CN203707645U - 变电站作业现场的临时接地线挂接信息监控装置 - Google Patents
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Abstract
一种变电站作业现场的临时接地线挂接信息监控装置，它包括监控计算机、Zigbee协调器以及与变电站作业现场每个电杆上的临时接地线挂接点相对应的RFID电子标签和地线挂接信息采集终端；所述临时接地线固定在接地螺栓上，对应的RFID电子标签插于地线挂接信息采集终端的数据输入端；所述地线挂接信息采集终端读取并通过Zigbee无线通信网络与Zigbee协调器连接；所述Zigbee协调器的数据输出端连接监控计算机。本实用新型利用RFID技术和Zigbee无线通信网络采集和传送变电站临时接地线的挂接信息，不仅实现了接地线状态和位置的实时监测，而且不产生公网费用，节省了后期运行成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于采集变电站作业现场的临时接地线挂接信息的装置，属于监测技术领域。
背景技术
装设临时接地线是电力作业现场中施工人员采取的一种安全保护措施。施工结束后，必须将临时接地线全部拆除才可以合闸，如果出现漏拆地线、漏收地线、带地线合闸现象，就会给变电站带来安全隐患。因此，对变电站内临时接地线的科学管理，对减少事故，保证变电站安全运行具有重要作用。
目前，在电力工程运行维护施工作业现场普遍采用人工方式检查临时接地线，其手段比较原始、效率低下，不能有效避免漏拆地线、漏收地线及误带地线合闸现象，无法保证供电系统的安全。
在另一方面，物联网已成为IT业界的新兴领域。物联网可划分为感知层、网络层和应用层，全面感知、可靠传送、智能处理是物联网的核心。全面感知指利用RFID、二维码、GPS、摄像头、传感器或传感器网络Zigbee等感知、捕获、测量的技术手段、随时随地对物体进行信息采集和获取。可靠传送指通过各种通信网络与互联网的融合，将物体接入信息网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享。智能处理指利用各种智能计算技术，对海量的跨地域、跨行业、跨部门的数据和信息进行分析处理，实现智能化的决策和控制。
目前，有人采用RFID技术实现临时地线的出入库自动管理、工具柜管理，但接地线在工作现场的状态和位置信息无法实时得到；文献《基于 RFID技术的变电站内临时接地线定位管理系统的研究》（郭方营，黎英，云南民族大学学报，2011年11月）给出的方法可以实现工具的集中管理、运动过程中的定位以及目的地的定位，但只能确定大致的空间位置，无法准确判断临时地线挂接位置及状态。文献《变电站临时接地线在线监测系统》（黄锐，梁庆龙，张宝珠，黄桥，中国高新技术企业，2010年33期）研究利用电子纽扣实现变电站临时接地线在线监测，但对器件特性及参数选择没有给出说明，而器件特性及参数选择对识读效果、系统工作可靠性具有很大影响。RFID技术可以解决地线位置和状态信息的采集问题，但无法实现信息的远程传送。一些系统采用GPRS终端传输接地线状态信息，但这种方式不适于变电站施工作业现场接地线的管控，因为变电站作业现场距离主控室很近，而GPRS监控终端会产生大量公网费用。还有些单位采用GPS实现接地线的定位、利用摄像头采集检修作业现场接地线的挂接状态、通过GPRS方式传送监控和图像数据，同样也存在着成本过高的缺点。此外，采用GPRS方式进行信息传送也会影响电力系统的安全性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种可以实时采集临时接地线在施工作业现场的状态和位置信息而且运行成本较低的变电站作业现场的临时接地线挂接信息监控装置。
