CN216144898U - 一种四级防护安全用电监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出的是一种四级防护安全用电监测系统，该系统包括安全用电监测终端和边缘计算网关；其中，安全用电监测终端包括第一通讯模块，边缘计算网关包括第二通讯模块，第二通讯模块包括设备侧通讯模块和平台侧通讯模块；第一通讯模块的信号输入输出端与设备侧通讯模块的信号输出输入端对接，设备侧通讯模块的信号输入端与平台侧通讯模块的信号输出端连接。本实用新型的有益效果：1）通过安全用电监测终端和边缘计算网关的设置，使得配用电网络不同区间线路的故障监测数据能够及时上传给边缘计算网关进行统一管理；2）通过进一步增加云平台的设计，更进一步提高了配用电网络不同区间线路故障监测数据的管理效率。

Description

一种四级防护安全用电监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种四级防护安全用电监测系统，属于安全用电技术领域。

背景技术

配用电安全防护问题，一直是配用电环节的重中之重，随着用电需求及配电范围的不断扩大，如何保证配用电过程安全、可靠、高效逐渐成为供电企业及电力用户高度重视的问题；对配用电环节的进行安全监测，实现网络运行数据的可视化、透明化成为解决这一问题的有力手段，在这过程中，就需要将配用电网络分级划区，实现配用电区间线路的全面监测，形成云-管-边-端的完整监测体系，对线路运行过程中的安全隐患进行及时精确定位处理，避免瞬时性故障演变成永久性故障，提高供电企业的供电可靠性与运维管理能力，保证电力用户的用电安全。

配用电环节主要由如下几个部分组成：配电网-分支箱-取电箱-取电插座，由于整个环节跨度较长、范围较广，导致隐患排查及故障检修工作难度较大，且在城市中的很多老城厢小区由于线路复杂，管理水平落后，导致配电到用电环节的拓扑关系不清晰、不准确，传统的安全用电防护手段，往往起不到很显著的效果，配用电网络不同区间线路的监测数据无法进行统一管理，不利于配用电环节对隐患故障进行及时排查，这都对配用电环节的安全防护工作带来了挑战。

此外，随着智能配电的推进与通讯技术的发展，对配用电监测数据的采集与传输提出了新的要求，保证配用电数据监测的实时性、准确性也逐渐成为安全用电防护需要考虑的重要方面。

实用新型内容

本实用新型提出的是一种四级防护安全用电监测系统，其目的旨在解决配用电环节无法对配用电网络不同区间线路的故障监测数据进行统一管理的问题。

本实用新型的技术解决方案：一种四级防护安全用电监测系统，该系统包括安全用电监测终端和边缘计算网关；其中，安全用电监测终端包括第一通讯模块，边缘计算网关包括第二通讯模块，第二通讯模块包括设备侧通讯模块和平台侧通讯模块；第一通讯模块的信号输入输出端与设备侧通讯模块的信号输出输入端对接，设备侧通讯模块的信号输入端与平台侧通讯模块的信号输出端连接。

进一步地，所述四级防护安全用电监测系统还包括云平台，云平台的信号输入输出端与平台侧通讯模块的信号输出输入端对接。

进一步地，所述安全用电监测终端还包括信号采集模块、故障检测模块、故障录波模块、对时模块，信号采集模块的信号输出端与故障检测模块的信号输入端连接，障检测模块的信号输出端与故障录波模块的第一信号输入端连接，故障录波模块的第二信号输入端与对时模块的信号输出端连接，故障录波模块的信号输出端与第一通讯模块的信号输入端连接，第一通讯模块的第一信号输出端与信号采集模块的信号输入端连接，第一通讯模块的第二信号输出端与对时模块的信号输入端连接。

进一步地，所述边缘计算网关还包括存储模块、数据处理校对模块、故障辨识模块，存储模块的信号输出端与数据处理校对模块的信号输入端连接，数据处理校对模块的信号输出端与故障辨识模块的信号输入端连接，故障辨识模块的信号输出端与平台侧通讯模块的信号输入端连接，设备侧通讯模块的信号输出端与存储模块的信号输入端连接。

