CN207882318U - 一种光纤数字信号输入的模块化计量单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光纤数字信号输入的模块化计量单元，所述计量单元包括：采样值接收模块、分光器、采样值发送模块、数字信号处理及电能计量模块、电能脉冲输出模块、管理微处理器模块、第一存储模块、第二存储模块、通信模块和电源模块。本实用新型提供光纤数字信号输入的模块化计量单元，可集成在测控装置等集成多功能装置中运行，其软件硬件相对独立，计量与非计量功能互不影响，集成多功能装置本体故障、检修、程序升级和断电情况下，计量单元采样输入、电度累计、和计量通讯采集不受影响；计量单元故障时，不影响测控基本功能，同时具有光脉冲输出及铅封功能，能够满足计量检测及计量管理要求，极大提高了计量的安全性。

Description

一种光纤数字信号输入的模块化计量单元

技术领域

本实用新型涉及电能计量领域，并且更具体地，涉及一种光纤数字信号输入的模块化计量单元，用于与多功能测控装置等集成多功能装置相连接以对电能进行计量。

背景技术

随着电子式互感器、智能化一次设备和微电子技术等技术日趋成熟，智能变电站或新一代智能变电站已成为一种发展的趋势。在新一代智能变电站中，为解决早期智能变电站网络交叉重复、设备多、占用屏柜多、建设成本高和运维复杂等弊端，其在设计上更注重二次系统的融合，将原来需要由独立计量表计承担的考核计量功能并入了测控装置、多合一装置等集成二次设备中，使计量、保护、测控不同业务间共享变电站网络资源，简化了网络架构，但由此也带来了现场运维的诸多问题。

现有的多功能测控装置等集成二次设备虽集成计量功能，其在外观、功能设计和制造方面均以自动化专业需求为主，存在如无铅封、无校验用光脉冲输出、计量参数标识不全等问题，无法满足计量专业开展检测工作的需求；而且由于是多专业共用设备，基于保护测控专业安全性考虑，计量人员无权修改配置相关设备参数，给设备运维检测带来极大不便，同时也无法对计量关键功能及参数实施保护，防止篡改，给准确计量埋下了一定的安全隐患。

作为电能计量器具，与计量相关的部分，无论是硬件部分或软件部分，应不受其它部分的影响。因此，有必要将此类集成设备的计量功能进行模块化设计，使计量模块与其他专业模块实施物理隔离，防止相互干扰。

发明内容

本实用新型提供了一种光纤数字信号输入的模块化计量单元，该计量单元可集成在测控装置等集成多功能装置中运行以对电能进行计量，通过对计量功能进行模块化设计实现计量功能与非计量功能互不影响。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种光纤数字信号输入的模块化计量单元，用于与多功能测控装置等集成装置相连接以对电能进行计量，其特征在于，所述计量设备包括：采样值接收模块、分光器、采样值发送模块、数字信号处理及电能计量模块、电能脉冲输出模块、管理微处理器模块、第一存储模块、第二存储模块、通信模块和电源模块。

所述采样值接收模块，与所述分光器相连接，用于接收电压或电流的采样值报文光信号，并将所述采样值报文光信号发送至所述分光器；

所述分光器，分别所述采样值发送模块和数字信号处理及电能计量模块的输入端相连接，用于接收所述采样值报文光信号，并将所述采样值报文光信号分为第一信号和第二信号后分别发送至采样值发送模块和数字信号处理及电能计量模块；

所述采样值发送模块，用于接收所述第一信号并发送至集成多功能装置本体或其它外接设备；

所述数字信号处理及电能计量模块，分别与电能脉冲输出模块、第一存储模块和管理微处理器模块的输入端相连接，用于接收所述第二信号，并对所述第二信号进行处理，确定电能量数据和电能脉冲数据，并控制电能脉冲输出模块输出脉冲；

所述电能脉冲输出模块，用于输出光脉冲和电脉冲至外接设备，用于对电能数据进行校验；

所述管理微处理器模块，分别与所述第二存储模块、通信模块相连接，用于作为管理CPU，与其他功能模块进行交互、数据处理，所述数据处理包括：费率电能计量、冻结、事件记录和异常检测；

所述第一存储模块，用于存储最基础的电能量数据和重要事件；

所述第二存储模块，用于存储电能量信息、需量信息和冻结文件；

所述通信模块，用于根据管理微处理器模块的数据处理结果与外部设备进行通信；

所述电源模块，用于单独对模块化计量单元提供电源。

优选地，其中所述模块化计量单元与集成多功能装置本体部分组件独立，模块化计量单元使用独立的硬件板卡，直接插在集成多功能装置本体部分的机箱里运行，通过通信模块、采样值发送模块和报警运行接点与集成装置本体部分进行交互。

