CN206638730U - 一种配电网电压越限监测仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及配电网监测领域，提供一种配电网电压越限监测仪，包含主控制器CPU以及和主控制器CPU相连接的数据存储模块、数据采集单元、时钟模块、通讯单元、工作电源模块；所述数据采集单元由电压变换模块、整流放大模块、ADC模块依次连接组成；所述通讯单元由RS485通讯接口模块和外接远方无线通讯模块连接组成。本实用新型提供了一种专门用于配电网电压越限监测的高精度、低成本、小体积、便于部署且可实现远程数据传输的监测仪，该监测仪还具有根据需要选择监测三相电压越限或单相电压越限、即插即用、便于携带、可以移动等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及配电网监测领域，具体涉及一种配电网电压越限监测仪。
背景技术
配电网电压越限包括电压偏高和电压偏低两个方面。电压越限是一个涉及到电力用户切身利益的问题，可能致使用电设备损坏，或使用电设备无法正常工作，多年来电力公司也一直努力解决。但是，随着电力负荷的迅速增加和分布式发电系统的迅猛发展，配电网电压越限问题日益突出。例如，分布式发电系统出力与本地用电负荷在时间上的差异容易引起电压越限；在偏远农村的配电网，由于供电半径过大，低电压问题也经常出现。从技术角度看，要解决电压越限问题，需要准确把握配电网电压越限出现的地点和时间。而这仅靠人工检查和用户投诉远远不够，必须构建能够长期连续监测电压越限并能够实时记录监测结果的庞大监测系统。目前，电压越限监测主要采用多功能且昂贵的电能质量监测仪对关键母线电压进行监测，监测点很少，很难大面积覆盖，因而有众多的电压越限问题不能及时发现。因此，研究功能单一、低成本且方便使用的电压越限监测仪具有重要的实际意义和经济价值。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种专门用于配电网电压越限监测的高精度、低成本、小体积、便于部署且可实现远程数据传输的监测仪。本实用新型提供的配电网电压越限监测仪还具有根据需要选择监测三相电压越限或单相电压越限、即插即用、便于携带、可以移动等优点。
本实用新型的目的是通过如下技术措施来实现的：一种配电网电压越限监测仪，包含主控制器CPU以及和主控制器CPU相连接的数据存储模块、数据采集单元、时钟模块、通讯单元、工作电源模块；所述数据采集单元由电压变换模块、整流放大模块、ADC模块依次连接组成；所述通讯单元由RS485通讯接口模块和外接远方无线通讯模块连接组成。
在上述技术方案中，所述主控制器CPU与外部数据交换均采用串行通讯方式。
在上述技术方案中，所述主控制器CPU采用低功耗、低成本、小体积芯片AT89C2051或性价比类似的微处理器为主处理器，相应电路包含复位电路、晶振电路、上拉电阻R13和R14、电源去耦电容C12和C13；复位电路采用具有看门狗功能的IMP813L芯片，IMP813L芯片连接电源去耦电容C8和C9，看门狗输出复位串联电阻R12；晶振电路采用22.1184MHz无源晶体振荡器，晶振两端连接匹配电容C10、C11。
在上述技术方案中，所述数据存储模块采用芯片24LC128或性价比类似的芯片，相应电路包含串联保护电阻R18、上拉电阻R15~R17、电源去耦电容C14；所述数据存储模块模块与主控制器CPU之间的数据交换采用I2C串行通讯方式。
在上述技术方案中，所述数据采集单元由电压变换模块、整流放大模块、ADC模块依次连接组成；所述电压变换模块包含三组具有将电压信号转换为电流信号的功能的电阻R1、R2、R3和电流互感器PT1、PT2、PT3，若只监测单相电压越限，只需采用一组电阻和1个电流互感器PT1；其中，PT1、PT2、PT3采用额定变比为1mA/1mA的隔离电压为3000V的高精度通用电流互感器，PT1、PT2、PT3的一次绕组端点A、B、C、N分别与监测点三相的相线和零线对应连接，二次绕组串联保护电阻R4、R5、R6；所述整流放大模块每相包含二极管桥式整流电路和运算放大器，电流信号通过桥式整流电路转换为单向电流信号，并通过运算放大器放大和转换为电压信号，二极管桥式整流电路中的二极管D1~D15采用IN4148，运算放大器采用单电源运行芯片OP37或性价比类似的芯片，OP37两端并联电阻和电容；所述ADC模块采用12位分辨率芯片TLC2543或性价比类似的芯片，具有将模拟电压信号转换成数字信号的作用，所述ADC模块采用12位分辨率芯片TLC2543或性价比类似的芯片，具有将模拟电压信号转换成数字信号的作用，相应电路包含电源去耦电容C4~C7、上拉电阻R10和R11；所述ADC模块与主控制器CPU之间的数据交换采用芯片特定的三线串行通讯方式。