进一步地，所述安全用电监测终端为若干个，若干个安全用电监测终端分别安装在配电房、分支箱、配电箱、取电插座的配用电防护侧。

进一步地，所述若干个安全用电监测终端之间通过各自的第一通讯模块进行无线连接。

进一步地，所述安全用电监测终端中的信号采集模块优选采用ADC采集模块；所述故障检测模块优选采用DSP分析模块；所述故障录波模块优选采用MCU芯片。

进一步地，所述存储模块优选采用SD卡存储。

进一步地，所述数据处理校正模块与故障辨识模块均优选采用SOC芯片。

本实用新型的有益技术效果：

1）通过安全用电监测终端和边缘计算网关的设置，使得配用电网络不同区间线路的故障监测数据能够及时上传给边缘计算网关进行统一管理；

2）通过进一步增加云平台的设计，云平台用于系统信息交互管理，更进一步提高了配用电网络不同区间线路故障监测数据的管理效率。

附图说明

附图1是本实用新型实施例的四级防护安全用电监测系统的实现原理图。

附图2是本实用新型实施例的四级防护安全用电监测系统的结构示意图。

具体实施方式

一种四级防护安全用电监测系统，该系统包括安全用电监测终端和边缘计算网关；其中，安全用电监测终端包括第一通讯模块，边缘计算网关包括第二通讯模块，第二通讯模块包括设备侧通讯模块和平台侧通讯模块；第一通讯模块的信号输入输出端与设备侧通讯模块的信号输出输入端对接，设备侧通讯模块的信号输入端与平台侧通讯模块的信号输出端连接。

所述四级防护安全用电监测系统还包括云平台，云平台的信号输入输出端与平台侧通讯模块的信号输出输入端对接；云平台用于系统信息交互管理。

所述安全用电监测终端还包括信号采集模块、故障检测模块、故障录波模块、对时模块，信号采集模块的信号输出端与故障检测模块的信号输入端连接，障检测模块的信号输出端与故障录波模块的第一信号输入端连接，故障录波模块的第二信号输入端与对时模块的信号输出端连接，故障录波模块的信号输出端与第一通讯模块的信号输入端连接，第一通讯模块的第一信号输出端与信号采集模块的信号输入端连接，第一通讯模块的第二信号输出端与对时模块的信号输入端连接。

所述边缘计算网关还包括存储模块、数据处理校对模块、故障辨识模块，存储模块的信号输出端与数据处理校对模块的信号输入端连接，数据处理校对模块的信号输出端与故障辨识模块的信号输入端连接，故障辨识模块的信号输出端与平台侧通讯模块的信号输入端连接，设备侧通讯模块的信号输出端与存储模块的信号输入端连接。

所述安全用电监测终端为若干个，若干个安全用电监测终端分别安装在配电房、分支箱、配电箱、取电插座的配用电防护侧；工作时，每个安全用电监测终端通过第一通讯模块与边缘计算网关中的设备侧通讯模块进行实时网络通讯，边缘计算网关通过平台侧通讯模块与云平台进行实时网络通讯，所述实时网络通讯均可采用有线或无线的通讯方式实现通讯功能。

所述安全用电监测终端中的信号采集模块优选采用ADC采集模块；所述故障检测模块优选采用DSP分析模块；所述故障录波模块优选采用MCU单元；所述安全用电监测终端中的第一通讯模块、所述边缘计算网关中的设备侧通讯模块均优选采用RS485通信协议；所述平台侧通讯模块优选采用4G通信协议；所述存储模块优选采用SD卡存储方式；所述数据处理校正模块与故障辨识模块均优选采用SOC处理单元。

所述安全用电监测终端配置于配用电线路出线端；所述边缘计算网关和所述云平台均配置于区域防护系统网络，云平台用于系统信息交互管理。

所述四级防护区间各监测区段安装安全用电监测终端，全域安全用电监测终端配备边缘计算网关。

所述每个安全用电监测终端可采用有线或无线的方式实现通讯功能，边缘计算网关可采用无线或有线方式实现通讯。

本实用新型工作时，所述若干个安全用电监测终端之间通过各自的第一通讯模块进行实时通讯，实现在各个安全用电监测终端中的对时模块之间进行网络对时，各个第一通讯模块之间优选采用无线通讯方式进行实时通讯；工作时，安全用电监测终端通过故障检测模块检测到故障电压、电流波形，通过各自相应的第一通讯模块、对时模块与临近安全用电监测终端进行通讯及对时形成统一时标，每个安全用电监测终端对各自的故障录波模块下发录波指令启动故障录波模块进行局域录波，并将录波结果上传至边缘计算网关；所述故障辨识模块，可根据实际需要进一步设定相应的故障辨识算法，边缘计算网关可通过故障辨识模块对接收的故障波形数据进行比对，对每个故障波形数据的故障类型进行判别；在局域网络的基础上，通过安全用电监测终端中的对时模块保证时标的一致性，并在安全用电监测终端下发录波指令时，对检测到故障电气参量的安全用电监测终端同时启动录波模块进行局域录波，对当前时标下的电压波形和电流波形进行录制；所述云平台可接收故障辨识结果及故障区间辨识结果，将信息下发至运维处理人员，进行及时隐患排查及故障处理。

