CN200944127Y - 一种配电变压器监测终端装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种配电变压器监测终端装置，适用于公用变压器、专用变压器及一些配电线路的运行检测。属于变压器监控设备技术领域。该装置安装于配电变压器侧，其结构特点是：由CPU模块、电源采样模块、调制解调器模块、显示模块连接而成，CPU模块的一个输入端与电源采样模块的输出端连接，显示模块的输入端连接CPU模块的一个输出端，CPU模块的一个输出端可通过RS232、RS485通信电路、调制解调器将数据通过移动网络和有线、无线抄表设备将运行数据发到配变监控后台。采用高速微处理器单元实现规约转换，大大减小了外围电路的复杂程度，并对配电变压器检测终端装置的运行数据进行采集和判断，投入成本较低，性价比高。

Description

一种配电变压器监测终端装置

技术领域

本实用新型涉及一种配变监测终端装置，适用于公用变压器、专用变压器及一些配电线路的运行检测。属于变压器监控设备技术领域。

背景技术

配电变压器是将电能直接分配给低压用户的电力设备，其运行数据是整个配电网基础数据的重要组成部分。在城乡电网中，随着居民生活水平的提高，居民负荷占总负荷的比例越来越大，居民对供电质量(如电压合格率、频率等)、供电可靠性的要求也越来越高。供电企业在进行规划设计时，对居民负荷的现状必须作到心中有数，业扩报装、新用户接火、系统增容、变压器布点选择等等日常规划工作必须有科学的依据。对供电企业的生产部门来说，设备安全的监视，是其关注的首要目标。系统的经济运行是电力企业的经济效益源泉之一。由于变压器的周围都是高压区，存在一定的危险性，变压器普遍安装在离社区较远的地方，在变压器发生故障前工作人员和供电部门均不能了解其工作状态，而现有技术对变压器运行状态的监控又十分落后，有些变压器监测装置虽然也使用了数字模块或智能装置，但普遍电路结构复杂，功能单一，成本高昂。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种配电变压器监测终端装置，监测终端是安装于配电变压器侧一种数据采集设备。采用高速微处理器单元实现规约转换，大大减小了外围电路的复杂程度，并对配电变压器检测终端装置的运行数据进行采集和判断，如电流电压是否越限、失电等以及监测配变油温是否异常，并可通过短距离无线抄表方式或移动通讯网络将采集到的数据传输给监控后台提供数据分析，投入成本较低，性价比高。

本实用新型的技术方案：

一种配电变压器监测终端装置，该装置安装于配电变压器侧，其结构特点是：由CPU模块、电源采样模块、调制解调器模块、显示模块连接而成，CPU模块的一个输入端与电源采样模块的输出端连接，显示模块的输入端连接CPU模块的一个输出端，CPU模块的一个输出端可通过RS232、RS485通信电路、调制解调器将数据通过移动网络和有线、无线抄表设备将运行数据发到配变监控后台。

所述的CPU模块主要由主控制芯片、时钟控制部分、存储部分、开关量采集部分、脉冲输出部分及通讯电路组成。

所述的主控制芯片采用16位处理器，其片内集成了A/D，LCD驱动等模块，大大简化了外围电路，有效的降低了开发投入成本。

所述的主控制芯片通过检测电压过零的方法计算频率，省去了复杂的锁相环电路，将采样电平信号进行A/D处理后输出给显示模块，并通过对低压侧的三相电压、电流、进行采样得到电压电流得瞬时值，通过一定的算法(积分算法)，就可以求出相应的电压、电流有效值、视在功率、有功、无功、功率因数、有功电能、无功电能；关于谐波，在CPU富于时间由DFT算得。将计算得出的数据保存在存储芯片中，待用户抄表后将数据完整的导入后台对数据进行分析。

所述电源采样模块包括电源部分和采样部分，电源采样模块负责整个监控终端电源及外部采样信号的转换，监控终端为三相四线接入，在电源处理上采用6个整流桥堆电路设计的结构，并通过稳压器件取得直流3.75V和直流5V及桥堆电路输出的12V三个电源做为配变终端的内部工作电源，确保了单独一相都可以使得装置正常工作。

所述电压及电流采样通过电源模块上的PT、CT回路将其转换成电平信号送到CPU模块上进行A/D采样处理。

时钟控制部分(用32.768K的晶振)初始化，一秒中断二次，精确定时，用于实时时钟。时钟后备电池，用于给时钟芯片提供不间断电源；

开关量采集部分是将外部开关量通过光耦隔离进行采集，可根据开关量的信号判别变压器的运行方式。

脉冲输出部分是将装置计算出的有功电度和无功电度通过脉冲输出给计量表台做为测试配变终端的计量精度使用，装置支持645规约，可以在目前较普遍使用的多功能表台上进行测试。

通讯电路包括232通信电路和485通信电路部分，分别通过232电平转换芯片和485电平转换芯片用于对监控终端外部的智能设备和主控制芯片之间的信号转换，中间采用光耦对其进行信号隔离。

