CN203942334U - 高压母线运行状态的网络化监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压母线运行状态的网络化监测系统，包括若干测量区域，各测量区域内设置若干测量节点，且每一个测量区域均配置一台分布式主机；每一个测量节点均包括三至六个传感器单元；每个测量节点的传感器单元之间，其中一个传感器单元具有无线通信模块，余下的各传感器单元具有红外通信模块；每个测量节点中，具有红外通信模块的传感器单元与具有无线通信模块的传感器单元之间红外通信连接；各测量节点均依次通过具有无线通信模块的传感器单元、单片机与相应的分布式主机无线通信连接；各分布式主机之间网络通信连接。因此，本实用新型所述高压母线运行状态的网络化监测系统根据分散监控、集中管理的思想而构建，具有可扩展性。

Description

高压母线运行状态的网络化监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种高压母线运行状态的网络化监测方法及其系统，属于采用无线传感网络进行智能电网的状态监测领域。

背景技术

随着供电可靠性要求的不断提高，电网运行朝着智能化方向发展。智能电网是将先进的传感量测技术、信息通信技术、分析决策技术和自动控制技术、能源电力技术以及网络基础设施高度集成而形成的新型现代化电网。智能电网将实现对电网全景信息的获取，以可靠的物理电网和信息交互平台为基础，整合电网运行中实时产生的各种数据信息，向电网运行管理人员展示全面、完整和精细的电网运营状态，同时能提供相应的辅助决策支持和控制实施方案及应对预案。

在电网中，母线是用来连接各级电压配电装置及其变压器之间的输电设备，是电网系统中的关键组成之一。随着智能电网对实时监测、控制、诊断和分析等需求的不断增加，母线智能化技术正逐步发展。母线的正常安全运行，是保障电力传输的必要条件，一旦母线发生故障，将会导致输电中断甚至引发不安全事故。而如果能实时了解母线的运行状态，在故障发生前能及时发现问题并排除隐患，就能够避免不必要的损失。

当前已有的母线监测系统，常采用CAN总线、光纤传感器、无线传感网络等通信实现方式。CAN 总线是国际上应用广泛的现场总线之一，是一种多主方式的串行通信总线。CAN总线应用于母线运行状态的监测，存在布线及改线工程大、不可移动、部署工作量较大等问题。光纤传感器是一种将被测参数转变为可测的光信号的装置，并以光作为敏感信息的载体，以光纤作为传递敏感信息的媒质。光纤传感器具有耐高温、不受电磁干扰、电绝缘性能好，在强电磁场等恶劣环境中能够稳定工作等一系列优点。但截至目前，光纤传感器成本高，不适合大范围推广应用。而无线传感网络具有布置方便、抗电磁干扰和构建成本较低等诸多优势，因此已得到研究与较广泛的应用。

现有的基于无线传感网络的高压母线温度监测系统存在以下不足，即难以在保证高压绝缘可靠的情况下准确、高效实现通信及故障定位；有限的系统最大节点个数少，限制了组网的规模。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提供一种高压母线运行状态的网络化监测方法，其根据分散监控、集中管理的思想而构建，同时具有可扩展性。

为实现以上的技术目的，本实用新型将采取以下的技术方案：

一种高压母线运行状态的网络化监测方法，首先，将电网划分为若干测量区域，对处于各测量区域内的被测高压母线，根据该被测高压母线的走线连接情况，设置若干测量节点；其次，对应于每个测量节点，设置三至六个传感器单元，以分别用于测量该测量节点对应的各相母线的相关参数；每个测量节点的各传感器单元之间，其中一个传感器单元具有无线通信模块，余下的各传感器单元具有红外通信模块，所述的具有红外通信模块的传感器单元通过红外传输的方式将所采集到的相关参数传输至具有无线通信模块的传感器单元，具有无线通信模块的传感器单元将各传感器单元采集到的相关参数汇总后，通过无线通信方式传输至相应测量区域内的分布式主机，各分布式主机通过单片机，根据所接收到的相关参数对相应的测量节点进行实时监控。 

作为本实用新型的进一步改进，所述传感器单元为温度传感器单元，所述单片机为单片机Msp430，集成有数据处理模块，根据所接收到的各温度传感器单元反馈的温度信息，与单片机Msp430内预设的温度阈值进行比较，若温度传感器单元反馈的温度信息大于温度阈值，触发报警电路，若温度传感器单元反馈的温度信息小于温度阈值，则判断当前温度传感器单元反馈的温度信息与此前被测高压母线温度信息相比是否存在变化，若当前温度传感器单元反馈的温度信息呈上升变化，则更新分布式主机中相应测量节点对应的温度信息，反之则根据分布式主机输入的指令进行相应操作。

本实用新型的另一技术目的是提供一种实现上述高压母线运行状态的网络化监测方法的监测系统，包括若干测量区域，各测量区域内的被测高压母线根据走线连接情况设置若干测量节点，且每一个测量区域均配置一台分布式主机；每一个测量节点均包括三至六个传感器单元，以分别用于测量该测量节点对应的各相母线的相关参数；每个测量节点的传感器单元之间，其中一个传感器单元具有无线通信模块，余下的各传感器单元具有红外通信模块；每个测量节点中，具有红外通信模块的传感器单元与具有无线通信模块的传感器单元之间红外通信连接；各测量节点均依次通过具有无线通信模块的传感器单元、单片机与相应的分布式主机无线通信连接；各分布式主机之间网络通信连接。