优选地，其中所述采样值接收模块的接口通信协议遵循DL/T 860.92 协议，包括3组接口类型为LC接口的光纤接口。

优选地，其中所述采样值发送模块包括3组接口类型为LC接口的光纤接口。

优选地，其中所述数字信号处理及电能计量模块包括：数字信号处理器、计量芯片和时钟，对所述采样值报文进行规约解析、滤波、有效值计算、电能累计和电能脉冲数据的计算。

优选地，其中所述通信模块包括：RJ45MMS通信单元，所述RJ45MMS 通信单元，包括：3路RJ45MMS通信接口，2路与集中抄表系统连接，用于IEC61850规约抄表，用于SNTP对时；另一路与集成多功能装置本体的网口直连，用于将电能数据发送至集成多功能装置的显示模块上进行显示，同时接收集成多功能装置本体的按键命令。

优选地，其中所述通信模块还包括：RS485通信单元，所述RS485通信单元包括：2路RS485通信接口，与集中抄表系统相连接，用于DL/T645 规约或DL/T698规约抄表以及RS485对时。

优选地，其中所述通信模块还包括：多功能信号输出模块，所述多功能信号输出模块包括：PPS秒脉冲、需量滑差和时段投切输出接口，具有需量滑差和时段投切信号和PPS秒脉冲输出功能，用于对所述计量单元的时钟误差进行校验。

优选地，其中所述通信模块还包括：报警输出接口，当计量设备异常或者有计量告警事件时，接入测控装置开入，远传至外接设备进行报警。

优选地，其中所述的计量单元还包括：铅封，所述铅封包括：铅封螺钉、空心垫圈和电子铅封，所述铅封螺钉将计量单元面板与集成装置箱体连接在一起，空心垫圈中塞入电子铅封。

优选地，其中所述电能脉冲输出模块，包括：有功、无功光脉冲输出接口和有功、无功电脉冲输出接口。

本实用新型提供光纤数字信号输入的模块化计量单元，可集成在测控装置等集成多功能装置中运行，其软件硬件相对独立，计量与非计量功能互不影响，集成多功能装置本体故障、检修、程序升级和断电情况下，计量单元采样输入、电度累计、和计量通讯采集不受影响；计量单元故障时，不影响测控基本功能，同时具有光脉冲输出及铅封功能，能够满足计量检测及计量管理要求，极大提高了计量的安全性。

附图说明

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：

图1为根据本实用新型实施方式的模块化计量单元100的结构示意图；

图2为根据本实用新型实施方式的铅封螺钉的结构示意图；

图3为根据本实用新型施方式的模块化计量单元的示意图；以及

图4为根据本实用新型实施方式的模块化计量单元的实例图。

具体实施方式

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地公开本实用新型，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。

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。

图1为根据本实用新型实施方式的计量单元100的结构示意图。如图 1所示，本实用新型实施方式的计量设备100可集成在测控装置等集成多功能设备中运行，其软件硬件相对独立，计量与非计量功能互不影响，测控装置故障、检修、程序升级和断电情况下，计量设备采样输入、电度累计、和计量通讯采集不受影响；计量设备故障时，不影响测控基本功能，同时具有光脉冲输出及铅封功能，能够满足计量检测及计量管理要求，极大提高了计量的安全性。如图1所示，本实用新型实施方式的计量单元100 包括：采样值接收模块101、分光器102、采样值发送模块103、数字信号处理及电能计量设备104、电能脉冲输出模块105、管理微处理器模块106、第一存储模块107、第二存储模块108、通信模块109和电源模块110。优选地，所述采样值接收模块101，与所述分光器相连接，用于接收电压或电流的采样值报文，并将所述采样值报文发送至所述分光器。其中电压或电流的采样值报文即为光纤数字信号。优选地，其中所述采样值接收模块的接口通信协议遵循DL/T 860.92协议，包括3组接口类型为LC接口的光纤接口

优选地，所述分光器102，分别所述采样值发送模块和数字信号处理及电能计量模块的输入端相连接，用于接收所述采样值报文光信号，并将所述采样值报文光信号分为第一信号和第二信号后分别发送至采样值发送模块和数字信号处理及电能计量模块。

