CN207719893U - 一种智能前端采集测控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能前端采集测控装置，为挂箱式结构，包括壳体，壳体内部设置主控单元，主控单元上连接有通信单元，主控单元还连接有后备供电电源和主电源；所述主控单元包括信号采集电路、电源电路、控制电路、通信电路AD转换电路和单片机，完成线路信号的采集、数字转换和保护控制；所述采集电路具有信号输入端口，可提供3个测量电压、3个测量电流、1个零序电流、1个零序电压模拟量输入，并设置有1个开入量的采集、3个开出控制。本实用新型具备遥测、遥信、遥控、数据传输、故障识别隔离及保护、故障信息上报和存储、自恢复等多个功能。

Description

一种智能前端采集测控装置

技术领域

本实用新型涉及电子及电源技术领域，尤其涉及一种智能前端采集测控装置。

背景技术

随着社会经济的发展和人类文明的不断进度，电力已经成为人类生活、工作、学习中不可缺少的能源。电力能源的应用的领域不断的拓宽和深入，因此，电力的稳定性和安全性成为了一个发展的关键。

为了更好维持电力稳定性，提出一种智能测控装置，利用电子技术、通讯技术、计算机及网络技术，对配电线路进行实时监测监控，实时检测配电线路单相接地故障、相间短路故障、过负荷、三相不平衡、负荷电流、开关状态以及相关运行数据，实现配电线路的监测、保护、控制，缩短配电线路故障查找时间；前端采集装置是这种装置中的很重要一环，需要具备遥测、遥信、遥控、数据传输、故障识别隔离及保护、故障信息上报和存储、自恢复等多个功能，现有技术中并没有能完全实现相关功能的设备。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，得到一种智能前端采集测控装置，由主控单元、通信单元、后备供电电源三部分组成，进行交流信号采集，测量馈线相电压、电流、功率等参数，通过公网GPRS将检测数据上传至后台软件管理系统，实时掌握线路运行状态，远程控制开关的分合，当发生单相接地或相间短路故障时，可将故障区段隔离或切除。

本实用新型是通过以下技术方案实现：

如图1所示，一种智能前端采集测控装置，为挂箱式结构，包括壳体，壳体内部设置主控单元，主控单元上连接有通信单元，主控单元还连接有后备供电电源和主电源，通信单元集成在通信模块中；所述主控单元包括信号采集电路、电源电路、控制电路、通信电路AD转换电路和单片机，完成线路信号的采集、数字转换和保护控制；所述采集电路具有信号输入端口，可提供3个测量电压、3个测量电流、1个零序电流、1个零序电压模拟量输入，并设置有1个开入量的采集、3个开出控制；所述主控单元与外界的电性连接线路集成在电缆中。

更优的是，前端采集装置预留有GPS定位、串口通信、3路开入量采集，还设置有电子式互感器采集。

更优的是，具备三相相电压、线电压、三相负荷电流、短路电流、零序电压、零序电流、各相有功功率、无功功率、功率因数采集功能；其中三相电压、三相电流、零序电压、零序电流由一体化智能开关提供，短路电流通过分压并放大合成而来，线电压通过转换计算得出；各信号由模拟开关切换选择，将相应电压、电流信号通过AD转换电路测量出并传送至单片机。

更优的是，可实现相间短路故障、单相接地故障检测、保护参数设置功能。

更优的是，装置设有三段过流保护，通过设置保护压板控制过流跳闸投退、过流告警投退、过流总压板投退；还设有零序过流保护，通过设置保护压板控制零序过流跳闸投退、零序过流告警投退、零序过流总压板投退。

更优的是，通信单元采用西门子公司生产的MC52I手机模块，实现装置的GPRS\GSM通信，实现短消息收发、GPRS通信与PC机通信、软件流控制功能；所述手机模块具有AT命令集接口，并通过连接器及50Ω天线连接器，可分别连接SIM卡支架和天线。

更优的是，主电源供电采用高压电容取电装置单元，将输入的交流电压经过整流滤波为直流电压；后备供电电源采用2块DC 12V\6.0Ah电瓶串联而成，采用电源模块TPS5430将装置供电电源转换为信号采集处理电路工作电压和手机模块电源；电路中还设置磁珠和瞬态抑制二极管。

与现有的技术相比，本装置具有以下功能：

(1)遥测功能：可实时测量三相电流、三相电压、零序电压、零序电流、开关分合闸状态、开关储能状态等，并把核心信息定时主动上传给后台软件；可测量各相有功功率、无功功率、视在功率、功率因数，并主召上传给后台软件；发生相间短路故障时，主动测量故障电流，连同其它故障信息一起主动上传给后台软件；可实时检测后备电源蓄电池电压，上传给后台软件。

