CN111711194B - 基于旁路作业一体化的供电保障装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于旁路作业一体化的供电保障装置，该装置包括信号监测模块、自动控制模块、无线通信模块、状态监控模块，集电缆旁路快速搭建、自动投切控制、状态监测和无线通信为一体，实现了旁路不停电作业操作的可视化、自动化与可控化。本装置功能齐全、集成度高，自动化程度高，工作人员通过手持终端和远程后台即可实现旁路不停电作业中电源投切的远程控制和旁路运行信息的实时掌控。本发明创新性强、功能高度集成、控制性能好、使用简便，可有效缩短旁路作业时间、提高作业效率降低作业成本，具有广阔的应用前景和良好的实际应用价值。

Description

基于旁路作业一体化的供电保障装置

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别涉及一种基于旁路作业一体化的供电保障装置，该装置实现了旁路作业中电缆旁路的快速搭建、自动投切控制、状态监测和无线通信的一体化。

背景技术

随着经济社会发展和人民生活水平的提高，用户对供电可靠性的要求越来越高。但由于配电网担负着就地或逐级向各类用户供给和配送电能的任务，是确保供电质量最直接最关键的环节，也是容易造成绝大部分停电事故的薄弱环节，所以智能配电网建设和旁路不停电作业的推广和掌控对提高供电可靠性而言尤为重要。

目前，由于现有旁路作业设备功能单一、集成度较低、监控与通信手段缺乏，作业时需大量配套使用相关旁路作业设备。现阶段，旁路不停电作业主要通过采用电缆转接头、负荷投切开关、附加监控与通信装置组合方式进行，该方式在大量引入旁路作业设备的同时还需要大量工作人员配合操作，在很大程度上增加了旁路作业的安全隐患和作业成本，降低了旁路作业的运行可靠性和工作效率。在此背景之下，旁路不停电作业方法和相关配套设备还有很大的改进和提升空间。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种集电缆旁路的快速搭建、实时监测、自动投切控制、远程监控与无线通信为一体，实现旁路不停电作业一体化操作的一种基于旁路作业一体化的供电保障装置。该装置可有效提高旁路作业的工作效率和作业可靠性并显著降低作业成本和安全风险。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于旁路作业一体化的供电保障装置，其特征在于，该装置包括旁路转接和电源投切控制两大部分，实现了旁路作业中电缆旁路的快速搭建、自动投切控制、状态监测和无线通信的一体化；

所述供电保障装置包括信号监测模块、自动控制模块、无线通信模块与状态监控模块；

进一步的，所述信号监测模块包括信号采集单元、数据处理单元和状态分析单元；

优选的，信号采集单元包括配电设备信号采集单元和电缆旁路信号采集单元，配电设备信号采集单元采集的信号包括配电设备中、低电压传感器或继电器输入信号；电缆旁路信号采集单元采集的信号包括三相旁路电流值、电缆转接头温度；

所述信号采集单元将采集到的数据分别发送到旁路转接嵌入式控制器和电源投切嵌入式控制器的数据处理单元和状态分析单元，实现采集数据的量化分析。

进一步的，所述自动控制模块包括配电设备状态核实单元、逻辑判断单元和输出控制单元；

优选的，所述状态核实单元通过配电设备信号监测模块采集到的数据信号和配电设备自备带电显示器的指示信号进行配电设备运行状态核定，并输出最终状态，配电设备所处状态包括正常运行状态、欠电压/过电压运行状态和掉电状态；

所述逻辑判断单元根据状态核实单元输出的最终状态进行相应的逻辑判断，决定输出控制单元的动作情况；所述输出控制单元包括中、低压继电开关和合闸电机，用于旁路作业电源的投切控制。

进一步的，所述无线通信模块包括手持终端单元、机载通信单元和后台通信单元；

优选的，所述无线通信模块通过LORA、NB-IOT物联网技术实现装置与手持终端和远程后台的数据传输与状态显示；

所述手持终端单元具有控制功能和显示功能，可实现对装置、电缆旁路、配电设备运行状态的掌控和电源投切控制的人工干预；

所述人工干预为作业人员根据旁路作业需求和状态运行情况，通过手持终端完成电源投切操作的远程人工控制；

所述后台通信单元通过借助物联网通信系统、GPRS等方式将电缆旁路运行信息、装置运行信息、配电设备状态信息、故障信息、历史记录等回传至后台实现后台远程监管、控制和数据归档管理。

