CN205427078U - 一种变电站能源运行远程智能监测系统 - Google Patents

一种变电站能源运行远程智能监测系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型及一种变电站能源运行远程智能监测系统,包括中央处理模块及分别与中央处理模块相连的电能计量模块、开关量报警监测模块、本地声光报警模块、485通讯模块、扩展通讯模块和远程通讯模块以及供电模块,扩展通讯模块再分别和变电站的若干个能源监测报警系统相连,远程通讯模块分别和云端管理服务器、PC机及所设定手机相连。本实用新型将变电站内的多种类型能源监测、运行监测(包括高压保护装置、水表、电表、气表和热表等)整合到一个监测平台,有效节约资源,降低监测成本,实现变电站的远程实时集中监测,监测更加方便,既便于维护也便于统计和分析,而且采用短信与数据帧双重远程报警的双保险机制,大大提高报警可靠性。

Description

一种变电站能源运行远程智能监测系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种变电站监测系统,尤其涉及一种变电站能源运行远程智能监测系统。
背景技术
[0002]传统的能源监测系统将电、水、气、热等监测系统各自组网,互相独立,存在监管不方便、数据查看分析不方便的缺陷。另外,传统的变电站,一般通过专人值班或定时巡检的方式进行监管,无远程监测功能,监管实时性差,人力成本高,一旦发生故障或其他异常情况,工作人员无法第一时间了解故障源,无法及时做出故障响应。随着通信技术的发展及运用,推进了配电房的无人值守的改革,目前能够将各变电站的运行状态、故障情况通过有线或无线网络实时传送到云端,进行集中监测、集中维护。但是,现有的变电站失电报警装置各自成网,各类数据都走各自不同的通道,一方面造成资源的浪费,另一方面,由于需要搭建并运营多套系统,也使得监测成本大大增加。
[0003]随着现代科学技术的发展,电能作为一种重要的商品,其质量问题近几年备受关注。一方面,造成电能质量问题的因素不断增长,如以电力装置为代表的非线性负荷的使用、各种大型用电设备的启停等造成大量电能质量问题,另一方面,很多公共机构、商业机构的电能用户对电能的无故障全天候持续供电要求越来越高,由于尖、峰、谷的不同费率以及功率因素的治理,很多工业企业对电能质量的要求也越来越高。
发明内容
[0004]本实用新型主要解决原有变电站各类数据都走各自不同的通道,造成资源浪费,监测成本较大的技术问题;提供一种变电站能源运行远程智能监测系统,其将多种类型能源监测、运行监测整合到一个系统平台上,增强了系统监测的适配性和扩展性,有效节约资源,大大降低监测成本,实现变电站各种能源及运行状态的远程实时集中监测,监测更加方便。
[0005]本实用新型另一目的是提供一种变电站能源运行远程智能监测系统,其采用短信与数据帧双重报警,改变了以往只是通过电话拨号报警或者数据帧报警的单一报警方式,避免了拨号占线、数据掉线的弊端,采用双保险机制,故障报警一触发,通过短信和数据帧两个不同的通道发出报警,提高报警可靠性。
[0006]本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:本实用新型包括中央处理模块、电能计量模块、开关量报警监测模块、本地声光报警模块、485通讯模块、扩展通讯模块、远程通讯模块及为整个监测系统提供工作电压的供电模块,电能计量模块、开关量报警监测模块、本地声光报警模块、485通讯模块、扩展通讯模块及远程通讯模块分别和所述的中央处理模块相连,扩展通讯模块再分别和变电站的若干个能源监测报警系统相连,所述的远程通讯模块分别和云端管理服务器、PC机及所设定手机相连。通过扩展通讯模块可以实现常规电表、水表、气表、热表的数据接入工作,并且能够与SF6 (六氟化硫)气体监测设备、PLC(备自投控制设备)实现交互。本实用新型将多种类型能源监测、运行监测整合到一个系统平台上,增强了系统监测的适配性和扩展性,有效节约资源,大大降低监测成本,实现变电站各种能源及运行状态的远程实时集中监测,监测更加方便。本实用新型实现远程监测功能,监管实时性好,降低人力成本,一旦发生故障或其他异常情况,能进行远程报警和现场报警,使工作人员能第一时间了解故障源,及时做出相应处理。
[0007]作为优选,所述的供电模块包括设备隔离供电模块。提高供电可靠性。
