CN204928369U - 一种低压配电线路在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低压配电线路在线监测系统，包括低压停电监测终端，通讯适配器和智能公变终端。低压停电监测终端是通过微功率无线方式与安装在台区内的通讯适配器进行数据交互，通讯适配器再通过无线通信方式向智能公变终端进行低压停电数据上传，智能公变终端将所述低压停电数据进行分拣和处理后传输至远端监测主站系统。
Description
技术领域
本实用新型涉及对电网低压配电线路架构的改进。
背景技术
在低压配电线路在线监测系统中，主要是利用低压停电监视仪作为安装在低压配电网末端的数据采集设备，该设备在一部分地区已经得到实用化推广。传统的停电监视设备绝大部分仅具备带电显示和就地查看功能，无法将信息进行远传，更无法对采集的数据进行综合分析。对于配电台区分散式设备，目前所安装的低压停电监测装置无法满足该标准要求接入电力内网而直接在公网假设，导致主站数据无法共享和融合。本实用新型解决了低压停电终端安全接入电力内网的问题，同时也提出了一种通信信息加密机制。
随着计算机通信技术的进步，电网信息化水平的提高，低压配电网基础数据工程也日益完善，围绕用户末端数据的一系列高级应用迫在眉睫，需要将停电监视仪纳入信息化系统监控管理的范畴。为了更为精确、及时地判断用户端带电情况，快速定位故障点和影响范围，为事故抢修和主动服务提供技术支撑，同时全面监控低压配电网末端的电压、电流、电能质量等信息，需要对该设备进行研究。
因为低压停电监视仪安装在低压配电网的线路末端，远离台区配电房、现场也无法进行有效的通讯手段，针对过去电力公司的管辖的配电台区所安装的停电监视设备基本上属于就地查看、控制等产品。本实用新型因此研发一种带通信模块的停电监视仪以后，通过配套的通讯适配器进行管理后能将停电监视仪的相关运行状态和数据通过电力专用通信通道上送至主站。
实用新型内容
在本实用新型的一个方面，通过设计一种带信息加密功能的低压停电监测终端来解决上述缺陷。通过在低压停电监测终端内集成安全加密芯片，主要解决了低压停电监视设备安全接入认证的问题，对信息传输的报文进行加密，消除因信息内容泄漏或外网入侵而带来的安全隐患。采用本实用新型带加密芯片的低压停电监测终端，可以实现终端的一对一接入认证和管理，避免非法终端接入系统，可以确保信息传输内容不被破译，保证信息传输安全。
在本实用新型的另一方面，利用台区内已安装的智能公变终端作为通讯适配器的上行通信通道，利用公变终端的通信通道将低压停电监视仪的相关信息上送至管理系统，研发一种可以集中管理停电监视仪的低压配电线路在线监测系统，能够有效利用低压配电台区已有的设备、共享已经建设完成且运行稳定的电力GPRS专用通信通道。在一个突出效果方面，只需要在智能公变终端的位置加装一个新型通讯适配器即可，低压停电监测终端与通讯适配器之间采用微功率无线通信，将所有停电监测终端的数据全部汇总至该通讯适配器。实现台区范围内的低压停电监视设备全部纳入信息化系统管理、提高人工作业水平和效率、实现设备运行状态监控、设备寿命管理、低压配电网末端数据集约管理等。在另一个突出效果方面，能有效提供故障研判和处理的效率，并实现主动用户服务。本实用新型对电网的稳定运行、故障时的主动式抢修服务、低压配电网三相不平衡的调配、电气设备的质量、寿命、超期不进行漏电试验等都能够在第一时间进行发现、从而降低电网平稳运行的经济成本。
随着电网基础设施建设的进一步完善，低压线路的故障和末端电能质量逐渐成为电网公司提高管理水平、提升服务水平的主要环节，安装低压停电监视仪对低压电网的数据进行采集后，可以实现对于配网低压线路的全面监视，通过数据挖掘，可以大大提高故障判断的效准确性和效率，缩短停电时间，提供供电可靠性；同时，通过对采集的电网末端信息进行分析，可以对用户进行一对一精准化主动服务，提升电网公司的服务水平。
为了实现上述效果，本实用新型低压配电线路在线监测系统的技术方案为：包括在低压配电网络中设置的低压停电监测终端，通讯适配器和智能公变终端，所述低压停电监测终端是通过微功率无线方式与安装在台区内的通讯适配器进行数据交互，所述通讯适配器再通过无线通信方式向智能公变终端进行低压停电数据上传，所述智能公变终端将所述低压停电数据进行分拣和处理后传输至远端监测主站系统。
