CN111103564A - 高压互感器物联网现场数据采集与传输标准装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明高压互感器物联网现场数据采集与传输标准装置及方法，属于电力物联网技术领域，主要解决电力互感器在运行状态下的性能缺乏有效监管，数据“碎片化”现象严重的问题；高压互感器现场数据采集装置与现场移动作业终端，其特点是：所述高压互感器现场数据采集装置包括互感器一次或二次信号传输装置、信号采集与信号调解单元、通用仪器放大器、模数转换器、PLL锁相环集成电路、电压比较器、现场可编程门阵列控制器及通讯网络接口装置；所述互感器一次或二次信号传输装置通过数据线与信号采集与信号调解单元连接，所述信号采集与信号调解单元通过数据线与若干个通用仪器放大器连接，所述通用仪器放大器通过数据线与模数转换器连接。
Description
技术领域
本发明属于电力物联网技术领域，具体涉及高压互感器物联网现场数据采集与传输标准装置及方法。
背景技术
电力互感器是变电站电能计量回路中的主要设备，其准确度直接关乎电能计量的精确性，随着供用电双方对电能计量公平公正意识的提高，以及线损母平考核标准的逐步深化，准确高效获取计量用互感器在现场环境下的误差数据及性能参数，科学规范的加强对互感器校验仪工作的管控成为目前互感器现场校验工作迫切需要解决的问题，目前电力互感器在运行状态下的性能缺乏有效监管，相关参数和数据的获取主要靠人工定期去现场采集，存在的主要问题如下：(1)互感器现场校验工作没有工单系统，通常是工作人员携带纸质单据和校验仪到现场开展工作，人员和设备管理不规范；(2)现场校验结果数据通常采用纸张记录和U盘拷贝方式获取，校验结果数据存在人工录入错误和人为修改的情况；(3)现有互感器数据采集仪器设备不支持无线通信、身份认证和数据加密功能，校验结果数据无法科学追溯；(4)现有电网营销系统和生产调度平台缺乏系统完整的互感器运行状态信息，数据分别保存在不同部门，数据“碎片化”现象严重，不能形成辖区内互感器生命周期的完整信息大数据库。
发明内容
本发明提供一种高压互感器物联网现场数据采集与传输标准装置与方法。由电力系统内网MDS或186平台发起互感器现场校验工单，通过内网闭环管理系统将工单派发给现场移动作业终端，现场工作人员根据工单信息到现场开展互感器的校验工作；现场工作时现场移动作业终端和高压互感器物联网数据采集装置通过蓝牙配对和加密码进行身份认证、现场采集数据，采集数据通过加密和蓝牙无线传输接入现场移动作业终端；现场移动作业终端通过GPRS传输提交至电力系统内网MDS平台或186平台，形成闭环管理系统。解决互感器现场校验误差数据人为失误、数据结果无法追溯的弊端，实现互感器现场关键数据的自动采集，无纸化传输，提高互感器现场数据融合和感知能力，达到互感器现场运维工作减负增效目的，同时实现互感器现场校验和运维的统一规范管理。
本发明为解决上述技术问题而采取的技术方案是：
高压互感器物联网现场数据采集与传输标准装置，包括：高压互感器现场数据采集装置与现场移动作业终端，其特点是：所述高压互感器现场数据采集装置包括互感器一次或二次信号传输装置、信号采集与信号调制单元、通用仪表放大器、模数转换器、PLL锁相环集成电路、电压比较器、现场可编程门阵列控制器及通讯网络接口装置；所述通讯网络接口装置包括RS232通讯接口、RJ45网络接口、USB通讯接口、RS485通讯接口和蓝牙通讯接口；所述互感器一次或二次信号传输装置通过测试线与信号采集与信号调制单元连接，所述信号采集与信号调制单元通过数据线与若干个通用仪表放大器连接，所述通用仪表放大器通过数据线与模数转换器连接，其中一个通用仪表放大器通过数据线与电压比较器连接，所述电压比较器的输出数据线与现场可编程门阵列控制器的一路输出数据线合并后与PLL锁相环集成电路的输入端连接；所述现场可编程门阵列控制器7的输出数据线与的输入端连接，另一个电压比较器的输出数据线与现场可编程门阵列控制器的输入端连接；所述模数转换器通过通讯线或无线电波与现场可编程门阵列控制器进行通讯，所述现场可编程门阵列控制器通过通讯线或无线电波与所述通讯网络接口装置连接，PC个人计算机通过通讯线或无线电波与RJ45网络接口或RS232通讯接口连接；所述现场移动作业终端通过通讯线与RS485通讯接口连接或无线电波与蓝牙通讯接口连接，实现有线和无线方式进行通讯；
