CN210629195U - 智能电力监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力监控领域,公开了智能电力监控装置，包括交流采样板、A/D转换模块、电源模块、CPU、操作面板、通讯接口、57路开关量输入接口以及控制和遥信输出接口，交流采样板包括第一进线电压采样端子、第二进线电压采样端子、母线电压采样端子和母线电流采样端子，操作面板包括液晶显示屏、按键和指示灯，CPU根据交流采样板检测的数据智能化的控制电力切换开关的状态，并通过通讯接口将数据发送给电力监控中心，无需工作人员时时刻刻值守。

Description

智能电力监控装置

技术领域

本实用新型涉及电力监控领域，具体涉及智能电力监控装置。

背景技术

电力系统中，电力监控保护至关重要，尤其是在变电站的站用交流系统的检测和控制上，当某路电源出现故障时，为了不影响正常用电，需立刻通过ATS切换开关将电源切换到另一路电源，目前，站用交流系统仍需人工值守控制。

在专利号为CN104485739的专利文献中，公开了一种电力线路监控保护装置和方法，该专利通过采集电力信号，如果信号出现异常，CPU在触摸屏报警提示，并控制相关断路器断开。此专利虽然实现了电力异常情况检测，并自动处理，但缺少和电力监控中心远程通讯，不能实时记录出现故障时的电力参数，满足不了电力监控智能化的需求，无法实现电力监控的无人值守。

实用新型内容

鉴于背景技术的不足，本实用新型是提供了智能电力监控装置，所要解决的技术问题是现有技术在站用交流系统的监控和保护上仍需人工值守，缺少智能化。

为解决以上技术问题，本实用新型提供了如下技术方案：智能电力监控装置，包括交流采样板、A/D转换模块、电源模块、CPU、操作面板、通讯接口、57路开关量输入接口以及控制和遥信输出接口。

交流采样板包括第一进线电压采样端子、第二进线电压采样端子、母线电压采样端子和母线电流采样端子。操作面板包括液晶显示屏、按键和指示灯。

A/D转换模块被配置于将交流采样板检测的模拟量信号转换为数字量；CPU对A/D转换模块输出的数字量进行运算处理；CPU将所述交流采样板采集的数据显示在液晶显示屏上；电源模块将220V交流输入转换为24V直流输出；CPU通过通讯接口与外部控制器进行通讯； CPU通过控制和遥信输出接口控制外部执行元件的通断。

CPU分别电连接液晶显示屏、按键和指示灯；液晶显示屏用来显示交流采样板检测的电压和电流信息、ATS切换开关的工作模式、通讯接口的通讯状态和当前时间；按键被配置于设置ATS切换开关的工作模式。

进一步，通讯接口包括两路485通讯接口和两路以太网通讯接口，两以太网通讯接口采用南自103协议，两485通讯接口采用MODBUS 协议。通过增加多种类型的通讯接口和通讯协议，装置可以和支持任一通讯协议的外部控制器通讯，交互性广。

进一步，外部执行元件包括继电器、ATS切换开关、断路器。CPU 通过控制和遥信输出接口输出开关量信号来控制接入外部执行元件控制线圈的电源通断，进而控制电力线路的通断。

进一步，A/D转换模块、电源模块和CPU集成安装在机箱内部；交流采样板、通讯接口、开关量输入接口以及控制和遥信输出接口安装在机箱背面；操作面板安装在机箱正面。其中，机箱的型号为4u 或者19/2。通过机箱将各硬件电路集成化安装，便于装置的实际安装，另外57路开关量输入接口以及控制和遥信输出接口在机箱背面通过插拔的方式和外部元器件连接，方便接线。

进一步，57路开关量输入接口经光电耦合器接入CPU。通过光电耦合器可以避免外部干扰信号影响CPU的正常运行。

进一步，电源模块的交流输入电压范围是220V±20％。

进一步，CPU还电连接B码对时单元，B码对时单元向CPU发送时钟信号，CPU对时钟信号进行解码并显示在液晶显示屏上。

本实用新型与现有技术相比所具有的有益效果是：CPU根据交流采样板元检测的数据智能化的控制外部执行元件的工作状态，另外通过通讯接口一方面可以远程设置装置的工作模式，另一方面CPU能实时将信号采集单元检测到的数据发送给电力监控中心，无需工作人员时时刻刻值守。在出现故障时，CPU记录故障时的电力参数，便于后续故障排除。