在一个实施例中，所述的低压停电监测终端包括微处理器(MCU)、电源和无线通信端，所述MCU分别电连接电源和无线通信端，所述无线通信端设有适配所述通讯适配器加密协议的通信加密芯片，所述电源包括分别连接所述MCU的停电检测电路和充电控制电路，被配置为在利用停电检测电路实时检测到配电线路停电状态下，通过所述充电控制电路向MCU提供工作电压，并在利用停电检测电路未检测到停电状态下利用充电控制电路向所述电源内的储能电路收集电能。
在另一个实施例中，在所述的低压配电网络中，每一通讯适配器按照其内置控制逻辑连接和控制多个低压停电监测终端，其中：所述通讯适配器按照所述的控制逻辑分为初级通讯适配器和次级通讯适配器，所述初级通讯适配器被配置为控制若干个低压配电台区内微功率无线网络链路内的低压停电监测终端，所述次级通讯适配器被配置为控制这些配电台区内的至少部分初级通讯适配器。本实用新型低压配电线路在线监测系统中的低压停电监测终端接入智能公变终端后，能够进行台区低压配电网分支线路分节点及末端的(例如)带电情况、三(单)相电压、三相电流、功率、功率因数、三相不平衡、运行状况等情况在远程主站系统上监测。
通过低压停电监测终端与智能公变终端的结合，可解决低压停电监控设备所采集的数据可以以通信的方式上传至电力内网的主站系统，进行监视和数据分析；在保证信息安全前提下，借助现有通信通道，实现主站与终端之间的信息交互。采用接入智能公变终端的低压停电监测终端，可以实现低压配电网末端采集数据的信息化和可视化，可将停电终端数据接入电力内网的数据中心，为数据挖掘和高级应用提供基础，并在不单独架设通信通道和不改动现有智能公变终端的前提下，实现主站和终端的信息交互。
附图说明
图1为本实用新型低压配电线路在线监测系统的功能结构框图；
图2为本实用新型低压停电监测终端的局部电路原理图；
图3为本实用新型低压压配电线路在线监测系统的布置模块框图。
具体实施方式
参照图1，低压配电线路在线监测系统的一个改进实施例是在低压配电网络(例如GPRS/3G或者新型4G-LTE网络)中分布设置多个低压停电监测终端，多个通讯适配器和至少一个智能公变终端。例如，多个低压停电监测终端1是通过例如微功率无线方式与安装在低压配电台区内的一个通讯适配器2进行数据交互，通讯适配器2再通过无线通信(例如3G网络)方式向智能公变终端3进行低压停电数据上传，智能公变终端3将所述低压停电数据进行分拣和处理后传输至远端监测主站系统4。
在一个较佳例子中，所述的低压停电终端1包括微处理器(MCU)11、电源(图中未绘示)和无线通信端12，所述MCU11分别电连接电源和无线通信端12。无线通信端12设有适配所述通讯适配器2内置加密协议的通信加密芯片121。所述电源包括分别连接所述MCU的停电检测电路13和充电控制电路14，此电源被配置为在利用停电检测电路13实时检测到配电线路PWR处于停电的状态下，通过所述充电控制电路14向MCU提供+5V工作电压，并在利用停电检测电路13未检测到电力线PWR停电的状态下利用充电控制电路14向所述电源内的储能电路15收集电能。
作为改进，加密芯片121是由中央处理器、芯片配置模块、复位控制器模块、时钟模块、存储器集中模块、嵌入式flash模块、看门狗定时器模块、可编程中断定时模块、静态随机存储器、加密处理器模块、DMA处理器、通用串行接口、串行外设接口模块、真随机数发生器等模块集成组成。
在一个较佳例子里，本实用新型监测主站系统4通过在低压配电台区现场将低压停电监测终端1加密后与通讯适配器2进行通讯，通讯适配器2获取到该台区所装低压停电终端1的数据后将其归档保存并列表汇总。较佳地，通讯适配器2与智能公变终端3之间是采用级联通信模式。智能公变终端3能够自适应通讯适配器2的通信规约，将通信适配器2内所保存的台区所有低压停电监测终端1的采集数据和运行状态上传至公变终端3后，再经过智能公变终端3以GPRS通信通道将数据远传至监控系统4，实现远程在线监测。