在上述技术方案中，所述时钟模块采用芯片DS1302或性价比类似的芯片，其中，VCC1为后备电源，VCC2为主电源，在主电源断开的情况下，也能保持时钟芯片的连续运行。相应电路包含晶振电路、电池、上拉电阻R20~R22、串联保护电阻R19和电源去耦电容C17；晶振电路采用32.768kHz时钟晶振，晶振两端连接匹配电容C15、C16；电池BT1采用3.6V纽扣电池；所述时钟模块与主控制器CPU之间的数据交换采用芯片特定的两线串行通讯方式。
在上述技术方案中，所述通讯单元由RS485通讯接口模块和外接远方无线通讯模块组成，为其它设备或远程监控中心读取电压越限数据提供通讯接口，其中，RS485通讯接口模块采用传输距离远、速率快、信号抗干扰能力较强、低成本、低功耗芯片MAX485或性价比类似的芯片，被广泛应用于近距离数字系统之间的数据传输，相应电路包含电源去耦电容C18、起到阻抗匹配的总线终端电阻R23；外接远方无线通讯模块可以选用公共无线通信网络数据传输单元和类似产品；所述RS485通讯接口模块与主控制器CPU之间的数据交换采用通用异步串行通讯方式。
在上述技术方案中，所述工作电源模块将220V交流电转换为5V和24V直流工作电源，为其它模块提供5V直流工作电源，并为外接远方通讯模块提供24V直流工作电源。
本实用新型配电网电压越限监测仪，包括有主控制器CPU以及数据存储模块、数据采集单元、时钟模块、通讯单元、工作电源模块。所述主控制器CPU与外部数据交换均采用串行通讯方式，并将监测到的电压越限数据与时间信息数据存入数据存储模块中的EEPROM存储器，保证监测到的电压越限数据不会因断电而丢失；数据采集单元只需要单一工作电源，包括电压变换模块、整流放大模块、ADC模块；时钟模块具有实时时钟功能；通讯单元由RS485通讯接口模块和外接远方无线通讯模块组成，为其它设备或远程监控中心读取电压越限数据提供通讯接口；工作电源模块为其它模块提供5V直流工作电源，并为外接远方通讯模块提供24V直流工作电源。
本实用新型提供了一种专门用于配电网电压越限监测的高精度、低成本、小体积、便于部署且可实现远程数据传输的监测仪。本实用新型提供的配电网电压越限监测仪还具有根据需要选择监测三相电压越限或单相电压越限、即插即用、便于携带、可以移动等优点。
附图说明
图1为本实用新型的电路框图。
图2为本实用新型中主控制器CPU部分的电路连接图。
图3为本实用新型中数据存储模块的电路连接图。
图4为本实用新型中数据采集单元的电路连接图。
图5为本实用新型中时钟模块的电路连接图。
图6为本实用新型中RS485通讯接口模块的电路连接图。
图7为本实用新型中工作电源模块的电路连接图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的描述。
参见图1，本实用新型实施例提供一种配电网电压越限监测仪，包含主控制器CPU以及和所述主控制器CPU相连接的数据存储模块、数据采集单元、时钟模块、通讯单元、工作电源模块。其中，所述数据采集单元由电压变换模块、整流放大模块、ADC模块依次连接组成；所述通讯单元由RS485通讯接口模块和外接远方无线通讯连接组成。
以下对所述配电网电压越限监测仪的实施作详细描述。
参见图2，所述主控制器CPU采用低功耗、低成本、小体积芯片AT89C2051，其相应电路包含复位电路、晶振电路、上拉电阻和电源去耦电容。复位电路采用具有看门狗功能的IMP813L芯片，其电源去耦电容C8采用0.1uF/63V独石电容，C9采用10uF/16V电解电容，看门狗输出复位串联电阻R12采用2k/0.25W普通电阻；AT89C2051的晶振采用22.1184MHz无源晶体振荡器，其匹配电容C10、C11采用30pF瓷片电容；AT89C2051上拉电阻R13、R14采用10k/0.25W普通电阻；AT89C2051电源去耦电容C12采用0.1uF/63V独石电容，C13采用22uF/16V电解电容；主处理器与外部数据交换均采用串行通讯方式。
参见图3，所述数据存储模块采用低功耗芯片24LC128，具有在线写入存储、快速读写、写入保护等特点，相应电路包含串联保护电阻、上拉电阻和电源去耦电容。其中，上拉电阻R15、R16、R17采用10k/0.25W普通电阻，串联保护电阻R18采用200Ω/0.25W普通电阻，电源去耦电容C14采用0.1uF/63V独石电容；所述数据存储模块与主控制器CPU之间的数据交换采用I2C串行通讯方式。
