CN207380224U - 一种多通道工频磁场强度同步测量系统 - Google Patents

一种多通道工频磁场强度同步测量系统 Download PDF

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赵军
刘健犇
胡静竹
刘震寰
张斌
万皓
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Abstract

本实用新型涉及一种多通道工频磁场强度同步测量系统,所述系统包括:下位机,其与上位机连接,用于与上位机进行通讯和数据传输;上位机,其与下位机相连,用于根据采样间隔向下位机发送读取数据指令,以及对下位机发送的测量数据进行汇总、显示、存储、分析和报警;若干个工频磁场强度测量单元,其用于测量所述工频磁场强度测量单元所处位置的工频磁场强度,并在工频磁场强度值超过设置值时发出报警信号。本实用新型所述的系统采用无线通讯技术和多通道测量技术,可充分满足变电站内多点布置测量工频磁场强度的需要,节约了通讯布线成本,提高了工作效率和安全性,减少了劳动强度。

Description

一种多通道工频磁场强度同步测量系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及电力测量领域,并且更具体地,涉及一种多通道工频磁场强度同 步测量系统。
背景技术
[0002]变电站内设备众多,不同区域磁感应强度存在明显差别,一般而言,变电站站内 GIS处、低压电抗器处磁感应强度较大,特别是低压电抗器由于多采用干式空心电抗器结 构,磁场强度很大,随着电压等级的提升,35kV和llOkV空心电抗器广泛使用,而单点实测表 明,电抗器附近磁场强度可达数mT,超出了站内工作人员〇 • 5mT的职业限值要求。而这些低 压电抗器根据输送工况需要,并非长期带电运行,不带电时该处磁场强度又很小,同时变电 站内发生故障时,部分区域由于电流增大较大,磁场强度也会大大增加甚至超限值,为保障 站内人员长期工作生活健康,需要对站内磁场强度进行监测,当发生超限值时进行报警,提 醒站内作业人员减少在此区域不必要的驻留。现有工频磁场测量装置多采用单机方式,一 个场强探头对应一台主机,且多采用光纤等有线通讯连接,通道数目少,接线方式较复杂, 用于变电站磁场测量时需要在站内专门布线,且主要只能用于晴好天气下工频磁场强度的 短期测试。由于变电站区域较大,采用有线通讯方式,布线和调整位置非常不方便而且代价 较高。另外,现有工频磁场测量装置一般不具备报警功能,无法在工频磁场强度超过职业限 值时,及时报警以保障工作人员的安全性。 实用新型内容
[0003]为了解决背景技术存在的工频磁场强度测量采用有线通讯方式布线和调整位置 不方便,代价高以及无法报警从而保障工作人员安全性的技术问题,本发明提供一种多通 道工频磁场强度同步测量系统,其用于在变电站内同步测量多通道的工频磁场强度,并在 所述工频磁场强度超过设置的安全阈值时报警,所述系统包括下位机、上位机和若干个工 频磁场强度测量单元,其中:
[0004]下位机,其与上位机连接,用于根据读取数据指令,控制若干个工频磁场强度测量 单元打包同一时刻的测量数据,并将测量数据依次上传,以及实时显示与其正在进行通讯 连接的工频磁场强度测量单元所处位置的工频磁场强度,其中,所述测量数据包括每个工 频磁场强度测量单元对应的地址编码和每个工频磁场强度测量单元测量得到的工频磁场 强度,所述读取数据指令由上位机或者下位机发出。当下位机收到上位机发送的读取数据 指令后,或者下位机的第二单片机发出读取数据指令后,下位机通过广播指令发出数据准 备上传的命令,所有工频磁场强度测量单元同时收到该命令,并对当前测量数据打包,在下 位机发出通过轮询上传数据的命令后,每个所述工频磁场强度测量单元依次将测量数据通 过无线通讯单元上传至下位机,所述下位机实时显示正在通讯连接的工频磁场强度测量单 元的测量数据并将数据上传至上位机。所述过程确保不同位置的工频磁场强度测量单元接 收命令的时刻的一致性,从而确保上传到上位机的每组不同位置的工频磁场强度测量数据 都是同一时刻得到的,实现外界温度、湿度以及运行工况等因素是一致的,其分布规律能真 实的反应现场实际状况。
[0005]当变电站内的工频磁场强度测量单元的数量过多,一个下位机无法接收所有工频 磁场强度测量单元的数据时,所述系统可根据实际需要,采用多于1个的下位机。
