CN201409016Y - 一种配电变压器监测终端装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种配电变压器监测终端装置，包括微控制器模块、电流电压变换电路模块、人机交互模块、通讯模块和输出控制模块，还包括专用能量采集模块，它将PT、CT回路电压、电流电平信号转换成相应的电压、电流有效值、视在功率、有功、无功、功率因数、有功电能、无功电能数字量，并输给微控制器模块。其中电流电压变换电路模块的输出接入专用能量采集模块，专用能量采集模块的输出接入微控制器模块，微控制器模块的各类输出分别接入人机交互模块、通讯模块和输出控制模块。本实用新型大大简化了监测终端装置的结构，具有采样转换速度快、精度高和抗干扰能力强等优点。

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电变压器监控设备技术领域，尤其涉及一种配电变压监测终端装置，适用于公用配电变压器、专用配电变压器及一些配电线路的运行检测。

背景技术

我国现有的配电变压器监测终端装置大多都采用单片机或DSP作为控制器的核心，将采样到的数据进行FT变换，计算出系统的电压、电流、功率因数、无功功率和有功功率等电参数，然后根据所测电参数做出控制的命令，这类系统往往存在以下不足：

A.硬件结构复杂。由于大多数的微控制器不带有ADC，这就需要扩展ADC，即便是带有ADC的微控制器，通常采样精度不够高。再者，为了存放采样到的大量数据，还要扩展存储器，这势必增加了硬件设计的复杂度。同时也降低了系统的可靠性。

B.控制精度低。对于传统的采样转换电路，其设计很难做到各个元器件的线性一致以适应各种各样的环境，再者，在选取采样点的时候。很难做到电压和电流在同一时刻采样，致使电压和电流的采样始终存在一个相位差，因而很难保证计算的准确性和控制的精度。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题是提供一种以专用能量采集模块为核心单元的配电变压器监测终端装置，该设计电路结构简单，增强了系统的可靠性，投入成本较低，性价比高。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种配电变压器监测终端装置，包括微控制器模块、电流电压变换电路模块、人机交互模块、通讯模块和输出控制模块，还包括专用能量采集模块，它将PT、CT回路电压、电流电平信号转换成相应的电压、电流有效值、视在功率、有功、无功、功率因数、有功电能、无功电能数字量输给微控制器模块；其中电流电压变换电路模块的输出接入专用能量采集模块，专用能量采集模块的输出接入微控制器模块，微控制器模块的各类输出分别接入人机交互模块、通讯模块和输出控制模块。

所述的专用能量采集模块内部集成了模拟信号采样电路、数字信号处理电路、电能频率转换器、通讯接口电路、时钟控制电路、电源管理电路以及参考电压电路。

所述的专用能量采集模块提供一个SPI接口，所有测量参数都可以通过SPI接口读出。

所述的专用能量采集模块还包括电压监测电路。

所述的微控制器模块还包括看门狗电路。

本实用新型的配电变压器监测终端装置采用了专用能量采集模块作为采样转换的核心单元，充分利用了专用能量采集模块的内置功能模块，采集全部的电力参数，减少了外围电路，提高了系统的抗干扰能力。因此，本实用新型不仅提高了运算速度和精度，也大大的简化了系统的结构，增强了系统的可靠性。

附图说明

图1本实用新型结构框图。

图2为本实用新型原理图。

图3本实用新型能量采集模块原理框图。

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。

本实用新型的专用能量采集模块2内部集成了模拟信号采样电路、数字信号处理电路、电能频率转换器、通讯接口电路、时钟控制电路、电源管理电路。其中，模拟信号采样单元将外部输入的电流，电压模拟信号转换为对应的数字信号，数字信号处理单元将模拟信号采样单元传送过来的数字信号进行进一步的计算处理，计算出电压、电流有效值，视在功率、有功功率、无功功率、功率因数，有功电能、无功电能并存入内部存储器。通讯接口单元提供一个SPI接口，方便模块内部存储器数据与外部微处理器3进行交换，微控制器3接受这些数据后进行简单的运算，即可显示、存储、上传各电力参数。电源管理电路提供内部工作电源管理，保证加电和断电时的正常工作。时钟控制电路给模拟信号采样、数字信号处理、通讯接口、电能-频率转换器等单元提供操作时序。电能--频率转换器电路可提供与电能成比例的高频、低频的脉冲，供进行误差校正用。参考电压电路给内部和外部提供一个直流基准电流。

