场情况进行相应的数据分析、故障判断和控制，然后变电站级服务器将所有的监测数据通过网络传输到集控中心服务器并接受其控制指令，集控中心服务器可以对下面所属的电力电缆及隧道环境状态参量进行集中监测、数据分析、管理和实时控制，用户可通过IE浏览各监测点的电缆运行状态和隧道环境状态并可实时控制现场的监控设备，同时可通过手机接收故障报警信号。

具体的，所述后台显示控制单元包括计算机客户端、显示器以及手机终端，所述计算机客户端上安装有后台监控软件，且后台监控软件采用Browser/Server(浏览器/服务器)结构，就是系统只需在集控中心安装维护一个服务器(Server)，所述手机终端采用浏览器(Browser)运行软件，查看、分析系统测量的数据。

请参考图7所示，面向电缆隧道的全景工况广域检测及诊断平台是一套可具有远程分布监测、集中管理、即时通知型的智能化监测管理系统，本系统融合了电缆沟/井环境监测和通信传输技术，通过将信息发到工作主站并在主站完成实时监控电缆隧道水位、氧气及有害气体含量等环境，使用户及时掌握电缆隧道运行工况，提高供电可靠性，数据管理服务器上安装的面向电缆隧道的全景工况广域检测及诊断平台，用来接收和处理采集单元传送的监测数据，并保存至数据库，供用户浏览使用，监控软件可以实时显示各个检测点的数据和曲线，也可以定义系统参数，并对各检测点设定报警参数。

后台监控软件采用Browser/Server(浏览器/服务器)结构，就是系统只需在集控中心安装维护一个服务器(Server)，而客户端采用浏览器(Browser)运行软件，查看、分析系统测量的数据。这种利用不断成熟的WWW浏览器技术，结合多种Script语言(VBScript、JavaScript)设计监控软件的方案，是一种全新的软件系统构造技术，在B/S体系结构系统中，用户通过浏览器向分布在网络上的多个服务器发出请求，服务器对浏览器的请求进行处理，将用户所需信息返回到浏览器，对于其他请求，如数据查询、分析、结果返回、动态网页生成、访问数据库以及应用程序的执行等工作全部由Web Server完成。显然B/S结构应用程序相对于传统的C/S结构应用程序是一个非常大的进步。

后台系统采用分层架构方式，共分三层：监测层、数据层、表现层。

（1）事件监测层：监测系统的数据；

（2）数据层：后台系统的数据层，监测系统按照输电数据规范与后台系统进行数据交互，后台系统存储监测系统结果数据和测量数据；

（3）表现层：浏览器方式呈现设备及设备状态信息，出后台系统实现数据集成统一展示，一级菜由后台系统实现，二级菜单及以上由后台系统根据需要重新制作或直接调用监测系统相关页面，原则上后台系统不另外制作监测系统展示页面；

综上所述，该变电站电缆运行环境实时远方监测系统，开展面向电缆隧道的全景工况广域检测及诊断平台研究，通过研制电缆隧道智能检测预警终端，实时采集电缆隧道温度、湿度、有害气体、有毒气体、积水水位等数据，融合多数据源信息进行在线安全分析，一旦发现异常，立即通过自组网络向主站广域检测及诊断平台报警，平台接收到终端的报警信息后，自动启动故障定位、桌面告警，提醒电缆隧道相关责任人和领导，督促相关运维人员尽快处理电缆隧道隐患，将事故和问题在萌芽阶段处理，防止问题恶化导致的严重恶性事故，同时对电缆检修工作人员安全工作提供有效技术支持，提升了施工作业的安全系数。

需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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 (7)

1.一种变电站电缆运行环境实时远方监测系统，包括后台显示控制单元、集控中心服务器、变电站级服务器、储能电池模块以及取电线圈模块，其特征在于：所述取电线圈模块的输出端电连接有储能电池模块的输入端，所述储能电池模块的输出端电连接有变电站级服务器的输入端，所述变电站级服务器的输出端双向电连接有Zigee模块的输入端，所述Zigee模块的输出端双向电连接有集控中心服务器的输入端，所述集控中心服务器的输出端双向电连接有后台显示控制单元的输入端；

所述变电站级服务器包括智能监测单元、主控制器、M-BUS总线接口、上位机通讯模块以及监测主机，所述智能监测单元的内部设置有数字传感器，所述智能监测单元内部数字传感器的输出端电连接有主控器的输入端，所述主控制器的内部设置有数据处理模块，所述主控器的输出端通过M-BUS总线接口电连接有上位机通讯模块的输入端，所述上位机通讯模块的输出端电连接有监测主机的输入端，所述监测主机的输出端通过Zigee模块双向电连接有集控中心服务器的输入端，所述集控中心服务器的内部设置有后台监测控制主机。

2.根据权利要求1所述的一种变电站电缆运行环境实时远方监测系统，其特征在于：所述数字传感器可以对变电站的温度、湿度、有害气体、水位以及烟感进行监测，所述主控制器采用单片机进行控制，单片机采用TI公司的低功耗MSP430系列单片机，单片机将数字传感器数据读出，当接收到采集单元发送来的数据请求命令时，将数据通过M-BUS总线上传传感数据至监测主机中。

3.根据权利要求2所述的一种变电站电缆运行环境实时远方监测系统，其特征在于：所述数字传感器的主控芯片采用TI公司生产的具有超低功耗的MSP430F122单片机，MSP430系列单片机是一个16位、具有精简指令集、超低功耗的混合型信号处理器。

4.根据权利要求1所述的一种变电站电缆运行环境实时远方监测系统，其特征在于：所述M-BUS总线是一种新型的数据总线结构，其主要特点是仅需要两根无极性的传输线来同时作为供电线路和传输串行数据的线路，而各种终端可以并行连接到M-BUS总线上。

5.根据权利要求1所述的一种变电站电缆运行环境实时远方监测系统，其特征在于：所述智能监测单元在系统上电初始化后，首先接收来自后台显示控制单元以及集控中心服务器发来的ROM码，并存放到文件系统中，之后对采集探头进行轮询采集，当接收到后台的发送命令后，中断采集，发送数据，所述智能监测单元是面向电缆隧道的全景工况广域检测就诊断平台最基础也是最关键的功能，数字传感器将测点数据实时数据值保存与高速缓存器中，终端微处理器周而复始的从数字传感器中获取数据，并将数据值存放到下位机的RAM中。

6.根据权利要求1所述的一种变电站电缆运行环境实时远方监测系统，其特征在于：本系统采用现场总线或网络通讯协议以光缆方式、GPRS通信方式等将监测数据发送给变电站级服务器，变电站级服务器根据现场情况进行相应的数据分析、故障判断和控制，然后变电站级服务器将所有的监测数据通过网络传输到集控中心服务器并接受其控制指令，集控中心服务器可以对下面所属的电力电缆及隧道环境状态参量进行集中监测、数据分析、管理和实时控制，用户可通过IE浏览各监测点的电缆运行状态和隧道环境状态并可实时控制现场的监控设备，同时可通过手机接收故障报警信号。

7.根据权利要求1所述的一种变电站电缆运行环境实时远方监测系统，其特征在于：所述后台显示控制单元包括计算机客户端、显示器以及手机终端，所述计算机客户端上安装有后台监控软件，且后台监控软件采用浏览器/服务器结构，就是系统只需在集控中心安装维护一个服务器，所述手机终端采用浏览器运行软件，查看、分析系统测量的数据。

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