参照图2，作为又一改进，所述停电检测电路13和充电控制电路14是分设在一隔离变压器TS的初级、次级绕组TS1和TS2侧。其中，所述停电检测电路13电性耦合至第一开关电路16，所述第一开关电路16(例如)并联于隔离变压器TS的主绕组；所述充电控制电路14引入一辅助电源18，所述辅助电源18与充电控制电路14之间设有第二开关电路17，所述第一开关电路16与第二开关电路17可通过电平信号控制的方式来同步/异步工作，在本实用新型实施例里，选择异步工作为一个示例性电力通断方式。这种情况主要是考虑到，在低压配网线路中，如果存在突然停电的情况，则作为常规低压停电监测装置是不具备监测此时线路上是否存在馈入的不属于电网输电线上的电压/电流情况，例如个别单纯为电网负载供电的自发电装置，例如现今的光伏式并网发电系统模式，这部分电能很可能在未经允许的情况下单独馈入负载，而对电网台区配电造成不良影响，干扰测量精度。因此，在本实用新型教示下，即使检测到电网电力线停电/失电，也需要经过开关17来选择导通辅助电源18的输出。
在一个实施例中，在所述隔离变压器TS的主绕组TS1侧又设有控制器19，所述控制器19受控于MCU11并设于所述第一开关电路16与停电检测电路13之间。较佳地，此控制器19被配置为接收所述第一开关电路16输入端的流压电信号VACI并根据此流压电信号产生控制电信号VCON1/VCON2或VCON3来分别控制所述第一、第二开关电路16、17的通断。
作为上述改进，所述控制器19被配置为：在通过控制电信号VCON1/VCON2导通所述第一开关电路16时，导通第二开关电路17以使得所述充电控制电路14向上述电源内的储能电路E2收集电能；以及在断开所述第一开关电路16时，保持所述第二开关电路17导通(例如一段预设时间，直至配网恢复供电为止)，使得所述控制器19能够控制所述充电控制电路14引入辅助电源18，供给所述低压配电线路上的负载以输出电压VACT。
在图2所示的实施例中，所述储能电路E2是选用超级电容。同时，所述第一开关电路包括相互串联的三极管Q1，Q2。三极管Q1和Q2的基极分别连接至上述控制器19以接收控制电信号VCON2和VCON1，三极管Q1射极通过储能电容E1连接三极管Q2的集电极。其中，在所述三极管Q1基极与射极间设有单相TVS管D2，用于将Q1导通时将发射电压钳位在一个最大值之内。同时，控制器19与Q2基极间设置有开关二极管D1，在一个实施例中，使得控制信号VCON2和VCON1存在相互先后顺序。
作为上述另一改进，第二开关电路17主要包括开关二极管D3，用以代替一般开关或继电器器件，使之对变压器TS的次级绕组侧的电压敏感，二极管D2的正向输入端接收来自控制器19的控制电信号VCON3。
以图2所示实施例来看，停电检测电路13和充电控制电路14需要使用电源芯片VCC供电。在低压配电线路PWR正常上电时，开关三极管Q1,Q2和二极管D3均被控制器19设置为导通状态，则此时变压器TS的初级绕组TS1和次级绕组TS2侧的充电电容E1和E2被变压器充电，控制器19持续监测来自配网电力线PWR的输入电压VACI，其中在初级绕组侧和次级绕组侧分别并联滤波电容器C0和C1，使得每一电路13、14或19接收到稳定电压信号源。
当控制器19检测到低压配网线路出现停电时，则发送控制信号VCON1至开关管Q2使之截止，而开关Q1导通，则初级绕组TS1断开，此时储能电容E1、E2以及次级绕组TS2将同步向初级绕组TS1提供电流，当提供给初级绕组TS1电流馈入三极管Q2的集电极足以使之导通时，此时控制器19发送控制信号VCON2至开关管Q1使之截止，而同时，当次级绕组TS2上的电压不足以导通开关二极管D3时，D3将断开，此时三极管Q1将输出给控制器19一个反馈信号，例如同样以VACI的方式让控制器19接收，则此时控制器19将再次以控制信号VCONS3导通第二开关D3，将辅助电源18接入充电控制电路14，则控制电路14将辅助电源电压VACT直接引入后级负载而隔断超级电容器E2及次级绕组TS2侧。
在一个较佳例子里，控制器19的控制信号可以是以模拟信号形式输出的高低0/1电平信号，例如PWM波形周期信号。
在另一个较佳例子里，辅助电源18可以是光伏并网发电装置，例如以太阳能形式储能的电能装置，其输出端并入充电控制电路，而在上述配网线路正常上电状态下，辅助电源18同样能够收集来自电力线PWR的电能。
按照前述实施例的教示，在控制器19重新检测到来自配网线路PWR上电信号后，重复导通开关16的步骤以再次将第二开关D3转换至导通变压器TS次级绕组侧，或者同时为辅助电源18储存电能。