[0008]作为优选,所述的供电模块包括备用电池充放电模块。采用市电供电和备用电池供电两种供电方案,当市电断电时,能自动切换到由备用电池供电,确保系统一直能保持正常监测状态。
[0009]作为优选,所述的远程通讯模块包括以太网通讯模块和/或GPRS通讯模块。当监测发现异常进行报警时,实现短信与数据帧双重报警,改变了以往只是通过电话拨号报警或者数据帧报警的单一报警方式,避免了拨号占线、数据掉线的弊端,采用双保险机制,故障报警一触发,通过短信和数据帧两个不同的通道发出报警,提高报警可靠性。
[0010]作为优选,所述的能源监测报警系统包括温湿度监控系统、六氟化硫气体监测报警系统、电能数据监控报警系统、水表数据监测报警系统、蒸汽表数据监测报警系统及热表数据监测报警系统。实现常规电表、水表、气表、热表的数据接入工作,并且能够与SF6(六氟化硫)气体监测设备、PLC(备自投控制设备)实现交互。将多种类型能源监测、运行监测整合到一个系统平台上,增强了系统监测的适配性和扩展性,有效节约资源,大大降低监测成本,实现变电站各种能源及运行状态的远程实时集中监测,监测更加方便。
[0011] 本实用新型的有益效果是:将变电站内的多种类型能源监测、运行监测整合到一个系统平台上,增强了系统监测的适配性和扩展性,有效节约资源,大大降低监测成本,实现变电站各种能源及运行状态的远程实时集中监测,监测更加方便,既便于维护,也便于统计和分析,降低人员成本,使变电站的耗能数据更便于查看,而且本实用新型采用短信与数据帧双重远程报警的双保险机制,同时能本地现场声光报警,大大提高报警可靠性。
附图说明
[0012]图1是本实用新型的一种电路原理连接结构框图。
[0013]图2、图3是本实用新型中设备隔离供电模块的一种电路原理图。
[0014]图4、图5是本实用新型中备用电池充放电模块的一种电路原理图。
[0015]图6是本实用新型中9260核心板的一种接口电路原理图。
[0016]图7、图8是本实用新型中以太网通讯模块的一种电路原理图。
[0017]图9是本实用新型中GPRS通讯模块的一种电路原理图。
[0018]图10、图11是本实用新型中485通讯模块的一种电路原理图。
[0019]图12是本实用新型中开关量报警监测模块的一种电路原理图。
[0020]图13、图14是本实用新型中本地声光报警模块的一种电路原理图。
[0021]图15〜图18是本实用新型中中央处理模块的一种电路原理图。
[0022]图19〜图22是本实用新型中电能计量模块的一种电路原理图。
[0023]图中1.中央处理模块,2.电能计量模块,3.开关量报警监测模块,4.本地声光报警模块,5.485通讯模块,6.扩展通讯模块,7.远程通讯模块,8.供电模块,9.能源监测报警系统,10.云端管理服务器,11.PC机,12.手机,71.以太网通讯模块,72.GPRS通讯模块,81.设备隔离供电模块,82.备用电池充放电模块,91.温湿度监控系统,92.六氟化硫气体监测报警系统,93.电能数据监控报警系统,94.水表数据监测报警系统,95.蒸汽表数据监测报警系统,96.热表数据监测报警系统。
具体实施方式
[0024]下面通过实施例,并结合附图,对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
[0025]实施例:本实施例的一种变电站能源运行远程智能监测系统,如图1所示,包括中央处理模块1、电能计量模块2、开关量报警监测模块3、本地声光报警模块4、485通讯模块5、扩展通讯模块6、远程通讯模块7及为整个变电站能源运行远程智能监测系统提供工作电压的供电模块8,电能计量模块2、开关量报警监测模块3、本地声光报警模块4、485通讯模块5、扩展通讯模块6及远程通讯模块7分别和中央处理模块I相连,远程通讯模块7分别和云端管理服务器10、安装在远端管理站的管理PC机11及事先设定好的相关管理人员的手机12相连。安装在变电站内的能源监测报警系统9包括温湿度监控系统91、六氟化硫气体监测报警系统92、电能数据监控报警系统93、水表数据监测报警系统94、蒸汽表数据监测报警系统95及热表数据监测报警系统96,温湿度监控系统91、六氟化硫气体监测报警系统92、电能数据监控报警系统93、水表数据监测报警系统94、蒸汽表数据监测报警系统95及热表数据监测报警系统96,这些能源监测报警系统9分别和扩展通讯模块6相连。本实施例中,供电模块8包括设备隔离供电模块81和备用电池充放电模块82,远程通讯模块7包括以太网通讯模块71和GPRS通讯模块72。
