CN206378165U - 基于光纤通讯的电网数据采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的一种基于光纤通讯的电网数据采集装置，包括电流信号采集电路、电压信号采集电路、烟雾信号采集电路、变压器温升采集电路、中央处理电路、光纤通信接口电路，所述电流信号采集电路、电压信号采集电路、烟雾信号采集电路、变压器温升采集电路均连接中央处理电路，中央处理电路连接光纤通信接口电路，有效解决了传统电网数据测量存在安全隐患、准确性、可靠性不高的问题。本实用新型构思巧妙，采用电流信号采集电路和电压信号采集电路，精度高，单片机智能分析、计算，通过光纤通讯接口把电压、电流及计算的功率、功率因数信息发送至电网控制室，实时性高，烟雾信号采集电路和变压器温升采集电路，避免了事故发生，保证了电网安全运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及电网领域，特别是基于光纤通讯的电网数据采集装置。
背景技术
电网中电压、电流直接影响电网的电能质量，如电压偏差、电压波动和闪变、谐波等，严重时会对弱电电网的安全稳定性造成危害，电网中变压器安全运行在电网中具有举足轻重的作用，由于现场运行环境恶劣和用电量的增加，电网变压器发生过热后不易被发现，事故蔓延即造成重大事故，影响电网的正常运行，目前电网数据采集一般通过普通手工采用传统的电气测量方法进行检测，存在安全隐患且通讯速度慢、模拟量信号输出精确度不够、可靠性不高等缺陷，影响了人员对电网数据的准确把握、及时校验。
因此本实用新型提供一种的新的方案来解决此问题。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种基于光纤通讯的电网数据采集装置，有效解决了传统电网数据测量存在安全隐患、准确性、可靠性不高的问题。
其解决的技术方案是，包括电流信号采集电路、电压信号采集电路、烟雾信号采集电路、变压器温升采集电路、中央处理电路、光纤通信接口电路，其特征在于，所述电流信号采集电路、电压信号采集电路、烟雾信号采集电路、变压器温升采集电路均连接中央处理电路，中央处理电路连接光纤通信接口电路；
所述中央处理电路包括单片机U1，单片机U1的引脚40连接电源+5V，单片机U1的引脚21连接地，单片机U1的引脚39分别连接电解电容E6的负极、电阻R15一端，电解电容E6的正极连接电源+5V，电阻R15另一端连接地，单片机U1的引脚37分别连接晶振右端和电容C2上端，单片机U1的引脚36分别连接晶振左端和电容C1上端，电容C2下端和电容C1下端连接地；
所述光纤通信接口电路包括电平转换芯片U2，电平转换芯片U2的引脚1连接电解电容E2的正极，电解电容E2的负极连接电平转换芯片U2的引脚3，电平转换芯片U2的引脚2、引脚6分别连接接地电解电容E1的正极、接地电解电容E4的负极，电平转换芯片U2的引脚4连接电解电容E3的正极，电解电容E3的负极连接电平转换芯片U2的引脚5，电平转换芯片U2的引脚11、引脚12分别连接单片机U1的引脚11、引脚10，电平转换芯片U2的引脚13、引脚14分别连接光纤通讯接口J1的引脚3、引脚2，电平转换芯片U2的引脚16和电解电容E5正极连接电源+5V，电平转换芯片U2的引脚15和电解电容E5的负极连接地，光纤通讯接口J1的引脚1连接电源+5V，光纤通讯接口J1的引脚5连接地。
所述电流信号采集电路包括电流互感器J3，电流互感器J3的引脚3连接电源+12V，电流互感器J3的引脚1连接电源-12V，电流互感器J3的引脚2通过电阻R7分别连接运算放大器U5A同相输入端、接地电阻R8一端，运算放大器U5A的VCC端连接电源+12V，运算放大器U5A的GND端连接地，运算放大器U5A反相输入端分别连接运算放大器U5A输出端、电阻R9一端，电阻R9另一端分别连接电阻R10一端、电阻R11一端、运算放大器U5B同相输入端，电阻R11另一端连接电源+12V，电阻R10另一端连接地，算放大器U5B反相输入端分别连接电阻R13一端、接地电阻R12一端，电阻R13另一端分别连接运算放大器U5B输出端、单片机U1的引脚26。
