CN218216808U - 一种基于5g通信的智能柱上开关状态监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于5G通信的智能柱上开关状态监测装置，包括：多源异构传感器模块、柱上开关量模块、信号调理模块、多功能数据采集器模块、智能主控制器模块、柱上开关通信模块、人机界面交互模块，多源异构传感器模块通过信号调理模块连接多功能数据采集器模块；柱上开关量模块连接多功能数据采集器模块；多功能数据采集器模块连接智能主控制器模块；智能主控制器模块分别连接柱上开关通信模块和人机界面交互模块；该柱上开关通信模块包括5G无线通信单元。本实用新型解决现有技术中存在的如何实现对智能柱上开关的状态监测的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力装置监测技术领域，特别是一种基于5G通信的智能柱上开关状态监测装置。
背景技术
随着智能电网建设的快速发展，配电网作为智能电网的重要组成部分，在供电可靠性和供用电指标已有提高的基础上，要求进一步继续提高供电电能质量和供电可靠性。而10kV馈线架空线路由于露天架设，直接受周围环境和气候条件的影响，线路很容易会发生瞬时或永久性故障。柱上开关作为智能化开关设备的重要产品，是配电自动化的核心，它的智能化程度直接影响到电力系统配电自动化的水平。
柱上开关作为架空线路配电自动化的核心设备，具有运行环境恶劣、分布广、安装数量多等特点，其运行的可靠性直接影响配电网的安全。而目前整体上对柱上开关缺乏全方位的状态监测，尤其在智能化方面还不足，特别是智能柱上开关设备状态监测方面存在不足。
因此，如何实现对智能柱上开关的状态监测成为需要解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于5G通信的智能柱上开关状态监测装置，主要解决现有技术中存在的如何实现对智能柱上开关的状态监测的问题。
为实现上述目的,本实用新型的技术方案是:
一种基于5G通信的智能柱上开关状态监测装置，其特征在于，包括：
多源异构传感器模块、柱上开关量模块、信号调理模块、多功能数据采集器模块、智能主控制器模块、柱上开关通信模块和人机界面交互模块；
多源异构传感器模块通过信号调理模块连接多功能数据采集器模块；柱上开关量模块连接多功能数据采集器模块；多功能数据采集器模块连接智能主控制器模块；智能主控制器模块分别连接柱上开关通信模块和人机界面交互模块；该柱上开关通信模块包括5G无线通信单元；
进一步，多源异构传感器模块包括红外SF6气体传感器单元、无线温度传感器单元、霍尔型电压传感器单元、霍尔型电流传感器单元和振动传感器单元。
进一步，信号调理模块包括抗混叠滤波单元、幅值调整单元和信号调理单元。
进一步，柱上开关通信模块包括5G无线通信单元。
进一步，柱上开关通信模块还包括以太网有线通信单元。
进一步，多功能数据采集器模块包括PCI-2602U多功能数据采集卡。
进一步，红外SF6气体传感器单元包括BSA/QT-HWSF6型红外气体传感器；无线温度传感器单元包括BRW600-400A红外温度传感器；霍尔型电压传感器单元包括MIK-SDJU-A接线式交流电压变送器；霍尔型电流传感器单元包括MIK-SDJI交流电流变送器；振动传感器单元包括ZHJ-2-01振动速度传感器。
进一步，信号调理模块包括PSC16多通道可编程信号调理器。
进一步，智能主控制器模块包括STM32U585微控制器。
鉴于上述技术方案，本实用新型的优点是：
1、本实用新型的基于5G通信的智能柱上开关状态监测装置，其中多源异构传感器模块中分别采用BSA/QT-HWSF6型红外气体传感器、BRW600-400A红外温度传感器、MIK-SDJU-A接线式交流电压变送器、MIK-SDJI交流电流变送器、ZHJ-2-01振动速度传感器对柱上开关的状态量进行实时采集，实现了对柱上开关的全方位实时状态监测，为下一步的故障诊断打下了坚实的基础。
