CN210041431U

CN210041431U - 一种带通讯管理功能的护层环流监测终端

Info

Publication number: CN210041431U
Application number: CN201920819887.5U
Authority: CN
Inventors: 钱鸿
Original assignee: SHANGHAI GUYUAN ELECTRICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI GUYUAN ELECTRICAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2020-02-07
Anticipated expiration: 2029-05-31

Abstract

本实用新型公开了一种带通讯管理功能的护层环流监测终端，包括护层电流监测控制器、取电及电源管理功能模块、护层电流监测模块、环境监测模块、安防功能模块、辅助设备监控模块，以及通信管理功能模块。本实用新型提供的监测终端集护层监测功能、通信管理机等功能于一体，简化了现场使用护层监测终端，以及独立的通信管理机的接线，减小了工程调试以及后期维护的工作量，提高了终端装置的集成度、提升了系统的稳定性，降低了应用方案的成本。

Description

一种带通讯管理功能的护层环流监测终端

技术领域

本实用新型涉及一种带通讯管理功能的护层环流监测终端。

背景技术

目前，110kV以上的电缆主要采用带有金属护层的单芯电缆，因单芯电缆金属护层与芯线中交流电流产生的磁力线相铰链，使其两端出现较高的感应电压，故需采取合适的接地措施，使感应电压处在安全电压范围内(通常不超过50V，有安全措施时不超过100V)。

不论采用哪种接地方式，良好的护层绝缘都是必要的，当电缆护层绝缘发生损伤时，将使金属护套多点接地，从而产生护层循环电流，增加护套的损耗，影响电缆的载流能力，严重时甚至使电缆严重发热而烧毁。

实时监测护层电流及其变化量，可以实现单芯电缆金属护套多点接地故障的在线监测，从而及时准确的发现接地故障，从根本上避免电缆事故的发生，保证电缆安全、可靠的运行。

目前的护层电流监测终端，功能单一，在实际应用中存在下述问题：

1)应用现场的其他监控功能模块，比如环境监测、安防监测、辅助设备监控等设备，需要接入独立的通信管理机后，再统一转发给监控系统，增加了系统复杂度，和使用成本；

2)护层监测终端采集的信息，也要经过独立的通讯管理机与监控系统通讯，增加了通讯复杂度；

3)目前现场的各类监控设备相互独立，信息不能共享，影响了应用的灵活性，以及后续功能的可扩展性。

实用新型内容

为了解决现有技术的监测系统所存在的问题，本实用新型在此的目的在于提供一种集环境监测、安防监测、辅助设备监控等设备为一体的带通讯管理功能的护层环流监测终端。

为实现本实用新型目的，在此所提供的带通讯管理功能的护层环流监测终端，包括护层电流监测控制器、取电及电源管理功能模块、护层电流监测模块、环境监测模块、安防功能模块、辅助设备监控模块，以及通信管理功能模块；所述取电及电源管理功能模块、所述安防功能模块、所述辅助设备监控模块，以及所述通信管理功能模块分别与所述护层电流监测控制器通信连接；所述护层电流监测模块和所述环境监测模块的信号输出端与所述护层电流监测控制器的信号输入端连接。

其中，通信管理功能模块包括网络芯片、TVS保护器、隔离器和连接端子，所述网络芯片与所述护层电流监测控制器之间通过数据总线进行连接，所述网络芯片的输出端经所述TVS保护器和所述隔离器后与所述连接端子连接。连接端子包括RJ45以太网接口和RS-485串口。