[0026]设备隔离供电模块81如图2所示,为了能接入三相三线接线方式的计量,供电电路采用了两个明玮的IRM-30-5和IRM-10-5开关电源模块,大功率的IRM-30-5开关电源模块用于上层板和风扇的供电(直接经HEADER 5X2供给上层上去了),小功率的IRM-10-5开关电源模块用于下层版的供电(输入到4U3S卩29300稳压块,然后经29300稳压块转成3.3V信号出去),电压输入为220V,经开关电源模块输出后,在4U3的两端用了3个滤波电容,保证29300稳压块输出稳定的3.3V信号。
[0027] 如图3所示,由于输入的工作电源为5V,而9260核心板的工作电源为3.3V,所以芯片U301采用TPS63020升降压转换器作为降压器件。TPS63060升降压转换器是TI公司推出的小型、高性能的4A开关升降压转换器,效率96% 3PS63020升降压转换器的输入工作电压介于1.8V至5.5V之间,可在保持出色轻负载效率的同时,将锂离子电池放电至2.5V或更低。
[0028] 备用电池充放电模块82如图4、图5所示,芯片U302为A04437绝缘栅型P沟道场效应管,备用电池是4.2V,供电回路是5V,芯片的工作电源为3.3V和5V。增加了一个复位开关,便于自主控制充电回路的投切状态。电池充放电管理芯片U300采用TP4056芯片,TP4056芯片是一款完整的单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电器。由于采用了内部PM0SFET架构,加上防倒充电路,所以不需要外部隔离二极管。热反馈可对充电电流进行自动调节,以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。充电电压固定于
4.2V,而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值1/10时,TP4056芯片将自动终止充电循环。当输入电压被拿掉时,TP4056芯片自动进入一个低电流状态,将电池漏电流降至2uA以下。TP4056芯片在有电源时也可置于停机模式,从而将供电电流降至55UA3P4056芯片的其他特点包括电池温度检测、欠压闭锁、自动再充电和两个用于指示充电、结束的LED状态引脚。
[0029] 9260核心板如图6所示,MC9260工业级核心板采用ATMEL AT91SAM9260工业级ARM9处理器(可选PIN-to-PIN兼容400MHz处理器),6层PCB板工艺,具有极佳的电气性能和抗干扰性能,顺利通过高低温、群脉冲、浪涌等全部EMC测试内容。9260核心板采用2条2 X 30PIN排针引出可能用到的引脚,可扩展性强。基于本产品定制开发的主板目前已在电力监控、智能电网、物联网、3G信号检测传输、电信等领域得到广泛应用,质量和稳定性受到众多用户好评。
[0030] 以太网通讯模块71如图7、图8所示,网口芯片UlOO采用FM9161CIEP网口芯片,FM9161CIEP网口芯片是一款完全集成并符合成本效益的单芯片快速以太网网口芯片,是采用较小工艺0.25um的10/100M自适应的以太网收发器,RJ45接口采用的是HR911105A接口。
[0031] GPRS 通讯电路(MG301)
[0032] GPRS通讯模块72如图9所示,选用华为的MG301通讯模块,MG301通讯模块是MG323通讯模块的替换型号,它支持,正常工作温度为-20°C〜+70°C。
[0033] 485通讯模块5如图10、图11所示,用芯片3U4将485隔离开了,为了保证485工作的独立性,芯片3U4采用金升阳公司出产的R)505XT-1WR2芯片来做电源隔离。电路中的气体放电管及二极管起到防雷保护作用。高速隔离光耦3U1、高速隔离光耦3U2选用6N137单通道高速光耦器,485通讯芯片3U3选用MAX13487EES+芯片。MAX13487EES+芯片的输出端接有TVS管、4532-091-LF气体放电管以及JK250-120自恢复保险丝。由于本实用新型需要接入不同厂家的智能电表,而各电表的485通讯电阻和上拉电阻、下拉电阻都各不相同,所以在这个485电路中加入了 3个常用上、下拉电阻,阻值分别为1K、3.3K、10K,通过短路帽来进行调节。