2、本实用新型的基于5G通信的智能柱上开关状态监测装置，其中STM32U585智能主控制器模块，在接收多功能数据采集器模块反馈数据信息的基础上，实现对智能柱上开关的状态监测功能。
3、本实用新型的基于5G通信的智能柱上开关状态监测装置，其中柱上开关通信模块采用5G远程通信和以太网传输相结合的方式，充分利用5G无线传输技术，实现了实时远程控制柱上开关的要求。
4、本实用新型的基于5G通信的智能柱上开关状态监测装置，其中用户与智能主控制器模块进行实时的交互，用户能够及时了解智能柱上开关状态并判断发生常见故障。
附图说明
图1为本实用新型一种基于5G通信的智能柱上开关状态监测装置的结构框图；
图中：1、多源异构传感器模块，2、柱上开关量模块，3、信号调理模块，4、多功能数据采集器模块，5、智能主控制器模块，6、柱上开关通信模块，7、人机界面交互模块，11、红外SF6气体传感器单元，12、无线温度传感器单元，13、霍尔型电压传感器单元，14、霍尔型电流传感器单元，15、振动传感器单元，31、抗混叠滤波单元，32、幅值调整单元，33、信号调理单元，61、5G无线通信单元，62、以太网有线通信单元。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
参见图1，具体实施例1，本实施例1提供了一种基于5G通信的智能柱上开关状态监测装置，包括：
多源异构传感器模块1，用于对柱上开关的状态量进行实时采集，实现对柱上开关的全方位实时状态监测；
多源异构传感器模块1包括红外SF6气体传感器单元11、无线温度传感器单元12、霍尔型电压传感器单元13、霍尔型电流传感器单元14和振动传感器单元15。
优选地，红外SF6气体传感器单元11包括BSA/QT-HWSF6型红外气体传感器(品牌：贝斯安智能)，内置压力补偿和温度控制功能，具有成本低、寿命长、精度高、性能稳定、波动小等优点，同时具有485、UART输出和模拟电流/电压输出，工作电流≤50mA，采样精度为±2％FS，工作温度为-20～70℃。红外SF6气体传感器单元11是用于测量柱上开关的SF6(六氟化硫)气体浓度，便于智能主控制器模块5后续对智能柱上开关的SF6气体浓度情况进行监测。
优选地，无线温度传感器单元12包括品牌为菲尔斯特(Firstrate)，型号为BRW600-400A红外温度传感器，采用高透光探头镜片和200MS级高算力进口芯片，具有精度高、响应迅速不卡顿，能够24h不间断测温，同时采用IP65防护等级，具有性能稳定、体积小等优点，测量精度为±1％，测量范围为-70℃～+380℃。无线温度传感器单元12是用于测量柱上开关的温度值，便于智能主控制器模块5后续对柱上开关的温度情况进行监测。
优选地，霍尔型电压传感器单元13包括品牌为美控，型号为MIK-SDJU-A接线式交流电压变送器，采用三端隔离技术，实现电源、输入、输出三方完全隔离，具有线性度高、精度高、抗干扰性强等优点，测量精度为±0.5％。霍尔型电压传感器单元13是用于测量柱上开关的电压值，便于智能主控制器模块5后续对柱上开关的电压情况进行监测。
优选地，霍尔型电流传感器单元14包括品牌为美控，型号为MIK-SDJI交流电流变送器，直接穿孔式设计，无需另接互感器，实现互感变送一体化，采用坡莫合金磁芯，大大提高了相位角特性和温度特性，具有低功耗、安全性高等优点，工作环境温度为-10℃～+60℃。霍尔型电流传感器单元14是用于测量柱上开关的电流值，便于智能主控制器模块5后续对柱上开关的电流情况进行监测。
