CN1722566A - 农村低压配电网自动化监控装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种农村低压配电网自动化监控装置，包括上位管理机和下位机，其电路结构主要分为GSM通信单元、单片机程序控制单元、数据采集单元、三相电流－电压采样单元、继电器单元、配变状态检测单元和电源电路这几个部分，采用这种装置不但能对农村低压配电网的运行状况实现远程监控，而且还同时适用于电力用户的负荷监测与监控。

Description

农村低压配电网自动化监控装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种农村低压配电网自动化监控装置及其方法。
背景技术
在农村低压电网中，电力设施的被盗和被损坏的现象十分严重，而且配变当前的电压，三相电流须由人工到现场测量，这样，配电变压器运行状况无法实现远程监控，就不能及时了解线路三相负荷是否平衡、电压是否合格，配变超负荷温升过高以致烧毁的现象时有发生，甚至有的地方发生配电变压器被盗事件，另外，如果剩余电流动作保护器跳闸后，管理者也无法及时知晓，从而不能及时恢复送电。
发明内容
本发明的目的在于提供一种农村低压配电网自动化监控装置及其方法，其不但克服了现有技术的缺陷，能够具备对农村低压配电网的运行状况实现远程监控的优点，而且还同时适用于电力用户的负荷监测与监控。
本发明的农村低压配电网自动化监控装置包括上位管理机和下位机，上位机的结构主要包括GSM短信传输模块，单片微处理机，电平转换电路，其中所述的GSM短信传输模块用来完成接收和发出短消息，单片微处理机用来监视和管理GSM短信传输模块，上位管理机实行计算机管理操作，以供电所或供电公司用电服务中心为单位，每个供电所或用电服务中心配置一台，所有操作通过程序单元在计算机上完成，上位管理机可以通过串口或USB接口以相互连接，所述的程序单元主要包括控制区、数据显示区及相关的数据库，所述的控制区用来向下位机发送指令，所述的数据显示区用来显示下位机发送来的短信内容，所述的数据库包含数据显示区内容管理、台片配变台帐、员工台帐、工作票管理、剩余电流动作保护器管理、抄表录入与营销管理系统链接。下位机以台片为单位，即每台变压器配备一台下位机，下位机包括GSM通信电路，单片机电路，数据采集电路，继电器电路和电源电路等；上位管理机和下位机通过现代GSM移动通信网络无线连接，从而实现数据的远程及跨区域传输。整个农村低压配电网自动化监控装置的电路结构主要分为GSM通信单元、单片机程序控制单元、数据采集单元、三相电流-电压采样单元、继电器单元、配变状态检测单元和电源电路这几个部分。
上位管理机和下位机都包括一个GSM通信单元，所述的GSM通信单元主要由JB35G短信传输模块与单片机组成，其也可采用西门子TC35系列的TC35i型号短信传输模块与单片机组成，所述的JB35G短信传输模块是借助GSM短信平台来收发数据的，主要用来建立无线信道，接收和发出短消息；在JB35G模块上有一个RS232串口和一个TTL串口，所述的RS232串口可以连接计算机的COM串口，所述的TTL串口可以连接单片机的串口，所述的单片机主要用来控制JB35G短信传输模块，并且对收到的短消息信息进行解释并执行。
单片机程序控制单元由AT89S51和AT90S8515两片单片机组成双CPU模式，外部存储器采用AT24C04来存储数据，MAX232完成与计算机的RS232之间的通讯，CD4094完成输出串行模式转为并行模式的八路隔离驱动。
所述的数据采集单元主要使用ADC0809模/数转换器，功能是把三相电流-电压采样电路采集的模拟信号转换成数字信号给微处理机AT89S51，ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连，ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件，它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选为8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效，当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量通过转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0-IN7上的一路模拟量输入。ST为转换启动信号，当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零，下跳沿时，开始进行A/D转换。在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号，当EOC为高电平时，表明转换结束，否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。D0-D7为数字量输出线，为了满足ADC0809对输入模拟量要求，采用传感器把交流电流和电压转换成0～5V的直流电压供其采样。