附图说明

本实用新型有如下附图：

图1为本实用新型的监控模型图；

图2为本实用新型的硬件结构图；

图3为本实用新型的57路开关量输入接口的示意图；

图4为本实用新型的控制和遥信输出接口的示意图；

图5为本实用新型的通讯接口和交流采样板的示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1-5所示，智能电力监控装置，包括交流采样板3、A/D转换模块4、电源模块6和CPU 1、操作面板5、通讯接口7、57路开关量输入接口2以及控制和遥信输出接口8。

交流采样板3包括第一进线电压采样端子、第二进线电压采样端子、母线电压采样端子和母线电流采样端子。操作面板5包括液晶显示屏、按键和指示灯。

A/D转换模块4被配置于将交流采样板3检测的模拟量信号转换为数字量信号；CPU1对A/D转换模块4输出的数字量信号进行运算处理；CPU 1将交流采样板4采集的数据显示在液晶显示屏上；电源模块6将220V交流输入转换为24V直流输出；CPU 1通过通讯接口7 与外部控制器进行通讯；CPU 1通过控制和遥信输出接口8控制外部执行元件的通断。

CPU 1分别电连接液晶显示屏、按键和指示灯；液晶显示屏全汉化显示交流采样板3检测的电压和电流信息、ATS切换开关的工作模式、通讯接口7的通讯状态和当前时间；按键被配置于设置ATS切换开关的工作模式。

CPU 1对A/D转换模块4输出的数字量进行运算处理。CPU 1将交流采样板3采集的数据显示在显示屏上。数据异常时，液晶显示屏出现警告提示，具体的警告提示及判断条件如下：

母线三相相电压最小值小于欠压设定值，液晶显示屏显示“交流欠压判断警告”信息。

母线三相相电压最大值大于过压设定值，液晶显示屏显示“交流过压判断警告”信息。

母线某一相电压电流小于设定值时，液晶显示屏显示“交流缺相警告”信息。

母线输出电流大于交流过流设定值时，液晶显示屏显示“交流过流警告”信息。

母线输出电流大于过负荷设定值时，液晶显示屏显示“过负荷警告”信息。

CPU 1的芯片型号是STM32F205ZE，其中CPU 1通过通讯接口7 与外部控制器通讯。通讯接口7包括两路485通讯接口和两路以太网通讯接口。以太网通讯接口使用南自103协议，RS485通讯接口使用 MODBUS协议，两种通讯接口均可直接接入自动化控制系统中，实现多系统交互。

进一步，外部执行元件包括继电器、ATS切换开关、断路器。CPU 通过控制和遥信输出接口8输出开关量信号来控制接入外部执行元件控制线圈的电源通断，进而控制电力线路的通断。如图4所示，控制和遥信输出接口8包括ATS控制输出接口和控制输出接口，其中ATS输出接口有五路已固定定义，另外两路备用，控制输出接口有五路已固定定义，另外五路备用。另外，本实用新型通过按键来设置电力切换开关9(即ATS切换开关)的工作模式，电力切换开关9共有 6种工作模式，具体如下：

固定一路：在上电确认工作模式，在远程模式下远程选择“固定一路”，或者在本地下，选择“固定一路”；执行逻辑：不论进线电压如何，发出ATS切换开关合Ⅰ位91信号(保持时间3秒)，ATS 切换开关合Ⅰ位91。

固定二路：在上电确认工作模式，在远程模式下远程选择“固定二路”，或者在本地模式下，选择“固定二路”；执行逻辑：不论进线电压如何，发出ATS切换开关合Ⅱ位92信号(保持时间3秒)， ATS切换开关合Ⅱ位92。

一路优先：在上电确认工作模式，远程切换方式下远程选择“一路优先”，或者在本地切换方式下，选择“一路优先”；执行逻辑：主供电为进线一路，备用供电为进线二路，具备自动切换，自动恢复功能。任何时候，当进线一路正常，ATS切换开关合Ⅰ位91。只有当进线一路异常且进线二路正常时，ATS切换开关合Ⅱ位92。

二路优先：在上电确认工作模式，远程模式下远程选择“二路优先”，或者在本地模式下，选择“二路优先”；执行逻辑：主供电为进线二路，备用供电为进线一路，具备自动切换，自动恢复功能。任何时候，当进线二路正常，ATS切换开关合Ⅱ位92。只有当进线二路异常且进线一路正常时，ATS切换开关合Ⅰ位91。

二路自动：在上电确认工作模式，远程模式下远程选择“二路自动”，或者在本地模式下，选择“二路自动”；执行逻辑：系统不区分进线主备供电，互为备用，具备自动切换，不具备自动恢复功能，自动选择正常的进线供电，当前供电回路供电故障立即切换到另外一路。

