CN205826772U - 非侵入故障识别装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种非侵入故障识别装置，其包括电流变送器单元、多功能数据采集单元、工控机单元、电源系统单元以及数据传输单元。电流变送器单元将用户入户电缆大电流信号转换成弱电压信号，多功能数据采集单元采集电压信号，输送给工控机主板程序进行数据处理，完成实时信号的监测、故障波形记录与显示、故障类型判断及数据通信功能，与主站通信功能采用GPRS技术，实现主站的实时监控。非侵入故障识别装置具有架构简明、建设费用低、维护容易等特点，可以实现短路事故监测功能，具有明显的技术优势，工作重点是攻克非侵入式故障识别下的短路电流检测和定位技术难题。
Description
技术领域
本实用新型涉及用电安全监测领域，尤其是一种非侵入故障识别装置。
背景技术
电力负荷状态、安全事故监测方法可以分为侵入式和非侵入式2类。目前，非侵入监测架构主要被应用于电力负荷的监测和分解，在用电安全监测方面还没有应用案例。非侵入式监测(non-intrusive load monitoring，NILM)只需在电力供给的入口处安装一个监测设备，通过对被监测电网的建模以及配套高级算法，就可以实现对整个电网运行状态的在线监测。
目前，国内外少见用于用户隐患排查和事故分析自动化系统的报告，非侵入故障识别装置是一个新的技术领域，我国尚无专门的软件可实现用户用电事故动作保护和安全隐患排查的功能，但是已经有不少相关理论，尤其是配电线路安全监测技术的快速发展为用电安全提供不少技术基础。配电网安全监测与预警系统已经具备监测线路的负荷数据、谐波数据、绝缘状态等实时数据，自动保存监测数据的功能。还能比较监测和设定数据，自动提供预警或报警信息等。线路维护人员根据数据记录进行线路维护，有效避免因线路故障引发的安全事故。另外，变压器、电动机等电力设备的故障诊断技术和用电安全管理技术也为用电安全隐患排查和事故动作分析提供了丰富的理论依据。变压器在线监测系统、电力监测设备的智能化、故障监测诊断系统等都在不断发展。
所以非侵入式故障识别装置可广泛用于不易安装分布式测控装置的场所，在将来的应用面将十分广泛，市场前景广阔。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种架构简明、建设费用低、维护容易的非侵入故障识别装置。
为了解决上述技术问题，本实用新型包括
电流变送器单元，用于将用户入户电缆大电流信号转换成弱电压信号，为装置的分析程序提供原始电流采样信号；
多功能数据采集单元，用于采集弱电压信号并将弱电压信号转换为二进制数据，利用本身核心单元的高速度采集功能，采用数字触发和同步总线，将转换后的二进制数据存入工控机磁盘，给工控机单元提供无失真的数据源；
工控机单元，用于运行故障检测和定位程序，从工控机磁盘读取多功能数据采集单元获取的数据信号，并进行分析计算，完成实时信号的监测、故障波形记录与显示、故障类型判断及数据通信功能；
数据传输单元，用于将故障检测和定位程序的分析计算结果传输到电网主站；以及
电源系统单元，用于为装置的各个单元提供电源。
本实用新型的有益效果是：
(1)侵入式故障识别方法需要在用户电网内部安装大量的检测设备和通讯线路，例如，在每个待监测支路上面安装电气量采集传感器和通讯接口，这将耗费大量的人力、物力来购买、安装、维护这些设备。而非侵入量测只需要在总进线处安装一台监测设备，主要依靠高级算法辨识用户电网内部的事故保护动作，硬件成本和维护量都大大下降。
(2)非侵入式故障识别装置安装时可以做到不中断设备供电，易于被用户所接受。
附图说明
图1为本实用新型非侵入故障识别装置的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：
参见图1，本实用新型的非侵入故障识别装置，该装置包括电流变送器单元、多功能数据采集单元、工控机单元(嵌入式工业主板单元)、电源系统单元、数据传输单元及相关接口电路。本实用新型的装置主要部署在低压回路总关口，除了能够识别低压回路内部故障区域和故障类型外，还具有录波功能、实时电流波形显示功能和数据存储功能，丰富了低压配电终端产品的功能。
该装置内部采用高效开关电源方案实现AC～DC，最大程度上降低自身功耗。电流变送器单元可采集0-2500A的电流，额定输出5V电压信号，响应时间小于20us。多功能数据采集单元提供模拟输入、模拟输出、数字I/O和计数器/定时器I/O使用。工业主板选用型号为MITX-6936，基于Intel NM10芯片组,板载Intel Atom N2800/D2500/D2550处理器；1条SO-DIMM插槽支持DDR3 800/1066MHz最大支持4GB；VGA/DVI-D/LVDS，支持独立双显；2个千兆以太网；2x SATAII/6x USB2.0/2x COM/2x PCI/1x LPC。数据传输单元采用移远的M72D，以实时操作系统为软件支撑平台，超大内存，内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈。为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换的虚拟专用网络。针对网络流量控制的用户，产品支持语音，短信，数据触发上线以及超时自动断线的功能。同时也支持双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据等功能。