配电变压器监测终端装置的用途是将配电变压器监测终端装置安装于配电变压器侧，电源采样模块的输入端连接配变的输出端，输出端连接CPU模块的一个输入端，CPU模块完成如下工作：分析电源采样模块输入的三相电压、电流、有功、无功、频率、相角变化、功率因子、三相电压、电流总谐波畸变率、三相3-15次电压、电流谐波分量比等电参量，确定变压器的实时负载情况，油温情况、故障记录等，统计记录：

1)各回路每日三相电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率、视在功率、三相功率因数、谐波参数、频率、有功电量和无功电量等整点数据；

2)各回路每日电压、电流最大值、最小值及其出现时间，有功、无功功率、功率因数的最大值、最小值及其出现时间；统计记录每月、日有功电量和无功电量；统计每日电压超上限和超下限的累计时间；各相15分钟最大电流值及时间；三相不平衡率大于25％的时间；功率因数大于0.9及小于0.8的时间；

3)过压、欠压、缺相、谐波电压超限、停电时刻、来电时刻、累计停电时间、三相不平衡电流超限等事件。

配电变压器监测终端的其它功能：

记录数据保存功能：对于单回路装置，能保存100天各类记录数据。掉电后记录的数据能够可靠保存时间长达10年。

自动恢复功能：装置具有上电自检及看门狗(watchdog)功能，当装置出现异常或死机时，能自行重启动。

显示功能：采用大汉字液晶加键盘的人机交互方式，中文菜单，人机界面友好，操作维护方便。面板有工作状态显示，有功及无功电量脉冲指示。

通讯功能：装置具有独立的标准RS232、RS485通讯接口，可配置近距离无线通讯模块，可通过串口或无线模块由PDA或抄表器进行抄表。

可配置GPRS、电话网(PSTN)、CDMA、诺特网等实现远程通讯。

方便与配电自动化系统接口。

通讯协议遵循国家标准，支持企业规约和101规约。

通讯波特率1200-19200bps可选。也可按用户需求最高达57600。

本实用新型具有以下突出优点

1.实现终端的设备的数字化、集成化、网络化。

由于本实用新型内含电源采样模块、开关量采集部分、调制解调器模块等，采用集成了A/D，LCD驱动模块的高速16位处理器对采集到的数据进行数据处理，并通过多种传输模式将数据传送到监控后台，因而能实现终端的设备的数字化、集成化、网络化。

2.采用包括RS232和RS485的通讯电路以总线方式对外通讯之外的移动GPRS、电话网(PSTN)、CDMA、诺特网等实现远程通讯组网，并对数据流实时监控，多站管理，利用网络进行远程通信管理，并将记录、存储内容转给远端主站。装置实现了变压器的集中监测、保护，在任何地方、任何方式上网均可进行运行管理和监控，克服环境天气，地点分散等不利因素。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图；

图2是CPU模块原理图；

图3是电源采样模块原理图；

图4是整流桥堆电路设计图；

图5是PT、CT回路电路图；

图6是RS232和RS485通讯电路图；

图7是开关量采集电路图。

图中：CPU模块1、电源采样模块2、调制解调器模块3、显示模块4、主控制芯片11、时钟控制部分12、存储部分13、开关量采集部分14、脉冲输出部分15及通讯电路16。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实施新型进行具体描述。

一种配电变压器监测终端装置，其结构框图如图1所示，包括CPU模块如图2、电源采样模块、调制解调器模块和无线模块3、显示模块4连接而成，CPU模块1的一个输入端与电源采样模块2的输出端连接，显示模块4的输入端连接CPU模块1的一个输出端，CPU模块1的一个输出端可通过RS232和RS485通讯电路如图6、调制解调器模块3将数据通过移动网络和有线、无线抄表设备将运行数据发到配变监控后台。CPU模块1通过电源采样模块2与三相电压、电力变压器连接，电源采样模块2如图3所示，采用整流桥堆电路结构和稳压器件输出三直流电源作为终端内部工作电源，整流桥堆电路结构如图4所示；电源采样模块2采用PT、CT回路将电压、电流转换成电平信号输入CPU模块，PT、CT回路电路如图5所示。