所述电压信号采集电路包括电压互感器J4，电压互感器J4的引脚3连接电源+12V，电压互感器J4的引脚1连接电源-12V，电压互感器J4的引脚2连接分别连接接地电阻R14一端和运算放大器U6反相输入端，运算放大器U6同相输入端连接地，运算放大器U6的VCC端连接电源+12V，运算放大器U6的GND端连接地，运算放大器U6输出端分别连接接地电容C3一端、单片机U1的引脚27。
所述烟雾信号采集电路包括烟雾传感器J2，烟雾传感器J2的引脚1、引脚2、引脚3均连接电源+5V，烟雾传感器J2的引脚5连接电阻R3一端，电阻R3另一端连接地，烟雾传感器J2的引脚4分别连接烟雾传感器J2的引脚6、接地电阻R4一端、运算放大器U4同相输入端，运算放大器U4反相输入端分别连接电阻R6一端和电阻R5一端，电阻R6另一端连接电源+5V，电阻R5另一端连接地，运算放大器U4的VCC端连接电源+5V，运算放大器U4的GND端连接地，运算放大器U4的输出端连接单片机U1的引脚13。
所述变压器温升采集电路包括热敏电阻RV，热敏电阻RV的一端连接地，热敏电阻RV的另一端分别连接可调电阻RP1一端、运算放大器U3的反相输入端，可调电阻RP1中间端和另一端连接电源+12V，运算放大器U3的同相输入端分别连接电阻R1一端和电阻R2一端，电阻R1另一端连接电源+12V，电阻R2另一端连接地，运算放大器U3的VCC端连接电源+5V，运算放大器U3的GND端连接地，运算放大器U3的输出端单片机U1的引脚12。
本实用新型构思巧妙、结构简单，电压互感器和电流互感器采集电网的电压、电流信号，并通过采集电路将信号调理送入单片机，单片机智能分析、计算，通过光纤通讯接口把电压、电流数据及计算的功率、功率因数信息发送至电网控制室，精度高、实时性高，并采用烟雾传感器实时检测电网环境、压敏电阻实时检测变压器的温升，大大提高了电网的安全稳定运行。
附图说明
图1为本实用新型一种基于光纤通讯的电网数据采集装置连接模块图。
图2为本实用新型一种基于光纤通讯的电网数据采集装置电路连接原理图。
具体实施方式
有关本实用新型的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图2对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
下面将参照附图描述本实用新型的各示例性的实施例。
实施例一，光纤通讯的电网数据采集装置中电流信号采集电路用于采集电网电流信号并调理，压信号采集电路用于采集电网电压信号并调理，烟雾信号采集电路用于采集严禁烟火的电网区域，变压器温升采集电路用于采集配电变压器状态温度，中央处理电路接收采集电路送来的电压、电流、烟雾、温度 信息，并分析、计算，通过光纤通讯接口把电压、电流数据及计算的功率、功率因数信息发送至电网控制室；所述中央处理电路包括单片机U1，单片机U1的引脚40连接电源+5V，单片机U1的引脚21连接地，单片机U1的引脚39连接电解电容E6和电阻R15组成的复位电路，单片机U1的引脚37和引脚36连接晶振、电容C2、电容C1组成的时钟电路，单片机实时检测采集电路状态信息，并根据预先设定的程序分析、判断，把状态数据直接传送至电平转换芯片数据端；所述光纤通信接口电路包括电平转换芯片U2，电解电容E1、E2、E3、 E4组成电平转换芯片U2的电荷泵部分，将+5V电源转换为±12V的电源，电平转换芯片U2的引脚11、引脚12分别连接单片机U1的串行发送端引脚11、串行接收端引脚10，电平转换芯片U2的引脚13、引脚14分别连接光纤通讯接口J1的引脚3、引脚2，电平转换芯片U2的引脚为电源端16由电解电容E5滤除干扰后接电源 +5V，电平转换芯片U2的引脚15连接地，光纤通讯接口J1的引脚1连接电源+5V，光纤通讯接口J1的引脚5连接地。