优选地，所述采样值发送模块103，用于接收所述分第一信号并发送至集成多功能装置本体或其它外接设备。

优选地，其中所述采样值发送模块包括3组接口类型为LC接口的光纤接口。

优选地，所述数字信号处理及电能计量设备104，分别与电能脉冲输出模块和管理微处理器模块的输入端相连接，用于接收所述第二信号，并对所述第二信号进行处理，确定电能量数据和电能脉冲数据，并控制电能脉冲输出模块输出电能脉冲。优选地，其中所述数字信号处理及电能计量设备104包括：数字信号处理器、计量芯片和时钟，对所述采样值报文进行规约解析、滤波、有效值计算、电能累计和电能脉冲数据的计算。

优选地，所述电能脉冲输出模块105，用于输出电能脉冲至外接设备，以便对电能数据进行校验。优选地，其中所述电能脉冲输出模块105 包括：有功、无功光脉冲输出和有功、无功电脉冲输出。

优选地，所述管理微处理器模块106，分别与所述第二存储模块、通信模块相连接，用于作为管理CPU，与其他功能模块进行交互、数据处理，所述数据处理包括：费率电能计量、冻结、事件记录、异常检测等。

优选地，所述第一存储模块107，用于存储最基础的电能量数据及重要事件。

优选地，所述第二存储模块108，用于存储电能量信息、需量信息和冻结文件。

优选地，所述通信模块109，用于根据管理微处理器模块的数据处理结果与外部设备进行通信。优选地，其中所述通信模块包括：RJ45MMS通信单元，所述RJ45MMS通信单元，包括：3路RJ45MMS通信接口，2路与集中抄表系统连接，用于IEC61850规约抄表，用于SNTP对时；另一路与集成多功能装置本体的网口直连，用于将电能数据发送至集成装置的显示模块上进行显示，同时接收集成装置本体的按键命令。

优选地，其中所述通信模块还包括：RS485通信单元，所述RS485通信单元包括：2路RS485通信接口，与集中抄表系统相连接，用于DL/T645 规约或DL/T698规约抄表以及RS485对时。

优选地，其中所述通信模块还包括：多功能信号输出模块，所述多功能信号输出模块包括：PPS秒脉冲、需量滑差和时段投切输出接口，具有需量滑差和时段投切信号和PPS秒脉冲输出功能，用于对计量单元的时钟误差进行校验。

优选地，其中所述通信模块还包括：报警输出接口，当计量设备异常或者有计量告警事件时，接入集成多功能装置，远传至外接设备进行报警。

优选地，所述电源模块110，用于单独对计量单元提供电源。

优选地，其中所述计量单元通过通信模块、采样值发送模块和报警运行接点与测控装置等集成多功能装置本体进行交互。

优选地，其中所述设备还包括：

优选地，其中所述计量单元还包括：铅封，所述铅封包括：铅封螺钉、空心垫圈和电子铅封，所述铅封螺钉将计量单元面板与测控装置等集成多功能装置外壳连接在一起，空心垫圈中塞入电子铅封。图2为根据本实用新型实施方式的铅封螺钉的结构示意。如图2所示，在本实用新型的实施方式中螺钉将计量设备面板与测控装置箱体连接在一起，空心垫圈中塞入电子铅封，不拆铅封，无法露出螺钉头，无法拆除螺钉连接，保证安全性，防止面板开启，破坏计量组件。空心垫圈的小环与螺钉外径间隙配合，保证转动垫圈不会带动螺钉转动，防止螺钉被旋出。空心垫圈的大环内径与电子铅封过盈配合，保证电子铅封紧紧塞入螺帽中，不破坏无法取出。

以下具体举例说明本实用新型的实施方式

图3为根据本实用新型实施方式的计量单元的示意图。图4为根据本实用新型实施方式的计量单元的实例图。将本实用新型的模块化计量单元插入到测控装置中，按图4接口分别接入合并单元、抄表系统及装置本体连线，进行电能计量，采样接口有多种接入模式：