[0006]上位机,其与下位机相连,用于根据采样间隔向下位机发送读取数据指令,以及对 下位机发送的测量数据进行汇总、显示、存储、分析和报警。下位机接收测量数据后,不仅本 身会实时显示正在进行通讯连接的工频磁场强度测量单元的工频磁场强度,还将所述测量 数据传输到上位机,上位机同时显示不同测点工频磁场强度,并可对数据进行存储和分析。 当测量完成或者测量过程中,上位机可以随时调取所有时间段内的测量数据或者部分时间 段内数据进行比较和分析,得到不同位置磁场分布曲线或者同一位置工频磁场强度随时间 变化的曲线。
[0007] 当所述测量数据中的工频磁场强度超过上位机设置的安全阈值时,上位机弹出报 警信号,以提醒工作人员注意,减少在高场强区域不必要的停留时间。
[0008] 若干个工频磁场强度测量单元,其用于测量所述工频磁场强度测量单元所处位置 的工频磁场强度,并在工频磁场强度值超过设置值时发出报警信号,所述每个工频强度测 量单元包括:
[0009] 磁场传感器,其用于测量所述工频强度测量单元所处位置的工频磁场强度;
[0010] 第一单片机,其用于设置工频磁场强度安全阈值和地址编码,接收磁场传感器发 送的工频磁场强度,与第一无线通讯单元和第一显示单元进行测量数据的传输,以及当磁 场传感器发送的工频磁场强度值超过设置的工频磁场强度安全阈值时,发出报警命令;
[0011] 第一显示单元,其用于实时显示第一单片机发送的工频磁场强度;
[0012] 第一无线通讯单元,其用于与第一单片机进行通讯,将第一单片机发送的测量数 据上传到下位机,以及将下位机发出的上传数据指令发送至第一单片机;
[0013] 报警单元,其用于根据第一单片机发送的报警命令进行报警。
[0014] 优选地,所述下位机包括:
[0015] 数据传输启动单元,其用于未连接上位机通过第二单片机直接控制测量时,触动 第二单片机发出读取数据指令并通过第二无线通讯单元传输至每个工频磁场强度测量单 元;
[0016] 第二单片机,其用于根据上位机发送的读取数据指令或者数据传输启动单元触发 的读取数据指令,通过第二无线通讯单元传输至每个工频磁场强度测量单元,接收与第二 无线通讯单元正在进行通讯的工频磁场强度测量单元传输的测量数据发送至第二显示单 元并上传至上位机;
[0017] 第二显示单元,其用于实时显示与第二无线通讯单元正在进行通讯的工频磁场强 度测量单元传输的工频磁场强度;
[0018] 第二无线通讯单元,其用于与若干个工频磁场强度测量单元进行通讯,传输测量 数据,其中,所述第二无线通讯单元与第一无线通讯单元的通讯频段相同。
[0019] 优选地,所述磁场传感器包括:
[0020] 三轴空心线圈,其用于感应测量现场中相互垂直的三个方向的磁场以生成电流信 号;
[0021]电流/电压转换单元,其用于将三轴空心线圈生成的电流信号转换为电压信号; [0022]运算放大器,其用于对电流/电压转换单元生成的电压信号进行放大;
[0023]滤波器,其用于对放大后的电压信号进行滤波,将交流信号相敏整流后转化成直 流f目号;
[0024]模数转换单元,其用于将滤波后的直流信号进行模数转换并存储转化后的数字信 号,以及将所述数字信号传输至第一单片机。
[0025]优选地,所述若干个工频磁场强度测量单元分散布置在不同区域,且每个工频磁 场强度测量单元具有不同的地址编码。
[0026]优选地,当所述系统的下位机多于1个时,每个下位机的第二无线通讯单元的通讯 频段不同,但与同一个下位机进行无线通讯的若干个工频磁场强度测量单元的通讯频段与 所述下位机的通讯频段相同。
[0027]优选地,所述第一无线通讯单元采用SI4463无线模块或者运营商的通讯网络。 [0028]优选地,所述第二无线通讯单元采用SI4463无线模块或者运营商的通讯网络。 [0029]其中,所述无线模块适用于短距离无线通讯,通讯距离最远距离可达2km;运营商 的通讯网络则更适用于更远距离的通讯。
[0030]优选地,所述工频磁场强度测量单元采用防水防潮结构,可全天测量工场磁场强 度。
[0031] 优选地,所述报警单元进行声光报警。
[0032] 本实用新型所提供的技术方案的有益技术效果包括:
[0033]通过在每个工频磁场强度测量单元中设置无线通讯单元,省去了多个测量单元与 下位机之间的连接线,测点布置和测点位置调整时都非常方便,极大的提高了工作效率,减 小了劳动强度,同时节约了长距离通讯电缆布置的成本。
