CN208283452U - 一种电力环境监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电力环境监控系统，涉及电力信息技术领域；其包括环境状态采集单元、监控主机、无线通讯单元和远端管理主机，环境状态采集单元包括地震感测装置，用于感测监控点地壳震动的加速度信号和角速度信号，并将加速度信号和角速度信号发送到监控主机进行处理；雷电环境检测装置，用于检测各个监控点的雷电信号后产生预警信号，并将雷电信号和预警信号发送到监控主机进行处理；本实用新型解决了目前电力环境监控系统无法监控雷电情况或者地震灾害情况数据导致特殊情况下监控数据有误、稳定性差的技术问题，达到了保证特殊情况下监控的稳定性以及数据的可靠性、合理利用资源的效果。

Description

一种电力环境监控系统

技术领域

本实用新型涉及电力信息技术领域，尤其是一种电力环境监控系统。

背景技术

机房环境实时监控系统涉及的范围很广，比如温湿度监测、电量监测、精密空调监测、 UPS主机及电池监测、防雷监测、漏水监测、视频监控等。目前传统的技术方法是将前端各种探测器设备直接连到主机上，在主机上运行一个监控软件，实现探测器数据的实时采集与控制。

由于主机的端口和容量有限，因此不能够随意的扩展前端设备，而且前端设备的种类繁多，这些设备的通讯方式及通讯协议也不尽相同，比如温湿度传感器使用的是RS485通讯方式，采用的是Modbus通讯协议；UPS主机采用的是RS232通讯方式，通讯协议是厂家自定义的；视频监控采用的是TCP/IP通讯方式，编解码格式也是厂家自定义的。如果这些设备要接入主机，则必定要更改主机程序或加载新的设备驱动，这对主机软件的稳定性带来的隐患，因此系统在可扩展性方面有很大的局限性。

电力信息机房的安全性要求很高，一般而言，仪表或者电力供应企业要实现产品和网络的普及，就必须考虑到不同的安装和使用条件，例如环境较为恶劣的山区或雷电等恶劣的天气情况以及自然灾害情况，目前的地震监测系统与电力环境监控系统是分开的，导致特殊情况下电力监控稳定性差，数据不准确。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种电力环境监控系统，以解决目前电力环境监控系统无法监控雷电情况或者地震灾害情况数据导致特殊情况下监控数据有误、稳定性差的技术问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种电力环境监控系统，包括供电单元，用于供电；

环境状态采集单元，用于采集各个监控点机房内外电力环境的状态信息，将之转换为数字信号后发送到下一级；

监控主机，用于接收和处理环境状态采集单元发送的数字信号，并将处理后的信号发送到下一级；

无线通讯单元，用于将监控主机处理得出的信号发送到下一级；

远端管理主机，用于远程接收监控主机发送来的信号，并实时显示各个监控点的状态；

环境状态采集单元包括用于检测机房外部环境的地震感测装置和雷电环境检测装置，

地震感测装置，用于感测监控点地壳震动的加速度信号和角速度信号，并将加速度信号和角速度信号发送到监控主机进行处理；

雷电环境检测装置，用于检测各个监控点的雷电信号后产生预警信号，并将雷电信号和预警信号发送到监控主机进行处理。

优选地，地震感测装置包括

加速度计，用于感测监控点的地壳震动加速度信号；

陀螺仪，用于感测监控点的地壳震动角速度信号。

优选地，还包括定位装置，连接于监控主机与地震感测装置之间，用于对监控点进行定位。

优选地，雷电环境检测装置包括

接收电路，用于感应雷电放电时生成的磁场获得相应的电信号进行检测并将产生预警信号和电信号发送至信号调制器；

信号调制器，用于根据预警信号清除接收电路中电信号的杂讯，滤除电信号中频率大于设定截止临界限值的电信号，并产生调制电信号；

A/D转换器，用于将调制电信号转换为数字信号并发送到监控主机进行处理。

优选地，所述接收电路包括用于检测云中放电的天线TX1、用于根据检测信号进行振荡触发的振荡单元、与振荡单元连接且产生预警信号的预警单元以及为各单元供电的电源。

优选地，所述振荡单元包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3，电容C1、电容C2、电容C3、电容C4，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻VR1和二极管D1；天线 TX1连接电阻R1后接地，天线TX1还连接电容C1后连接至三极管Q1的基极，三极管 Q1的集电极接地，三极管Q1发射极连接电阻R2后连接+9V，三极管Q1的基极还连接电阻VR1后连接并联连接的电容C3和电阻R4后接地，电阻VR1还连接电容C2后接地，电阻R4还连接三极管Q2发射极，三极管Q2基极连接电阻R2，三极管Q2集电极连接电阻 R3后连接+9V，电阻R3还连接电容C4后连接二极管D1阴极，二极管D1阳极接地，二极管D1阴极还连接三极管Q3基极，三极管Q3集电极连接+9V，三极管Q3发射极连接预警单元。