专用能量采集模块2还包括电压监测电路，可以保证加电和断电时正常工作。

现将专用能量采集模块主要的引脚介绍如下：V1P/V1N，V3P/V3N，V5P/V5N为A、B、C相电流信道正负输入端，V2P/V2N，V4P/V4N，V6P/V6N为A、B、C相电压信道正负模拟输入端，它们正常工作最大输入V_PP为±1.5V，内部都有ESD保护电路。SCLK、DIN、DOUT、CS是串口SPI总线的引脚，分别接微处理器PIC18F458的RD3、RD5、RD4、RD2脚。SIG、RESET接微处理器PIC18F458的RD0、RD1。REVP为有功功率方向指示，当任一相有功功率为负时，高电平输出。CF1为有功电能脉冲输出，可用于有功功率的调校。SEL：三相三线(低电平)或三相四线(高电平)系统测量选择。SCF、S0/S1的配合使用选择输出有功功率脉冲频率的系数。REFOUT：基准电压输出，用作外部信号的直流偏置。REFCAP输出基准电压2.4V，SIG是异常原因重新启动标志，低电平指示。

微控制器3选用PIC18F458单片机，它是一种高性能16位RISC指令集的高级CPU。该款单片机不仅集成了强大的外围功能模块，而且因其具有一些特性(如：自振式看门狗，可编程代码保护功能，休眠省电方式等)及2.0～5.5V宽范围的工作电压，工业级和扩展级温度范围，适用各种工业控制场合。

PIC18F458的I/O口具有很强的驱动能力，其PORTD口最大可通过25mA的拉电流和灌电流，可以直接驱动LCD显示，所以将PORTD口直接SLCD液晶显示器MGLS-12864的8位数据口相连，进行数据交换和指令发送。同时，利用PORTB口的RB0～RB4与液晶显示器MGLS-12864的RS，RW、E，CSB，CSA引脚相连，控制数据交换的性质和方向。

为了在上电和单片机复位后，专用能量采集模块2能与单片机同步的工作，专用能量采集模块的RESET信号需要由单片机控制，复位过程为RESET信号保持大于20μS低电平，芯片复位，此时SIG输出高电平，然后单片机将RESET信号拉高，大约经500μS左右，专用能量采集模块完成初始化，SIG输出低电平信号，此后才能进行SPI操作。

系统工作时，待测的三相线路各相电压，电流经过电流电压变换电路模块1，转化成符合专用能量采集模块2要求的输入信号，再经过芯片内部对电压和电流信号进行A/D转换，数字运算处理和能量累加，从而得到各相的有功功率、有功能量，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等的原始寄存器值。微控制器模块3从专用能量采集模块2的相应寄存器读取电测量参数，经过简单的处理分别送到人机交互模块4的液晶显示电路去显示各种电测量参数、送到通讯模块5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。人机交互模块4中的键盘电路与液晶显示电路相配合，可以进行各种保护参数限定值的设定，当实时运行参数超过保护参数限定值时，由输出控制模块6进行外设的操作，实时保护动作。

本实用新型充分利用了专用能量采集模块2的内置功能模块，由专用能量采集模块采集全部的电力参数，减少了外围电路，提高了系统的测量精度和系统的抗干扰能力及稳定性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本设计原理的前提下，还可以是类似本案的专用能量采集模块做出设计，这些设计也应视为本案的保护范围。

Claims (5)

1、一种配电变压器监测终端装置，包括微控制器模块(3)、电流电压变换电路模块(1)、人机交互模块(4)、通讯模块(5)和输出控制模块(6)，其特征在于：还包括专用能量采集模块(2)，它将PT、CT回路电压、电流电平信号转换成相应的电压、电流有效值、视在功率、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能数字量输给微控制器模块(3)；其中电流电压变换电路模块(1)的输出接入专用能量采集模块(2)，专用能量采集模块(2)的输出接入微控制器模块(3)，微控制器模块(3)的各类输出分别接入人机交互模块(4)、通讯模块(5)和输出控制模块(6)。

2、根据权利要求1所述的配电变压器监测终端装置，其特征在于：所述的专用能量采集模块(2)内部集成了模拟信号采样单元、数字信号处理单元、电能--频率转换器电路、通讯接口电路、时钟控制电路、电源管理电路以及参考电压电路；其中模拟信号采样单元的输出接数字信号处理单元；数字信号处理单元的输出接通讯接口单元、电能——频率转换器电路；电源管理电路接模块内的其他所有单元、电路，提供模块内部电源电压管理；时钟控制电路接模拟信号采样单元、数字信号处理单元、通讯接口电路、电能-频率转换器电路提供操作时序；参考电压电路接模拟信号采样单元，提供一个基准电压。

3、根据权利要求2所述的配电变压器监测终端装置，其特征在于：所述的专用能量采集模块(2)提供一个SPI接口，所有测量参数都可以通过SPI接口读出。

4、根据权利要求2所述的配电变压器监测终端装置，其特征在于：所述的专用能量采集模块(2)还包括电压监测电路。

5、根据权利要求1所述的配电变压器监测终端装置，其特征在于：所述的微控制器模块(3)还包括看门狗电路。

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