所述的配变状态检测单元主要由8只光电耦合器(型号为P521)组成，这些光电耦合器可以根据需要检测1-8处配变设备的非正常运行状态，使微处理机AT89S51的第P10-P17脚变为低电平，以使微处理机执行相关的程序，当剩余电流动作保护器跳闸或配变设备A、B、C三相输入电压任意一相或几相掉线，或由于盗窃者为了隔离高压而将A、B、C三相输入电压切断时，可及时将信息传送至配变的单片机，再经GSM通信单元传送至上位管理机。
所述的三相电流-电压采样单元由三只电流-电压传感器和一只电压-电压传感器构成，功能是采集模拟信号，然后，通过OUT1-OUT4输出，传感器可选用北京星格或霍远公司生产的微型系列传感器。
所述的继电器单元由采用光偶隔离的八路继电器输出，继电器主要选用12V的直流小型继电器。
另外，如果本发明的农村低压配电网自动化监控装置的下位机的GSM通信单元采用西门子TC35系列的TC35i型号，数据采集单元使用TLC2543模/数转换器，那么将大大节省51系列的单片机资源，即只需一片AT89S51单片机就可完成所有的工作。
本发明对农村低压配电网实施自动化监控的方法采用GSM通信网络连接的无线传输网络，以短信形式通过下位机和上位管理机来实现，上位管理机对配变进行相关控制主要包括运行数据查询、剩余电流动作保护器跳闸后的复位操作、配电变压器的限值设置、超负荷紧急拉闸、抄表请求等，以上所有操作通过程序单元在计算机上完成，所述的程序单元主要包括控制区、数据显示区及相关的数据库，所述的控制区用来向下位机发送指令，所述的数据显示区用来显示下位机发送来的短信内容，所述的数据库包含数据显示区内容管理、台片配变台帐、员工台帐、工作票管理、剩余电流动作保护器管理、抄表录入与营销管理系统链接；下位机首先由数据采集单元采集配变当前工作电压、三相电流、温度等参数，然后由模/数转换电路把采集过来的模拟信号转换成单片机所需的数字信号，配变状态检测单元检测1-8路剩余电流动作保护器是否动作以及检测配电变压器是否有被盗等异常，三相电流-电压采样单元采集模拟信号，并且将其转换成数字信号给微处理机AT89S51，再通过GSM通信单元接受和发出短消息，其监控的过程主要分为以下步骤。一是剩余电流动作保护器跳闸报警；二是配电变压器超限值报警；三是配电变压器发生异常情况报警，四是上位管理机对配变进行相关控制等。
剩余电流动作保护器跳闸报警是由单片机检测线路开关分合状态，如果有跳闸且自动重合闸失败，则下位机向上位机报警，把“……台变……线路跳闸；配变当前工作电流为A相……B相……C相……电压为……温度为……”等内容通过GSM短信传输模块以短消息形式发送给上位机，请求值班员处置。
配电变压器超限值报警是单片机把采集到的数据与预先设置的配变允许限值进行比较，如果超限，则下位机向上位机报警，把“配变超限！配变当前工作电流为A相……B相……C相……电压为……温度为……”的短消息内容通过GSM短信传输模块以短消息形式发送给上位机，请求值班员处置。
当发生配电变压器被盗等异常情况时，下位机迅速向上位机报警，把“某某台片配电变压器发生异常险情，请迅速处置！”等内容通过GSM短信传输模块以短消息形式发送给上位机，请求值班员处置。
下位机收到上位机“……线路剩余电流动作保护器试送电”的短消息后，把上位机的号码及指令进行识别比较，确认指令正确并有权限后，指使继电器执行机构执行指令。如复位成功，则此次工作完成，否则再次向上位机报警，请求值班员处置。
下位机收到上位机“当前运行数据查询”的短消息后，把上位机的号码及指令进行识别比较，确认指令正确并有权限后，把“配变运行数据：电流为A相……B相……C相……电压为……温度为……”等内容通过GSM短信传输模块以短消息形式发送给上位机。
下位机收到上位机“配变负荷限值设置，电压下限为……电压上限为……电流上限为……温度上限为……”的短消息后，把上位机的号码及指令进行识别比较，确认指令正确并有权限后，自动更改限值，并把“配变负荷限值设置完成，设置新值为：电压下限为……电压上限为……电流上限为……温度上限为……”等内容通过GSM短信传输模块以短消息形式发送给上位机。
下位机收到上位机“……线路负控拉闸”的短消息后，把上位机的号码及指令进行识别比较，确认指令正确并有权限后，指使继电器执行机构断开对应线路的负荷开关，并把“……线路已执行负控拉闸”等内容通过GSM短信传输模块以短消息形式发送给上位机。
下位机收到上位机“……线路负控取消请求合闸”的短消息后，把上位机的号码及指令进行识别比较，确认指令正确并有权限后，指使继电器执行机构合上对应线路的负荷开关，并把“……线路已执行合闸供电”等内容通过GSM短信传输模块以短消息形式发送给上位机
下位机收到上位机“抄录台片总表”的短消息后，把上位机的号码及指令进行识别比较，确认指令正确并有权限后，把“当前总表示度为……电流为A相……B相……C相……电压为……温度为……”等内容通过GSM短信传输模块以短消息形式发送给上位机。