参见图4，所述数据采集单元具有高隔离电压、高精度、低成本和单5V直流电源供电的特点，其中，电压变换模块包含三组具有将电压信号转换为电流信号的功能的电阻和高耐压、高精度的电流互感器（PT1、PT2、PT3），端点A、B、C、N分别与监测点三相的相线和零线对应连接，若只监测单相电压越限，只需采用一组电阻和1个电流互感器PT1。电压变换模块中电阻R1、R2、R3均采用10*22kΩ/0.25W误差为0.1%的高精度电阻，PT1、PT2、PT3采用额定变比为1mA/1mA的隔离电压为3000V的高精度通用电流互感器，串联保护电阻R4、R5、R6采用20Ω/0.25W误差为0.1%的高精度电阻；整流放大模块中的二极管D1—D15采用IN4148，运算放大器采用OP37，电阻R7、R8、R9采用2kΩ/0.25W误差为0.1%的高精度电阻，电容C1、C2、C3采用0.01uF/63V独石电容；ADC模块采用12位分辨率芯片TLC2543，其电源去耦电容C4采用22uF/16V电解电容，C5采用0.1uF/63V独石电容，C6采用10uF/16V电解电容，C7采用0.1uF/63V独石电容，上拉电阻R10采用10Ω/0.25W普通电阻，电阻R11采用5.1Ω/0.25W普通电阻；所述ADC模块与主控制器CPU之间的数据交换采用芯片特定的三线串行通讯方式。
参见图5，所述时钟模块采用高性能、低功耗时钟芯片DS1302，相应电路包含晶振电路、电池、上拉电阻、引脚保护电阻和电源去耦电容。其中，晶振采用32.768kHz时钟晶振，匹配电容C15、C16采用5pF瓷片电容；串联保护电阻R19采用100Ω/0.25W普通电阻，上拉电阻R20、R21、R22采用20k/0.25W普通电阻，电源去耦电容C17采用0.1uF/63V独石电容，电池BT1采用3.6V纽扣电池；所述时钟模块与主控制器CPU之间的数据交换采用芯片特定的两线串行通讯方式。
参见图6，所述通讯单元由RS485通讯接口模块和外接远方无线通讯模块组成，为其它设备或远程监控中心读取电压越限数据提供通讯接口。其中，RS485通讯接口模块采用传输距离远、速率快、信号抗干扰能力较强、低成本、低功耗芯片MAX485，电源去耦电容C18采用0.1uF/63V独石电容，总线终端匹配电阻R23采用120Ω/0.5W普通电阻；外接远方无线通讯模块可以选用中国电信的数据传输单元DTU。所述RS485通讯接口模块与主控制器CPU之间的数据交换采用通用异步串行通讯方式。
参见图7，所述工作电源模块将220V交流电转换为5V和24V直流工作电源，为其它模块提供5V直流工作电源，并为外接远方通讯模块提供24V直流工作电源。实施例电源模块采用输入交流100-265V/0.6A，一路输出直流5V/2.5A，另一路输出直流24V/0.3A。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下作出各的种变换或变型也应视为在本实用新型的保护范围之内，由各权利要求所限定。
Claims (8)
1.一种配电网电压越限监测仪，其特征在于：包含主控制器CPU以及和主控制器CPU相连接的数据存储模块、数据采集单元、时钟模块、通讯单元、工作电源模块；所述数据采集单元由电压变换模块、整流放大模块、ADC模块依次连接组成；所述通讯单元由RS485通讯接口模块和外接远方无线通讯模块连接组成。
2.根据权利要求1所述的配电网电压越限监测仪，其特征是：所述主控制器CPU与外部数据交换均采用串行通讯方式。
3.根据权利要求1所述的配电网电压越限监测仪，其特征是：所述主控制器CPU采用芯片AT89C2051，相应电路包含复位电路、晶振电路、上拉电阻R13和R14、电源去耦电容C12和C13；复位电路采用具有看门狗功能的IMP813L芯片，IMP813L芯片连接电源去耦电容C8和C9，看门狗输出复位串联电阻R12；晶振电路采用22.1184MHz无源晶体振荡器，晶振两端连接匹配电容C10、C11。
4.根据权利要求1所述的配电网电压越限监测仪，其特征是：所述数据存储模块采用芯片24LC128，相应电路包含串联保护电阻R18、上拉电阻R15~R17、电源去耦电容C14；所述数据存储模块模块与主控制器CPU之间的数据交换采用I2C串行通讯方式。