该非侵入式故障识别装置由电流变送器单元、多功能数据采集功能单元、工业主板单元、电源系统单元、数据传输单元及相关接口电路等组成。电流变送器单元将用户入户电缆大电流信号转换成弱电压信号，多功能数据采集卡采集电压信号，输送给工控机主板程序进行数据处理，完成实时信号的监测、故障波形记录与显示、故障类型判断及数据通信功能，与主站通信功能采用GPRS技术，实现主站的实时监控。
现具体详述本实用新型的非侵入故障识别装置各个组成单元：
(1)电流变送器单元由信号输入、信号输出和工作电源组成，设计中选取钳口式电流变送器，优点是可拆卸结构，可以在不停电、不断线的情况下穿过配电房交流母线，将交流电流信号转化为直流电压信号。用于测量直流、交流、脉冲电流及其它器任意波形电流，将弱电压信号传递给PCI接口的数据采集卡，从而为装置的分析程序提供原始电流采样信号。选取型号：JLK-23/2000；安装方式：平面螺钉固定。
(2)多功能数据采集单元选取PCI接口的数据采集卡，选取型号为NI PCI-6010，16位，采样率200kS/s，16路模拟输入多功能DAQ。NI PCI-6010是一款低价位多功能I/O数据采集板卡，提供模拟输入、模拟输出、数字I/O和计数器/定时器I/O。使用37针D-Sub连接器，可将NI PCI-6010连往许多可用的D-Sub组件。该单元将电流变送单元的信号转换为二进制数，利用本身核心单元的高速度采集功能，采用数字触发和同步总线(RTSI)，将转换后的二进制数据存入工控机磁盘，给工控机单元提供无失真的数据源。
(3)工业工控机单元选取基于Intel NM10芯片组,板载Intel Atom N2800/D2500/D2550处理器；1条SO-DIMM插槽支持DDR3 800/1066MHz最大支持4GB；VGA/DVI-D/LVDS，支持独立双显；2个千兆以太网；2x SATAII/6x USB2.0/2x COM/2x PCI/1x LPC。组板接口多样，功能强大，可灵活配置外设，现场抗干扰能力优秀，CPU的运算速度可到1066MHz，能轻松应对整浮点数的运算，为非侵入式算法的实现提供强大的支持。运行故障检测和定位程序，从工控机磁盘读取数据采集卡获取的数据信号，并进行分析计算。
(4)电源系统单元包括两部分：220VAC～5VDC电源电路和220VAC～15VDC电源电路两部分。这两部分都采用开关电源方案，相对于工频变压器和传统的LDO方案，具有功耗小，效率高，体积小，重量轻的优点。
220VAC～5VDC电源电路采用UC3842非隔离方案，电路简单，采用十几个电子元件即可实现AC80～260V输入到DC5V的交直流变换。由于采用先进的动态自供电(DSS)，UC3842的工作电压可以直接从漏极吸取，因此省去了辅助线圈，实现简化电路，减少了变压器所占的体积，以及降低了成本。
(5)数据传送单元主要将故障检测和定位程序的分析计算结果传输到电网主站，主要由通讯模块电路、sim卡电路组成，通讯模块采用移远M72模块，以实时操作系统为软件支撑平台，超大内存，内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈。为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换的虚拟专用网络。针对网络流量控制的用户，产品支持语音，短信，数据触发上线以及超时自动断线的功能。同时也支持双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据等功能。
综上所述，本实用新型的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本实用新型的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本实用新型的范围之内。
Claims (1)
1.一种非侵入故障识别装置，其特征在于：包括
电流变送器单元，用于将用户入户电缆大电流信号转换成弱电压信号，为装置的分析程序提供原始电流采样信号；
多功能数据采集单元，用于采集弱电压信号并将弱电压信号转换为二进制数据，利用本身核心单元的高速度采集功能，采用数字触发和同步总线，将转换后的二进制数据存入工控机磁盘，给工控机单元提供无失真的数据源；
工控机单元，用于运行故障检测和定位程序，从工控机磁盘读取多功能数据采集单元获取的数据信号，并进行分析计算，完成实时信号的监测、故障波形记录与显示、故障类型判断及数据通信功能；
数据传输单元，用于将故障检测和定位程序的分析计算结果传输到电网主站；以及
电源系统单元，用于为装置的各个单元提供电源。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107543982A (zh) * | 2016-06-28 | 2018-01-05 | 国网天津市电力公司 | 面向低压用户的非侵入故障识别装置 |
| CN108828406A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-11-16 | 深圳安顺通电力物联服务有限公司 | 非侵入式用户用电的故障识别方法及其系统 |
| CN109684186A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-04-26 | 长安大学 | 一种非侵入式的网络化嵌入式系统评测装置及评测方法 |
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