模式1：点对点模式，考虑测控与计量合并单元数据独立，点对点采样时，接口1、2、3用于接收SV采样，接口4、5、6用于接数字化电能校验仪校验用。

模式2：组网采样，考虑测控与计量合并单元数据公用，组网采样时，接口1、2用于接收SV采样，接口4、5转发的数据给测控使用，校验仪数据从过程层网络上获取。

组网采样时，接口1、2用于接收SV采样，接口4、5转发的数据用于校验时接校验仪，测控数据从过程层网络获取。

如图3所示，本实用新型实施方式的计量设备包括：采样值接收模块 (1)，分光器(2)，采样值发送模块(3)，数字信号处理及电能计量模块(4)，第一存储存储模块(5)、电能脉冲输出接口(6)，管理微处理器单元(7)，第二存储模块(8)、3路RJ45MMS通信接口(9)，3路RS485通信接口(10)，多功能信号输出接口(11)，报警输出接口(12)，电源模块(13)、铅封(14)。计量设备与测控装置本体部分组件独立，计量功能与其他功能相互独立。计量设备使用独立的硬件板卡，直接插在集成二次设备的机箱里运行，计量板卡和集成二次设备背板无数据交换，计量设备与装置本体的信息交互通过MMS通信接口、采样值发送模块、和报警运行接点3处实现，即计量设备与测控装置本体共用液晶显示与按键输入，由装置本体负责显示与输入，通过MMS通信接口与计量设备交互；计量设备可通过采样值转发模块向外转发采样值，供测控装置测控功能或计量设备校验仪使用；计量设备可通过报警运行接点向监测系统或测控装置本体输出异常报警信号。

计量设备设计了电能计量设备与管理微处理器模块，电能计量设备独立运行，实现电能计量功能，不允许软件升级；管理微处理器模块读取电能计量设备数据，实现费率电能累计、需量、数据冻结、事件记录、对外通信等管理功能，允许软件升级。计量设备设计有独立的RS485接口，可支持DL/T645协议及DL/T698.45协议，设计有独立的MMS通信接口，支持 IEC 61850协议；设计有独立的采样值输入接口，可接入合并单元或过程层网络交换机的采样值报文，设计有有功、无功电能的光脉冲和电脉冲输出接口供电能校验用，设计有PPS秒脉冲、需量滑差和时段投切输出接口，供计时误差校验用。计量设备上设计了可以实现铅封的固定螺钉,可使用国网公司的电子铅封。

结合图3和图4所示，采样值输入接口(1协议遵循DL/T 860.92通信协议，包含3组光纤接口1、2、3，接口类型为LC接口，接收合并单元或过程层交换机的电压/电流采样值报文。分光器(2)用于将接收的光信号并将所述采样值报文光信号分为2路，一路至采样值发送模块(3)，一路至数字信号处理及电能计量模块(4)用于电能计量。采样值发送模块(3)包含3组光纤接口4、5、6，接口类型为LC接口，用于接收分光器转发的采样值报文并发送，4、5、6口的报文可接校验仪用于现场实负荷校验，或转发给测控装置本体用于测控功能使用。数字信号处理及电能计量模块 (4)主要负责完成数据计算功能，包括规约解析、滤波、有效值计算，以及电能的累计及控制电能脉冲输出等功能，不允许软件升级。第一存储模块(5)用于存储最基础的电能量数据及重要事件。电能脉冲输出接口(6) 包括有功、无功光脉冲输出接口和有功、无功电脉冲输出接口，用于电能误差校验。管理微处理器模块(7)作为管理CPU，完成与其它功能模块的交互、数据处理，包括费率电能计量、冻结、事件记录、对外通信等功能，允许软件升级。第二存储模块(8)用于数据存储，包括电能量信息、需量信息、冻结文件等。RJ45MMS通信接口(9)包含3个网口，其中2 个网口与集中抄表系统连接，用于IEC61850规约抄表，用于SNTP对时；第3个网口和测控装置本体的网口直连，计量单元需要在液晶上显示的数据，通过第3个网口传送给装置本体，由装置本体负责在液晶上显示，同时接收装置本体的按键命令。RS485通信接口(10)连接集中抄表系统，用于DL/T645规约或DL/T698规约抄表，用于RS485对时。多功能信号输出接口(11)具有需量滑差和时段投切信号等多功能信号及PPS秒脉冲输出功能，用于测试计量设备的时钟准确度。当模块异常或者有计量告警事件时，计量设备通过运行报警信号输出接口(12)接入测控装置开入，远传至监控。计量单元有自己独立的电源输入电源模块(13)，不与测控装置本体共用，测控装置断电检修时，不影响计量单元的供电。计量设备上设有铅封(14)，面板上边缘位置增加锁止螺钉，满足电子铅封功能保证模块面板不被开启，破坏内部组件，与其他机械件配合，可实现任意通信接口及整个面板的铅封。

已经通过参考少量实施方式描述了本实用新型。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本实用新型以上公开的其他的实施例等同地落在本实用新型的范围内。