实施例二，在实施例一的基础上，所述电流信号采集电路包括电流互感器J3，电流互感器J3为磁平衡式霍尔电流传感器，衰减比例为1：1000，工作电压为±12V，分别连接电流互感器引脚3和引脚1，电流互感器J3装在三相电网的任意一跟相线上，当电网电流波动范围超过设定极限范围时，电流互感器J3的引脚2输出等比例衰减电流信号，并经电阻R7和电阻R8组成的分压电路分压后送入运算放大器U5A同相输入端，由于运算放大器U5A反相输入端和输出端相连构成跟随器即输出端为同相输入端电压，此电压经电阻R9限流后，与电阻R10和电阻R11组成的分压电路提供的基准电压叠加送入运算放大器U5B同相输入端，运算放大器U5B反相输入和输出端连接电阻R12和电阻R13一端组成的反馈网络反相比例放大后，输出电压信号至单片机U1的引脚26，单片机U1进行分析，将结果通过光纤通讯接口送至电网控制室，运算放大器U5A的工作电压为+12V。
实施例三，在实施例一的基础上，所述电压信号采集电路包括电压互感器J4，电压互感器J4衰减比例为1：1000，工作电压为±12V，分别连接电压互感器引脚3和引脚1，电压互感器J4装在三相电网的任意一跟相线上，当电网电压波动范围超过设定极限范围时，电压互感器J4的引脚2输出等比例电压信号并经接地电阻R14下拉后送入运算放大器U6反相输入端，由于运算放大器U6同相输入端连接地，运算放大器U6输出端输出高电平，经接地电容C3滤除杂波后送入单片机U1的引脚27，单片机U1进行分析，将结果通过光纤通讯接口送至电网控制室，运算放大器U6的工作电压为+12V。
实施例四，在实施例一的基础上，所述烟雾信号采集电路包括烟雾传感器J2，烟雾传感器J2为MQ-2型的烟雾传感器，灵敏度高、响应快稳定性好，装在变压器输入测，烟雾传感器J2 引脚1、引脚2、引脚3均连接电源+5V，烟雾传感器J2的引脚5连接接地电阻R3提供参考电压，烟雾传感器J2的引脚4和引脚6相连输出随烟雾浓度变化的直流信号经接地电阻R4后加到运算放大器U4同相输入端，电阻R6和电阻R5组成的分压电路构成门槛电压加到运算放大器U4反相输入端，当烟雾浓度较高输出电压高于门槛电压时，运算放大器U4输出端输出低电平送至单片机的引脚13，运算放大器U4的VCC端连接电源+5V，运算放大器U4的GND端连接地。
实施例五，在实施例一的基础上所述变压器温升采集电路包括热敏电阻RV，热敏电阻RV放在变压器壳体上，当变压器过负荷温度异常时，热敏电阻RV的阻值发生变化，从而电阻RV和可调电阻RP1组成的分压电路运算放大器U3的反相输入端电压发生变化，电阻R1和电阻R2组成的分压电路构成门槛电压加到运算放大器U3同相输入端，当变压器温度较高输出电压高于门槛电压时，运算放大器U3输出端输出低电平送至单片机的引脚12运算放大器U3的VCC端连接电源+5V，运算放大器U3的GND端连接地。
本实用新型在使用时，接通电源后，单片机上电复位，时钟电路提供工作时钟，在设定的时间间隔内开始扫描，当检测到电流信号采集电路和电压信号采集电路中送来的允许波动范围外的电压信号和电流信号时，单片机将实时检测的电压和电流数据或者经过计算所得功率、功率因数与预先设定的正常电压、电流，及电压电流计算出的功率、功率因数进行比较，经电平转换芯片后通过光纤通讯接口发送到电网控制室，使电网控制室人员及时掌握电网电压、电流数据，并采取相应措施及时调整、控制，使电网安全稳定运行；变压器在电网中起着至关重要的作用，变压器过负荷工作时，轻则影响电网效率，重则过热自然引起重大事故，设置了变压器温升采集电路，实时检测变压器工作参数，此外在变压器外壳上设置了烟雾传感器，当周围环境有烟雾明火或者变压器本身发出气味时，烟雾信号采集电路向单片机发出状态信息，单片机控制信息经电平转换芯片后通过光纤通讯接口发送报警信息到电网控制室，电网控制室人员一方面断开此段供电电网，另一方面切换至备用供电电网，避免了事故发生保证了电网安全运行。
本实用新型构思巧妙、结构简单，采用电流信号采集电路和电压采集电路，精度高，提高了电网的供电效率，烟雾信号采集电路和变压器温升采集电路避免了事故发生，保证了电网安全运行。
Claims (5)
1.基于光纤通讯的电网数据采集装置，包括电流信号采集电路、电压信号采集电路、烟雾信号采集电路、变压器温升采集电路、中央处理电路、光纤通信接口电路，其特征在于，所述电流信号采集电路、电压信号采集电路、烟雾信号采集电路、变压器温升采集电路均连接中央处理电路，中央处理电路连接光纤通信接口电路；
