CN1909326B - 低压智能防盗计量箱 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低压智能防盗计量箱，包括主站部分和子站部分，主站部分的前置机连接无线通信部分从而完成数据采集与开关的控制操作，并将采集到的数据存储到数据服务器和WEB服务器，WEB服务器完成数据的INTERNET或局域网上数据的发布，数据服务器与多个NT工作站连接，由NT工作站完成报警数据、预付费电量及用电量数据的分析功能；子站的电能量计量部分完成电能量的计量、电流、电压、功率、功率因数的测量，数据采集处理部分完成各用电异常状态的分析与存储，控制部分完成开关的分合闸操作，无线通信部分完成所有数据的传输功能。该发明的主要用途是监控电力变压器的运行情况和测量变压器的用电量。

Description

低压智能防盗计量箱

(一)技术领域：

本发明涉及一种电子监控设备，具体地说是一种适用于低压220V/380V的配电线路、专用、公用配电变压器的计量、电费管理、负荷控制、变压器损耗计算、用电异常监测及信息采集，使配电变压器运行在安全、可靠、经济、优质、高效的状态下的低压智能防盗计量箱。

(二)背景技术：

电能量数据采集、合理分配用电负荷、及时收取电费、杜绝或及时发现用电异常及安全用电是供电管理的主要工作，同时也是供电部门需要及时掌握并解决但不易解决的难题。

目前，虽有多种电能计量仪表或计量装置具有数据采集功能，并且也具有预付费或电网监测功能。但是，它们只具有计量数据采集，虽有监控报警的功能也相对比较单一，远程(如利用GPRS无线公网)预付费即在营业厅收到用户的电费后通过微机立即输入计量装置并打印收费发票以及具有变压器损耗计算的产品目前还没有发现。并且部分低压计量产品只具有红外抄表功能，实时监测用电异常、提高工作效率、加强安全用电管理更是无从谈起。经检索专利文献，发现三篇相关文献：电能表数据远程监测系统(申请号：02102131.7)、无线电力自动化管理系统双向终端装置(申请号：94240985.X)和电力网络终端的信号采集装置(申请号：01274653.3)，它们虽然各有所长，但与本发明的技术特征有显著的不同，功能也有明显的差异。

(三)发明内容：

本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供给供电管理部门的一种实用的无线计量、收费、变压器损耗计算、用电异常监测管理终端的低压智能防盗计量箱，该产品可同时完成电能计量、数据远程采集、远程控制开关、远程预付费、实时监测各种用电异常(停电、来电、电压电流逆相序、过压、失压、过流、失流、终端开关门、三相不平衡、CT短接、超负荷、电能表故障等)监测及5、10、15、20、25、30、60等时间点有功电量、无功电量、三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数等的用电分析，可进一步提高供电管理水平。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明包括主站部分和子站部分。

其中，主站部分是由数据服务器、WEB服务器、前置机、交换机/集线器、一个以上的工作站、无线通信部分、数据采集部分、报警音箱和打印机组成。

子站部分是由电能量计量部分、数据采集处理部分、控制部分、无线通信部分、备用电源等组成。

子站中的数据计量部分是由电流互感器和多功能电能表组成。

子站中的数据采集处理部分是由主单片机、数据存储器、数据锁存器、485转换电路、整流滤波稳压电路、模数转换器、与非门等组成。

子站中的控制部分是由主单片机、二极管、三极管、继电器、交流接触器等组成。

无线通信部分由GPRS/CDMA模块或数传电台、天线等组成。

其连接关系如下：

主站部分通过交换机/集线器将数据服务器、前置机、WEB服务器及一个以上的工作站组成一个小型的局域网，前置机连接数据采集部分(如GPRS/CDMA模块、无线数传电台等)完成远程数据采集，WEB服务器连接INTERNET或油田内部的局域网实现网上数据发布浏览。工作站连接报警音箱、打印机完成语音报警及报表打印功能。子站电能计量部分的连接关系是3×220V/380V电源及电流互感器连接多功能电能表，3×220V/380V电源经降压整流滤波稳压电路给主、从单片机及其外围电路提供直流+5V电源，电能表的数据经主单片机连接485转换电路连接多功能电能表完成数据的传递。子站的箱门状态、开关状态、备用状态共四状态经模数转换电路与主单片机相连。子站的开关控制由主单片机连接三极管、二极管、继电器、交流接触器完成。子站的数据存储由主单片机连接数据锁存器、数据存储器完成。子站的数据采集由主单片机连接的从单片机控制GPRS/CDMA数传模块完成。