本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的：
一种变电站作业现场的临时接地线挂接信息监控装置，它包括监控计算机、Zigbee协调器以及与变电站作业现场每个电杆上的临时接地线挂接点相对应的RFID电子标签和地线挂接信息采集终端；所述临时接地线固定在接地螺栓上，对应的RFID电子标签插于地线挂接信息采集终端的数据输入端；所述地线挂接信息采集终端读取RFID电子标签信息并通过Zigbee无线通信网络与Zigbee协调器连接；所述Zigbee协调器的数据输出端连接监控计算机。
上述变电站作业现场的临时接地线挂接信息监控装置，所述地线挂接信息采集终端包括RFID阅读器、单片机和Zigbee无线通信模块，所述RFID阅读器读取RFID电子标签的编码信息并通过SPI接口与单片机连接，所述Zigbee无线通信模块通过RS232串口与单片机连接并通过Zigbee无线通信网络向Zigbee协调器传送信息。
上述变电站作业现场的临时接地线挂接信息监控装置，所述RFID电子标签和地线挂接信息采集终端均吊挂在对应的临时接地线所连接的接地螺栓上，在地线挂接信息采集终端的壳体上设置有与RFID电子标签相匹配的标签卡槽，所述标签卡槽与地线挂接信息采集终端内的RFID阅读器相匹配，作为地线挂接信息采集终端的数据输入端。。
上述变电站作业现场的临时接地线挂接信息监控装置，所述地线挂接信息采集终端通过挂扣和双孔吊环吊挂在接地螺栓上，所述挂扣连接在地线挂接信息采集终端的壳体上部，所述双孔吊环的一个孔套在接地螺栓上，另一个孔连接挂扣；所述双孔吊环被防脱锁锁定。
本实用新型利用RFID技术和Zigbee无线通信网络采集和传送变电站临时接地线的挂接信息，不仅实现了接地线状态和位置的实时监控，而且不产生公网费用，节省了后期运行成本。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是地线挂接信息采集终端和RFID电子标签的安装示意图（挂扣打开）；
图3是地线挂接信息采集终端和RFID电子标签的安装示意图（挂扣封闭）；
图4是地线挂接信息采集终端的外形图；
图5是地线挂接信息采集终端的俯视图；
图6是地线挂接信息采集终端的电原理图。
图中各标号清单为：1、电杆；2、双孔吊环；3、接地螺栓；4、防脱锁；5、挂扣；6、地线挂接信息采集终端；7、RFID电子标签；8、临时接地线；9、标签卡槽；10、天线；11、电源开关；12、复位开关；U1、RFID阅读器；U2、单片机；U3、Zigbee无线通信模块。
具体实施方式
参看图1，变电站作业现场的电气设备都设置有“临时接地引线”（简称临时地线、临时接地线、接地线或地线），所有电气设备的“临时接地引线”必须由电气设备的专用接地螺栓引至电气设备本体（本文将这种专用接地螺栓简称作“接地螺栓”或“接地点”），需要对某个电气设备施工作业时“临时接地引线”经该设备的“接地螺栓”或接地点实现接地。变电站的每个接地点都有唯一的编号来标识该接地点的具体位置信息。
RFID电子标签具有全球唯一编码，因此RFID电子标签的唯一编码与变电站作业现场接地点的唯一编号是一一对应的。例如某接地点处挂接某一个编号的电子标签，只要系统采集并接收到这一编号的电子标签信息，就可以确定“临时接地引线”在哪一个电杆的接地点处进行作业。
变电站的地形特点是面积不太大，且主控室一般在中间位置，电气设备和接地点分布在主控室周围，在主控室配置Zigbee协调器，在周围部署Zigbee终端节点（即Zigbee无线通信模块），构建Zigbee无线通信网络，可以实现多个节点信息的传输，Zigbee工作频段是免授权的。
