CN212462885U - 一种农灌动力变压器负荷数据监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种农灌动力变压器负荷数据监测系统，属于农业监测技术领域，包括继电器切换单元、集中器、整流取样单元、云服务端和监测设备核心单元，外电网与三绕组变压器的中压侧相连，三绕组变压器的低压侧通过继电器切换单元为集中器供电，监测设备核心单元与继电器切换单元的控制端连接，三绕组变压器的高压侧通过电能表与负载相连，监测设备核心单元的输出端与总回路开关的控制端连接，电能表通过集中器与监测设备核心单元通讯连接，三绕组变压器高压侧连接有整流取样单元，整流取样单元通过集中器与监测设备核心单元通讯连接，云服务端与监测设备核心单元连接，可以实时监测农灌动力变压器的运行，控制变压器的关断和集中器电源的切换。

Description

一种农灌动力变压器负荷数据监测系统

技术领域

本实用新型属于农业监测技术领域，涉及到一种监测系统，具体为农灌动力变压器负荷数据监测系统。

背景技术

农灌动力变压器在农灌时节的运行状态没有办法实时监测，若变压器出现异常情况，则会影响农作物的正常浇灌。

在非农灌季节和时间段，若供电线路和变压器不停电，会导致线损较高，浪费电能，变压器寿命减少；但如果将供电线路和变压器停电，又会使集中器断电不能继续上传数据，影响用电信息系统的数据采集和对集中器的状态评估。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，设计了一种农灌动力变压器负荷数据监测系统，可以实时监测农灌动力变压器的运行，根据需要控制变压器的关断和集中器电源的切换。

本实用新型的具体技术方案是：

一种农灌动力变压器负荷数据监测系统，包括继电器切换单元、集中器、整流取样单元、云服务端和监测设备核心单元，外电网通过总回路开关与三绕组变压器的中压侧相连，三绕组变压器的低压侧通过继电器切换单元为集中器供电，所述的监测设备核心单元与继电器切换单元的控制端通讯连接，所述的三绕组变压器的高压侧通过电能表与负载相连，所述的监测设备核心单元的输出端与总回路开关的控制端通讯连接，所述的电能表通过集中器与监测设备核心单元通讯连接，所述的三绕组变压器高压侧的A、B、C三相线上分别设置有电压取样点，所述的A、B、C三相线上各自的电压取样点两两连接有整流取样单元，所述的整流取样单元通过集中器与监测设备核心单元通讯连接，所述的云服务端与监测设备核心单元通讯连接，关键点是：

所述的监测系统还包括太阳能供电模块，所述的太阳能供电模块和三绕组变压器的低压侧分别与继电器切换单元的两个电能输入端相连；

所述的整流取样单元包括变压器T1、二极管D4、D5、D6和D7、电阻R7和电阻R8，所述的二极管D4、D5、D6和D7组成整流桥，所述的变压器T1的一次侧与三相线上的两个电压取样点相连，所述的变压器T1的二次侧与整流桥的输入端相连，所述的整流桥的输出端之间串联连接有电阻R7和电阻R8，电阻R7和电阻R8的串联点与集中器的输入端相连。

所述的监测系统还包括电压取样单元，所述的电压取样单元包括窗口电路和触发电路，从所述的A、B、C三相线各自的取样点引出导线分别通过各自对应的窗口电路与触发电路的输入端相连，所述的触发电路的输出端连接集中器的输入端；

所述的窗口电路包括分压电路、电阻R1、R2和R3、电阻R4、比较器U1和U2和电压源，所述的分压电路的输入端作为窗口电路的输入端与三相电源线上的取样点相连，所述的分压电路的输出端与比较器U1的反向端和比较器U2的同向端的串联连接点连接，所述的电压源串联电阻R1、R2和R3接地，所述的比较器U2的反向端与电阻R2和R3的串联点连接，所述的比较器U1的输出端串联电阻R4与电压源相连，所述的比较器U1和U2的输出端串联连接作为窗口电路的输出端；

所述的触发电路包括二极管D1、D2和D3和电阻R5；电压源通过电阻R5与并联连接的二极管D1、D2和D3的正极相连，所述的二极管D1的负极作为触发电路的第一输入端，与A相线所对应的窗口电路相连；所述的二极管D2的负极作为触发电路的二输入端，与B 相线所对应的窗口电路相连；所述的二极管D3的负极作为触发电路的三输入端，与C相线所对应的窗口电路相连，所述的二极管D1的正极作为触发电路的输出端。