优选地，所述预警单元包括蜂鸣器WD1、电容C5、电容C6、电阻R5和二极管D2；蜂鸣器WD1一端连接三极管Q3发射极，一端还连接电容C5后接地，另一端接地，三极管Q3发射极还连接串联连接的二极管D2和电阻R5后接地，二极管D2阴极连接电容C6 后接地。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型增加检测机房外部环境的地震感测装置和雷电环境检测装置，用于检测各个监控点的雷电信号和地震灾害检测信号，并将检测信号发送到监控主机进行处理，实现了地震监测、雷电检测与机房内的电力环境监控相结合，解决了目前电力环境监控系统无法监控雷电情况或者地震灾害情况数据导致特殊情况下监控数据有误、稳定性差的技术问题，达到了保证特殊情况下监控的稳定性以及数据的可靠性、合理利用资源的效果；

2.本实用新型的雷电检测装置通过设置接收电路进行雷电检测和产生预警信号，便于后续调制器去除杂讯以及监控主机采取对应防御措施，保证了雷电情况或者地震情况下电力监控设备的稳定，延长电力系统的使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中接收电路的电路图；

图3是本实用新型中地震感测装置的原理示意图；

图4是本实用新型中陀螺仪的内部结构示意图。

标号说明：222-陀螺仪，223-质量块A，224-弹簧，2220-基底，2221-硅膜层，2222-副基座，2222a-副基座端部，2223主基座，2224-主悬臂，2225-副悬臂，2225a-副悬臂端部A，2225b-副悬臂端部B，2226-质量块B。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合图1～图4对本实用新型作详细说明。

实施例1

一种电力环境监控系统，包括供电单元，用于供电；

环境状态采集单元，用于采集各个监控点机房内外电力环境的状态信息，将之转换为数字信号后发送到下一级；

监控主机，用于接收和处理环境状态采集单元发送的数字信号，并将处理后的信号发送到下一级；

无线通讯单元，用于将监控主机处理得出的信号发送到下一级；

远端管理主机，用于远程接收监控主机发送来的信号，并实时显示各个监控点的状态；

环境状态采集单元包括用于检测机房外部环境的地震感测装置和雷电环境检测装置，

地震感测装置，用于感测监控点地壳震动的加速度信号和角速度信号，并将加速度信号和角速度信号发送到监控主机进行处理；

雷电环境检测装置，用于检测各个监控点的雷电信号后产生预警信号，并将雷电信号和预警信号发送到监控主机进行处理。

地震感测装置包括加速度计，用于感测监控点的地壳震动加速度信号；陀螺仪，用于感测监控点的地壳震动角速度信号。还包括定位装置，连接于监控主机与地震感测装置之间，用于对监控点进行定位。雷电环境检测装置包括接收电路，用于感应雷电放电时生成的磁场获得相应的电信号进行检测并将产生预警信号和电信号发送至信号调制器；信号调制器，用于根据预警信号清除接收电路中电信号的杂讯，滤除电信号中频率大于设定截止临界限值的电信号，并产生调制电信号；A/D转换器，用于将调制电信号转换为数字信号并发送到监控主机进行处理。

机房环境检测模块包括检测机房内部环境的温度传感器、湿度传感器、电压传感器、火花探测器、烟感探测器和CCD摄像机。CCD摄像机采集机房内的图像信息，将机房内的现状已图像的形式发送到监控主机进行处理，进而通过与监控主机相连的显示器(LCD或新型的OLED显示器)直接以图像的形式向工作人员传递信息，这样工作人员能以更加直观的方式了解机房内的工作情况。