所述RS232通讯接口用于与PC个人计算机进行数据通讯；RJ45网络接口通过Internet网络实现装置的远程系统升级和运维；USB通讯接口用于测试数据现场存储；
所述现场移动作业终端包括蓝牙无线加密传输装置和平板电脑。
所述通用仪表放大器采用型号为INA128。
所述模数转换器采用型号为AD7607。
所述PLL锁相环集成电路采用型号为CD4046。
所述电压比较器采用型为LM311。
高压互感器物联网现场数据采集与传输方法，包括如下步骤：
第一步，利用现场移动作业终端根据互感器现场校验工作的特点定制、开发专用的高压互感器现场检定系统APP，实现高压互感器现场校验工单派发、设备控制、身份认证、数据接收与发送；
所述APP支持TD-LPE/FDD/TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2009 GPS等移动、联通、电信4G/3G/2G全网通无线网络通讯，实现远程数据交互，支持对称密码算法和非对称密码算法，实现数据安全传输；
第二步，现场移动作业终端接收电力系统内网MDS平台或186平台派送的高压互感器现场校验工单，明确高压互感器所在场站、馈线、资产信息、任务内容；
第三步，校验工作准备，具体包括：开启高压互感器现场数据采集装置和现场移动作业终端高压互感器校验系统APP，启动蓝牙连接和配对，完成二者身份认证；
第四步，误差测试和性能参数测试，包括：
启动现场移动作业终端高压互感器现场校验系统APP“误差测试”功能，测量被校高压互感器额定负荷和下限负荷下误差；启动APP“性能参数”测试功能，测量被校高压互感器的极性、一二次绕组参数、二次实际负荷、伏安特性(或励磁特性)、现场环境温湿度，并给出高压互感器极性正确与否判定、接线错误与否、二次实际负荷值、伏安特性或励磁特性曲线、是否有“短路匝”等安全隐患的判断；
第五步，现场移动作业终端对数据进行保存和上传MDS平台或186平台，完成现场校验；
现场校验接线如下：
对于高压电流互感器，用测试线将高压互感器现场数据采集装置面板上的L1和L2端子与被校高压电流互感器的一次接线端子中的P1和P2连接,高压互感器现场数据采集装置面板上的K1、K1C和K2、K2C接线端子与被校高压电流互感器二次接线端子中的S1和S2连接,并打开S1和S2的原有连接线；
对于高压电压互感器，用测试线将高压互感器现场数据采集装置面板上的A和X端子与被校高压电压互感器一次接线端子中的A和N连接,高压互感器现场数据采集装置面板上的a、ay和x,xy端子与被校高压电压互感器二次接线端子中的Ia、In，并断开Ia、In原有连接线。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)通过互感器现场校验工单形式形成互感器校验工作的闭环管理，实现了现场高压互感器科学有效管控；
(2)通过移动作业终端与互感器现场数据采集装置的身份互认，数据的实时采集与传输，保证了互感器校验关键数据的可追溯性、安全性和准确性；
(3)现场移动作业终端能有效控制互感器数据采集装置的现场校验，自动采集数据，实现了现场“无纸化”操作，达到了现场校验工作减负增效的目的；
(4)标准装置不仅可完成对现场高压互感器的误差校验，同时可采集互感器运行状态的性能参数，实现了现场高压互感器的全生命同期管理以及现场高压互感器的全生命同期大数据收集，充实了互感器物联网大数据库。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明高压电流互感器现场校验线路图；
图3是本发明高压电压互感器现场校验线路图。