所述的电压取样判断模块还包括与触发电路和监测设备核心单元串联点连接的延时电路，所述的延时电路包括并联接地的电阻R6和电容C1。

所述的保护单元包括与检测设备核心单元信号连接的温度监测单元、震动检测单元和漏电检测单元。

所述的太阳能供电模块包括太阳能电池板、充电控制器模块、锂电池单元和逆变电源模块，所述的太阳能电池板通过充电控制模块为锂电池单元充电，所述的锂电池单元经过逆变电源模块与继电器切换单元连接。

所述的云服务端包括与监测设备核心单元连接的云服务器，所述的云服务器通过交换机连接PC端和手机APP。

本实用新型的有益效果是：运用该监测系统，在农灌动力变压器停电时，既能节能降耗，减少碳排放，还能使集中器继续工作，满足用电信息采集系统的数据采集；在农灌动力变压器正常工作时，能有效监测变压器运行状态，降低变压器隐患可能带来的损失。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是本实用新型中太阳能供电模块的原理框图。

图3是本实用新型中云服务端的原理框图。

图4是三绕组变压器高压侧与变压器连接的电路图。

图5是本实用新型中整流取样单元的电路图。

图6是本实用新型中窗口电路的电路图。

图7是本实用新型中触发电路及延时电路的电路图。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本实用新型的技术方案作进一步详细的描述。

一种农灌动力变压器负荷数据监测系统，包括继电器切换单元、集中器、整流取样单元、云服务端和监测设备核心单元，外电网通过总回路开关与三绕组变压器的中压侧相连，三绕组变压器的低压侧通过继电器切换单元为集中器供电，所述的监测设备核心单元与继电器切换单元的控制端通讯连接，所述的三绕组变压器的高压侧通过电能表与负载相连，所述的监测设备核心单元的输出端与总回路开关的控制端通讯连接，所述的电能表通过集中器与监测设备核心单元通讯连接，所述的三绕组变压器高压侧的A、B、C三相线上分别设置有电压取样点，所述的A、B、C三相线上各自的电压取样点两两连接有整流取样单元，所述的整流取样单元通过集中器与监测设备核心单元通讯连接，所述的云服务端与监测设备核心单元通讯连接，所述的监测系统还包括太阳能供电模块，所述的太阳能供电模块和三绕组变压器的低压侧分别与继电器切换单元的两个电能输入端相连。

具体实施例，如说明书附图1所示，其中集中器起到整线和处理信号的作用，电网通过三绕组变压器分别向检测系统和负载供电，当非农灌时，电网不向三绕组变压器供电，监测设备核心单元通过整流取样单元采取电网处异常电压信号，从而控制继电器切换单元接通太阳能供电模块，接收太阳能存储在锂电池中的电能为集中器供电，可以保证在非浇地季节或时间段，当农灌线路和变压器停电，可以为农灌台区集中器供电，保证其正常工作，同时模拟电能表与集中器通信，在降低线损的同时，保证供电系统的用电数据的正常采集；当农灌线路和变压器正常带电时，系统会自动将集中器电源切换到变压器供电，同时停止模拟电能表与集中器通信，仅监视通信状态；同时采集变压器的运行状态数据。同时三绕组变压器相应的数据采集到该监测系统后，通过4G模块将数据发送到云平台服务器，云平台服务器中部署有前置机软件、系统监控软件；云服务器通过交换机网络将数据显示到客户端计算机上，由运维人员进行查看监视。

其中监测设备核心单元由Cortex-A7内核处理器、433Mhz无线通讯模块、4G通讯模块、 RS485接口1单元、RS485接口2单元、以太网模块、E2PROM存储单元、指示灯模块、大容量SPI FLASH存储单元、供电模块组成。

如说明书附图2所示，所述的太阳能供电模块包括太阳能电池板、充电控制器模块、锂电池单元和逆变电源模块，所述的太阳能电池板通过充电控制模块为锂电池单元充电，所述的锂电池单元经过逆变电源模块与继电器切换单元连接。

当农灌变压器台区正常带电时，监测设备不进行任何切换动作，由核心监测单元采集负荷数据和变压器运行状态数据。其中负荷数据由RS485接口2单元连接到集中器和电能表的 RS485总线，从总线上获取电压、电流等负荷数据；变压器上安装有温度传感器等多种状态监测传感器，核心监测单元通过433Mhz无线模块采集变压器运行状态数据；

当农灌变压器台区停电后，监测设备由继电器切换单元将太阳能供电单元的逆变输出电源接到集中器上，实现集中器的正常运行和数据上传；核心监测单元实现集中器数据的监视和转发，监视台区停电时间。

