CN113965824A - 一种基于物联网的开关站信息远传装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于物联网的开关站信息远传装置及方法，开关量采集电路采集开关站母线上各个线路开关的TWJ信号、KKJ常开接点信号、KKJ常闭接点信号和继电保护装置动作信号；模拟量采集电路采集母线L的电压和频率，采集各个线路的电流和有功功率；远程通信模块用于实现开关站信息远传装置与智能设备的信息传输。与现有技术相比，本发明利用单片机和远程通信技术，实时读取开关站现场的设备运行信息并传输至非值班人员的智能设备上，非值班人员可以即时了解开关站电气设备的运行状态，解决了管理人员等非值班人员对生产现场设备运行情况和设备状态了解不及时、了解渠道单一的问题，对提高发电厂、变电站设备运行管理的精细化程度起到非常大的作用。

Description

一种基于物联网的开关站信息远传装置及方法

技术领域

本发明涉及信息监控管理技术领域，尤其是涉及一种基于物联网的开关站信息远传装置及方法。

背景技术

随着发电厂、变电站设备运行管理的精细化，管理人员等非值班人员对于场站内设备运行状况更加关注。且近年来，开关站的管理方式日趋向着无人值守的方向提升。对于开关站内的开关运行情况，线路开关动作情况、继电保护装置动作情况、线路运行中的电压、电流、频率、功率等参数的监视尤为重要。

在多数开关站中，管理人员想了解开关站内设备运行数据只能通过电话询问值班室的值班人员，值班人员通过查看表计读数来向管理人员汇报。开关站内发生异常，也是由运行值班人员打电话口头汇报给场站管理人员。场站管理人员往往不能第一时间获得开关站内设备运行信息和异常信息，实时性较差，管理效率低下，开关站的异常不能及时得到响应。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于物联网的开关站信息远传装置及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于物联网的开关站信息远传装置，所述开关站包括母线L和连接在母线上的n条线路：线路1～线路n，n>1，每条线路上设有一个开关，每个开关设有一个开关操作箱，用于对线路上的开关进行操作，包括开关量采集电路、模拟量采集电路、远程通信模块和主控制器；

所述开关量采集电路与各个线路的开关操作箱内的TWJ接点、KKJ常开接点、KKJ常闭接点和继电保护装置连接，采集各个线路开关的TWJ信号、KKJ常开接点信号、KKJ常闭接点信号和继电保护装置动作信号；

所述模拟量采集电路与母线L和n个线路连接，采集母线L的电压和频率，采集各个线路的电流和有功功率；

所述远程通信模块用于实现开关站信息远传装置与1个或多个智能设备之间的信息传输；

所述主控制器上集成有开关量输入接口、模拟量输入接口和通信接口，分别用于连接开关量采集电路、模拟量采集电路和远程通信模块。

进一步的，所述远程通信模块为5G通信模块，通过5G无线通信技术接入互联网，实现开关站信息远传装置与非值班人员的智能设备之间的数据传输。

进一步的，还包括显示模块和输入模块，主控制器上集成有人机交互接口，所述显示模块和输入模块通过人机交互接口与主控制器连接，便于开关站的值班人员就地与开关站信息远传装置进行人机交互。

进一步的，所述显示模块为液晶屏，所述输入模块为按键。

进一步的，所述显示模块和输入模块集成为触摸屏。

进一步的，还包括GPS对时装置，主控制器上集成有对时接口，所述GPS对时装置通过对时接口与主控制器连接，为主控制器提供对时信号，从而保证开关量采集电路和模拟量采集电路采集的信号和数据的时间精确性，便于进行故障分析。

进一步的，还包括控制室上位机，控制室上位机通过通信接口与主控制器连接，主控制器将采集到的开关量和模拟量传输至控制室，在控制室的控制室上位机实时显示并存储，便于值班人员监视和查询。

进一步的，还包括报警模块，主控制器上集成有脉冲输出接口，所述报警模块通过脉冲输出接口与主控制器连接。

进一步的，所述报警模块为声光报警器，包括蜂鸣器和LED灯。

进一步的，还包括电源模块，所述电源模块用于为开关站信息远传装置提供+24V、±15V、+5V电源。

一种基于物联网的开关站信息远传方法，使用如上所述的开关站信息远传装置，基于各个线路开关的TWJ信号、KKJ常开接点信号、KKJ常闭接点信号和继电保护装置动作信号实现各个线路的线路开关分闸信号判断和继电保护装置动作判断，基于母线的电压和频率实现母线电压越限判断和母线频率越限判断，基于各个线路的电流和有功功率实现线路电流越限判断和全站总有功功率越限判断，并将上述判断结果传输至智能设备。