机房环境检测模块中具体涉及到的温度传感器为AT302B壁挂型温度传感器，湿度传感器为高温湿度传感器，型号为KZWS/GW；电压传感器选用霍尔电压传感器 CHV-25PCHV-25P，火花探测器选用的型号为RIV-601P/S，烟感探测器选用的型号为 JTY-GD-G3。通过上述装置采集机房温度、湿度、火花、烟雾、电压等。机房环境检测模块和机房外部环境检测模块的各个前端设备，如温度传感器、湿度传感器、电压传感器、火花探测器、烟感探测器、CCD摄像机、地震感测装置和雷电环境检测装置等。每一个监控点配备一组机房环境检测模块、机房外部环境检测模块、监控主机、无线通讯单元等。

各个前端设备与监控主机之间通过转换设备电路，转换设备电路包含若干个多功能协议转换模块，多功能协议转换模块主要包含一个CPU，CPU采用的型号为CX92755CORTEXA8，CPU结合若干接口芯片组成，其中，CPU是多功能协议转换模块的运算核心和控制核心，接口芯片负责接受和发送数据，通过该协议转换电路将各个接口中的数据转换成统一的通讯协议输入到监控主机。

无线通讯单元包括4G无线路由器和设置于4G无线路由器内的无线网卡，以实现4G通信和internet互联网通信，监控主机通过无线通讯单元通信连接有远端的手机和远端管理主机(无线网卡通过4G网络与手机连接，无线网卡经由4G网络和internet网络与远端管理主机通信连接)。

远端管理主机包括一数据接收装置、一与所述数据接收装置连接的数据存储装置以及一与所述数据存储装置连接的数据分析装置。

所述数据接收装置用于接收由所述监控主机发送的不同地震监测点的地壳震动加速度信号、地壳震动角速度信号及对应的地震监测点的位置信息，并将所接收的数据转换为适于存储的数据格式。所述数据存储装置用于存储所述数据接收装置所接收的数据。

所述数据分析装置读取存储于数据存储装置内的数据并分析对不同地震监测点的地壳震动加速度信号和地壳震动角速度信号进行分析。因所述地壳震动加速度信号和地壳震动角速度信号的数值大小反映了地壳震动的强度，所述数据分析装置内预设有与不同级别的地壳震动强度相对应的地壳震动加速度信号和地壳震动角速度信号的数值范围，并记录不同数值范围对应的地壳震动所发生的次数，为进一步的地震预测提供准确的依据。在地震发生时期，所述数据分析装置计算不同地震监测点与震中的距离，并记录和分析地壳震动加速度信号和地壳震动角速度信号随震中距离变化的规律，为地震规律的研究提供宝贵的数据。

所述加速度计和陀螺仪222分别用于感测对应的地震监测点的地壳震动加速度和地壳震动角速度。如图2所示，所述加速度计和陀螺仪222的测量原理可简化为质量块-弹簧模型。所述质量块-弹簧模型包括质量块A223和连接质量块A223与被测物体的弹簧224。所述弹簧224可理解为特定的转换装置，用于将质量块223的位移量转化位对应的测量信号。

因所述弹簧224连接被测物体与质量块A223，当进行加速度测量时，所述质量为m的质量块A223在弹簧224的作用力F的带动下获取与被测物体相同的加速度a。根据牛顿第二定律：F＝ma，所述弹簧224产生与作用力F成正比的形变量并将其转换为对应的电信号，通过测量所述电信号来获取加速度变化的情况。

当进行角速度的测量时，先通过弹簧224驱动质量块A223以一定速度v沿一固定方向振动。以质量块A223为原点，水平方向为X轴定义一直角坐标系，若弹簧224驱动质量块223的振动方向为X轴方向，而所述质量块223感受到的角速度方向沿Z轴，根据转动定律：所述质量块A223受到沿Y轴方向的科里奥利力而产生位移，通过弹簧224将所述质量块A223的位移量转化为对应的电信号便可通过测量电信号来获取角速度变化的情况。根据转动定律：为了提高量测的精度需要相对地增大质量块A223的振动速度v，而所述质量块-弹簧系统的速度共振频率f。决定于质量块-弹簧系统的固有参数其中K为弹簧的弹性系数，I为质量块的转动惯量。因此，将所述质量块A223的振动频率控制在速度共振频率 f。则可使加速度测量系统获得最大的振动速率v，从而提高量测的精度。