所述的传感器单元包括电源模块，该电源模块包括电流互感电路、备用电源以及用于切换电流互感电路、备用电源的电源切换芯片。

所述的传感器单元为温度传感器单元，包括温度测量电路，该温度测量电路包括热电偶。

所述单片机为单片机Msp430，该单片机Msp430包括Zigbee无线通信模块以及数据处理模块，单片机Msp430通过Zigbee无线通信模块接收测量节点反馈的温度信息，同时将所接收到的测量节点反馈的温度信息经数据处理模块处理后，通过Zigbee无线通信模块传输至分布式主机。

数据处理模块具有实时数据显示、实时曲线绘制、历史数据记录及存储、事件记录、自动生成报表、实时控制等功能；且还具有故障或故障隐患报警功能。

根据以上的技术方案，相对于现有技术，本实用新型具有以下的优点：

1、本实用新型所述高压母线运行状态的网络化监测系统根据分散监控、集中管理的思想而构建，具有可扩展性；

2、本实用新型所述测量节点中的传感器单元之间通过红外方式实现通信，优点主要有：传感器单元之间的通信不受电磁干扰的影响，适用于强电场的环境；不同测量节点之间的通信也不会相互干扰，各个测量节点网络能彼此独立地在同一个大环境下共存。

附图说明

图1是本实用新型的系统框图；

图2是本实用新型所述单个测量节点的结构示意图；

图3是本实用新型所述监测系统的结构示意图；

图4是电源切换电路图；

图5 是温度测量电路图；

图6是数据处理模块流程图。

具体实施方式

以下将结合附图详细地说明本实用新型的技术方案。

本实用新型所述高压母线（这里只要指10kV/6kV/1kV高压母线）监测系统是一个分布式监测系统，根据分散监控、集中管理的思想而构建，同时为提高本文系统的可扩展性，设计了如图1所示的系统架构。

在被测高压母线上，根据母线走线的连接情况，设置若干个测量节点，每个测量点有3个传感器单元，分别测量A、B、C三相母线的相关参数。每个节点的3个传感器单元之间的数据信息，通过红外线方式实现通信（图1中的1级网络），并将数据信息汇总到其中的一个单元中。测量节点对外，则基于无线通信方式传输数据信息，即，同一测量节点处的3个传感器单元对外而言，可被抽象为一个测量节点。若干个测量节点通过无线通信方式组成无线传感器网络，实现对被测母线相关数据信息的传输（图1中的2级网络），并将这些数据信息汇总至分布式主机。若干个分布式主机再组成更大的计算机局域网（图1中的3级网络），每台分布式主机均可实时监控所有节点的状态，且可以通过Internet发布测得的数据信息，实现远程监测。

10kV母线有A、B、C三相，相与相之间的电压即为三相母线系统的线电压。为了保证可靠的绝缘，本实用新型中对三相母线的测量（监测）采用悬浮电位法，即每一相母线上的传感器节点单元与相应的母线具有相同电位，如此，同一个测量节点处的A、B、C三相母线上3个传感器单元的电位便不相同。传感器单元之间通过红外方式实现通信，如图2所示。在测量节点内，采用红外通信方式的优点主要有：传感器单元之间的通信不受电磁干扰的影响，适用于强电场的环境；不同测量节点之间的通信也不会相互干扰，各个测量节点网络能彼此独立地在同一个大环境下共存。

如图3所示，单片机Msp430作为主控制芯片，它最多可采集6个通道的温度数据，并将温度数据信息在液晶（或数码管）上加以显示。不同母线温度监测节点的编号，通过可灵活插接在该节点上的小键盘进行设置。单片机Msp430采用Zigbee无线通信方式，接收上位机发来的指令和温度监测阈值，并将测得的母线温度数据信息发送至上位机。在母线温度发生变化时，母线温度监测节点会主动将测得的温度数据信息发送至上位机，在母线温度超过温度阈值时，该节点通过发光二极管、蜂鸣器进行报警。

一个测量节点内须有一个传感器单元具有无线通信功能，其他两个单元的数据通过红外无线的方式发送至该单元，由该单元统一对外发送，故另两个单元不需要有无线通信模块。含无线通信功能的传感器单元由5部分组成：电源模块、测量模块、红外通信模块、数据管理模块及无线通信模块等。不含无线通信的传感器单元则由4部分组成：电源模块、测量模块、红外通信模块、数据管理模块。