进一步的，所述线路开关分闸信号判断具体为：如果一条线路开关的TWJ信号和KKJ常闭接点信号均为1，则该线路上的开关为手动分闸，如果一条线路开关的TWJ信号和KKJ常开接点信号均为1，则该线路上的开关为故障跳闸；

所述继电保护装置动作判断具体为：如果一个线路的继电保护装置动作信号为1，则该线路上的继电保护装置动作，否则，该线路上的继电保护装置无动作；

所述母线电压越限判断具体为：如果母线的三相电压中，各相电压均在预设置的母线电压阈值范围内，则母线电压未越限，否则，母线电压越限；

所述母线频率越限判断具体为：如果母线的三相电压频率中，各相电压频率均在预设置的母线频率阈值范围内，则母线频率未越限，否则，母线频率越限；

所述线路电流越限判断具体为：如果一个线路的三相电流中，各相电流均不大于该线路预设置的线路电流阈值，则该线路的电流未越限，否则，该线路的电流越限；

所述全站总有功功率越限判断具体为：如果开关站全站的总有功功率不大于预设置的有功功率阈值，则全站总有功功率未越限，否则，全站总有功功率越限；

其中，开关站全站的总有功功率P_全站的计算公式为：

P_全站＝(|P_线路1|+|P_线路2|+…+|P_线路n-1|+|P_线路n|)/2

式中，开关站全站公有n条线路，|P_线路n|表示线路n的有功功率的绝对值。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

利用单片机和远程通信技术，实时读取开关站现场的设备运行信息并传输至非值班人员的智能设备上，非值班人员可以即时了解开关站的运行状态，解决了管理人员等非值班人员对生产现场设备运行情况和设备状态了解不及时、了解渠道单一的问题，对提高发电厂、变电站设备运行管理的精细化程度起到了非常大的作用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为开关站的系统一次回路示意图；

图3为线路开关分闸信号判断的逻辑图(以线路1开关为例)；

图4为线路电流越限判断的逻辑图(以线路1为例)；

图5为母线电压、频率越限判断的逻辑图(以A相为例)；

图6为全站总有功功率越限判断的逻辑图；

附图标记：1、主控制器，101、开关量输入接口，102、模拟量输入接口，103、通信接口，104、人机交互接口，105、对时接口，106、脉冲输出接口，2、开关量采集电路，3、模拟量采集电路，4、远程通信模块，5、显示模块，6、输入模块，7、GPS对时装置，8、控制室上位机，9、报警模块，10、电源。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件。

实施例1：

一种基于物联网的开关站信息远传装置，开关站包括母线L和连接在母线上的n条线路：线路1～线路n，n>1，每条线路上设有一个开关，每个开关设有一个开关操作箱，用于对线路上的开关进行操作，如图1所示，包括主控制器1、开关量采集电路2、模拟量采集电路3、远程通信模块4、显示模块5、输入模块6、GPS对时装置7、控制室上位机8、报警模块9和电源模块10；主控制器1可以采用单片机技术，主控制器1上集成有开关量输入接口101、模拟量输入接口102、通信接口103、人机交互接口104、对时接口105和脉冲输出接口106。

开关量采集电路2与各个线路的开关操作箱内的TWJ接点、KKJ常开接点、KKJ常闭接点和继电保护装置连接，采集各个线路开关的TWJ信号、KKJ常开接点信号、KKJ常闭接点信号和继电保护装置动作信号；开关量采集电路2通过开关量输入接口101与主控制器1连接。

模拟量采集电路3与母线L和n个线路连接，采集母线L的电压和频率，采集各个线路的电流和有功功率；模拟量采集电路3通过模拟量输入接口102与主控制器1连接。

远程通信模块4用于实现开关站信息远传装置与1个或多个智能设备之间的信息传输；远程通信模块4通过通信接口103与主控制器1连接。本实施例中，远程通信模块4为5G通信模块，通过5G无线通信技术接入互联网，实现开关站信息远传装置与非值班人员的智能设备之间的数据传输。