(2)遥信功能：包括开关分合闸状态变位、开关储能状态变位、后备蓄电池欠压、后备蓄电池电压恢复正常提示、短路故障、单相接地故障消失提示、线路失电、线路来电提示等告警，主动上传给后台软件。

(3)遥控功能：可远程(GPRS)控制一体化智能开关进行分合闸操作；远程控制一体化智能开关时需要进行密码验证，增强了开关控制安全性；远程控制一体化智能开关的操作密码可修改且修改权限受控。

(4)数据传输功能：可与后台软件进行GPRS通信，发送信号采集信息并接收开关控制、参数修改等命令；可接收后台软件时钟校时；可采取远程\就地两种方式，进行相关参数的设置和读取；配网线路发生故障时，可主动上传故障信息给后台软件。

(5)故障识别、隔离及保护功能：分I段保护、II段保护和Ⅲ段保护，线路发生相间短路故障时，主动测量并上报故障电流、故障相别、故障发生时间等信息给后台软件；线路发生单相接地故障时，监测故障电流电压，并将零序电压、电流、故障发生时间等主动上报给后台软件；后台软件根据线路上各前端采集装置上报的故障信息和开关跳闸信息，按照配电拓扑模型，进行故障区域判断，继而进行故障隔离、保护。

(6)故障信息上报、存储功能：装置在线路发生故障时，将故障信息主动上报给后台软件，并存储在装置EEPROM中，方便后台软件根据需要随时读取；可按时间顺序保存最近256条故障信息，即第一条故障信息为最新故障；故障保护参数可根据实际线路运行情况，通过后台软件进行设置。

(7)自恢复功能：具有程序自恢复功能，当运行状态不正常，程序陷入死循环状态时，前端采集装置可重启，恢复正常运行状态；具备程序自诊断功能，验证参数设置正确性。

附图说明

图1为本实用新型实施例的前端采集装置的一种外观结构示意图。

图2为本实用新型实施例的前端采集装置工作原理图。

图3为本实用新型实施例的前端采集装置信号采集逻辑框图。

图4为本实用新型实施例的信号采集、处理电路图。

图5为本实用新型实施例的相间短路故障中断触发电路逻辑框图。

图6为本实用新型实施例的三段过流保护原理图。

图7为本实用新型实施例的零序过流保护原理图。

图8为本实用新型实施例的电源电路逻辑框图。

图9为本实用新型实施例的控制电路逻辑框图。

图10为本实用新型实施例的开出控制信号(开出回路)原理图。

图11为本实用新型实施例的开关控制信号(开入回路)原理图。

图12为本实用新型实施例的通信电路逻辑框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一种智能前端采集测控装置，为挂箱式结构，包括壳体1，壳体1内部设置主控单元，主控单元上连接有通信单元，通信单元集成在通信模块2中，主控单元还连接有后备供电电源和主电源；所述主控单元包括信号采集电路、电源电路、控制电路、通信电路AD转换电路和单片机，完成线路信号的采集、数字转换和保护控制；所述主控单元与外界的电性连接线路集成在电缆3中，其工作原理如图2所示；

本实施例中，智能前端采集测控装置可提供1回线路(4电压4电流，其中3个测量电压、3个测量电流、1个零序电流、1个零序电压)模拟量、1个开入量的采集、3个开出控制；预留GPS定位、串口通信、3路开入量采集，电子式互感器采集另外也可根据用户的需求调整配置。

本实施例中，智能前端采集测控装置采用简易或挂箱式结构，主要由主控单元、通信模块、蓄电池及壳体等部分组成。通信协议采用IEC60870-5-104标准规约，可将数据上传至标准主站系统。上述的前端采集装置，其特征在于：包含主控单元、通信单元、后备供电电源三部分。装置主控单元主要完成线路信号的采集、数字转换和保护控制，主要由信号采集电路、电源电路、控制电路、通信电路AD转换电路和单片机STM32F组成，逻辑框图及信号采集处理原理如图3、图4。

本实施例中，智能前端采集测控装置，具备三相相电压、线电压、三相负荷电流、短路电流、零序电压、零序电流、各相有功功率、无功功率、功率因数采集功能。其中三相电压、三相电流、零序电压、零序电流由一体化智能开关提供，短路电流通过分压并放大合成而来，线电压通过转换计算得出。各信号由模拟开关切换选择，将相应电压、电流信号通过AD转换电路测量出并传送至单片机。该电能计量芯片配合高性能放大滤波电路，可进行硬件和算法滤波，并对电流电压进行同步采样，大大提高信号测量精度，实现线路电流电压和功率等参数的高精度采集，方便用户根据后台软件对配网线路进行管理。