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设备、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 (11)

1.一种光纤数字信号输入的模块化计量单元，用于与集成多功能装置本体相连接以对电能进行计量，其特征在于，所述所述模块化计量单元包括：采样值接收模块、分光器、采样值发送模块、数字信号处理及电能计量模块、电能脉冲输出模块、管理微处理器模块、第一存储模块、第二存储模块、通信模块和电源模块，

所述采样值接收模块，与所述分光器相连接，用于接收电压或电流的采样值报文光信号，并将所述采样值报文光信号发送至所述分光器；

所述分光器，分别与所述采样值发送模块和数字信号处理及电能计量模块的输入端相连接，用于接收所述采样值报文光信号，并将所述采样值报文光信号分为第一信号和第二信号后分别发送至采样值发送模块和数字信号处理及电能计量模块；

所述采样值发送模块，用于接收所述第一信号并发送至集成多功能装置本体或其它外接设备；

所述数字信号处理及电能计量模块，分别与电能脉冲输出模块、第一存储模块和管理微处理器模块的输入端相连接，用于接收所述第二信号，并对所述第二信号进行处理，确定电能量数据和电能脉冲数据，并控制电能脉冲输出模块输出脉冲；

所述电能脉冲输出模块，用于输出光脉冲和电脉冲至外接设备，用于对电能数据进行校验；

所述管理微处理器模块，分别与所述第二存储模块、通信模块相连接，用于作为管理CPU，与其他功能模块进行交互、数据处理，所述数据处理包括：费率电能计量、冻结、事件记录和异常检测；

所述第一存储模块，用于存储最基础的电能量数据和重要事件；

所述第二存储模块，用于存储电能量信息、需量信息和冻结文件；

所述通信模块，用于根据管理微处理器模块的数据处理结果与外部设备进行通信；

所述电源模块，用于单独对模块化计量单元提供电源。

2.根据权利要求1所述的计量单元，其特征在于，所述模块化计量单元与集成多功能装置本体部分组件独立，模块化计量单元使用独立的硬件板卡，直接插在集成多功能装置本体部分的机箱里运行，通过通信模块、采样值发送模块和报警运行接点与集成装置本体部分进行交互。

3.根据权利要求1所述的计量单元，其特征在于，所述采样值接收模块的接口通信协议遵循DL/T 860.92协议，包括3组接口类型为LC接口的光纤接口。

4.根据权利要求1所述的计量单元，其特征在于，所述采样值发送模块包括3组接口类型为LC接口的光纤接口。

5.根据权利要求1所述的计量单元，其特征在于，所述数字信号处理及电能计量模块包括：数字信号处理器、计量芯片和时钟，对所述采样值报文进行规约解析、滤波、有效值计算、电能累计和电能脉冲数据的计算。

6.根据权利要求1所述的计量单元，其特征在于，所述通信模块包括：RJ45MMS通信单元，所述RJ45MMS通信单元，包括：3路RJ45MMS通信接口，2路与集中抄表系统连接，用于IEC61850规约抄表，用于SNTP对时；另一路与集成多功能装置本体的网口直连，用于将电能数据发送至集成多功能装置的显示模块上进行显示，同时接收集成多功能装置本体的按键命令。

7.根据权利要求1所述的计量单元，其特征在于，所述通信模块还包括：RS485通信单元，所述RS485通信单元包括：2路RS485通信接口，与集中抄表系统相连接，用于DL/T645规约或DL/T698规约抄表以及RS485对时。

8.根据权利要求1所述的计量单元，其特征在于，所述通信模块还包括：多功能信号输出模块，所述多功能信号输出模块包括：PPS秒脉冲、需量滑差和时段投切输出接口，具有需量滑差和时段投切信号和PPS秒脉冲输出功能，用于对所述计量单元的时钟误差进行校验。

9.根据权利要求1所述的计量单元，其特征在于，所述通信模块还包括：报警输出接口，当计量设备异常或者有计量告警事件时，接入测控装置开入，远传至外接设备进行报警。

10.根据权利要求1所述的计量单元，其特征在于，所述的计量单元还包括：铅封，所述铅封包括：铅封螺钉、空心垫圈和电子铅封，所述铅封螺钉将计量单元面板与集成装置箱体连接在一起，空心垫圈中塞入电子铅封。

11.根据权利要求1所述的计量单元，其特征在于，所述电能脉冲输出模块，包括：有功、无功光脉冲输出接口和有功、无功电脉冲输出接口。