[0034]开关量报警监测模块3如图12所示,有四路开关量报警电路,每路的输入端分别和变电站内的高压保护装置相连,每路的输出端连接到中央处理单元。
[0035]本地声光报警模块4如图13、图14所示,有GPRS通讯模块工作状态指示灯、GPRS通讯模块数据指示灯、工作电源灯、4个开关量报警指示灯及5个RS485通讯指示灯。LED指示灯的工作电源是3.3V,用的是330欧姆的限流电阻。蜂鸣器由9260核心板的95脚(GP104)控制,核心板的95脚经电阻R404接三极管D400的基极,蜂鸣器的负极接三极管D400的集电极,三极管D400的发射极接地。
[0036] 中央处理模块I采用STM32单片机,如图15、图16、图17、图18所示,STM32单片机是基于ARM公司Cortex-M3内核设计的。它的时钟频率达到72MHz,是同类产品中性能较高的产品,具有高性能、低成本、低功耗的优点,是嵌入式应用设计中良好的选择。设计中的A/D转换器采用STM32内置ADGSTM32单片机的ADC是一种12位逐次逼近型模拟数字转换器[1,2],它有多达18个通道,可测量16个外部和2个内部信号源,各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。转换结果可以左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器中。电源管理芯片1U2采用TPS3828监控器,TPS3828监控器主要为DSP和基于处理器的系统提供电路初始化和定时监控。在上电期间,当电源电压VDD高于1.1(3.3)V则产生RESET信号。然后,电源电压监控器监视VDD并且只要VDD保持在门限电压VIT-以下,则保持RESET有效。内部定时器延迟输出恢复到无效状态(高电平)的时间以确保系统正常复位。VDD上升到超过门限电压VIT-以后,延迟时间td开始。在电源电压下降到门限电压VIT-以下时,输出再次变为有效(低电平),不需要外部元件,检测门限电压VIT-由内部分压器设置。TPS3828监控器包括一个手动复位输入引脚MR,引脚MR为低电平时激活RESET JPS3828监控器带有一个看门狗定时器,可定期地被WDI脚上的正跳变或负跳变触发。若监控系统在看门狗电路的超时时间tt(out)内没有重新触发看门狗电路,则RESETS卩变为有效并在td期间保持有效。此事件也重新对看门狗定时器进行了初始化。不连接WDI引脚则关闭看门狗定时器。
[0037] FM25CL64B存储器、SST25VF016B存储器两者二选一,方便不同的应用场景。FM25CL64B存储器:是采用先进的铁电技术制造的64K位的非易失性存储器。铁电随机存储器具有非易失性,并且可以象RAM—样快速读写,数据在掉电后可以保存10年,相对于EEPROM或其他非易失性存储器,FRAM具有系统可靠性更高,结构更简单等诸多优点。SST25VF016B存储器:SST的25系列串行闪存,采用四线、兼容SPI的接口,从而实现占用较少电路板空间的低引脚数封装,并最终降低总系统成本。SST25VF016B存储器是增强型器件,提高工作频率并降低了功耗。
[0038]电能计量模块2如图19〜图22所示,电能计量芯片采用ATT7022E/26E/28E系列多功能高精度三相电能专用计量芯片,适用于三相三线和三相四线应用。ATT7022E/26E/28E电能计量芯片集成了多路二阶sigma-delta ADC、参考电压电路以及所有功率、能量、有效值、功率因数及频率测量的数字信号处理等电路,能够测量各相以及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量及无功能量,同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数,充分满足三相复费率多功能电能表的需求。ATT7022E/26E/28E电能计量芯片支持全数字域的增益、相位校正,即纯软件校表。有功、无功电能脉冲输出CFl、CF2提供瞬时有功、无功功率信息,可直接接到标准表,进行误差校正。ATT7022E/26E/28E电能计量芯片提供两类视在功率、能量计量方式:RMS视在方式和PQS视在方式,通过CF3输出视在能量脉冲,可接到标准表进行视在能量误差校正。ATT7022E/26E/28E电能计量芯片提供基波参数计量:基波有功功率、基波有功电能、基波电流、电压有效值,通过脉冲输出CF4提供瞬时基波有功功率信息,可直接用于基波的校正。