RS-485串口通过RS-485总线与就地采集设备连接，实现通信信息的集中、规约转化、传输。每个RS485串口可接入设备32台，传输速率300bps～115200bps 可配置，传输距离可达1000米。通讯管理模块中的RJ45以太网口也可与智能装置连接，完成信息转发。另外还可以通过RJ45以太网口用于和监控后台通讯。模块可支持IEC60870-5-101、IEC60870-5-103/104、DNP3.0、Modbus、CDT、私有协议(需提供规约文本)等多种规约，通讯管理模块内置丰富的规约库，还配有功能强大的组态工具和调试工具，可以通过计算机对该模块进行相应的配置和维护。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的监测终端集护层监测功能、通信管理机等功能于一体，简化了现场使用护层监测终端，以及独立的通信管理机的接线，减小了工程调试以及后期维护的工作量，提高了终端装置的集成度、提升了系统的稳定性，降低了应用方案的成本。

附图说明

图1为本实用新型所提供的监测终端的原理图；

图2为本实用新型所提供的取电及电源管理功能模块的电路原理图；

图3为本实用新型所提供的护层电流监测模块的电路原理图；

图4为本实用新型所提供的环境监测模块的电路原理图；

图5为本实用新型所提供的安防功能模块的电路原理图；

图6为本实用新型所提供的辅助设备监控模块的电路原理图；

图7为本实用新型所提供的通信管理功能模块的原理图；

图8为本实用新型所提供的监测终端的产品结构图；

图9为本实用新型所提供的监测终端的立体图；

图中：1-连接端子，2-电源空开，3-安防及辅助模块，4-通信管理功能模块， 5-取电及电源管理功能模块，6-护层电流监测模块，7-环境监测模块，8-箱体。

具体实施方式

在此结合附图和具体实施方式对本申请所要求保护的技术方案作进一步详细的介绍。

本实用新型在此要求保护的技术方案是一种带通讯管理功能的护层环流监测终端，其原理结构如图1-8所示，其包括了护层电流监测控制器、取电及电源管理功能模块5、护层电流监测模块6、环境监测模块7、安防功能模块、辅助设备监控模块，以及通信管理功能模块4；取电及电源管理功能模块、安防功能模块、辅助设备监控模块，以及通信管理功能模块分别与护层电流监测控制器通信连接；护层电流监测模块和环境监测模块的信号输出端与护层电流监测控制器的信号输入端连接。其中，各功能模块的作用如下：

取电及电源管理模块的作用：包含取电部件，电池等后备电源，电压转换，电源分配，电源充放电管理等功能部件，为护层电流监测终端获取外部电力，完成电压转换、电能分配，电源管理(含电池等后备电源充放电)等功能。本实用新型在此采用的取电及电源管理模块的包括了过滤器U5、第一电源转换模块 U10、第二电源转换模块U6和基准电压转换芯片U2，其电路结构如图2所示。供电电源经保险丝F1加载于过滤器U5的输入端，在过滤器U5的零线、火线之间还连接有可调压敏电阻RV1；过滤器U5的零线输出端经二极管D9接第一电源转换模块U10的正输入端，过滤器U5的火线输出端接第一电源转换模块U10的负输入端，第一电源转换模块U10的正负输入端之间连接有电解电容EC1；第一电源转换模块U10的正输入端与正输出端之间连接有电容CY1，第一电源转换模块U10的负输入端和负输出端之间连接有电容CY4；第一电源转换模块U10输出 +5V电压，输出的+5V电压加载于第二电源转换模块U6的输入端，第二电源转换模块U6的输入端与地之间连接有电解电容E1，第二电源转换模块U6的输入端与电源端之间连接有电容R52；第二电源转换模块U6的电源端与地之间连接有电容C43，第二电源转换模块U6的COMP端和地之间串联有电阻R23和电容C44。

第二电源转换模块U6输出+3.3V电压，输出的+3.3V电压为其它功能模块提供工作电压，同时也输入基准电压转换芯片U2后输出基准电压。

护层电流监测模块的作用：采集电缆感应电压，与预设的参数、阈值进行比较，决定是否产生告警信号等操作。本实用新型在此采用的护层电流监测模块包括电压互感器PT1、采样电路和运算放大器，其电路结构如图3所示；护层的对地电压经电阻RA5和电阻RA9加载于电压互感器PT1的输入端；电压互感器PT1 的输出端经采样电路接运算放大器的正向输入端，运算放大器的输出端接护层电流监测控制器。