所述中央处理电路包括单片机U1，单片机U1的引脚40连接电源+5V，单片机U1的引脚21连接地，单片机U1的引脚39分别连接电解电容E6的负极、电阻R15一端，电解电容E6的正极连接电源+5V，电阻R15另一端连接地，单片机U1的引脚37分别连接晶振右端和电容C2上端，单片机U1的引脚36分别连接晶振左端和电容C1上端，电容C2下端和电容C1下端连接地；
所述光纤通信接口电路包括电平转换芯片U2，电平转换芯片U2的引脚1连接电解电容E2的正极，电解电容E2的负极连接电平转换芯片U2的引脚3，电平转换芯片U2的引脚2、引脚6分别连接接地电解电容E1的正极、接地电解电容E4的负极，电平转换芯片U2的引脚4连接电解电容E3的正极，电解电容E3的负极连接电平转换芯片U2的引脚5，电平转换芯片U2的引脚11、引脚12分别连接单片机U1的引脚11、引脚10，电平转换芯片U2的引脚13、引脚14分别连接光纤通讯接口J1的引脚3、引脚2，电平转换芯片U2的引脚16和电解电容E5正极连接电源+5V，电平转换芯片U2的引脚15和电解电容E5的负极连接地，光纤通讯接口J1的引脚1连接电源+5V，光纤通讯接口J1的引脚5连接地。
2.根据权利要求1所述的基于光纤通讯的电网数据采集装置，其特征在于，所述电流信号采集电路包括电流互感器J3，电流互感器J3的引脚3连接电源+12V，电流互感器J3的引脚1连接电源-12V，电流互感器J3的引脚2通过电阻R7分别连接运算放大器U5A同相输入端、接地电阻R8一端，运算放大器U5A的VCC端连接电源+12V，运算放大器U5A的GND端连接地，运算放大器U5A反相输入端分别连接运算放大器U5A输出端、电阻R9一端，电阻R9另一端分别连接电阻R10一端、电阻R11一端、运算放大器U5B同相输入端，电阻R11另一端连接电源+12V，电阻R10另一端连接地，算放大器U5B反相输入端分别连接电阻R13一端、接地电阻R12一端，电阻R13另一端分别连接运算放大器U5B输出端、单片机U1的引脚26。
3.根据权利要求1所述的基于光纤通讯的电网数据采集装置，其特征在于，所述电压信号采集电路包括电压互感器J4，电压互感器J4的引脚3连接电源+12V，电压互感器J4的引脚1连接电源-12V，电压互感器J4的引脚2连接分别连接接地电阻R14一端和运算放大器U6反相输入端，运算放大器U6同相输入端连接地，运算放大器U6的VCC端连接电源+12V，运算放大器U6的GND端连接地，运算放大器U6输出端分别连接接地电容C3一端、单片机U1的引脚27。
4.根据权利要求1所述的基于光纤通讯的电网数据采集装置，其特征在于，所述烟雾信号采集电路包括烟雾传感器J2，烟雾传感器J2的引脚1、引脚2、引脚3均连接电源+5V，烟雾传感器J2的引脚5连接电阻R3一端，电阻R3另一端连接地，烟雾传感器J2的引脚4分别连接烟雾传感器J2的引脚6、接地电阻R4一端、运算放大器U4同相输入端，运算放大器U4反相输入端分别连接电阻R6一端和电阻R5一端，电阻R6另一端连接电源+5V，电阻R5另一端连接地，运算放大器U4的VCC端连接电源+5V，运算放大器U4的GND端连接地，运算放大器U4的输出端连接单片机U1的引脚13。
5.根据权利要求1所述的基于光纤通讯的电网数据采集装置，其特征在于，所述变压器温升采集电路包括热敏电阻RV，热敏电阻RV的一端连接地，热敏电阻RV的另一端分别连接可调电阻RP1一端、运算放大器U3的反相输入端，可调电阻RP1中间端和另一端连接电源+12V，运算放大器U3的同相输入端分别连接电阻R1一端和电阻R2一端，电阻R1另一端连接电源+12V，电阻R2另一端连接地，运算放大器U3的VCC端连接电源+5V，运算放大器U3的GND端连接地，运算放大器U3的输出端单片机U1的引脚12。
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|---|---|---|---|---|
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