[0039]电流采样电路如图20所示,电阻R30、电阻R31串联后跨接在A相电流互感器的二次侧绕组两端,电阻R32、电容C7、电容C8、电阻R33—次串联连接后也跨接在A相电流互感器的二次测绕组两端,电容C9、电容ClO并联后的一段连接在电阻R32与电容C7的连接点上,电容C9、电容ClO并联后的另一端连接在电阻R33与电容C8的连接点上。B、C相同理。电流采样电路中实现了内置闭口 CT/外置开口 CT的选配功能,方便配对不同的应用场景。
[0040]电压采样电路如图21所示,电阻Rl的一端与A相火线相连,电阻Rl的另一端和电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6依次串联连接后与计量分析电路的输入端连接,电阻R6与计量分析电路的输入端连接的一端还连接电阻R7的一端及电容Cl的一端,电阻R7与电容Cl的另一端与参考地相连。B、C相同理。
[0041]扩展通讯模块6通过预留的RS485接口,可以实现常规电表、水表、气表、热表的数据接入工作,并且能够与SF6(六氟化硫)气体监测设备、PLC(备自投控制设备)实现交互。能支持 DLT645-1997/2007、M0DBUS、IEC103 规约。
[0042]监测过程:开关量报警监测模块采集变电站内的高压保护装置的遥信、遥测、遥控量以及运行状态并输送给中央处理模块,能源监测报警系统采集变电站内的水表、电表、气表和热表的遥信、遥测、遥控量以及运行状态并输送给中央处理模块,中央处理模块对所监测到的遥信、遥测、遥控量以及运行状态进行处理、分析和判断,当判断为异常时,保存异常状态发生时的事件类型、发生时间、结束时间和持续时间构成报警信息,并将报警信息通过远程通讯模块以短信的方式和PC端、APP端状态推送的方式发送给用户的客户端,同时中央处理模块发出控制信号启动本地声光报警模块,对事故进行现场的声光报警;所有被监测的遥信、遥测、遥控量以及运行状态的运行数据都上传到云端管理服务器,制作成各类图表,并将对应的分析结果发送给用户的客户端。
[0043]本实用新型将变电站内的多种类型能源监测、运行监测整合到一个系统平台上,增强了系统监测的适配性和扩展性,有效节约资源,大大降低监测成本,实现变电站各种能源及运行状态的远程实时集中监测,监测更加方便,既便于维护,也便于统计和分析,降低人员成本,使变电站的耗能数据更便于查看,而且本实用新型采用短信与数据帧双重远程报警的双保险机制,同时能本地现场声光报警,大大提高报警可靠性。

Claims (5)

1.一种变电站能源运行远程智能监测系统,其特征在于包括中央处理模块(I)、电能计量模块(2)、开关量报警监测模块(3)、本地声光报警模块(4)、485通讯模块(5)、扩展通讯模块(6)、远程通讯模块(7)及为整个监测系统提供工作电压的供电模块(8),电能计量模块(2)、开关量报警监测模块(3)、本地声光报警模块(4)、485通讯模块(5)、扩展通讯模块(6)及远程通讯模块(7)分别和所述的中央处理模块(I)相连,扩展通讯模块(6)再分别和变电站的若干个能源监测报警系统(9)相连,所述的远程通讯模块(7)分别和云端管理服务器(10)、PC机(11)及所设定手机(12)相连。
2.根据权利要求1所述的一种变电站能源运行远程智能监测系统,其特征在于所述的供电模块(8)包括设备隔离供电模块(81)。
3.根据权利要求1或2所述的一种变电站能源运行远程智能监测系统,其特征在于所述的供电模块(8)包括备用电池充放电模块(82)。
4.根据权利要求1所述的一种变电站能源运行远程智能监测系统,其特征在于所述的远程通讯模块(7)包括以太网通讯模块(71)和/或GPRS通讯模块(72)。
5.根据权利要求1或2或4所述的一种变电站能源运行远程智能监测系统,其特征在于所述的能源监测报警系统(9)包括温湿度监控系统(91)、六氟化硫气体监测报警系统(92)、电能数据监控报警系统(93)、水表数据监测报警系统(94)、蒸汽表数据监测报警系统(95)及热表数据监测报警系统(96)。
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