其中电压互感器PT1的输出端还经电阻RB4接1.5V基准电压，电压互感器 PT1的输出端还连接有电容CA9、电容CB4和电阻RC4；电压互感器PT1输出的电压还经二极管DB8接+3.3V电压和经二极管接地。采集电路包括电阻R2和 RA15，电阻R2的一端与电阻RA15连接，另一端接基准电压；电阻PA15的另一端接运算放大器的正向输入端，并经电容CA18接地，运算放大器的反向输入端与输出端短接；运算放大器的输出端连接有由电阻RD8和电容CEE构成的RC电路。护层的对地电压直接接入终端的护层电流监测模块，经过电压互感器和采样电路后变换成小电压信号，经过运算放大器后进入护层电流监测控制器的片内 AD管脚，解析出当前护层各相电压值。

环境监测模块的作用：采集电缆管沟或管廊内的环境信息，如温湿度、气体浓度、水位等，与预设的阈值比较，并根据越限结果，决定是否产生告警信号等。本实用新型在此采用的环境监测模块包括运算放大器、AD转换器U14和数字隔离芯片U15，用于采集护层所处环境的温度、气体以及水位的温度传感器、气体传感器和水位传感器输出的数据记载于运算放大器的正向输入端，运算放大器的输出端与AD转换器U4的信号输入端连接，AD转换器U14的信号输出端与数字隔离芯片U15的信号输入端连接，数字隔离芯片U15的信号输出端接护层电流监测控制器，其电路结构如图4所示。

此外，本实用新型提供的环境监测模块还包括电感L4、电感L5、电阻R24、电阻R38、二极管D11、稳压二极管TVS、电阻R25、电阻R19、电容CA2、电阻 R26、电阻R27、电容CA1、电阻R30、电阻R40、电阻R41、电阻R42、电容C28、电阻36和电阻R59，其连接关系如图4所示。

外部温湿度、水位及气体等传感器的数值通过直流量的形式传送给环境监测模块，经过电阻分压及运算放大器后，进入AD转换器U4进行AD转换后的数字信号通过数字隔离芯片U15输入护层电流监测控制器。利用数字隔离芯片能够有效地防止外部信号对护层电流监测控制器产生影响，护层电流监测控制器通过接收到的数字量解析出当前各传感器的数值。

安防功能模块的作用：采集管廊、管沟的安防信号，如门禁开关信息、人员进入信息、电子围栏信息等外部开关量接入安防功能模块，与预设的逻辑比较，并根据结果，决定是否产生预警信号等。本实用新型在此采用的安防功能模块包括至少一个光耦，外部开关量经串联的两个电阻加载于光耦的输入端，光耦输入端正负极之间并联有RC电路，光耦输入端正负极之间还连接有二极管；外部开关量还经压敏电阻RV接光耦的输入端负极，光耦输出端经排阻输入护层电流监测控制器。

在此，本实用新型提供的安防功能模块设置了四路光耦支路，具体电路连接关系如图5所示，包括了光耦Q1～Q4，外部开关量K11～K14输入安防功能模块。外部开关量K11经电阻R44和电阻R47后加载于光耦Q2的输入端，在光耦Q2 的输入端还并联有电阻R50、电容C34和二极管D3；外部开光量K11还分别经电阻R19和双向瞬变抑制二极管Z1接负电源，外部开关量K11还经压敏电阻RV2 接负电源。

外部开关量K12经电阻R45和电阻R48后加载于光耦Q3的输入端，在光耦 Q3的输入端还并联有电阻R51、电容C35和二极管D4；外部开光量K12还分别经电阻R20和双向瞬变抑制二极管Z2接负电源，外部开关量K12还经压敏电阻 RV3接负电源.