如图5所示，本实施例中，智能前端采集测控装置可实现相间短路故障、单相接地故障检测、保护参数设置功能。其中相间短路故障中断触发电路设计原理：三相短路电流信号经过全波精密整流、放大后，与用户设置电流保护阈值进行比较，在线检测到短路电流信号大于所设置电流保护阈值时，产生相间短路中断信号给单片机。单相接地故障中断触发电路设计原理：零序电压信号经过全波精密整流、放大后，与零序电压阈值进行比较，检测到零序电压信号大于零序电压阈值时，产生单相接地中断信号给单片机。MCU单元根据具体中断信号类型及逻辑判断原理，准确判断出故障原因，控制开关正常动作，并向后台软件发送相应故障信息。

该装置设有三段过流保护，通过设置保护压板控制过流跳闸投退、过流告警投退、过流总压板投退。当三相电流中任意一相电流大于等于保护整定值并经过整定时间后保护动作，动作于跳闸或信号可由用户选择，如图6。

该装置设有零序过流保护，通过设置保护压板控制零序过流跳闸投退、零序过流告警投退、零序过流总压板投退。在不接地或小电流接地系统中发生接地故障时，电网故障相对地电压降低，其它两相对地电压升高，当检测到相电压超出设置电压整定值范围(此整定值由用户可设)，零序电流大于整定值并经过整定时间后保护动作，动作于跳闸或信号可由用户选择，如图7。

装置主电源供电采用高压电容取电装置单元，将输入的交流电压经过整流滤波为直流电压。电源保护电路保证了蓄电池充电电压的平稳(22V～28V)，不满足条件时关断蓄电池输出电压，防止蓄电池过充和过放而缩短其使用寿命乃至永久性损坏。蓄电池采用2块DC 12V\6.0Ah电瓶串联而成，作为装置后备电源使用，保证线路停电后装置正常工作时间不小于7天。采用电源模块TPS5430将装置供电电源转换为信号采集处理电路工作电压VCC(5V)和手机模块电源；同时，基于EMC考虑，电路中增加了保护措施，增加磁珠、瞬态抑制二极管等器件，增强了电磁兼容性能和抗干扰能力；图8为电源电路逻辑框图；图9为控制电路逻辑框图。

如图12，上述的智能前端采集测控装置，如图10，开关控制电路中，MCU根据接收到的开关控制指令(后台软件)发出控制信号，经过驱动电路控制继电器正确动作，完成开关的分合闸操作；同时如图11，开关将其状态量(分\合闸、是否储能)反馈给MCU，供装置进行开关状态实时采集及开关变位告警等。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能前端采集测控装置，为挂箱式结构，其特征在于，包括壳体，壳体内部设置主控单元，主控单元上连接有通信单元，主控单元还连接有后备供电电源和主电源；所述主控单元包括信号采集电路、电源电路、控制电路、通信电路AD转换电路和单片机，完成线路信号的采集、数字转换和保护控制；所述采集电路具有信号输入端口，可提供3个测量电压、3个测量电流、1个零序电流、1个零序电压模拟量输入，并设置有1个开入量的采集、3个开出控制；所述主控单元外部设置有电缆。

2.如权利要求1所述的一种智能前端采集测控装置，其特征在于，前端采集装置预留有GPS定位、串口通信、3路开入量采集，还设置有电子式互感器采集。

3.如权利要求1所述的一种智能前端采集测控装置，其特征在于，具备三相相电压、线电压、三相负荷电流、短路电流、零序电压、零序电流、各相有功功率、无功功率、功率因数采集功能；其中三相电压、三相电流、零序电压、零序电流由一体化智能开关提供，短路电流通过分压并放大合成而来，线电压通过转换计算得出；各信号由模拟开关切换选择，将相应电压、电流信号通过AD转换电路测量出并传送至单片机。

4.如权利要求1所述的一种智能前端采集测控装置，其特征在于，可实现相间短路故障、单相接地故障检测、保护参数设置功能。

5.如权利要求1所述的一种智能前端采集测控装置，其特征在于，装置设有三段过流保护，通过设置保护压板控制过流跳闸投退、过流告警投退、过流总压板投退；还设有零序过流保护，通过设置保护压板控制零序过流跳闸投退、零序过流告警投退、零序过流总压板投退。

6.如权利要求1所述的一种智能前端采集测控装置，其特征在于，通信单元采用西门子公司生产的MC52I手机模块，实现装置的GPRS\GSM通信，实现短消息收发、GPRS通信与PC机通信、软件流控制功能；所述手机模块具有AT命令集接口，并通过连接器及50Ω天线连接器，可分别连接SIM卡支架和天线。

7.如权利要求6所述的一种智能前端采集测控装置，其特征在于，主电源供电采用高压电容取电装置单元，将输入的交流电压经过整流滤波为直流电压；后备供电电源采用2块DC12V\6.0Ah电瓶串联而成，采用电源模块TPS5430将装置供电电源转换为信号采集处理电路工作电压和手机模块电源；电路中还设置磁珠和瞬态抑制二极管。