该系统工作票管理包含管理台帐及现场控制，控制方法是：只要经该系统登记出去的工作票，如果在完成工作票终结手续后不向供电所值班室报告，因现场配电装置二次控制回路被下位机控制，将不能进行恢复送电操作。
上述所有功能均可以用经过授权的普通手机来完成，台片管理者无论身处何地，对辖区内的配变也能随时监控。
本发明实现了农村低压配电网的自动化监控，降低了一线农电人员的劳动强度，其不但可远程监控配电变压器当前工作的电压、三相电流和工作温度，而且能够对配电变压器的非正常断电实行远程报警，起到防偷防盗和及时处置故障等作用。而且当剩余电流动作保护器跳闸后，立即向供电所报告跳闸的台片名称，线路名称，配电变压器当前工作的电压，三相电流和工作温度等内容。
附图说明
下面参照附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的农村低压配电网自动化监控装置的电路结构原理图；
图2是本发明的农村低压配电网自动化监控装置的上位管理机和下位机的网络连接示意图；
图3是本发明的农村低压配电网自动化监控装置的下位机的工作流程示意图；
图4是本发明的农村低压配电网自动化监控装置的上位管理机的工作流程示意图；
具体实施方式
图1所示的本发明的农村低压配电网自动化监控装置的电路结构，主要分为(A部分)配变状态检测单元、(B部分)三相电流-电压采样单元、(C部分)数据采集单元、(D部分)单片机程序控制单元、(E部分)GSM通信单元、(F部分)继电器单元和(G部分)电源电路这几个部分。
所述的配变状态检测单元主要由8只光电耦合器(型号为P521)组成，这些光电耦合器可以根据需要检测1-8处配变设备的非正常运行状态，使微处理机AT89S51的第P1.0-P1.7脚变为低电平，以使微处理机执行相关的程序，当剩余电流动作保护器跳闸或配变设备A、B、C三相输入电压任意一相或几相掉线，或由于盗窃者为了隔离高压而将A、B、C三相输入电压切断时，可及时将信息传送至配变的单片机，再经GSM通信电路传送至上位管理机。
所述的三相电流-电压采样单元由三只电流-电压传感器和一只电压-电压传感器构成，功能是采集模拟信号，然后，通过OUT1-OUT4输出，传感器可选用北京星格或霍远公司生产的微型系列传感器。
所述的数据采集单元主要使用ADC0809模/数转换器，功能是把三相电流-电压采样电路采集的模拟信号转换成数字信号给微处理机AT89S51，ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连，ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件，它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选为8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效，当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量通过转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0-IN7上的一路模拟量输入。ST为转换启动信号，当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零，下跳沿时，开始进行A/D转换。在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号，当EOC为高电平时，表明转换结束，否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据，D0-D7为数字量输出线，为了满足ADC0809对输入模拟量要求，采用传感器把交流电流和电压转换成0～5V的直流电压供其采样。
所述的单片机程序控制单元由AT89S51和AT90S8515两片单片机组成双CPU模式，外部存储器采用AT24C04来存储数据，MAX232完成与计算机的RS232之间的通讯，CD4094完成输出串行模式转并行模式的八路隔离驱动。
所述的GSM通信单元主要由JB35G短信传输模块与单片机组成，其也可采用西门子TC35系列的TC35i型号短信传输模块与单片机组成，所述的JB35G短信传输模块是借助GSM短信平台来收发数据的，主要用来建立无线信道，接收和发出短消息；在JB35G模块上有一个RS232串口和一个TTL串口，所述的RS232串口可以连接计算机的COM串口，所述的TTL串口可以连接单片机的串口，所述的单片机主要用来控制JB35G短信传输模块，并且对收到的短消息信息进行解释并执行。
所述的继电器单元由采用光偶隔离的八路继电器输出，继电器主要选用12V的直流小型继电器。
另外，所述的电源电路的作用是为整个低压配电网自动化监控装置提供所需的工作电源。