外部开关量K13经电阻R60和电阻R57后加载于光耦Q4的输入端，在光耦 Q4的输入端还并联有电阻R58、电容C40和二极管D5；外部开光量K13还分别经电阻R21和双向瞬变抑制二极管Z3接负电源，外部开关量K13还经压敏电阻 RV4接负电源。

外部开关量K14经电阻R43和电阻R46后加载于光耦Q1的输入端，在光耦 Q1的输入端还并联有电阻R49、电容C33和二极管D2；外部开光量K14还分别经电阻R22和双向瞬变抑制二极管Z4接负电源，外部开关量K11还经压敏电阻 RV5接负电源。

光耦Q1～光耦Q4的输出端分别经排阻RP7和排阻PR1接护层电流监测控制器。该安防功能模块通过光耦的通断来判断外部的开关量信号是否输入；当本实用新型提供的监测终端处于布防状态时，护层电流监测控制器根据接收到的数据进行分析通过判断门禁、电子围栏等监测元件的开关状态，实现外部入侵的监测。

辅助设备监控模块的作用：根据上述采集的温湿度、水位、气体浓度等环境信号及预警信号，在需要时联动控制风机、水泵等设备，直至温湿度、水位、气体浓度回到合理的区间。本实用新型提供的辅助设备监控模块包括包括开关 OTJIB、开关OTJIC、压敏电阻RV7、光耦OJ1和开关QTJIA，具体电路连接关系如图6所示，开关OTJIB、开关OTJIC和压敏电阻RV7并联，两端分别加载QD1 信号，工作电压分别经电阻R55和电阻R56加载于光耦OJ1的输入端，光耦OJ1 的输出端接参考地24G；开关QTJIA的两端并联有二极管D25和电容C41。

其中，开关QTJIA、开关OTJIB和开关OTJIC为继电器，其触点作为辅助设备监控模块的输出端，用于连接风机、水泵等设备。QD1信号为控制信号，控制开关QTJIA、开关OTJIB和开关OTJIC导通截止，从而控制风机、水泵等设备工作状态。

通信管理模块的作用：接收现场各监控设备采集的信息或事件，处理、汇总上送给监控后台，同时也可以接收、处理、下发来自监控后台的信息或指令。本实用新型提供的通信管理功能模块包括网络芯片、TVS保护器、隔离器和连接端子1，原理图如图7所示；网络芯片与护层电流监测控制器之间通过I²C数据总线进行连接，网络芯片的输出端经TVS保护器和隔离器后与连接端子连接。

其中隔离器为变压器隔离器；连接端子1包括RJ45以太网接口和RS-485 串口，RJ45以太网接口和RS-485串口的数量可以根据实际通信情况进行设置，在此设置3路RJ45以太网接口和8路RS-485串口。RS-485串口通过RS-485总线与就地采集设备连接，实现通信信息的集中、规约转化、传输。每个RS485 串口可接入设备32台，传输速率300bps～115200bps可配置，传输距离可达1000 米。通讯管理模块中2路RJ45以太网口也可与智能装置连接，完成信息转发。另外1路RJ45以太网口用于和监控后台通讯。模块可支持IEC60870-5-101、 IEC60870-5-103/104、DNP3.0、Modbus、CDT、私有协议(需提供规约文本)等多种规约，通讯管理模块内置丰富的规约库，还配有功能强大的组态工具和调试工具，可以通过计算机对该模块进行相应的配置和维护。

护层环流监测数据、环境监测数据、安防信息等模拟量、开入量，采集、输入到护层电流监测控制器后经过处理器读取、转换、处理后经通信管理模块以适当的规约形式上送给监控后台系统。

本实用新型提供的监测终端还包括箱体8，连接端子1，通信管理功能模块 4，取电及电源管理功能模块5，护层电流监测模块6，环境监测模块7，安防功能模块和辅助设备监控模块构成安防及辅助模块3安装于箱体8内，各功能模块的位置关系如图8所示。