电源采样模块包括电源部分和采样部分，电源采样模块2负责整个监控终端工作电源及外部采样信号的采集和转换，电源采样模块2采集三相电压、电流、有功、无功、频率、相角变化、功率因数、三相电压、电流电压总谐波畸变率、三相3-15次电压、电流谐波分量比等电参量并送交CPU模块1；CPU模块1主要由主控制芯片11、时钟控制部分12、存储部分13、开关量采集部分14、脉冲输出部分15及通讯电路16组成，CPU模块1对电源采样模块2送交的电参量进行计算分析，主控制芯片通过检测电压过零的方法计算频率，从而省去了复杂的锁相环电路，将采样电平信号进行A/D处理后输出给显示模块，并通过对低压侧的三相电压、电流、进行采样得到电压电流的瞬时值，通过一定的算法(积分算法)，求出相应的电压、电流有效值、视在功率、有功、无功、功率因数、有功电能、无功电能；关于谐波，在CPU模块1由DFT算得；将计算得出的数据保存在存储芯片中，待用户抄表后将数据完整的导入后台对数据进行分析；其中的开关量采集电路如图7所示，将外部开关量通过光耦隔离进行采集，根据开关量的信号判别变压器的运行方式，然后通过串口或调制解调器无线模块3由PDA或抄表器进行抄表或通过配置的GPRS、电话网(PSTN)、CDMA、诺特网等实现远程通讯，将记录信息交给远端主站。存储信息对于单回路装置，能保存100天各类记录数据，掉电后记录的数据能够可靠保存时间长达10年。

该配电变压器监测终端装置的用途主要是：分析确定变压器的各项参数，统计记录：

1)各回路每日三相电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率、视在功率、三相功率因数、谐波参数、频率、有功电量和无功电量等整点数据；

2)各回路每日电压、电流最大值、最小值及其出现时间，有功、无功功率、功率因数的最大值、最小值及其出现时间；统计记录每月、日有功电量和无功电量；统计每日电压超上限和超下限的累计时间；各相15分钟最大电流值及时间；三相不平衡率大于25％的时间；功率因数大于0.9及小于0.8的时间；

3)过压、欠压、缺相、谐波电压超限、停电时刻、来电时刻、累计停电时间、三相不平衡电流超限等事件。

下面是该配变监测终端的主要技术参数：

·电能量准确度等级：有功1级，无功2级。

·参比电压：3×100V，3×220V/380V。

·参比频率：50Hz/60HZ。

·电流规格：5(6)A。

·工作电压范围：0.8Un～1.2Un，极限工作电压范围：0.7Un～1.3Un。

·起动电流：有功0.002In(1级)、无功0.003In(2级)。

·潜动：具有防潜动逻辑设计。

·本机功耗：＝3VA。

监测终端的主要性能指标

·电压精度：±0.5％。

·电流精度：±0.5％。

·功率因数精度：±0.5％。

·有功功率精度：±1.0％。

·无功功率精度：±1.0％。

·时钟误差：每天小于1s。

·停电后数据存储时间：10年。

·平均无故障时间(MTBF)：大于50000小时。

·电度量超过1,000,000度后复零。

Claims (9)

1.一种配电变压器监测终端装置，其特征是由CPU模块(1)、电源采样模块(2)、调制解调器模块(3)、显示模块(4)连接而成，CPU模块(1)的一个输入端与电源采样模块(2)的输出端连接，显示模块(4)的输入端分别连接CPU模块(1)的一个输出端，CPU模块(1)的另一个输出端通过调制解调器模块(3)或通讯电路(16)通过移动网络发送数据至监控后台。

2.根据权利要求1所述的一种配电变压器监测终端装置，其特征在于CPU模块(1)包括主控制芯片(11)、时钟控制部分(12)、存储部分(13)、开关量采集部分(14)、脉冲输出部分(15)及通讯电路(16)，时钟控制部分(12)、存储部分(13)以双通道方式与主控制芯片(11)连接，开关量采集部分(14)和脉冲输出部分(15)的输出端分别连接主控制芯片(11)的一个输入端，通讯电路(16)的输入端与主控之芯片(11)的输出端连接。

3.根据权利要求2所述的一种配电变压器监测终端装置，其特征在于主控制芯片(11)是集成了A/D，LCD驱动的16位处理器。

4.根据权利要求2或3所述的一种配电变压器监测终端装置，其特征在于主控制芯片(11)采用检测电压过零的方法测得频率。

5.根据权利要求2所述的一种配电变压器监测终端装置，其特征在于所述开关量采集部分(14)是将外部开关量通过光耦隔离进行采集，根据开关量的信号判别变压器的运行方式。

6.根据权利要求2所述的一种配电变压器监测终端装置，其特征在于所述脉冲输出部分(15)是将装置计算出的有功电度和无功电度通过脉冲输出给计量表台作为监测配变终端的计量精度使用。

7.根据权利要求2所述的一种配电变压器监测终端装置，其特征在于所述通讯电路(16)包括RS232和RS485通信电路，分别通过232电平转换芯片和485电平转换芯片用于对监控终端外部的智能设备和主控制芯片之间的信号转换，中间采用光耦对其进行信号隔离。

8.根据权利要求1所述的一种配电变压器监测终端装置，其特征在于电源采样模块(2)的采用整流桥堆电路结构和稳压器件输出三直流电源作为终端内部工作电源。

9.根据权利要求1所述的一种配电变压器监测终端装置，其特征在于电源采样模块(2)采用PT、CT回路将电压、电流转换成电平信号输入CPU模块(1)。

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