本产品的通信系统采用中国移动的无线公网GPRS网络或CDMA网络或无线数传电台等无线网络，远程实现无线控制及数据采集处理。

本发明的低压智能防盗计量箱与现有技术相比，所产生的有益效果是：

(1)该产品能及时准确地采集各配电变压器的运行情况及低压配电线路的用电量，并对各低压配电线路瞬时量电流、电压、功率、功率因数、用电异常信息(停电、来电、电压电流逆相序、过压、失压、过流、失流、终端开关门、三相不平衡、CT短接、超负荷、电能表故障等)等进行实时监测，并对低压开关(交流接触器)进行远程控制，并能将远程采集的数据及分析数据及时发布到WEB服务器上，通过局域网、INTERNET进行数据浏览，远程预付费功能通过三级权限控制，任一权限错误超过三次则单片机自动封锁，并主动报警通知主站系统，当预购电费小于预警数值后主动报警到主站系统，当预购电费为零时可自动控制开关断开或进行负数运算，均可根据要求设定。

(2)根据停来电时间、大于小于电能表启动电流的状态及国家规定的变压器损耗表可计算出变压器的损耗。

(3)通过中国移动的无线公网GPRS/CDMA网络不受距离限制地完成以上功能，或通过无线数传电台在20公里的范围内实现以上功能，提高工作效率，减少人为误差，及时发现用电异常，为杜绝非法用电、提高用电管理自动化水平提供科学有效的数据保证。

(四)附图说明：

附图1为本发明的主要组成部分及主、子站工作原理图；

附图2为子站的工作流程图；

附图3为子站中数据采集控制部分的工作原理图。

图中，1-数据服务器，2-WEB服务器，3-前置机，4-交换机/集线器，5-NT工作站，6-无线通信部分，7-数据采集部分，8-报警音箱，9-打印机，10-多功能电能表，11-主单片机，12-数据存储器，13-数据锁存器，14-485转换电路，15-降压整流滤波稳压电路，16-数模转换电路，17-从单片机，18-继电器，19-交流接触器，20-GPRS/CDMA模块，21-数传电台模块，22-二极管，23-三极管，24-与非门，25-电阻，CT1-电流互感器、CT2-电流互感器、CT3-电流互感。

(五)具体实施方式：

下面结合附图1-3对本发明的低压智能防盗计量箱作以下详细地说明。

本发明的低压智能防盗计量箱，其结构包括主站部分和子站部分。

如附图1所示，主站部分是由数据服务器1、WEB服务器2、前置机3、交换机/集线器4、一个以上的NT工作站5、无线通信部分6、数据采集部分7、报警音箱8和打印机9组成。

主站部分通过交换机/集线器4将数据服务器1、前置机3、WEB服务器2及一个以上的工作站5组成一个小型的局域网，前置机3连接数据采集部分7如GPRS/CDMA模块、无线数传电台等，通过GPRS/CDMA无线公网完成整个远程数据采集，前置机3通过局域网将采集的数据存放至数据服务器1和WEB服务器2的大型数据库SQL-server，数据服务器1和WEB服务器2通过交换机/集线器4与多个NT工作站5连接，WEB服务器2连接INTERNET或油田内部的局域网实现网上数据发布浏览，NT工作站5连接报警音箱8、打印机9完成语音报警及报表打印功能。

如附图2所示，子站部分是由电能量计量部分、数据采集处理部分、控制部分、无线通信部分、备用电源等组成。

子站中的电能量计量部分是由电流互感器CT1、CT2、CT3和电子式多功能电能表10组成。

子站中的数据采集处理部分是由主单片机11、数据存储器12、数据锁存器13、485转换电路14、降压整流滤波稳压电路15、数模转换电路16、与非门24组成。

子站中的控制部分是由主单片机11、二极管22、三极管23、继电器18、交流接触器19等组成。

无线通信部分由GPRS/CDMA模块20或数传电台模块21组成。

子站电能量计量部分的连接关系是3×220V/380V电源及电流互感器CT1、CT2、CT3分别并联电子式多功能电能表10，3×220V/380V电源经降压整流滤波稳压电路15给主单片机11及其外围电路提供直流+5V电源，电子式多功能电能表10的数据经主单片机11连接485转换电路14连接电子式多功能电能表10完成数据的传递。子站的箱门状态、开关状态、备用状态共四状态经模数转换电路16与主单片机11相连。子站的开关控制由主单片机11连接二极管22、三极管23、继电器18、交流接触器19完成。子站的数据存储由主单片机11连接数据锁存器13、数据存储器12完成。子站的数据采集由主单片机11连接的从单片机17控制GPRS/CDMA模块20完成。