[0034]另外,本实用新型通过采用不同地址编码对应不同位置的测量单元的多通道同步 测量技术,使通道数目可达数千个,单台测量单元与下位机通讯一次时间仅为几十ms,通道 数目增加只需增大采样间隔。测量单元非常多时,不同区域的测量单元组可采用不同下位 机,为避免相互影响,无线通讯单元的通讯频率设置为不同频段即可完全可以满足整个变 电站内多点布置测量的需要。
[0035]此外,本实用新型采用全数字化显示,具有友好的人机界面,能便捷、有效、准确地 测量输变电工程特别是变电站内的工频磁场强度。当出现工频磁场强度超过设定值时,每 个工频磁场强度测量单元以及上位机均会及时报警以提醒站内人员注意和采取必要措施, 大大提高了工作人员操作的安全性。
[0036]本实用新型可实现多台高精度测量单元长时间、连续地同步测量工频磁场强度, 因此上位机获取的测量数据能够真实反映工频磁场强度的水平与分布,可为交流输变电工 程特别是变电站内工频磁场强度的监测、评价和故障诊断提供重要依据。本实用新型可应 用于今后交流输变电工程工程领域的工频磁场强度的监测、环保验收和研宄中,推广价值 高,应用前景广。
附图说明
[0037]通过参考下面的附图,可以更为完整地理解本实用新型的示例性实施方式: LUUJO」疋不头用新型具体实施方式的多通道工频测量系统的结构图。
[0039]图2是本实用新型具体实施方式的工频磁场强度测量单元的结构图;
[0040]图3是本实用新型具体实施方式的下位机的结构图;
[0041]图4是本实用新型具体实施方式的磁场传感器的结构图。
具体实施方式
[0042]现在参考附图介绍本实用新型的示例性实施方式,然而,本实用新型可以用许多 不同的形式来实施,并且不局限于此处描述的实施例,提供这些实施例是为了详尽地且完 全^公开本实用$型,并且向所属技术领域的技术人员充分传达本实用新型的范围。对于 表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本实用新型的限定。在附图中,相同的 单元/元件使用相同的附图标记。
[0043]除非另有说明,此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有 通常的理解含义。另外,可以理解的是,以通常使用的词典限定的术语,应当被理解为与其 相关领域的语境具有一致的含义,而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
[0044]图1是本实用新型具体实施方式的多通道工频测量系统的结构图。如图1所示,本 发明所述多通道工频磁场强度同步测量系统100包括下位机101、上位机103和若干个工频 磁场强度测量单元103-1至103-n,其中:
[0045]下位机101,其与上位机102连接,用于根据读取数据指令,控制若干个工频磁场强 ^测量单元103-1至103-n打包同一时刻的测量数据,并将测量数据依次上传,以及实时显 示与其正在进行通讯连接的工频磁场强度测量单元所处位置的工频磁场强度,其中,所述 测量数据包括每个工频磁场强度测量单元对应的地址编码和每个工频磁场强度测量单元 测量得到的工频磁场强度,所述读取数据指令由上位机或者下位机发出当下位机收到上位 机发送的读取数据指令,或者下位机的第二单片机发出读取数据指令后,下位机通过广播 指令发出数据准备上传的命令,所有工频磁场强度测量单元同时收到该命令,并对当前测 量数据打包,在下位机发出通过轮询上传数据的命令后,每个所述工频磁场强度测量单元 依次将测量数据通过无线通讯单元上传至下位机,所述下位机实时显示正在通讯连接的工 频磁场强度测量单元的测量数据并将数据上传至上位机。所述过程确保不同位置的工频磁 场强度测量单元接收命令的时刻的一致性,从而确保上传到上位机的每组不同位置的工频 磁场强度测量数据都是同一时刻得到的,实现外界温度、湿度以及运行工况等因素是一致 的,其分布规律能真实的反应现场实际状况。
[0046]上位机102,其与下位机101相连,用于根据采样间隔向下位机101发送读取数据指 令,以及对下位机101发送的测量数据进行汇总、显示、存储、分析和报警。下位机接收测量 数据后,不仅本身会实时显示正在进行通讯连接的工频磁场强度测量单元的工频磁场强 度,还将所述测量数据传输到上位机,上位机同时显示不同测点工频磁场强度,并可对数据 进行存储和分析。当测量完成或者测量过程中,上位机可以随时调取所有时间段内的测量 数据或者部分时间段内数据进行比较和分析,得到不同位置磁场分布曲线或者同一位置工 频磁场强度随时间变化的曲线。