在上述实施例中，注意到在开关管Q1断开的短暂时间里，电容器E1泄放电荷完成后，三极管Q1截止，则此时由于开关管Q2两端电压变化量ΔVQ2＝N·VTS2(1+E2/E1)，其小于上电状态下感测到配网线路的VACI，因此可被控制器19识别为不同信号源。其中，N为变压器TS的匝数比，VTS2为次级绕组TS2侧产生的电能电压。为了避免三极管Q1截止后电流泄放量骤减，采用TVS管D2加以钳位至一个尽可能提升的电压电位。
参照图3，在所述的低压配电网络在线监测系统的另一个实施例中，每一通讯适配器2可按照其内置控制逻辑连接和控制多个低压停电监测终端1。所述通讯适配器按照所述的控制逻辑分为初级通讯适配器21和次级通讯适配器22，所述初级通讯适配器21被配置为控制若干个低压配电台区内微功率无线网络链路内的低压停电监测终端1，所述次级通讯适配器22被配置为控制这些配电台区内的至少部分初级通讯适配器21。
较佳地，所述通讯适配器2中设有逻辑单元，用于连接和控制所述低压停电监测终端1内的例如MCU单元，使得在所述低压停电监测终端1实时检测到配电线路停电状态下，引入辅助电源18供给所述低压配电线路上的负载。
作为改进，所述辅助电源18通过低压停电监测终端1内的(例如)充电控制电路14向一个初级通讯适配器21所处配电台区103内的低压负载供电。
较佳地参照图3所示实施例，所述次级通讯适配器22通过GPRS通信方式连接至低压配电网络中智能公变终端3，按照所述的控制逻辑设定每一低压配电台区区域范围，例如图3中所示的配电台区区域(以虚线框表示的)101、102或103，其中每个台区范围内的低压故障(例如停电)在线监测配置各不相同。其中，在图示每一低压配电台区中设有至少一个初级通讯适配器21，其中各个区域范围之间通过次级通讯适配器22加以连接，在两次级通讯适配器22间设置控制开关。
在一个较佳例子里，所述控制开关23是用于在初级通讯适配器21接收到(例如)低压配电线路停电状态下的故障信号后断开两低压配电台区区域之间的电连接，例如图3中所示的台区区域101与103之间的电连接是通过开关、继电器或者保护器形式实现。在一个实施例中，所述控制开关23可包括：根据低压配电线路停电状态下的故障信号将预设低压配电台区区域101与低压配电台区区域103相互电气隔离的控制开关231；以及根据低压配电线路停电状态下的故障信号将一个较此预设低压配电台区区域101范围更大的区域104与其他的低压配电台区区域102之间相互电气隔离的控制开关232。
在一个实施例中，控制开关可以是台区101与103之间通断使用的远程控制投切开关231，此时在其对应的较高压输电线侧的大电流断路器，防止回路出线短路故障；而在台区102与104之间的开关可以是将较大电流分流为多路小电流或接地电路的分流器/分压器。
作为改进，所述次级通讯适配器22又包括用于根据不同的网络参数来确定所述预设预设低压配电台区区域范围的单片机单元。
作为又一改进，所述网络参数包括了用于设定两次级通讯适配器22之间的通讯路径的配置参数。或者，所述网络参数包括了利用单片机单元所确定的上述控制开关的导通状态来连接两个次级通讯适配器22的配置参数。
在一个实施例中，上述设定的控制逻辑可以规定为：每一个次级通讯适配器22通过无线方式或输电线载波电流方式寻找与之连接的初级通讯适配设备21，例如在不同地理台区区域内设备的数量可能不同。初级通讯适配器21则按照这种规则进一步寻找其相邻的电力设备，设备包括图3中的低压停电监测终端1或者负荷终端等监测设备，为每一个电力设备1生成一个对应的标识，例如注册表。或者可以理解为，一个通讯适配器21能够在寻找其区域内足够数量的电力设备1后反馈给次级通讯适配器22形成一个注册列表，从而对此注册列表内的设备以及(例如)输电连接电流方向的方式规定一个低压配电台区内设备的构成，以及区域边界。一般情况下，可以通过检测每一台区区域边界处的电流值是否正常来通过次级通讯适配器22决定是否应该断开控制开关231或232连接。
在以上实施例的一个效果方面，可以通过开关232将原先已检测到的预设故障台区101外更大区域104内的至少部分电力设备或输电线路进行隔离，再通过逐级故障诊断整定方式减小此区域104的区域范围，以防止区域104外的其他负载受到干扰或损害；在另一个突出方面，适配器设备22内的注册列表可以根据时钟设定周期性更新，如果出现了(例如)故障区域101，则更改注册列表内对应设备的注册表，并移除对应的次级通讯适配器22，这样，本实用新型在线监测系统能够即时更新和分拣输电线数据，并能够自动适应新的电力设备的并入，从而减小了数据计算量。