进一步的，所述状态监控模块包括装置自带显示屏、手持终端显示屏和声光显示模块；

优选的，所述装置自带显示屏分别安装于装置中旁路转接部分和电源投切控制部分，用于现场显示装置、旁路电缆回路的运行状况，有助于旁路不停电作业的实时状态掌控；

所述手持终端显示屏用于作业人员远程实时掌握装置运行情况、旁路电缆回路的运行状况，提高了旁路作业的远程监管能力；

所述声光报警模块在装置本体和手持终端中均有搭载，可在回路状态异常、装置运行异常、状态预警等情况下发出特定的报警信号。

进一步的，装置内两个部分之间通过无线通信模块完成装置内部通信，投切控制部分通过自身监测数据和旁路转接模块采集到的数据，制定电源的投切策略，实现旁路作业回路状态的整体感知和自动控制。

优选的，所述供电保障装置集成了传感器、继电开关、嵌入式控制器、通信芯片、显示器、手持终端，融合旁路作业电缆旁路快速搭建、状态监测、自动控制、远程监控为一体，实现了旁路作业的的可视化、自动化与可控化。

进一步的，所述供电保障装置适用于35KV及以下的非架空线路不停电作业。

优选的，所述供电保障装置采用锂电池和取流环供电，在提高装置待机时长的情况下，减少了装置和配电网设备之间的电气联系。

上述一种基于旁路作业一体化的供电保障装置，其状态监测、自动投切、无线通信与远程监控实际应用方法如下：

第一步：安装设备；

第二步：进行装置内信号采集模块、嵌入式控制器、输出控制单元、状态显示模块、无线通信模块之间的电气连接，完成装置的现场整体调试；

第三步：采集模块实时采集旁路电缆回路和配电设备的运行状况，并综合配电设备自带的带电显示器进行逻辑判断，决定电源投切控制模块是否进行投切操作；

第四步：当采集模块采集到的各项数据正常时，装置提示作业人员进行远程电源投入，然后投切模块再根据旁路和配电设备的运行情况进行相应的自动投切控制操作：1）旁路电缆回路和配电设备监测数据异常时，装置向手持终端和后台发送报警信息，如果异常状况明显装置自动切除电源，实现回路保护；2）回路初次搭建成功时，装置不能自动投切，必须等待远程合闸命令，其后若装置各项监测数据正常，则实现电源的自动投入；3）在配电线路检修完成、恢复通电后，装置自动切出旁路作业电源；

第五步：完成旁路电缆回路、装置和配电设备的运行状态信息、投切操作、故障报警等数据的记录和上传，实现对旁路作业运行状态、操作过程、实际效果的可视化与可控化；

第六步：工作人员根据上传信息，对旁路作业运行状态进行评估并对故障信息进行排查。

综上所述，本发明的有益效果是：

本发明主要应用于35KV及以下的非架空线路旁路作业，装置集旁路电缆回路、装置本体、配电设备的状态监测、自动投切控制、远程监控与无线通信为一体，在完成电缆旁路快速搭建的同时，新增了电源自动投切、远程监控与无线通信的功能，实现了旁路不停电作业的搭建、投切、监控一体化操作，有效缩减了旁路设备的使用数量和作业人员的劳动强度，同时本装置可完成自动控制和人工控制的快速转换，在提高效率的同时增强了作业人员对旁路电源投切的掌控能力，实现了旁路不停电作业的可视化、自动化与可控化。

本发明的自动化程度高、功能齐全、适用范围广、可靠性和可控性能好，能提高工作效率、缩短停电时间、节省人力成本，有非常好的应用价值。

附图说明

图1为本发明的装置安装结构示意图

图2为本发明的旁路转接部分结构示意图

图3为本发明的电源投切控制部分结构示意图

图中标记：

图1：1-配电设备1，2-电源投切控制模块1，3-旁路电缆，4-旁路转接模块，5-旁路电缆，6-电源投切控制模块2，7-配电设备2；

图2：1-旁路转接箱箱体，2-显示屏，3-物联网芯片，4-手持终端，5-远程后台，6-三相电缆接头，7-三相电流传感器，8-温度传感器；

图3：1-投切控制装置壳体，2-显示屏，3-物联网芯片，4-手持终端，5-远程后台，6-三相配电回路，7-三相电压传感器或继电器，8-合闸电机或继电器开关。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施步骤对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