如说明书附图3所示：所述的云服务端包括与监测设备核心单元连接的云服务器，所述的云服务器通过交换机连接PC端和手机APP。

该监测系统中云服务器具有固定公网IP地址，农灌动力变压器负荷数据监测设备通过4G 模块，以4G通信方式连接云服务器，连接上后，以MQTT协议将数据发送至云服务器中的前置机软件；前置机软件再和系统监控软件通信，由系统监控软件将数据存储到数据库中，并对数据信息进行分类、处理。

其中监测设备核心单元的工作流程如下：

Cortex-A7内核处理器作为主控处理单元，实现对其他模块的统一控制；

RS485接口1单元可进行设备的配置，以自定义通信协议，实现运行参数的改变和临时调试；

以太网模块可通过网线连接计算机，将设备运行数据文件，以FTP协议方式快速下载到计算机中；

4G模块主要是通过4G网络连接云服务器，实现数据上发和指令接收；

E2PROM由A7内核处理器通过I2C接口连接，实现运行参数的存储；

指示灯模块由A7内核处理器通过GPIO控制引脚连接，实现设备运行状态的指示；

大容量SPI FLASH存储单元由A7内核处理器通过SPI接口连接，实现变压器负荷数据异常事件信息保存和变压器运行状态异常信息保存；

供电模块单元实现整个核心监测单元的供电整流、滤波、稳压作用。

如说明附图4和5所示，所述的三绕组变压器的高压侧连接有三个变压器，所述的整流取样单元包括变压器T1、二极管D4、D5、D6和D7、电阻R7和电阻R8，所述的二极管D4、D5、D6和D7组成整流桥，所述的变压器T1的一次侧与三相线上的两个电压取样点相连，所述的变压器T1的二次侧与整流桥的输入端相连，所述的整流桥的输出端之间串联连接有电阻R7和电阻R8，电阻R7和电阻R8的串联点与集中器的输入端相连。

所述的变压器高压侧的电压经过变压器T1和整流桥的处理转化为监测设备核心单元能够识别的直流电压信号，再通过信号的还原计算，得到真实的负载输入电压值，输送到云服务端，如果采集到的电压值异常，也会发出警报信号，同时将继电器切换单元调制太阳能供电模块接受太阳能供电。

如说明书附图6所示，所述的监测系统还包括电压取样单元，所述的电压取样单元包括窗口电路和触发电路，从所述的A、B、C三相线各自的取样点引出导线分别通过各自对应的窗口电路与触发电路的输入端相连，所述的触发电路的输出端连接集中器的输入端；

所述的窗口电路包括分压电路、电阻R1、R2和R3、电阻R4、比较器U1和U2和电压源，所述的分压电路的输入端作为窗口电路的输入端与三相电源线上的取样点相连，所述的分压电路的输出端与比较器U1的反向端和比较器U2的同向端的串联连接点连接，所述的电压源串联电阻R1、R2和R3接地，所述的比较器U2的反向端与电阻R2和R3的串联点连接，所述的比较器U1的输出端串联电阻R4与电压源相连，所述的比较器U1和U2的输出端串联连接作为窗口电路的输出端。

所述的分压电路由串联接地的电阻R7和R8组成，当窗口电路采集到交变电压后，先通过分压电路分压处理，将处理后的电压信号送入比较器，比较器与参考电压进行对比，在正常范围内窗口电路输出高电平，若超出参考范围，窗口电路输出低电平。

如说明书附图7所示，所述的触发电路包括二极管D1、D2和D3和电阻R5；电压源通过电阻R5与并联连接的二极管D1、D2和D3的正极相连，所述的二极管D1的负极作为触发电路的第一输入端，与A相线所对应的窗口电路相连；所述的二极管D2的负极作为触发电路的二输入端，与B相线所对应的窗口电路相连；所述的二极管D3的负极作为触发电路的三输入端，与C相线所对应的窗口电路相连，所述的二极管D1的正极作为触发电路的输出端。

所述的触发电路为一个与门电路，当三个输入端有一个为低电平时，触发电路输出低电平，从而控制器接到信号，断开总回路开关；当三个输入全为高电平是，与门电路输出高电平，负载电路正常运行。

所述的电压取样判断模块还包括与触发电路和监测设备核心单元串联点连接的延时电路，所述的延时电路包括并联接地的电阻R6和电容C1。

当电路刚启动或者闭合以及外界有瞬间信号的干扰时，采集到的电压会超出参考范围，导致系统误报错，这个时候是没有必要断开总回路开关的，延时电路可以将这种干扰去除，保证电路更稳定运行，