图中：1—互感器一次或二次信号传输装置；2—信号采集与信号调解单元，其中信号采集是指标准信号和差值信号采集，信号调解是指信号滤波与信号放大；3—通用仪表放大器；4—ADC模数转换器；5—PLL锁相环集成电路；6—电压比较器；7—现场可编程门阵列控制器(FPGA)；8—RS232通讯接口；9—RJ45网络接口；10—USB通讯接口；11—RS485通讯接口；12—蓝牙通讯接口；13—PC个人计算机；14—平板电脑；15—被校高压电流互感器的一次接线端子；15-1—被校高压电压互感器一次接线端子；16—被校高压电流互感器二次接线端子；16-1—被校高压电压互感器二次接线端子；17—高压互感器现场数据采集装置面板。
具体实施方式
如图1所示，高压互感器物联网现场数据采集与传输标准装置，其特点是：所述高压互感器现场数据采集装置包括互感器一次或二次信号传输装置1、信号采集与信号调解单元2、通用仪表放大器3、模数转换器4、PLL锁相环集成电路5、电压比较器6、现场可编程门阵列控制器7及通讯网络接口装置；所述通讯网络接口装置包括RS232通讯接口8、RJ45网络接口9、USB通讯接口10、RS485通讯接口11和蓝牙通讯接口12；所述互感器一次或二次信号传输装置1通过测试线与信号采集与信号调解单元2连接，所述信号采集与信号调解单元2通过数据线与若干个通用仪表放大器3连接，所述通用仪表放大器3通过数据线与模数转换器4连接，其中一个通用仪表放大器3通过数据线与电压比较器6连接，所述电压比较器6的输出数据线与现场可编程门阵列控制器7的一路输出数据线合并后与PLL锁相环集成电路5的输入端连接；所述现场可编程门阵列控制器7的输出数据线与5的输入端连接，另一个电压比较器6的输出数据线与现场可编程门阵列控制器7的输入端连接；所述模数转换器4通过通讯线或无线电波与现场可编程门阵列控制器7进行通讯，所述现场可编程门阵列控制器7通过通讯线或无线电波与所述通讯网络接口装置连接，PC个人计算机13通过通讯线或无线电波与RJ45网络接口9或RS232通讯接口8连接；所述平板电脑14通过通讯线与RS485通讯接口11连接；蓝牙通讯接口12和RS485通讯接口11分别通过无线和有线方式与现场移动作业终端进行通讯；
所述RS232通讯接口8用于与PC个人计算机13进行数据通讯；RJ45网络接口9通过Internet网络实现装置的远程系统升级和运维；USB通讯接口10用于测试数据现场存储；
所述现场移动作业终端包括蓝牙无线加密传输装置和平板电脑14。
所述通用仪表放大器3采用型号为INA128。
所述模数转换器4采用型号为AD7607。
所述PLL锁相环集成电路5采用型号为CD4046。
所述电压比较器6采用型为LM311。
工作过程：
一种高压互感器物联网现场数据采集与传输标准装置，包括高压互感器现场数据采集装置与现场移动作业终端，所述高压互感器现场数据采集装置主要用于对现场高压互感器资产信息和技术参数自动录入，同时对互感器误差数据进行现场校验和性能参数的现场测试，所述现场移动作业终端通过蓝牙无线加密传输接受互感器现场数据采集装置上传的误差数据和性能参数以及接受MDS和186平台下派工单，数据回传。
进一步地，高压互感器现场数据采集装置包括程控电子电源、标准器、信号采样单元、信号调制单元、A/D转换、数据处理和运算单元、FPGA通讯与控制单元和储存打印单元，对现场高压电流互感器和高压电压互感器进行误差测试，性能参数测试，通过FPGA通讯与控制单元蓝牙通讯传输至现场移动作业终端，实现现场关键数据实时加密传输。
进一步地，FPGA通讯与控制单元作为高压互感器现场数据采集装置中央处理器用于现场高压互感器测试功能，测试项目选择，测试数据处理与储存；其通讯接口包括蓝牙通讯接口，RS485通讯接口，RS232通讯接口，RJ45接口及USB接口。蓝牙通讯接口和RS485通讯接口分别通过无线和有线方式与现场移动作业终端进行通讯，接收现场移动作业终端的数据下发和数据回传；RS232接口用于与PC机进行数据通讯；RJ45通讯接口通过Internet网络实现装置的远程系统升级和运维；USB通讯接口用于测试数据现场存储。