如图2、图3所示，所述基于旁路作业一体化的供电保障装置包括信号监测模块、自动控制模块、无线通信与状态监控模块；

所述供电保障装置应用范围主要包括35KV及以下的非架空线路旁路不停电作业、环网柜和变电站的配电投切控制，本例以10KV城市环网柜旁路不停电作业为例；

如图1所示，所述供电保障装置包含旁路转接和电源投切控制两大部分，其中4-旁路转接模块为包含电缆转接头、显示屏、通信与监控模块的旁路转接箱，安装在两端旁路电缆之间；2、3-电源投切控制模块共两个分别安装在两侧1、7-环网柜处，实现旁路快速搭建、电源自动投切、无线通信与远程监控。

所述旁路快速搭建，通过旁路转接箱自带的新式Π型接头，实现旁路电缆的一进多出和快速插拔，完成电缆旁路的快速搭建；

所述电源自动投切控制，指电源投切控制部分通过综合电缆旁路与配电设备实时运行情况，再根据作业人员手持终端指令制定输出动作策略，完成旁路电源的配电投切控制；

所述无线通信模块包括手持终端和远程后台，采用LORA、NB-IOT物联网技术，主要用于装置内部通信、装置与手持终端和装置与远程后台之间的数据传输，实现旁路不停电作业的自动化、可视化、可控化操作，方便工作人员对装置和配电设备的运行情况进行掌控以及数据分析和故障排查，同时工作人员可通过手持终端实现投切操作的远程控制；

所述投切策略包括：

1）当手持终端有工作人员的指令输入时，装置首先响应该指令，电源投切控制部分不自动动作；

2）当电缆旁路完成初次构建后，须由工作人员完成首次合闸指令，之后装置可自主根据回路和设备运行情况进行电源自动投切操作；

3）在配电线路检修完成、恢复通电后，装置自动切出旁路作业电源；

所述状态监控模块包含状态监测和显示模块，可实现装置、配电设备运行情况的实时记录和显示；

所述运行情况包括装置监测数据波动情况、投切开关动作情况，配电设备电压波动情况和电路投切情况，当配电设备发生电压波动时，装置对波动情况进行记录，形成历史数据，当电压波动过大时，装置报警并记录，此外装置会对每次投切操作过程与投切前后配电设备电压波动情况进行记录；

所述供电保障装置采用锂电池供电和取流环充电的方式，有效提高装置的待机时长并减少与配电设备之间的电气连接。

上述一种基于旁路作业一体化的供电保障装置的实时监测、投切控制、远程监控方法如下：

第一步：按照附图1所绘结构安装设备；

第二步：进行装置内信号采集模块、嵌入式控制器、输出控制单元、状态显示模块、无线通信模块之间的电气连接，完成装置的现场整体调试；

第三步：采集模块实时采集旁路电缆回路和10KV环网柜的运行状况，并综合配电设备自带的带电显示器进行逻辑判断，决定电源投切控制模块是否进行投切操作；

第四步：当采集模块采集到的各项数据正常时，装置提示作业人员进行远程电源投入，然后投切模块再根据电缆旁路和10KV环网柜的运行情况进行相应的自动投切控制操作：1）旁路电缆回路和10KV环网柜监测数据异常时，装置向手持终端和后台发送报警信息，如果异常状况明显装置自动切除电源，实现回路保护；2）回路初次搭建成功时，装置不能自动投切，必须等待远程合闸命令，其后若装置各项监测数据正常，则实现电源的自动投入；3）在配电线路检修完成、恢复通电后，装置自动切出旁路作业电源；

第五步：完成旁路电缆回路、装置和10KV环网柜的运行状态信息、投切操作、故障报警等数据的记录和上传，实现对旁路作业运行状态、操作过程、实际效果的可视化与可控化；

第六步：拆除电缆旁路，整理供电保障装置，工作人员根据上传信息，对旁路作业中设备和回路的运行状态进行评估并对故障信息进行排查。

Claims (9)

1.一种基于旁路作业一体化的供电保障装置，其特征在于，该装置包括旁路转接和电源投切控制两大部分，具体分为信号监测模块、自动控制模块、无线通信与状态监控模块，实现了旁路作业中电缆旁路的快速搭建、自动投切控制、状态监测和无线通信的一体化；

所述旁路转接部分包括三相电缆转接头、信号监测、状态监控和无线通信模块，实现了电缆旁路的快速搭建、状态监测与远程监控；

所述电源投切控制部分包括投切动作、电源信号监测、状态监控和无线通信模块，实现了旁路电源的状态监测、远程监控、人工干预与自动控制；

所述旁路转接部分和电源投切控制部分均包含独立的嵌入式控制器模块，实现旁路转接和投切控制的独立运行，两部分之间还可通过装置自带的无线通信模块完成内部通信，实现旁路电缆回路状态的整体感知和自动控制；