5.根据权利要求1所述的配电网电压越限监测仪，其特征是：所述数据采集单元由电压变换模块、整流放大模块、ADC模块依次连接组成；所述电压变换模块包含三组具有将电压信号转换为电流信号的功能的电阻R1、R2、R3和电流互感器PT1、PT2、PT3，其中，PT1、PT2、PT3采用额定变比为1mA/1mA的隔离电压为3000V的高精度通用电流互感器，PT1、PT2、PT3的一次绕组端点A、B、C、N分别与监测点三相的相线和零线对应连接，二次绕组串联保护电阻R4、R5、R6；所述整流放大模块每相包含二极管桥式整流电路和运算放大器，二极管桥式整流电路中的二极管D1~D15采用IN4148，运算放大器采用OP37，OP37两端并联电阻和电容；所述ADC模块采用12位分辨率芯片TLC2543，相应电路包含电源去耦电容C4~C7、上拉电阻R10和R11；所述ADC模块与主控制器CPU之间的数据交换采用芯片特定的三线串行通讯方式。
6.根据权利要求1所述的配电网电压越限监测仪，其特征是：所述时钟模块采用芯片DS1302，相应电路包含晶振电路、电池、上拉电阻R20~R22、串联保护电阻R19和电源去耦电容C17；晶振电路采用32.768kHz时钟晶振，晶振两端连接匹配电容C15、C16；电池BT1采用3.6V纽扣电池；所述时钟模块与主控制器CPU之间的数据交换采用芯片特定的两线串行通讯方式。
7.根据权利要求1所述的配电网电压越限监测仪，其特征是：所述通讯单元由RS485通讯接口模块和外接远方无线通讯模块组成，为其它设备或远程监控中心读取电压越限数据提供通讯接口，其中，RS485通讯接口模块采用芯片MAX485，相应电路包含电源去耦电容C18、总线终端匹配电阻R23；外接远方无线通讯模块选用中国电信的数据传输单元DTU；所述RS485通讯接口模块与主控制器CPU之间的数据交换采用通用异步串行通讯方式。
8.根据权利要求1所述的配电网电压越限监测仪，其特征是：所述工作电源模块将220V交流电转换为5V和24V直流工作电源，为其它模块提供5V直流工作电源，并为外接远方通讯模块提供24V直流工作电源。
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|---|---|---|---|---|
| CN110927438A (zh) * | 2019-11-27 | 2020-03-27 | 齐桂真 | 一种直流电源电压越限指示装置 |
| CN117409554A (zh) * | 2023-12-12 | 2024-01-16 | 深圳市研成工业技术有限公司 | 一种基于三色灯的报警监控系统 |
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| CN110927438B (zh) * | 2019-11-27 | 2021-10-08 | 萧县众科电磁检测有限公司 | 一种直流电源电压越限指示装置 |
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Legal Events
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Inventor after: Liu Chunfang Inventor after: Fang Yuyi Inventor after: Wang Chongbin Inventor after: Liu Ziwei Inventor after: Liang Tangjie Inventor after: Xiong Jiali Inventor after: Ye Weijia Inventor after: Li Yan Inventor after: Wang Shaorong Inventor after: Xu Meng Inventor after: Zhang Bin Inventor after: Chen Yidan Inventor before: Liu Chunfang Inventor before: Fang Yuyi Inventor before: Wang Chongbin Inventor before: Liu Ziwei Inventor before: Xiong Jiali Inventor before: Ye Weijia Inventor before: Li Yan Inventor before: Wang Shaorong Inventor before: Zhu Minjie Inventor before: Liang Tangjie Inventor before: Xu Meng Inventor before: Zhang Bin |
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| CB03 | Change of inventor or designer information |