[0047]当所述测量数据中的工频磁场强度超过上位机设置的安全阈值时,上位机弹出报 警信号,以提醒工作人员注意,减少在高场强区域不必要的停留时间。
[0048] 若干个工频磁场强度测量单元103-1至103-n,其用于测量所述工频磁场强度测量 单元所处位置的工频磁场强度,并在工频磁场强度值超过设置值时发出报警信号。
[0049]图2是本实用新型具体实施方式的工频磁场强度测量单元的结构图。如图2所示, 所述每个工频强度测量单元103包括:
[0050] 磁场传感器131,其用于测量所述工频强度测量单元所处位置的工频磁场强度;
[0051] 第一单片机132,其用于设置工频磁场强度安全阈值和地址编码,接收磁场传感器 131发送的工频磁场强度,与第一无线通讯单元134和第一显示单元133进行测量数据的传 输,以及当磁场传感器131发送的工频磁场强度值超过设置的工频磁场强度安全阈值时,发 出报警命令;
[0052] 第一显示单元133,其用于实时显示第一单片机132发送的工频磁场强度;
[0053] 第一无线通讯单元134,其用于与第一单片机132进行通讯,将第一单片机132发送 的测量数据上传到下位机101,以及将下位机101发出的上传数据指令发送至第一单片机 132;
[0054] 报警单元135,其用于根据第一单片机132发送的报警命令进行报警。
[0055]图3是本实用新型具体实施方式的下位机的结构图。如图3所示,所述下位机101包 括:
[0056]数据传输启动单元111,其用于未连接上位机通过第二单片机直接控制测量时,触 动第二单片机发出数据上传的指令并通过第二无线通讯单元传输至每个工频磁场强度测 量单元;
[0057]第二单片机II2,其用于根据上位机发送的读取数据指令或者数据传输启动单元 触发的读取数据指令,并通过第二无线通讯单元传输至每个工频磁场强度测量单元,接收 与第二无线通讯单元正在进行通讯的工频磁场强度测量单元传输的测量数据发送至第二 显示单元并上传至上位机;
[0058]第二显示单元113,其用于实时显示与第二无线通讯单元正在进行通讯的工频磁 场强度测量单元传输的工频磁场强度;
[0059]第二无线通讯单元114,其用于与若干个工频磁场强度测量单元进行通讯,传输测 量数据,其中,所述第二无线通讯单元与第一无线通讯单元的通讯频段相同。
[0060]图4是本实用新型具体实施方式的磁场传感器的结构图。如图4所示所述磁场传感 器131包括:
[0061]三轴空心线圈1;311,其用于感应测量现场中相互垂直的三个方向的磁场以生成电 流信号;
[0062]电流/电压转换单元1312,其用于将三轴空心线圈生成的电流信号转换为电压信 号;
[0063]运算放大器1313,其用于对电流/电压转换单元生成的电压信号进行放大;
[00M]滤波器1314,其用于对放大后的电压信号进行滤波,将交流信号相敏整流后转化 成直流信号;
[0065] 模数转换单元其用于将滤波后的直流信号进行模数转换并存储转化后的数 字信号,以及将所述数字信号传输至第一单片机132。
[0066] 优选地,所述若干个工频磁场强度测量单元103-1至103-n分散布置在不同区域, 且每个工频磁场强度测量单元具有不同的地址编码。
[0067]优选地,当所述系统的下位机101多于1个时,每个下位机101的第二无线通讯单元 114的通讯频段不同,但与同一个下位机进行无线通讯的若干个工频磁场强度测量单元的 通讯频段与所述下位机的通讯频段相同。
[0068] 优选地,所述第一无线通讯单元134采用SI4463无线模块或者运营商的通讯网络。 [0069] 优选地,优选地,所述第二无线通讯单元114采用SI4463无线模块或者运营商的通 讯网络。
[0070] 其中,所述无线模块适用于短距离无线通讯,通讯距离最远距离可达2km;运营商 的通讯网络则更适用于更远距离的通讯。
[0071] 优选地,所述工频磁场强度测量单元采用防水防潮结构,可全天测量工场磁场强 度。
[0072] 优选地,所述报警单元135进行声光报警。