本申请中，传感器单元的工作电源即电源模块，如图4所示，是基于电流互感器工作的电磁感应原理实现的，具体是通过互感元件从输电线路上取得感应电流，再利用转换电路，将电流转换成电压，并经过稳压后输出直流电压，以为其他功能内电路供电。考虑到感应取电只有在一定的负载电流范围内才能正常工作，电源模块中还特意加装了备用电池，即电源模块在感应取电能正常工作时，采用感应取电方式供电，并为备用电池充电；而在感应取电不能正常工作时，就通过备用电池供电。电源切换电路如图3所示。其中，GET_POS为感应取电电路的正输出端，BAT_POS为电池的正输出端，EDVCC连接至电路的其他部分，为电源模块的正输出端。TPS2110为电源切换专用芯片，当GET_POS的电压高于TPS2110切换阀值时，EDVCC与GET_POS连通，并与BAT_POS断开，结果以感应取电方式为测量节点供电；而当GET_POS的电压低于TPS2110的切换阀值时，EDVCC与BAT_POS连通，并与GET_POS断开，如此，改为备用电池为测量节点供电。

温度测量与信号检出即传感器单元的测量模块的电路如图5所示。测温传感器采用的是PT100型热电偶。被测温度信号经放大后，输入给AD转换电路。稳压二极管D1起保护作用，以防止过电压使电路被损坏。

传感器单元的红外通信模块，实现各传感器单元之间的红外通信。红外通信技术，是通过电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换来实现无线通信的数据收发，适合于低成本、跨平台、点对点的高速通信数据连接，具有小角度（30度锥角以内）、短距离、点对点直线传输数据信息以及保密性强等技术特点。红外通信技术是限定使用空间的，具有不透光材料的阻隔性、可分隔性；红外通信技术利用光传输数据的这一特点，确定了它不存在对无线频道资源的占用，且安全性很高。此外，红外通信技术还有抗干扰性强、系统安装简单、易于管理等优点。将红外通信技术应用于高压母线监测系统的构建，一方面可避免强电场对通信的干扰，更为重要的是，可以有效避免不同测量节点之间信号的相互干扰，使得单个节点内的传感器单元能够独立地实现可靠的通信。

本设计中使用MSP430F149单片机作为微处理器，完成测得数据信息的实时集中计算和处理，即它构成了本实用新型所构建系统中的数据处理模块。单片机的程序流程图如图6所示。

同一个测量节点里的所有传感器单元测得的数据，经过红外通信方式汇总到一起之后，再通过无线通信方式发走。即，若干个测量节点组成网络，其中，各测量节点之间的通信，采用的是无线电磁波方式实现的。如果不同的这样的网络之间的距离足够远，彼此不会造成干扰，如此，可采用相同的频点；如果距离近，不足以避免干扰，则为了保证不同网络之间互不干扰，不同网络就需要使用不同的通信频点。若干个测量节点以无线方式实现通信所构成的网络，也被称为无线传感网络。

无线传感网络的数据最终汇总至相应的分布式计算机站，计算机上的监控程序可实时显示被监测母线系统中各节点、各被测单元的温度状态以及温度变化的情况等，且具有实时数据显示、实时曲线绘制、历史数据记录及存储、事件记录、自动生成报表、实时控制等功能；且还具有故障或故障隐患报警功能，可以通过声音和颜色的变化等方式，或以专门的报警画面提醒相关人员及时处理故障隐患；并能记录、保存故障发生前后参数变化的情况、发生的时间、故障类型等数据信息，并可随机打印、显示及输出。

分布式计算机上的数据，可被实时地存储至本地的相关数据库，该数据库中的数据可供本机查询，也可以供网络中的其他计算机查询。换言之，其他计算机只要与分布式的主机联网，即可远程实时查询10kV母线监测系统的数据信息，实现10kV母线工作运行状态的远程监测。将若干个分布式主机组网，可将若干个独立的无线传感网络组成一个更大的监测网络，以满足更大的10kV母线状态检测系统的检测需要。

Claims (4)

1.一种高压母线运行状态的网络化监测系统，其特征在于：包括若干测量区域，各测量区域内的被测高压母线根据走线连接情况设置若干测量节点，且每一个测量区域均配置一台分布式主机；每一个测量节点均包括三至六个传感器单元，以分别用于测量该测量节点对应的各相母线的相关参数；每个测量节点的传感器单元之间，其中一个传感器单元具有无线通信模块，余下的各传感器单元具有红外通信模块；每个测量节点中，具有红外通信模块的传感器单元与具有无线通信模块的传感器单元之间红外通信连接；各测量节点均依次通过具有无线通信模块的传感器单元、单片机与相应的分布式主机无线通信连接；各分布式主机之间网络通信连接。

2.根据权利要求1所述的高压母线运行状态的网络化监测系统，其特征在于：所述的传感器单元包括电源模块，该电源模块包括电流互感电路、备用电源以及用于切换电流互感电路、备用电源的电源切换芯片。

3.根据权利要求1所述的高压母线运行状态的网络化监测系统，其特征在于：所述的传感器单元为温度传感器单元，包括温度测量电路，该温度测量电路包括热电偶。

4.根据权利要求3所述的高压母线运行状态的网络化监测系统，其特征在于：所述单片机为单片机Msp430，该单片机Msp430包括Zigbee无线通信模块以及数据处理模块，单片机Msp430通过Zigbee无线通信模块接收测量节点反馈的温度信息，同时将所接收到的测量节点反馈的温度信息经数据处理模块处理后，通过Zigbee无线通信模块传输至分布式主机。