在另一个实施例中，上述设定的控制逻辑也可以规定为：设定一个预设台区区域101，同时选择一个最佳或最稳定的配网区域，以此预先设定区域来选择其他台区区域的组成。例如，选择的方式是按照地理位置最接近的方式，又或者，在出现某些故障情况下，开关231未能及时断开的情况下，通过区域101内的次级通讯适配器22寻找相邻的适配器22来扩大这个故障保护区域。同样地，在适配器22内形成了对应扩展台区区域的注册列表。
Claims (7)
1.一种低压配电线路在线监测系统，其特征在于，包括在低压配电网络中设置的低压停电监测终端，通讯适配器和智能公变终端，所述低压停电监测终端是通过微功率无线方式与安装在台区内的通讯适配器进行数据交互，所述通讯适配器再通过无线通信方式向智能公变终端进行低压停电数据上传，所述智能公变终端将所述低压停电数据进行分拣和处理后传输至远端监测主站系统。
2.根据权利要求1所述的低压配电线路在线监测系统，其特征在于，在所述的低压配电网络中，每一通讯适配器连接和控制多个低压停电监测终端，其中：所述通讯适配器分为初级通讯适配器和次级通讯适配器，所述初级通讯适配器被配置为控制若干个低压配电台区内微功率无线网络链路内的低压停电监测终端，所述次级通讯适配器被配置为控制这些配电台区内的至少部分初级通讯适配器。
3.根据权利要求2所述的低压配电线路在线监测系统，其特征在于，所述通讯适配器中设有逻辑单元，用于连接和控制所述低压停电监测终端的微控制器(MCU)，使得在所述低压停电监测终端实时检测到配电线路停电状态下，引入辅助电源供给所述低压配电线路上的负载。
4.根据权利要求3所述的低压配电线路在线监测系统，其特征在于，所述辅助电源为所述辅助电源通过低压停电监测终端内的电源检测电路向一个初级通讯适配器所处配电台区内的负载供电。
5.根据权利要求2所述的低压配电线路在线监测系统，其特征在于，所述次级通讯适配器通过GPRS通信方式连接至低压配电网络中智能公变终端，设定每一低压配电台区区域范围，在每一低压配电台区中设有至少一个初级通讯适配器，其中各个区域范围之间通过次级通讯适配器加以连接，在两次级通讯适配器间设置控制开关。
6.根据权利要求5所述的低压配电线路在线监测系统，其特征在于，所述控制开关用于在初级通讯适配器接收到低压配电线路停电状态下的故障信号后断开两低压配电台区区域之间的电连接，包括：根据低压配电线路停电状态下的故障信号将一个预设低压配电台区区域与其他的低压配电台区区域相互电气隔离的控制开关；以及根据低压配电线路停电状态下的故障信号将一个较此预设低压配电台区区域范围更大的区域与其他的低压配电台区区域相互电气隔离的控制开关。
7.根据权利要求6所述的低压配电线路在线监测系统，其特征在于，所述次级通讯适配器又包括用于根据不同的网络参数来确定所述预设预设低压配电台区区域范围的单片机单元。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201520695518.1U CN204928369U (zh) | 2015-09-09 | 2015-09-09 | 一种低压配电线路在线监测系统 |
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|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105098991A (zh) * | 2015-09-09 | 2015-11-25 | 国网浙江省电力公司湖州供电公司 | 一种低压配电线路在线监测系统 |
| CN106526428A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-03-22 | 西安兴汇电力科技有限公司 | 一种0.4kv低压配电线路在线监测系统 |
-
2015
- 2015-09-09 CN CN201520695518.1U patent/CN204928369U/zh active Active
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