为保证用电安全，在箱体8内还安装有电源空开2,220V/380V电源经电源空开2后加载于取电及电源管理模块5。

本实用新型提供的监测终端，具备了通信管理功能，能很好地接入现场的其他监测设备，使得护层监测终端具备灵活的接入能力，和良好的功能扩展性。同时，也降低了此整体解决方案的复杂度，降低了整体方案的成本，利于整个产品的使用和推广。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种带通讯管理功能的护层环流监测终端，其特征在于：包括护层电流监测控制器、取电及电源管理功能模块、护层电流监测模块、环境监测模块、安防功能模块、辅助设备监控模块，以及通信管理功能模块；所述取电及电源管理功能模块、所述安防功能模块、所述辅助设备监控模块，以及所述通信管理功能模块分别与所述护层电流监测控制器通信连接；所述护层电流监测模块和所述环境监测模块的信号输出端与所述护层电流监测控制器的信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的带通讯管理功能的护层环流监测终端，其特征在于：所述取电及电源管理功能模块包括过滤器U5、第一电源转换模块U10、第二电源转换模块U6和基准电压转换芯片U2，供电电源经所述过滤器U5后经所述第一电源转换模块U10和所述第二电源转换模块U6输出工作电压，所述工作电压输入所述基准电压转换芯片U2后输出基准电压。

3.根据权利要求1所述的带通讯管理功能的护层环流监测终端，其特征在于：所述护层电流监测模块包括电压互感器PT1、采样电路和运算放大器，所述电压互感器PT1的输入端作为护层电流监测模块的输入端接护层的对地电压；所述电压互感器PT1的输出端经所述采样电路接所述运算放大器的正向输入端，所述运算放大器的输出端接所述护层电流监测控制器。

4.根据权利要求1所述的带通讯管理功能的护层环流监测终端，其特征在于：所述环境监测模块包括运算放大器、AD转换器U14和数字隔离芯片U15，用于采集护层所处环境的温度、气体以及水位的温度传感器、气体传感器和水位传感器输出的数据记载于所述运算放大器的正向输入端，所述运算放大器的输出端与所述AD转换器U4的信号输入端连接，所述AD转换器U14的信号输出端与所述数字隔离芯片U15的信号输入端连接，所述数字隔离芯片U15的信号输出端接所述护层电流监测控制器。

5.根据权利要求1所述的带通讯管理功能的护层环流监测终端，其特征在于：所述安防功能模块包括至少一个光耦，外部开关量经串联的两个电阻加载于所述光耦的输入端，所述光耦输入端正负极之间并联有RC电路，所述光耦输入端正负极之间还连接有二极管；外部开关量还经压敏电阻RV接所述光耦的输入端负极，光耦输出端经排阻输入所述护层电流监测控制器。

6.根据权利要求5所述的带通讯管理功能的护层环流监测终端，其特征在于：所述安防功能模块还包括与所述光耦数量相等的双向瞬变抑制二极管，外部开关量经双向瞬变抑制二极管接负电源。

7.根据权利要求1所述的带通讯管理功能的护层环流监测终端，其特征在于：所述辅助设备监控模块包括开关OTJIB、开关OTJIC、压敏电阻RV7、光耦OJ1和开关QTJIA，所述开关OTJIB、所述开关OTJIC和所述压敏电阻RV7并联，两端分别加载QD1信号，工作电压分别经电阻R55和电阻R56加载于所述光耦OJ1的输入端，所述光耦OJ1的输出端接参考地24G；所述开关QTJIA的输入输出端之间并联有二极管D25和电容C41。

8.根据权利要求1所述的带通讯管理功能的护层环流监测终端，其特征在于：所述通信管理功能模块包括网络芯片、TVS保护器、隔离器和连接端子，所述网络芯片与所述护层电流监测控制器之间通过数据总线进行连接，所述网络芯片的输出端经所述TVS保护器和所述隔离器后与所述连接端子连接。

9.根据权利要求8所述的带通讯管理功能的护层环流监测终端，其特征在于：所述连接端子包括RJ45以太网接口和RS-485串口。