显示模块5和输入模块6通过人机交互接口104与主控制器1连接，便于开关站的值班人员就地与开关站信息远传装置进行人机交互。本实施例中，显示模块5为液晶屏，输入模块6为按键。在其他实施方式中，显示模块5和输入模块6也可以集成为触摸屏。

GPS对时装置7通过对时接口105与主控制器1连接，为主控制器1提供对时信号，从而保证开关量采集电路2和模拟量采集电路3采集的信号和数据的时间精确性，便于进行故障分析。

控制室上位机8通过通信接口103与主控制器1连接，主控制器1将采集到的开关量和模拟量传输至控制室，在控制室的控制室上位机8实时显示并存储，便于值班人员监视和查询。

报警模块9通过脉冲输出接口106与主控制器1连接，当主控制器1监控采集的开关量和模拟量并发现异常时，可以通过报警模块9发出报警信息。本实施例中，报警模块9为声光报警器，包括蜂鸣器和LED灯，可以实现本地报警，引起值班人员关注。在其他实施方式中，主控制器1可以通过报警模块9及远程通信模块发送报警信息至非值班人员的智能设备上。

电源模块10用于为开关站信息远传装置提供+24V、±15V、+5V电源。

一种基于物联网的开关站信息远传方法，基于开关站信息远传装置采集的开关量和模拟量进行状态判断并将判断结果传输至非值班人员的智能设备上。

本实施例中，开关站的回路如图2所示，包括母线L以及4条线路：线路1、线路2、线路3和线路4，主控制器1通过远程通信模块4将采集的开关量和模拟量发送至非值班人员的智能设备上，主控制器1还内置有逻辑判断电路，基于开关量和模拟量进行状态判断并将判断结果传输至非值班人员的智能设备上。

开关量包括：各个线路开关的TWJ信号、KKJ常开接点信号、KKJ常闭接点信号和继电保护装置动作信号，模拟量包括：母线的电压和频率，各个线路的电流和有功功率；逻辑判断电路的判断逻辑如下：

1)基于各个线路开关的TWJ信号、KKJ常开接点信号、KKJ常闭接点信号和继电保护装置动作信号实现各个线路的线路开关分闸信号判断和继电保护装置动作判断；

TWJ信号是开关操作箱内TWJ接点(跳闸位置接点)的信号，当线路上的开关处于分闸状态时，TWJ信号为1，当线路上的开关处于合闸状态时，TWJ信号为0。KKJ常开接点和KKJ常闭接点的信号值用于判断开关是手动分闸还是故障跳闸。旧式的开关上设有KK开关，当线路上的开关手动合闸后，KK开关常开接点接通，即为1，常闭接点断开，即为0；当线路上的开关手动分闸后，KK开关常开接点断开，即为0，常闭接点接通，即为1。当线路上的开关运行中故障跳闸时，KK开关仍保持开关合闸后的状态，常开接点接通，为1，常闭接点断开，为0。因此在开关分闸时，根据KK开关的常开接点状态就可以判断开关是不是故障跳闸(非人为手动分闸)。目前的开关操作箱上取消了KK开关，采用了KKJ继电器，分别使用KKJ常开接点和KKJ常闭接点模拟KK开关常开接点和KK开关常闭接点的信号，KKJ的常开接点和常闭接点信号与老式开关的KK开关信号一致，均可以反应操作人员操作开关的状态。

如图3所示，当TWJ信号和KKJ常闭接点信号均为1时，说明该线路上的开关为手动分闸，当TWJ信号和KKJ常开接点信号均为1时，说明该线路上的开关为故障跳闸。TWJ信号与KKJ常闭接点信号或KKJ常开接点信号合成进行“与运算”后，经3秒延时去除干扰信息，在主控制器1内部形成“2021/9/20 13:25:40线路1开关手动分闸”或“2021/9/20 13:25:40线路1开关故障跳闸”等字符串信息，再发送出去。

继电保护装置是线路上用于电气故障判断和快速切除故障线路开关的装置，在发生故障时继电保护装置动作，发出信号将线路开关及时跳闸，如果一个线路的继电保护装置动作信号为1，则该线路上的继电保护装置动作，否则，该线路上的继电保护装置无动作。如果线路n的继电保护装置动作信号为1，在主控制器1内部经3秒延时去除干扰信号后，形成“2021/9/20 13:25:40线路n继电保护动作信号”字符串信息，再发送出去。