停止供电：在上电确认工作模式，远程模式下远程选择“停止供电”，或者在本地模式下，选择“停止供电”；执行逻辑：不论进线电压如何，发出ATS切换开关合0位90信号(保持时间3秒)。使 ATS切换开关合0位90。

其中，本地模式是通过按键输入控制命令，远程模式是通过电力监控中心或者其他具有远程通讯功能的终端向CPU 1远程发送控制命令。本地模式下，不允许远程操作。

进一步，CPU 1电连接指示灯，用来显示电力切换开关9的工作状态和系统的运行状态。当电力切换开关9合在0位90、合在Ⅰ位 91和合在Ⅱ位92时，对应的指示灯常亮；当系统正常运行或者出现警告时，对应的指示灯常亮。

进一步，A/D转换模块4、电源模块6和CPU 1集成安装在机箱内部；交流采样板3、通讯接口7、57路开关量输入接口2以及控制和遥信输出接口8安装在机箱背面；操作面板5安装在机箱正面。其中，机箱的型号为4u或者19/2。通过机箱将各硬件电路集成化安装，便于装置的实际安装，另外57路开关量输入接口2以及控制和遥信输出接口8在机箱背面通过插拔的方式和外部元器件连接，方便接线。

进一步，57路开关量输入接口2经光电耦合器接入CPU 1。通过光电耦合器可以有效避免外部干扰信号对CPU 1的正常运行。图3中显示了57路开关量输入接口2的具体定义，其中六路开关量输入接口已固定使用，其余自定义配置。

进一步，CPU 1还电连接B码对时单元，B码对时单元向CPU 1 发送时钟信号，CPU 1对时钟信号进行解码并显示在液晶显示屏上。

另外，本实用新型还具备小电流接地保护功能，通过监测母线零序电流，根据定值做出保护动作；母线过流保护功能，监测母线电流，大于定值按设定时间延时动作；掉电保持功能，现场可以查询出现电力事件的产生时间、事件名称和相关电量数据，这些数据即可上传到电力监控中心，也可以在界面查看，便于分析故障或事件产生的原因。

上述依据本实用新型为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.智能电力监控装置，其特征在于：包括交流采样板、A/D转换模块、电源模块、CPU、操作面板、通讯接口、开关量输入接口以及控制和遥信输出接口，所述交流采样板包括第一进线电压采样端子、第二进线电压采样端子、母线电压采样端子和母线电流采样端子，所述操作面板包括液晶显示屏、按键和指示灯；

所述A/D转换模块被配置于将所述交流采样板检测的模拟量信号转换为数字量；所述CPU对所述A/D转换模块输出的数字量进行运算处理；所述电源模块将交流输入转换为24V直流输出；所述CPU通过所述通讯接口与外部控制器进行通讯；所述CPU通过所述控制和遥信输出接口控制外部执行元件的通断；

所述CPU分别电连接所述液晶显示屏、按键和指示灯；所述液晶显示屏用来显示所述交流采样板检测的电压和电流信息、ATS切换开关的工作模式、通讯接口的通讯状态和当前时间；所述按键被配置于设置ATS切换开关的工作模式。

2.根据权利要求1所述的智能电力监控装置，其特征在于：所述通讯接口包括两路485通讯接口和两路以太网通讯接口，两所述以太网通讯接口采用南自103协议，两所述485通讯接口采用MODBUS协议。

3.根据权利要求1所述的智能电力监控装置，其特征在于：共有57路开关量输入接口。

4.根据权利要求1所述的智能电力监控装置，其特征在于：所述外部执行元件包括继电器、ATS切换开关、断路器。

5.根据权利要求1所述的智能电力监控装置，其特征在于：所述A/D转换模块、电源模块和CPU集成安装在机箱内部；所述交流采样板、通讯接口、开关量输入接口以及控制和遥信输出接口安装在所述机箱背面；所述操作面板安装在所述机箱正面。

6.根据权利要求5所述的智能电力监控装置，其特征在于：所述机箱的型号为4u或者19/2。

7.根据权利要求1所述的智能电力监控装置，其特征在于：所述开关量输入接口经光电耦合器接入CPU。

8.根据权利要求1所述的智能电力监控装置，其特征在于：所述交流输入的电压范围是220V±20％。

9.根据权利要求1所述的智能电力监控装置，其特征在于：还包括B码对时单元，所述B码对时单元向所述CPU发送时钟信号，所述CPU对时钟信号进行解码并显示在所述液晶显示屏上。

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