根据所述质量块A223的位移量与电信号之间的转换原理的不同，所述加速度计和陀螺仪可为电容传感式或压阻传感式。所述电容传感的原理为通过将所述质量块A223设置于多片电极之间以构成一电容体系，当所述质量块A223在电极间移动时引起电容体系的电容量发生变化从而将质量块A223的位移量转换为易于测量的电容量。所述压阻传感的传感原理为利用半导体材料的压阻效应，将所述质量块A223的位移量转化为易于测量的半导体材料的电阻值变化量。另外，为了实现加速度计和陀螺仪的小型化和测量的高精度，所述加速度计和陀螺仪可利用微机电系统(Micro Electro-Mechanical System，MEMS)技术制造。本实施方式中，所述陀螺仪为压阻传感式。

如图3所示，所述陀螺仪222包括一基底2220和一镀在所述基底2220上的硅膜层2221。

所述基底2220的材料可为玻璃、陶瓷或兰宝石(sapphire)。所述硅膜层2221沉积在所述基底2220上，并通过活性离子蚀刻的方法在所述硅膜层2221内形成一主基座2223以及由所述主基座2223的端部延伸出的主悬臂2224。在所述主基座2223的两侧同样通过活性离子蚀刻的方法分别形成有一副基座2222，所述副基座端部2222a延伸出一副悬臂2225，所述副悬臂2225在其与副基座2222连接的副悬臂端部A2225a相对的另一副悬臂端部 B2225b延伸出一质量块B2226。所述副悬臂2225的材料为具有压阻效应的半导体材料硅，在所述副悬臂2225与副基座2222连接的副悬臂端部A2225a内集成压阻电桥(图未示)，所述质量块B2226在感测角速度时所产生位移量变化可通过副悬臂2225的形变转换为对应的电阻值变化从而将角速度变化转化为对应的电信号以实现对角速度变化的感测。所述压阻电桥用于放大所感测的电信号，以提高感测的精度。

所述定位装置通过接收全球定位系统(Global Positioning System，GPS)卫星所发射的定位信号，以感测对应的地震监测点的位置信息。所述定位装置将所获取的位置信息传输至所述监控主机。

所述监控主机可为射频发射器。所述监控主机的发射频段为全球微波互联接入技术 (Worldwide Interoperability for Microwave Access，WIMAX)的工作频段：2GHz至11GHz，其中优选的发射频率为其中的3GHz、3.5GHz或4GHz。

实施例2

接收电路进行雷电检测和产生预警信号，便于后续调制器去除杂讯以及监控主机采取对应防御措施，接收电路包括用于检测云中放电的天线TX1、用于根据检测信号进行振荡触发的振荡单元、与振荡单元连接且产生预警信号的预警单元以及为各单元供电的电源。振荡单元包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3，电容C1、电容C2、电容C3、电容C4，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻VR1和二极管D1；天线TX1连接电阻R1后接地，天线TX1还连接电容C1后连接至三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接地，三极管Q1发射极连接电阻R2后连接+9V，三极管Q1的基极还连接电阻VR1后连接并联连接的电容C3和电阻R4后接地，电阻VR1还连接电容C2后接地，电阻R4还连接三极管 Q2发射极，三极管Q2基极连接电阻R2，三极管Q2集电极连接电阻R3后连接+9V，电阻 R3还连接电容C4后连接二极管D1阴极，二极管D1阳极接地，二极管D1阴极还连接三极管Q3基极，三极管Q3集电极连接+9V，三极管Q3发射极连接预警单元。预警单元包括蜂鸣器WD1、电容C5、电容C6、电阻R5和二极管D2；蜂鸣器WD1一端连接三极管 Q3发射极，一端还连接电容C5后接地，另一端接地，三极管Q3发射极还连接串联连接的二极管D2和电阻R5后接地，二极管D2阴极连接电容C6后接地。