2)基于各个线路的电流实现线路电流越限判断；

根据各个线路的实际工作情况，分别设置每个线路的线路电流阈值，如果一个线路的三相电流(A相电流、B相电流、C相电流)中，各相电流均不大于该线路预设置的线路电流阈值，则该线路的电流未越限，否则，该线路的电流越限；如图4所示，以线路1为例，主控制器1检测到线路1的三相电流的值并分别与线路1的线路电流阈值进行大小比较，如果某相电流大于线路电流阈值，则比较结果记为1，再将三相的3个比较结果进行“或运算”，在主控制器1内部经3秒延时去除干扰信号后，如果“或运算”的结果仍为1，则生成“线路1电流越限”字符串信息，再在字符串尾部附加线路1的三相电流值，如果“或运算”的结果为0，表示三相电流均未越限。在一个线路电流越限时，以线路2为例，生成的完整字符串信息为“2021/9/20 13:25:40线路2电流越限。A相电流510A，B相电流512A，C相电流509A”，再发送出去。

3)基于母线的电压和频率实现母线电压越限判断和母线频率越限判断；

如果母线的三相电压中，各相电压均在预设置的母线电压阈值范围内，则母线电压未越限，否则，母线电压越限；如果母线的三相电压频率中，各相电压频率均在预设置的母线频率阈值范围内，则母线频率未越限，否则，母线频率越限。

如图5所示，通过模拟量采集电路3采集母线的电压和频率，以母线的A相为例，母线电压阈值范围是根据母线电压上限和母线电压下限确定的，如果母线的A相电压大于母线电压上限或小于母线电压下限，则说明母线的A相电压越限，在主控制器1内部经3秒延时去除干扰信号后，形成“母线电压越限”字符串信息，并将母线的三相电压附加在该字符串尾部，如：“2021/9/20 13:25:40母线电压越限。A相电压231.5kV。B相电压231.6kV，C相电压231.5kV”，再发送出去。如果母线的A相、B相、C相电压均未越限，则母线电压未越限。

同理，以母线的A相为例，母线频率阈值范围是根据母线频率上限和母线频率下限确定的，判断与母线电压越限判断一致。

4)基于各个线路的有功功率实现全站总有功功率越限判断；

如果开关站全站的总有功功率不大于预设置的有功功率阈值，则全站总有功功率未越限，否则，全站总有功功率越限；

其中，开关站全站的总有功功率P_全站的计算公式为：

P_全站＝(|P_线路1|+|P_线路2|+…+|P_线路n-1|+|P_线路n|)/2

式中，开关站全站公有n条线路，|P_线路n|表示线路n的有功功率的绝对值。

通过模拟量采集电路3检测各个线路的有功功率变送器发送的有功功率，因P_线路1+P_线路2+…+P_线路n＝0，将有功功率绝对值相加并除以2计算得到开关站全站的总有功功率P_全站，如图6所示，如果开关站全站的总有功功率P_全站大于有功功率阈值，在主控制器1内部经3秒延时去除干扰信号后，形成“全站总有功功率越限”字符串信息，并将各个线路的有功功率值附加在字符串尾部，如“2021/9/20 13:25:40全站总有功功率超限。线路1有功功率300MW，线路2有功功率305MW，线路3有功功率280MW，线路4有功功率325MW”，再发送出去。

在上述逻辑判断中，可以设置多个数值比较器电路，分别用于实现电压、电流、频率、有功功率等的大小比较，开关量或比较结果等均为二进制量，可以输入与门、或门等逻辑门，再由主控制器1根据逻辑门的输出生成字符串信息。

非值班人员可以在智能设备上查看主控制器1发送的开关量、模拟量以及判断结果，通过小程序或者web界面开发，还可以实现非值班人员的用户注册、登录等功能，进行查询，查看开关站的实时数据或历史数据。

主控制器1可以按照预设置的时刻或时间间隔，将数据发送至非值班人员的智能设备，也可以进行同步数据传输。

通过本申请，可以实现对开关站的远程监控，管理人员、维护人员等非值班人员可以实时查看开关站的运行信息，开关站出现设备故障后也能第一时间通过5G网络发送至智能设备，解决了管理人员对生产现场设备运行情况和设备状态了解不及时、渠道单一的问题。对提高发电厂、变电站设备运行管理的精细化程度起到了非常大的作用。该套装置在华能太仓电厂应用后，管理人员可以在手机上收到开关站运行的故障信息和定时自动报送的运行状态报表，大大的提高了电厂电气开关站的管理效率，使电厂开关站的值班方式向着无人化、少人化方向迈进了一步。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于物联网的开关站信息远传装置，所述开关站包括母线L和连接在母线上的n条线路：线路1～线路n，n>1，每条线路上设有一个开关，每个开关设有一个开关操作箱，用于对线路上的开关进行操作，其特征在于，包括开关量采集电路(2)、模拟量采集电路(3)、远程通信模块(4)和主控制器(1)；