图2是本发明的农村低压配电网自动化监控装置的网络连接示意图，由图可知，本发明的农村低压配电网自动化监控装置包括上位管理机和下位机，上位机实行计算机管理操作，以供电所或供电公司用电服务中心为单位，每个供电所或用电服务中心配置一台，所有操作通过程序单元在计算机上完成，上位管理机可以通过串口或USB接口以相互连接，下位机以台片为单位，即每台变压器配备一台下位机，上位管理机和下位机通过现代GSM移动通信网络无线连接，从而实现数据的远程及跨区域传输。
图3是本发明的农村低压配电网自动化监控装置的下位机工作流程示意图，由图可知，首先由数据采集单元采集配变当前工作电压、三相电流、温度等参数，然后由模/数转换电路把采集过来的模拟信号转换成单片机所需的数字信号，配变状态检测单元检测1-8路剩余电流动作保护器是否动作以及检测配电变压器是否有被盗等异常，三相电流-电压采样单元采集模拟信号，并且将其转换成数字信号给微处理机AT89S51，再通过GSM通信单元接受和发出短消息。
图4是本发明的农村低压配电网自动化监控装置的上位管理机工作流程示意图，上位管理机对配变进行相关控制主要包括运行数据查询、剩余电流动作保护器跳闸后的复位操作、配电变压器的限值设置、超负荷紧急拉闸、抄表请求等，以上所有操作通过程序单元在计算机上完成，所述的程序单元主要包括控制区、数据显示区及相关的数据库，所述的控制区用来向下位机发送指令，所述的数据显示区用来显示下位机发送来的短信内容，所述的数据库包含数据显示区内容管理、台片配变台帐、员工台帐、工作票管理、剩余电流动作保护器管理、抄表录入与营销管理系统链接。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种农村低压配电网自动化监控装置，包括上位管理机和下位机，其特征在于：该装置分为GSM通信单元、单片机程序控制单元、数据采集单元、三相电流-电压采样单元、继电器单元、配变状态检测单元和电源电路这几个部分。
2.如权利要求1所述的农村低压配电网自动化监控装置，其特征在于：所述的GSM通信单元主要由短信传输模块与单片机组成，所述的短信传输模块是借助GSM短信平台来收发数据的，主要用来建立无线信道，接收和发出短消息，所述的单片机主要用来控制短信传输模块，并且对收到的短消息信息进行解释并执行。
3.如权利要求2所述的农村低压配电网自动化监控装置，其特征在于：所述的单片机程序控制单元由AT89S51和AT90S8515两片单片机组成双CPU模式，外部存储器采用AT24C04来存储数据，MAX232完成与计算机的RS232之间的通讯，CD4094完成输出串行模式转并行模式的八路隔离驱动。
4.如权利要求3所述的农村低压配电网自动化监控装置，其特征在于：所述的数据采集单元主要使用ADC0809模/数转换器，并且采用传感器把交流电流和电压转换成0～5V的直流电压供其采样。
5.如权利要求4所述的农村低压配电网自动化监控装置，其特征在于：所述的配变状态检测单元主要由8只光电耦合器(型号为P521)组成，这些光电耦合器可以根据需要检测1-8处配变设备的非正常运行状态，使微处理机AT89S51的第P10-P17脚变为低电平，以使微处理机执行相关的程序，并且及时将信息传送至配变的单片机，再经GSM通信单元传送至上位管理机。
6.如权利要求5所述的农村低压配电网自动化监控装置，其特征在于：所述的三相电流-电压采样单元由三只电流-电压传感器和一只电压-电压传感器构成。
7.如权利要求6所述的农村低压配电网自动化监控装置，其特征在于：所述的继电器单元由采用光偶隔离的八路继电器输出。
8.一种采用如权利要求7所述的农村低压配电网自动化监控装置来对配电网进行监控的方法，其特征在于：采用GSM通信网络连接的无线传输网络，以短信形式通过下位机和上位管理机来实现，上位管理机对配变进行相关控制主要包括运行数据查询、剩余电流动作保护器跳闸后的复位操作、配电变压器的限值设置、超负荷紧急拉闸、抄表请求等，以上所有操作通过程序单元在计算机上完成；下位机首先由数据采集单元采集配变当前工作电压、三相电流、温度等参数，然后由模/数转换电路把采集过来的模拟信号转换成单片机所需的数字信号，配变状态检测单元检测1-8路剩余电流动作保护器是否动作以及检测配电变压器是否有被盗等异常，三相电流-电压采样单元采集模拟信号，并且将其转换成数字信号给微处理机AT89S51，再通过GSM通信单元接受和发出短消息。
9.如权利要求8所述的农村低压配电网自动化监控的方法，其特征在于：所述的程序单元主要包括控制区、数据显示区及相关的数据库，所述的控制区用来向下位机发送指令，所述的数据显示区用来显示下位机发送来的短信内容，所述的数据库包含数据显示区内容管理、台片配变台帐、员工台帐、工作票管理、剩余电流动作保护器管理、抄表录入与营销管理系统链接。
10.如权利要求9所述的农村低压配电网自动化监控的方法，其特征在于：其监控的过程主要分为以下步骤。一是剩余电流动作保护器跳闸报警；二是配电变压器超限值报警；三是配电变压器发生异常情况报警，四是上位管理机对配变进行相关控制等。
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