本实用新型设计的采集系统分成4个部分：即接地点RFID电子标签、地线挂接信息采集终端、Zigbee协调器和监控计算机，如图1所示。采集系统的工作过程是在每个接地螺栓上配置RFID电子标签，作业时携带地线挂接信息采集终端通过无线方式读取RFID电子标签的编码和状态信息，并通过地线挂接信息采集终端的Zigbee无线通信模块将RFID电子标签编码经无线方式传给位于变电站主控室的Zigbee协调器，Zigbee协调器通过USB接口传给监控计算机，实现临时接地线挂接状态和位置信息的采集。系统中，Zigbee无线通信网络由Zigbee终端节点（本系统Zigbee终端节点封装在地线挂接信息采集终端的壳体内）和Zigbee协调器组成。监控计算机放在主控室内，它通过USB接口接收Zigbee协调器发送过来的前端采集信息，并将信息保存在计算机中。
本系统不需后期公网通信费用，采集终端（即地线挂接信息采集终端）设计了标签卡槽确保可靠读取，采集终端采用双孔吊环和挂扣来吊挂，安装使用非常方便，适合推广应用。
地线挂接信息采集终端是本采集系统的重要设备，采集终端组成原理如图6所示，它包括RFID阅读器U1、Zigbee无线通信模块U3和单片机U2三个部分。RFID阅读器U1通过非接触方式读取电子标签信息，通过SPI (Serial Peripheral Interface--串行外设接口)接口传给单片机U2，单片机U2将读取的标签信息结果通过RS232接口发送给Zigbee无线通信模块U3。RFID阅读器为高频阅读器，工作在13.56MHz。RFID阅读器U1采用RC522模块，该模块具有SPI接口，接口通过MISO、MOSI、SCK、SDA几条接口线与单片机C8051f340提供 的SPI接口线P1.2、P1.3、P1.4、P1.5相连；单片机U2接收信息，然后通过RS232接口将信息发送给Zigbee无线通信模块U3。Zigbee无线通信模块U3采用CC2530芯片，提供RS232接口，通过P0.3（TX，发送）和P0.2（RX,接收）与单片机的RS232接口线P0.5(RXD，接收)和P0.4(TXD, 发送)相连。
电子标签做成卡片形状，与采集终端上的标签卡槽大小匹配，插入时保证距离和位置在可靠读取的范围，另外由于长期在室外，RFID电子标签封装材料要求防水、耐磨、抗摔、耐折。
Zigbee协调器采用CC2531芯片，提供USB接口，与监控计算机的USB接口相连接，协调器通过无线方式接收采集终端内部Zigbee终端节点发送的读卡信息数据，通过USB接口将收到的读卡信息数据传给监控计算机。
由于作业现场接地螺栓和电杆有金属介质，RFID阅读器识读效果会受影响，为了保证识读效果，要求阅读器与标签的距离尽量近，方向尽量平行。本系统的采集终端外侧设计了标签卡槽用于插入RFID电子标签，标签卡槽的大小能覆盖RFID阅读器天线区域，RFID阅读器天线区域尽量靠近卡槽，以确保标签读取的可靠性，终端外观正面如图4，俯视图如图5。由于接地点没有大的平面固定和安装采集终端，本装置在每个接地螺栓上配有双孔吊环，采集终端配绳索和挂扣，确保系统使用时不需对接地线与接地点进行过多改造。
本系统工作时，将标志接地点的RFID电子标签通过绳子挂在每个接地螺栓上，同时每个接地螺栓配一个双孔吊环，（大孔套在接地螺栓上，小孔用于通过挂扣悬挂采集终端）。如果作业现场有n个接地螺栓，则需要配备n个RFID电子标签和n个双孔吊环。接地点的编号与电子标签编码的对应关系存储在监控计算机中，使得系统能够正确识别具体的接地点位置。采集终端通过双孔吊环的小孔和挂扣悬挂在接地螺栓上；接地螺栓处挂接的RFID电子标签放入采集终端的标签卡槽中，施工作业完成后电子标签移出标签卡槽，终端的挂扣从双孔吊环的小孔摘除。采集终端的RFID阅读器和卡槽配合可靠读取标签信息；双孔吊环与终端的挂扣配合方便安装使用。