所述开关量采集电路(2)与各个线路的开关操作箱内的TWJ接点、KKJ常开接点、KKJ常闭接点和继电保护装置连接，采集各个线路开关的TWJ信号、KKJ常开接点信号、KKJ常闭接点信号和继电保护装置动作信号；

所述模拟量采集电路(3)与母线L和n个线路连接，采集母线L的电压和频率，采集各个线路的电流和有功功率；

所述远程通信模块(4)用于实现开关站信息远传装置与1个或多个智能设备之间的信息传输；

所述主控制器(1)上集成有开关量输入接口(101)、模拟量输入接口(102)和通信接口(103)，分别用于连接开关量采集电路(2)、模拟量采集电路(3)和远程通信模块(4)。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的开关站信息远传装置，其特征在于，所述远程通信模块(4)为5G通信模块。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的开关站信息远传装置，其特征在于，还包括显示模块(5)和输入模块(6)，主控制器(1)上集成有人机交互接口(104)，所述显示模块(5)和输入模块(6)通过人机交互接口(104)与主控制器(1)连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的开关站信息远传装置，其特征在于，还包括GPS对时装置(7)，主控制器(1)上集成有对时接口(105)，所述GPS对时装置(7)通过对时接口(105)与主控制器(1)连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的开关站信息远传装置，其特征在于，还包括控制室上位机(8)，控制室上位机(8)通过通信接口(103)与主控制器(1)连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的开关站信息远传装置，其特征在于，还包括报警模块(9)，主控制器(1)上集成有脉冲输出接口(106)，所述报警模块(9)通过脉冲输出接口(106)与主控制器(1)连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于物联网的开关站信息远传装置，其特征在于，所述报警模块(9)为声光报警器，包括蜂鸣器和LED灯。

8.根据权利要求1所述的一种基于物联网的开关站信息远传装置，其特征在于，还包括电源模块(10)，所述电源模块(10)用于为开关站信息远传装置提供电源。

9.一种基于物联网的开关站信息远传方法，其特征在于，使用如权利要求中1-8任一所述的开关站信息远传装置，基于各个线路开关的TWJ信号、KKJ常开接点信号、KKJ常闭接点信号和继电保护装置动作信号实现各个线路的线路开关分闸信号判断和继电保护装置动作判断，基于母线的电压和频率实现母线电压越限判断和母线频率越限判断，基于各个线路的电流和有功功率实现线路电流越限判断和全站总有功功率越限判断，并将上述判断结果传输至智能设备。

10.根据权利要求9所述的一种基于物联网的开关站信息远传方法，其特征在于，所述线路开关分闸信号判断具体为：如果一条线路开关的TWJ信号和KKJ常闭接点信号均为1，则该线路上的开关为手动分闸，如果一条线路开关的TWJ信号和KKJ常开接点信号均为1，则该线路上的开关为故障跳闸；

所述继电保护装置动作判断具体为：如果一个线路的继电保护装置动作信号为1，则该线路上的继电保护装置动作，否则，该线路上的继电保护装置无动作；

所述母线电压越限判断具体为：如果母线的三相电压中，各相电压均在预设置的母线电压阈值范围内，则母线电压未越限，否则，母线电压越限；

所述母线频率越限判断具体为：如果母线的三相电压频率中，各相电压频率均在预设置的母线频率阈值范围内，则母线频率未越限，否则，母线频率越限；

所述线路电流越限判断具体为：如果一个线路的三相电流中，各相电流均不大于该线路预设置的线路电流阈值，则该线路的电流未越限，否则，该线路的电流越限；

所述全站总有功功率越限判断具体为：如果开关站全站的总有功功率不大于预设置的有功功率阈值，则全站总有功功率未越限，否则，全站总有功功率越限；

其中，开关站全站的总有功功率P_全站的计算公式为：

P_全站＝(|P_线路1|+|P_线路2|+…+|P_线路n-1|+|P_线路n|)/2

式中，开关站全站公有n条线路，|P_线路n|表示线路n的有功功率的绝对值。

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