天线可检测半径3.2km范围内的云中放电，当每次检测到云层放电时，蜂鸣器就发出报警声和LED闪烁，并产生预警信号至处理器；本振荡单元的振荡器为直流耦合，其中的反馈支路为三极管Q1的集电极至三极管Q2基极，环路总增益由多圈预置电位器即电阻 VR1设定；电容器C3设定了三极管Q2发射极的固定电位，而接在VR1滑动触点上的电容器C2在振荡时增加了相移，起振的时候，三极管Q2的集电极就输出42kHz的振荡信号，并经电容C4耦合到三极管Q3的基极，再经二极管D1整流，得到正向电压作为三极管Q3 偏置，使其导通，从而在三极管Q3的发射极上输出直流电压，驱动自激式压电发声器即蜂鸣器WD1，发光二极管D2闪烁。三极管型号采用BC109C，电阻VR1采用10K，电阻R1 采用大电阻，其他电阻采用K级电阻，电容C5、C6采用电解电容，其他电容采用瓷片电容，二极管D1采用IN4148型号。本实用新型增加检测机房外部环境的地震感测装置和雷电环境检测装置，用于检测各个监控点的雷电信号和地震灾害检测信号，并将检测信号发送到监控主机进行处理，实现了地震监测、雷电检测与机房内的电力环境监控相结合，解决了目前电力环境监控系统无法监控雷电情况或者地震灾害情况数据导致特殊情况下监控数据有误、稳定性差的技术问题，达到了保证特殊情况下监控的稳定性以及数据的可靠性、合理利用资源的效果。

Claims (7)

1.一种电力环境监控系统，其特征在于，包括供电单元，用于供电；

环境状态采集单元，用于采集各个监控点机房内外电力环境的状态信息，将之转换为数字信号后发送到下一级；

监控主机，用于接收和处理环境状态采集单元发送的数字信号，并将处理后的信号发送到下一级；

无线通讯单元，用于将监控主机处理得出的信号发送到下一级；

远端管理主机，用于远程接收监控主机发送来的信号，并实时显示各个监控点的状态；

环境状态采集单元包括用于检测机房外部环境的地震感测装置和雷电环境检测装置，

地震感测装置，用于感测监控点地壳震动的加速度信号和角速度信号，并将加速度信号和角速度信号发送到监控主机进行处理；

雷电环境检测装置，用于检测各个监控点的雷电信号后产生预警信号，并将雷电信号和预警信号发送到监控主机进行处理。

2.如权利要求1所述的一种电力环境监控系统，其特征在于，地震感测装置包括

加速度计，用于感测监控点的地壳震动加速度信号；

陀螺仪，用于感测监控点的地壳震动角速度信号。

3.如权利要求2所述的一种电力环境监控系统，其特征在于，还包括定位装置，连接于监控主机与地震感测装置之间，用于对监控点进行定位。

4.如权利要求1所述的一种电力环境监控系统，其特征在于，雷电环境检测装置包括

接收电路，用于感应雷电放电时生成的磁场获得相应的电信号进行检测并将产生预警信号和电信号发送至信号调制器；

信号调制器，用于根据预警信号清除接收电路中电信号的杂讯，滤除电信号中频率大于设定截止临界限值的电信号，并产生调制电信号；

A/D转换器，用于将调制电信号转换为数字信号并发送到监控主机进行处理。

5.如权利要求4所述的一种电力环境监控系统，其特征在于，所述接收电路包括用于检测云中放电的天线TX1、用于根据检测信号进行振荡触发的振荡单元、与振荡单元连接且产生预警信号的预警单元以及为各单元供电的电源。

6.根据权利要求5所述的一种电力环境监控系统，其特征在于，所述振荡单元包括三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3，电容C1、电容C2、电容C3、电容C4，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻VR1和二极管D1；天线TX1连接电阻R1后接地，天线TX1还连接电容C1后连接至三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极接地，三极管Q1发射极连接电阻R2后连接+9V，三极管Q1的基极还连接电阻VR1后连接并联连接的电容C3和电阻R4后接地，电阻VR1还连接电容C2后接地，电阻R4还连接三极管Q2发射极，三极管Q2基极连接电阻R2，三极管Q2集电极连接电阻R3后连接+9V，电阻R3还连接电容C4后连接二极管D1阴极，二极管D1阳极接地，二极管D1阴极还连接三极管Q3基极，三极管Q3集电极连接+9V，三极管Q3发射极连接预警单元。

7.根据权利要求6所述的一种电力环境监控系统，其特征在于，所述预警单元包括蜂鸣器WD1、电容C5、电容C6、电阻R5和二极管D2；蜂鸣器WD1一端连接三极管Q3发射极，一端还连接电容C5后接地，另一端接地，三极管Q3发射极还连接串联连接的二极管D2和电阻R5后接地，二极管D2阴极连接电容C6后接地。