本实用新型的一种四级防护安全用电监测系统，该系统通过在配电房、分支箱、配电箱、取电插座等四级配用电侧安装安全用电监测终端，可采集线路中电压、电流等电气参量，边缘计算网关中可通过对安全用电监测终端上传的电气参量进行特征提取，方便对配用电网络不同区间线路的故障监测数据以及安全隐患进行准确位置，本实用新型为配用电网络不同区间线路的故障监测数据提供了一个信息交互和管理平台，可以有效提高配用电侧的用电安全防护能力，起到预防或降低用电隐患发生的机率。

实施例1

一种四级防护安全用电监测系统，如图1所示，以开关为分界线，按控制开关层级分，将配用电网络拓扑结构分为四层结构，即配电房、分支箱、配电箱、取电插座；在所述四层结构中均需安装多个安全用电监测终端；在四级防护安全用电监测系统中需配置一台边缘计算网关，部署一个监测云平台；所述安全用电监测终端、边缘计算网关均配置有线和/或无线通讯模块。

所述安全用电监测终端还包括信号采集模块、故障检测模块、故障录波模块、对时模块，每个边缘计算网关还包括信号存储模块、数据处理校对模块、故障辨识模块。

所述信号采集模块通过对电压电流信号进行采集处理，记录其有效值；所述故障检测模块，通过检测算法对故障电压电流进行识别检测；所述故障录波模块，在检测到故障发生后，通过无线通讯方式，与监测网络中检测到扰动的安全用电监测终端进行通讯，并通过对时模块统一时标，同时启动故障电压电流波形录制；所述存储模块，负责接收安全用电监测终端上传的故障波形数据；所述每个数据处理校对模块，对存储的故障波形数据进行预处理，校对时间准确性及录波波形的完整性；所述故障辨识模块，通过根据需要设定的故障辨识算法，对每个故障波形的故障类型进行判别，并通过云台侧通讯模块，向云平台返回判别结果。

本实施例公开的一种四级防护安全用电监测系统具有如下特点：

1、在各部件具有通信功能的条件下，在四级防护区域各线路区段安装多个安全用电监测终端；在四级防护区域安装一台边缘计算终端，部署一个监测云平台；

2、安全用电监测终端中信号采集模块采用ADC采集模块；故障检测模块采用DSP分析模块；故障录波模块采用MCU单元；通讯模块则采用RS485通信协议；

3、边缘计算网关中设备侧通讯模块采用RS485通信协议，平台侧通讯模块采用4G通信协议；存储模块采用该SD卡存储方式；数据处理校正模块与故障辨识模块均采用SOC处理单元。

监测时，云平台向四级防护安全用电监测系统发送监测指令，各防护区间的安全用电监测终端实时监测运行区段的电压、电流数据；故障检测模块检测到故障发生后，触发故障录波模块启动录波功能，将故障波形数据上传至边缘计算网关；边缘计算网关的故障辨识模块根据故障类型特征对接收的故障数据进行故障类型辨识分类，并结合故障节点信息，上传至云平台；云平台接收故障节点信息，通过与实际拓扑网络的对比确定故障区段，并汇总故障类型信息，发送至运维系统，完成安全用电防护。

本实施例在不改变配用电网络拓扑结构的基础上，通过在配电房、分支箱、配电箱和取电插座安装安全用电监测终端，对监测区间的电压、电流数据进行实时监测，并通过边缘计算网关、云平台对故障区段位置、故障类型进行精确辨识，可以促进安全用电安全防护，有效提高配用电侧的用电安全防护能力，起到预防或降低用电隐患发生的机率。

本实施例公开的一种四级防护安全用电监测系统进行安全用电防护的过程包括如下步骤：

步骤一，云平台向边缘计算网关下发监测指令，边缘计算网关与各安全用电监测终端完成过通讯，各配用电防护区段的安全用电监测终端通过信号采集模块实时采集运行线路电压、电流数据，通过故障检测模块对故障进行检测，并通过故障录波模块对故障波形进行捕获录波；录制的故障波形数据，通过有线或无线通信模块上传至边缘计算网关；