所述信号监测模块包括信号采集单元、数据处理单元和状态分析单元；信号采集单元包括配电设备信号采集单元和电缆旁路信号采集单元，配电设备信号采集单元采集的信号包括配电设备中、低电压传感器或继电器输入信号；电缆旁路信号采集单元采集的信号包括三相旁路电流值、电缆转接头温度；

所述信号采集单元将采集到的数据分别发送到旁路转接嵌入式控制器和电源投切嵌入式控制器的数据处理单元和状态分析单元，实现采集数据的量化分析。

2.如权利要求1所述基于旁路作业一体化的供电保障装置，其特征在于，所述信号监测模块包括信号采集单元、数据处理单元和状态分析单元；

所述数据处理单元由嵌入式控制器实现，主要用于信号采集单元采集数据的算法处理及A/D、D/A变换；

所述状态分析完成对配电设备信号采集单元采集数据的分析，判断配电设备所处状态并将判断结果发送至控制模块、显示模块和监控模块；

所述配电设备所处状态包括正常运行状态、欠电压/过电压运行状态和掉电状态。

3.如权利要求1所述基于旁路作业一体化的供电保障装置，其特征在于，所述自动控制模块包括配电设备状态核实单元、逻辑判断单元与输出控制单元；

所述状态核实单元通过配电设备信号监测模块的数据信号和配电设备自备带电显示器的指示信号用于配电设备运行状态核定，并输出最终的状态判断；

所述逻辑判断单元用于电源投切控制部分的控制器输出的逻辑判断，决定输出控制单元的动作情况；

所述输出控制单元包括中、低压继电开关和合闸电机，用于旁路作业中电源的投切控制。

4.如权利要求1所述基于旁路作业一体化的供电保障装置，其特征在于，所述无线通信模块包括手持终端单元、机载通信单元和后台通信单元，通过LORA、NB-IOT物联网技术实现通信；

所述手持终端单元具有控制功能和显示功能，可实现对装置、电缆旁路、配电设备的运行状态实时掌控和电源投切控制的人工干预；

所述后台通信单元通过借助物联网通信系统、GPRS方式将电缆旁路运行信息、装置运行信息、配电设备状态信息、故障信息、历史记录回传至后台实现后台远程监管、控制和数据归档管理。

5.如权利要求1所述基于旁路作业一体化的供电保障装置，其特征在于，所述状态监控模块包括装置自带显示屏、手持终端显示屏和声光报警模块；

所述装置自带显示屏安装于装置旁路转接部分和电源投切控制部分，用于现场显示装置、旁路电缆的运行状况，有助于对旁路不停电作业的实时状态掌控；

所述手持终端显示屏用于实时掌握装置运行情况、配电回路运行状况，可实现远程监控管理；

所述声光报警模块在装置本体和手持终端中均有搭载，可在回路状态异常、装置运行异常、状态预警情况下发出特定的报警信号。

6.如权利要求2所述基于旁路作业一体化的供电保障装置，其特征在于，所述信号采集单元包括配电设备信号采集单元和电缆旁路信号采集单元；

所述配电设备信号采集单元，其采集的信号包括配电设备中、低电压传感器或继电器输入信号，其后将该单元将采集到的数据输出至配电投切控制端的嵌入式控制器；

所述电缆旁路信号采集单元，该单元采集的信号包括三相旁路电流值、电缆转接头温度，其后将该单元将采集到的数据输出至旁路转接端嵌入式控制器。

7.如权利要求1~6任意一项所述基于旁路作业一体化的供电保障装置，其特征在于，该装置适用于35KV及以下的非架空线路不停电作业、环网柜和箱变设备配电投切控制。

8.如权利要求1~6任意一项所述基于旁路作业一体化的供电保障装置，其特征在于，装置包含了旁路作业中旁路转接和电源投切两部分，通过传感器、继电开关、通信芯片集成的方式，融合旁路作业电缆旁路快速搭建、状态监测、自动控制、远程监控为一体，实现了旁路作业的可视化、自动化与可控化。

9.如权利要求1~6任意一项所述基于旁路作业一体化的供电保障装置，其特征在于，装置采用锂电池和取流环供电，减少了装置和配电网设备之间的电气联系。