本发明的低压智能防盗计量箱，适用于低压供电线路，子站的终端采集部分不采用电压互感器，只采用电流互感器。

本发明的低压智能防盗计量箱，其无线通信部分采用移动公司的无线公网GPRS/CDMA网络或无线数传电台等无线网络，远程实现无线控制及数据采集处理。

本发明的低压智能防盗计量箱，可实现下述功能：

1)电能计量：如附图2所示，由电子式多功能电能表10和CT1、CT2、CT3完成变压器消耗电能的计量，同时完成电流、电压、功率、功率因数等瞬时量的测量。

2)数据存储功能：如附图2、3所示，主单片机11通过485转换电路14与电子式多功能电能表10相连，通过数据锁存器13与数据存储器12相连，按预定的时间间隔5、10、15、20、25、30、60等将电能表的有功电量、无功能电量、三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数等数据存放到数据存储器。

3)远程预付费功能：每个子站通过前置机3、无线公网、子站的GPRS/CDMA模块20、从单片机17、主单片机11、数据存储器12可给子站设置一个唯一的用户号、设备号、加密算法等三级保护权限，只有顺利通过以上三级权限才能将预购的电量存放到子站的数据存储器13，如出现三次错误则主单片机11自动封锁并主动报警至主站，这样完成预购电量，主单片机11通过读取电子式多功能电能表10计量的电量与预购电量的比较完成预付费功能。

4)用电异常监测功能：如附图2、3所示，主单片机11通过485转换电路14将多功能电能表10的电流、电压、过压、失压、过流、失流等信息正常的状态字(如1)存储到主单片机11的E2PROM内，并不断(如间隔为30s)地读取以上状态字，当状态字发生异常(如0)时，则主动上报(通过GPRS网络)到主站系统完成实时监测功能。

5)变压器损耗的计算：通过监测用电异常信息，停电、来电、小于电能表启动电流状态、大于电子式多功能电能表10启动电流的状态以及电子式多功能电能表10计量的电能量与国家规定的变压器损耗表由主站系统的工作站计量出变压器的损耗。

6)终端箱门、开关状态等的监测：如附图3所示，主单片机11通过与非门24、电阻25等完成箱门状态的判断并存储到主单片机11的E2PROM内，开关状态等4路遥信状态的判断与箱门状态相同，当状态发生变化与E2PROM存储的状态不相同时，子站主动上报(通过GPRS网络)到主站系统完成实时监测功能。

7)分合闸控制开关功能：由主站系统发出分合闸操作指令，通过无线公网传递至子站的GPRS模块，GPRS模块通过从单片机17到主单片机11，主单片机11控制三极管23、继电器18将分合闸信号送出，由继电器18、交流接触器19完成分合闸操作。

Claims (3)

1.低压智能防盗计量箱，包括主站部分和子站部分，其特征在于：

主站部分由数据服务器、WEB服务器、前置机、交换机/集线器、一个以上的NT工作站及无线通信部分和数据采集部分组成；    

子站部分则是由电能量计量部分、数据采集处理部分、控制部分、无线通信部分组成；子站部分中的电能量计量部分由多功能电能表、电流互感器CT1、CT2、CT3组成；子站部分中的数据采集处理部分由降压整流滤波稳压电路、主单片机、数据锁存器、数据存储器、485转换电路、模数转换电路、与非门、电容组成；子站部分中的控制部分是由所述主单片机、二极管、三极管、继电器、交流接触器组成；无线通信部分由GPRS/CDMA模块或数传电台模块和天线组成；

其连接关系如下：

1)主站部分通过交换机/集线器将数据服务器、前置机、WEB服务器及一个以上的NT工作站组成一个小型的局域网，前置机连接数据采集部分完成远程数据采集，WEB服务器连接INTERNET或油田内部的局域网实现网上数据发布浏览，工作站连接报警音箱、打印机完成语音报警及报表打印功能；

2)子站部分的电能量计量部分的连接关系是3×220V/380V电源及电流互感器CT1、CT2、CT3连接多功能电能表，3×220V/380V电源经降压整流滤波稳压电路给主单片机及其外围电路提供直流+5V电源，多功能电能表的数据经主单片机连接485转换电路连接多功能电能表完成数据的传递；子站的箱门状态、开关状态、备用两状态共四状态经模数转换电路与主单片机相连，子站的开关控制由主单片机连接三极管、二极管、继电器、交流接触器完成；子站的数据存储由主单片机连接数据锁存器、数据存储器完成；子站的数据采集由主单片机连接的从单片机控制GPRS/CDMA模块完成。

2.根据权利要求1所述的低压智能防盗计量箱，其特征在于，该计量箱适用于低压供电线路，子站的数据采集处理部分不采用电压互感器，只采用电流互感器。

3.根据权利要求1所述的低压智能防盗计量箱，其特征在于，该计量箱的无线通信部分采用移动公司的无线公网GPRS/CDMA网络作为传输数据的通道或采用无线数传电台作为传输通道。

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