高压互感器物联网现场数据采集与传输方法，包括如下步骤：
第一步，利用现场移动作业终端根据互感器现场校验工作的特点定制、开发专用的高压互感器现场检定系统APP，实现高压互感器现场校验工单派发、设备控制、身份认证、数据接收与发送；
所述APP支持TD-LPE/FDD/TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2009 GPS等移动、联通、电信4G/3G/2G全网通无线网络通讯，实现远程数据交互，支持对称密码算法和非对称密码算法，实现数据安全传输；
第二步，现场移动作业终端接收电力系统内网MDS平台或186平台派送的高压互感器现场校验工单，明确高压互感器所在场站、馈线、资产信息、任务内容；
第三步，校验工作准备，具体包括：开启高压互感器现场数据采集装置和现场移动作业终端高压互感器校验系统APP，启动蓝牙连接和配对，完成二者身份认证；
第四步，误差测试和性能参数测试，包括：
启动现场移动作业终端高压互感器现场校验系统APP“误差测试”功能，测量被校高压互感器额定负荷和下限负荷下误差；启动APP“性能参数”测试功能，测量被校高压互感器的极性、一二次绕组参数、二次实际负荷、伏安特性(或励磁特性)、环境温湿度，并给出高压互感器极性正确与否判定、接线错误与否、二次实际负荷值、伏安特性或励磁特性曲线、是否有“短路匝”等安全隐患的判断；
第五步，现场移动作业终端对数据进行保存和上传MDS平台或186平台，完成现场校验。
现场校验接线如下：
对于高压电流互感器，如附图2所示用测试线将高压互感器现场数据采集装置面板17上的L1和L2端子与被校高压电流互感器的一次接线端子15中的P1和P2连接,高压互感器现场数据采集装置面板17上的K1、K1C和K2、K2C接线端子与被校高压电流互感器二次接线端子16中的S1和S2连接,并打开S1和S2的原有连接线；对于高压电压互感器，如附图3所示，用测试线将高压互感器现场数据采集装置面板17上的A和X端子与被校高压电压互感器一次接线端子15-1中的A和N连接,高压互感器现场数据采集装置面板17上的a、ay和x,xy端子与被校高压电压互感器二次接线端子16-1中的Ia、In，并断开Ia、In原有连接线。
Claims (6)
1.高压互感器物联网现场数据采集与传输标准装置，包括高压互感器现场数据采集装置与现场移动作业终端，其特征是：所述高压互感器现场数据采集装置包括互感器一次或二次信号传输装置(1)、信号采集与信号调解单元(2)、通用仪表放大器(3)、模数转换器(4)、PLL锁相环集成电路(5)、电压比较器(6)、现场可编程门阵列控制器(7)及通讯网络接口装置；所述通讯网络接口装置包括RS232通讯接口(8)、RJ45网络接口(9)、USB通讯接口(10)、RS485通讯接口(11)和蓝牙通讯接口(12)；所述互感器一次或二次信号传输装置(1)通过数据线与信号采集与信号调解单元(2)连接，所述信号采集与信号调解单元(2)通过数据线与若干个通用仪表放大器(3)连接，所述通用仪表放大器(3)通过数据线与模数转换器(4)连接，其中一个通用仪表放大器(3)通过数据线与电压比较器(6)连接，所述电压比较器(6)的输出数据线与现场可编程门阵列控制器(7)的一路输出数据线合并后与PLL锁相环集成电路(5)的输入端连接；所述现场可编程门阵列控制器7的输出数据线与(5)的输入端连接，另一个电压比较器(6)的输出数据线与现场可编程门阵列控制器(7)的输入端连接；所述模数转换器(4)通过通讯线或无线电波与现场可编程门阵列控制器(7)进行通讯，所述现场可编程门阵列控制器(7)通过通讯线或无线电波与所述通讯网络接口装置连接，PC个人计算机(13)通过通讯线或无线电波与RJ45网络接口(9)或RS232通讯接口(8)连接；所述平板电脑(14)通过通讯线与RS485通讯接口(11)连接；蓝牙通讯接口(12)和RS485通讯接口(11)分别通过无线和有线方式与现场移动作业终端进行通讯；