采集终端要采集的信息除了位置信息外主要是现场某接地点有没有地线挂接（即挂接状态），本系统通过采集终端内RFID阅读器U1的状态字变化来判断有没有地线挂接，当RFID电子标签插入标签卡槽，进入RFID阅读器的读卡区域与标签拔出卡槽离开阅读器读卡区域时，RFID阅读器的状态字不同，有卡插入时单片机读取并发送标签的编码，监控计算机显示该编码对应的某地节点有临时地线挂接，卡拔出时单片机发送数据零，表示该接地点临时地线拆除。
因此系统利用采集终端中的RFID阅读器读取标签信息，利用Zigbee无线通信模块U3和Zigbee协调器构成的Zigbee无线通信网络传给监控计算机，就可完成变电站作业现场临时地线挂接状态和位置信息实时采集。
本专利提出的采集装置具体工作方法如下：
1）检修作业开始后，同时领取地线挂接信息采集终端与“临时接地引线”一套，即每根“临时接地引线”配备一个采集终端。
2）携带“临时接地引线”和采集终端到达作业现场后将“临时接地引线”的一端夹在检修电气设备本体上，同时将“临时接地引线”的另一端和地线信息采集终端同时固定在接地点的接地螺栓上。
3）打开采集终端的电源，将该接地螺栓上悬挂的RFID电子标签插入采集终端的标签卡槽；当检修作业完成之后，将标签拔出卡槽使得标签离开采集终端的阅读范围，并将“临时接地引线”和采集终端同时拆除，这样RFID阅读器就可采集到该接地点RFID标签插入和拔出信息（即采集到了该接地点的临时地线挂接和拆除信息）。
4）单片机U2通过SPI接口接收RFID阅读器发送过来的信息，并且每隔一定间隔通过RS232接口将相关信息发送给Zigbee无线通信模块U3。Zigbee无线通信模块U3将接收到的信息直接透明传输给Zigbee协调器。
5）Zigbee协调器将接收到的信息通过USB接口发送给监控计算机，监控计算机显示作业现场的临时接地线挂接信息，并存储相应的信息。
若出现异常，由监控计算机发出报警信号。
Claims (4)
1.一种变电站作业现场的临时接地线挂接信息监控装置，其特征是，它包括监控计算机、Zigbee协调器以及与变电站作业现场每个电杆上的临时接地线（8）挂接点相对应的RFID电子标签（7）和地线挂接信息采集终端（6）；所述临时接地线（8）固定在接地螺栓（3）上，对应的RFID电子标签（7）插于地线挂接信息采集终端（6）的数据输入端；所述地线挂接信息采集终端（6）读取RFID电子标签（7）的信息并通过Zigbee无线通信网络与Zigbee协调器连接；所述Zigbee协调器的数据输出端连接监控计算机。
2.根据权利要求1所述的一种变电站作业现场的临时接地线挂接信息监控装置，其特征是，所述地线挂接信息采集终端（6）包括RFID阅读器（U1）、单片机（U2）和Zigbee无线通信模块（U3），所述RFID阅读器（U1）读取RFID电子标签（7）的信息并通过SPI接口与单片机（U2）连接，所述Zigbee无线通信模块（U3）通过RS232串口与单片机（U2）连接并通过Zigbee无线通信网络向Zigbee协调器传送信息。
3.根据权利要求1或2所述的一种变电站作业现场的临时接地线挂接信息监控装置，其特征是，所述RFID电子标签（7）和地线挂接信息采集终端（6）均吊挂在临时接地线（8）所连接的接地螺栓（3）上，在地线挂接信息采集终端（6）的壳体上设置有与RFID电子标签（7）相匹配的标签卡槽（9），所述标签卡槽（9）与地线挂接信息采集终端（6）内的RFID阅读器（U1）相匹配。
4.根据权利要求3所述的一种变电站作业现场的临时接地线挂接信息监控装置，其特征是，所述地线挂接信息采集终端（6）通过挂扣（5）和双孔吊环（2）吊挂在接地螺栓（3）上，所述挂扣（5）连接在地线挂接信息采集终端（6）的壳体上部，所述双孔吊环（2）的一个孔套在接地螺栓（3）上，另一个孔连接挂扣（5）；所述双孔吊环（2）被防脱锁（4）锁定。
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