所述的保护单元包括与检测设备核心单元信号连接的温度监测单元、震动检测单元和漏电检测单元。

所述的温度监测单元、震动检测单元和漏电检测单元通过传感器检测变压器温度、变压器的震动情况及变压器和负载是否漏电，如果常出现一场情况，则监测设备核心单元将相应的断电的信号输入总回路开关，可以起到保护设备的作用。

Claims (6)

1.一种农灌动力变压器负荷数据监测系统，包括继电器切换单元、集中器、整流取样单元、云服务端和监测设备核心单元，外电网通过总回路开关与三绕组变压器的中压侧相连，三绕组变压器的低压侧通过继电器切换单元为集中器供电，所述的监测设备核心单元与继电器切换单元的控制端通讯连接，所述的三绕组变压器的高压侧通过电能表与负载相连，所述的监测设备核心单元的输出端与总回路开关的控制端通讯连接，所述的电能表通过集中器与监测设备核心单元通讯连接，所述的三绕组变压器高压侧的A、B、C三相线上分别设置有电压取样点，所述的A、B、C三相线上各自的电压取样点两两连接有整流取样单元，所述的整流取样单元通过集中器与监测设备核心单元通讯连接，所述的云服务端与监测设备核心单元通讯连接，其特征在于：

所述的监测系统还包括太阳能供电模块，所述的太阳能供电模块和三绕组变压器的低压侧分别与继电器切换单元的两个电能输入端相连；

所述的整流取样单元包括变压器T1、二极管D4、D5、D6和D7、电阻R7和电阻R8，所述的二极管D4、D5、D6和D7组成整流桥，所述的变压器T1的一次侧与三相线上的两个电压取样点相连，所述的变压器T1的二次侧与整流桥的输入端相连，所述的整流桥的输出端之间串联连接有电阻R7和电阻R8，电阻R7和电阻R8的串联点与集中器的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的一种农灌动力变压器负荷数据监测系统，其特征在于：所述的监测系统还包括电压取样单元，所述的电压取样单元包括窗口电路和触发电路，从所述的A、B、C三相线各自的取样点引出导线分别通过各自对应的窗口电路与触发电路的输入端相连，所述的触发电路的输出端连接集中器的输入端；

所述的窗口电路包括分压电路、电阻R1、R2和R3、电阻R4、比较器U1和U2和电压源，所述的分压电路的输入端作为窗口电路的输入端与三相电源线上的取样点相连，所述的分压电路的输出端与比较器U1的反向端和比较器U2的同向端的串联连接点连接，所述的电阻R1、R2和R3接地，所述的比较器U2的反向端与电阻R2和R3的串联点连接，所述的比较器U1的输出端串联电阻R4与电压源相连，所述的比较器U1和U2的输出端串联连接作为窗口电路的输出端；

所述的触发电路包括二极管D1、D2和D3和电阻R5；电压源通过电阻R5与并联连接的二极管D1、D2和D3的正极相连，所述的二极管D1的负极作为触发电路的第一输入端，与A相线所对应的窗口电路相连；所述的二极管D2的负极作为触发电路的二输入端，与B相线所对应的窗口电路相连；所述的二极管D3的负极作为触发电路的三输入端，与C相线所对应的窗口电路相连，所述的二极管D1的正极作为触发电路的输出端。

3.根据权利要求2所述的一种农灌动力变压器负荷数据监测系统，其特征在于：还包括电压取样判断模块，所述的电压取样判断模块包括与触发电路和监测设备核心单元串联点连接的延时电路，所述的延时电路包括并联接地的电阻R6和电容C1。

4.根据权利要求1所述的一种农灌动力变压器负荷数据监测系统，其特征在于：还包括保护单元，所述保护单元包括与检测设备核心单元信号连接的温度监测单元、震动检测单元和漏电检测单元。

5.根据权利要求1所述的一种农灌动力变压器负荷数据监测系统，其特征在于：所述的太阳能供电模块包括太阳能电池板、充电控制器模块、锂电池单元和逆变电源模块，所述的太阳能电池板通过充电控制模块为锂电池单元充电，所述的锂电池单元经过逆变电源模块与继电器切换单元连接。

6.根据权利要求1所述的一种农灌动力变压器负荷数据监测系统，其特征在于：所述的云服务端包括与监测设备核心单元连接的云服务器，所述的云服务器通过交换机连接PC端和手机APP。

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