所述RS232通讯接口(8)用于与PC个人计算机(13)进行数据通讯；RJ45网络接口(9)通过Internet网络实现装置的远程系统升级和运维；USB通讯接口(10)用于测试数据现场存储；
所述现场移动作业终端包括蓝牙无线加密传输装置、平板电脑(14)。
2.依据权利要求1所述的高压互感器物联网现场数据采集与传输标准装置，其特征是：所述通用仪表放大器(3)采用型号为INA128。
3.依据权利要求1所述的高压互感器物联网现场数据采集与传输标准装置，其特征是：所述模数转换器(4)采用型号为AD7607。
4.依据权利要求1所述的高压互感器物联网现场数据采集与传输标准装置，其特征是：所述PLL锁相环集成电路(5)采用型号为CD4046。
5.依据权利要求1所述的高压互感器物联网现场数据采集与传输标准装置，其特征是：所述电压比较器(6)采用型号为LM311。
6.高压互感器物联网现场数据采集与传输方法，包括如下步骤：
第一步，利用现场移动作业终端根据互感器现场校验工作的特点定制、开发专用的高压互感器现场检定系统APP，实现高压互感器现场校验工单派发、设备控制、身份认证、数据接收与发送；
所述APP支持TD-LPE/FDD/TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2009 GPS等移动、联通、电信4G/3G/2G全网通无线网络通讯，实现远程数据交互，支持对称密码算法和非对称密码算法，实现数据安全传输；
第二步，现场移动作业终端接收电力系统内网MDS平台或186平台派送的高压互感器现场校验工单，明确高压互感器所在场站、馈线、资产信息、任务内容；
第三步，校验工作准备，具体包括：开启高压互感器现场数据采集装置和现场移动作业终端高压互感器校验系统APP，启动蓝牙连接和配对，完成二者身份认证；
第四步，误差测试和性能参数测试，包括：
启动现场移动作业终端高压互感器现场校验系统APP“误差测试”功能，测量被校高压互感器额定负荷和下限负荷下误差；启动APP“性能参数”测试功能，测量被校高压互感器的极性、一二次绕组参数、二次实际负荷、伏安特性(或励磁特性)、环境温湿度，并给出高压互感器极性正确与否判定、接线错误与否、二次实际负荷值、伏安特性或励磁特性曲线、是否有“短路匝”等安全隐患的判断；
第五步，现场移动作业终端对数据进行保存和上传MDS平台或186平台，完成现场校验；
现场校验接线如下：
对于高压电流互感器，用测试线将高压互感器现场数据采集装置面板(17)上的L1和L2端子与被校高压电流互感器的一次接线端子(15)中的P1和P2连接,高压互感器现场数据采集装置面板(17)上的K1、K1C和K2、K2C接线端子与被校高压电流互感器二次接线端子(16)中的S1和S2连接,并打开S1和S2的原有连接线；
对于高压电压互感器，用测试线将高压互感器现场数据采集装置面板(17)上的A和X端子与被校高压电压互感器一次接线端子(15-1)中的A和N连接,高压互感器现场数据采集装置面板(17)上的a、ay和x,xy端子与被校高压电压互感器二次接线端子(16-1)中的Ia、In，并断开Ia、In原有连接线。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN112188462A (zh) * | 2020-10-28 | 2021-01-05 | 云南电网有限责任公司 | 数据采集器的安全管理方法 |
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2019
- 2019-12-31 CN CN201911404705.9A patent/CN111103564A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112188462A (zh) * | 2020-10-28 | 2021-01-05 | 云南电网有限责任公司 | 数据采集器的安全管理方法 |
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