[0073] 通常地,在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解 释,除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该【装置、组件等】”都被开放地 解释为所述装置、组件等中的至少一个实例,除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的 步骤都没必要以公开的准确的顺序运行,除非明确地说明。

Claims (8)

1. 一种多通道工频磁场强度同步测量系统,其特征在于,所述系统包括: 下位机,其与上位机连接,用于根据读取数据指令,控制若干个工频磁场强度测量单元 打包同一时刻的测量数据,并将测量数据依次上传,以及实时显示与其正在进行通讯连接 的工频磁场强度测量单元所处位置的工频磁场强度,其中,所述测量数据包括每个工频磁 场强度测量单元对应的地址编码和每个工频磁场强度测量单元测量得到的工频磁场强度, 所述读取数据指令由上位机或者下位机发出; 上位机,其与下位机相连,用于根据采样间隔向下位机发送读取数据指令,以及对下位 机发送的测量数据进行汇总、显示、存储、分析和报警; 若干个工频磁场强度测量单元,其用于测量所述工频磁场强度测量单元所处位置的工 频磁场强度,并在工频磁场强度值超过设置值时发出报警信号,所述每个工频强度测量单 元包括: 磁场传感器,其用于测量所述工频强度测量单元所处位置的工频磁场强度; 第一单片机,其用于设置工频磁场强度安全阈值和地址编码,接收磁场传感器发送的 工频磁场强度,与第一无线通讯单元和第一显示单元进行测量数据的传输,以及当磁场传 感器发送的工频磁场强度值超过设置的工频磁场强度安全阈值时,发出报警命令; 第一显示单元,其用于实时显示第一单片机发送的工频磁场强度; 第一无线通讯单元,其用于与第一单片机进行通讯,将第一单片机发送的测量数据上 传到下位机,以及将下位机发出的上传数据指令发送至第一单片机; 报警单元,其用于根据第一单片机发送的报警命令进行报警。
2. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述下位机包括: 数据传输启动单元,其用于未连接上位机通过第二单片机直接控制测量时,触动第二 单片机发出读取数据指令并通过第二无线通讯单元传输至每个工频磁场强度测量单元; 第二单片机,其用于根据上位机发送的读取数据指令或者数据传输启动单元触发的读 取数据指令,通过第二无线通讯单元传输至每个工频磁场强度测量单元,接收与第二无线 通讯单元正在进行通讯的工频磁场强度测量单元传输的测量数据发送至第二显示单元并 上传至上位机; 第二显示单元,其用于实时显示与第二无线通讯单元正在进行通讯的工频磁场强度测 量单元传输的工频磁场强度; 第二无线通讯单元,其用于与若干个工频磁场强度测量单元进行通讯,传输测量数据, 其中,所述第二无线通讯单兀与第一无线通讯单元的通讯频段相同。
3. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述磁场传感器包括: 三轴空心线圈,其用于感应测量现场中相互垂直的三个方向的磁场以生成电流信号; 电流/电压转换单元,其用于将三轴空心线圈生成的电流信号转换为电压信号; 运算放大器,其用于对电流/电压转换单元生成的电压信号进行放大; 滤波器,其用于对放大后的电压信号进行滤波,将交流信号相敏整流后转化成直流信 号; 模数转换单元,其用于将滤波后的直流信号进行模数转换并存储转化后的数字信号, 以及将所述数字信号传输至第一单片机。
4. 根据权利要求2所述的系统,其特征在于,当所述系统的下位机多于1个时,每个下位 机的第二无线通讯单元的通讯频段不同。 一
5. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述第一无线通讯单元采用SI4463无线模 块或者运营商的通讯网络。
6. 根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述第二无线通讯单元采用SI4463无线模 块或者运营商的通讯网络。
7. 根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述工频磁场强度测量单元采用防水防潮 结构,可全天测量工场磁场强度。 ’ 8.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述报警单元进行声光报警。
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