步骤二，边缘计算网关通过存储模块接收存储各安全用电监测终端上传的故障波形，通过故障辨识模块，对各故障波形的故障类型及故障节点信息进行辨识，并将各安全用电监测终端的辨识结果汇总分析，通过无线传输模块上传至云平台；

步骤三，云平台接收边缘计算网关上传的故障数据集辨识结果，结合四级防护安全系统的拓扑结构，确定故障所处的配用电区段，将故障类型及故障区段信息，通过运维系统，下发至运维人员，对故障隐患进行及时清除治理。

通过附图1-附图2对四级防护安全用电监测系统的故障监测、定位与辨识原理进行说明，云平台向四级防护安全用电监测系统发送监测指令，各防护区间的安全用电监测终端实时监测运行区段的电压、电流数据；在区段L1处发生故障，各安全用电监测终端通过故障检测模块，检测到故障发生，通过相应的通讯模块、对时模块与临近安全用电监测终端进行通讯及对时，并启动录波模块功能，将故障期间的波形数据上传至边缘计算网关；边缘计算网关根据故障辨识模块对接收的故障数据进行比对，以确定故障类型，并结合故障节点信息，上传至云平台；云平台接收故障节点信息，通过与实际拓扑网络的对比，确定故障实际发生的运行区段信息，并汇总故障类型信息，下发至运维系统，指导运维人员进行隐患排查与故障处理，完成四级防护安全用电系统的故障监测、定位与辨识。

对于具有环网的配用电线路拓扑，可在线路区段两端均安装安全用电监测终端，即可对线路区段进行完整监测，不会影响本实施例的实施效果。

Claims (10)

1.一种四级防护安全用电监测系统，其特征是包括安全用电监测终端和边缘计算网关；其中，安全用电监测终端包括第一通讯模块，边缘计算网关包括第二通讯模块，第二通讯模块包括设备侧通讯模块和平台侧通讯模块；第一通讯模块的信号输入输出端与设备侧通讯模块的信号输出输入端对接，设备侧通讯模块的信号输入端与平台侧通讯模块的信号输出端连接。

2.根据权利要求1所述的一种四级防护安全用电监测系统，其特征是所述四级防护安全用电监测系统还包括云平台，云平台的信号输入输出端与平台侧通讯模块的信号输出输入端对接。

3.根据权利要求1所述的一种四级防护安全用电监测系统，其特征是所述安全用电监测终端还包括信号采集模块、故障检测模块、故障录波模块、对时模块，信号采集模块的信号输出端与故障检测模块的信号输入端连接，障检测模块的信号输出端与故障录波模块的第一信号输入端连接，故障录波模块的第二信号输入端与对时模块的信号输出端连接，故障录波模块的信号输出端与第一通讯模块的信号输入端连接，第一通讯模块的第一信号输出端与信号采集模块的信号输入端连接，第一通讯模块的第二信号输出端与对时模块的信号输入端连接。

4.根据权利要求1所述的一种四级防护安全用电监测系统，其特征是所述边缘计算网关还包括存储模块、数据处理校对模块、故障辨识模块，存储模块的信号输出端与数据处理校对模块的信号输入端连接，数据处理校对模块的信号输出端与故障辨识模块的信号输入端连接，故障辨识模块的信号输出端与平台侧通讯模块的信号输入端连接，设备侧通讯模块的信号输出端与存储模块的信号输入端连接。

5.根据权利要求1所述的一种四级防护安全用电监测系统，其特征是所述安全用电监测终端为若干个，若干个安全用电监测终端分别安装在配电房、分支箱、配电箱、取电插座的配用电防护侧。

6.根据权利要求5所述的一种四级防护安全用电监测系统，其特征是所述若干个安全用电监测终端之间通过各自的第一通讯模块进行无线连接。

7.根据权利要求3所述的一种四级防护安全用电监测系统，其特征是所述信号采集模块采用ADC采集模块。

8.根据权利要求3所述的一种四级防护安全用电监测系统，其特征是所述故障检测模块采用DSP分析模块。

9.根据权利要求3所述的一种四级防护安全用电监测系统，其特征是所述故障录波模块采用MCU芯片。

10.根据权利要求4所述的一种四级防护安全用电监测系统，其特征是所述存储模块采用SD卡存储；所述数据处理校正模块与故障辨识模块均采用SOC芯片。

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