优选地，振动传感器单元15包括品牌为春辉，型号为ZHJ-2-01振动速度传感器，具有性能稳定、抗干扰能力强、灵敏度高等优点，工作环境温度为-10℃～+80℃，测量精度为±0.5％。振动传感器单元15用于测量柱上开关的振动位移和速度，便于智能主控制器模块5后续对柱上开关的振动情况进行监测。
柱上开关量模块2，用于收集柱上开关的开关状态等数字量信号，相对较为简单，通过多功能数据采集模块4直接将信号输入到STM32U585智能主控制器模块55中。开关量的状态只有两种，1或者0，开关量的采集无需传感器，只需内部的继电器(比如松下AQZ207直插4脚型继电器)即可实现，数字信号较为简单，无需经过信号调理模块的处理，可直接被控制器识别，由智能主控制器模块5意法半导体的stm32芯片进行处理。
信号调理模块3，用于调理多源异构传感器模块1输出的信号；信号调理模块3包括抗混叠滤波单元31、幅值调整单元32和信号调理单元33。
优选地，信号调理模块3包括品牌为索迈，型号为PSC16多通道可编程信号调理器，该信号调理器具有频率范围宽，且内置抗混叠滤波单元31、幅值调整单元32和信号调理单元33等，工作温度为-10℃～+50℃，精度为±0.1％。
抗混叠滤波单元31的作用：在保持与采样之前防止输入的信号最大频率出现与采样频率冲突而设置的保护，防止采样时出现频率混叠。
幅值调整单元32的作用：调幅的目的是为了便于缓变信号的放大和传送。
信号调理单元33的作用：指将传感器检测到的各种模拟信号转换为标准信号。
多功能数据采集器模块4，用于采集柱上开关量模块2和信号调理模块3反馈的数据信息；多功能数据采集器模块4包括品牌为泓格，型号为PCI-2602U多功能数据采集卡，16路单端或8路差分模拟量输入通道，32个双向数字输入输出通道，16bit高分辨率、1MS/s AD转换器，具有速度快、精度高，可断电保留数据的功能，完全满足模拟量和数字量的同时输入。
智能主控制器模块5，用于在接收多功能数据采集器模块4反馈数据信息的基础上，实现对柱上开关状态进行监测；智能主控制器模块5包括品牌为意法半导体(STMicroelectronics)，型号为STM32U585微控制器，又称“STM32U585智能主控制器模块5”，STM32U585微控制器具有一个低功耗RTC、四个32位通用定时器、四个16位低功耗定时器、一个快速14位ADC(2.5Msps)和一个12位ADC(2.5Msps)，可在高达160MHz的频率下运行，实现240DMIPS性能，同时保持极低的动态功耗，供电电压为1.71V～3.6V，工作温度为-40～85℃。
柱上开关通信模块6，用于用户通过智能主控制器模块5实时远程控制柱上开关(比如说用户通过智能主控制器模块5远程控制柱上开关的分合闸，最终实现远程控制柱上开关)；柱上开关通信模块6包括5G无线通信单元61和以太网有线通信单元62。
5G无线通信单元61(又称5G远程无线通讯模块，比如采用品牌为移远，型号为RM500U远程无线通讯模块)采用5G网络通讯技术，全称第五代移动电话行动通信标准，是在4G网络通讯技术的基础上发展而来，具有eMBB(大带宽)，mMTC(万物互联)和URLLC(低时延)等特点。
以太网有线通信单元62为了弥补5G无线通信单元61中可能存在基站信号弱的缺点，采用以太网有线通信单元62进一步提高通信的可靠性。
人机界面交互模块7，采用威纶(Weinview)TK6070iQ人机界面触摸屏，用于用户与智能主控制器模块5进行实时的交互；
多源异构传感器模块1、信号调理模块3、多功能数据采集器模块4、智能主控制器模块5和人机界面交互模块7依次相连；柱上开关量模块2和多功能数据采集器模块4相连。
BSA/QT-HWSF6型红外气体传感器的模拟电流输出接口同PSC16多通道可编程信号调理器的动态输入通道连接，BSA/QT-HWSF6型红外气体传感器将对应柱上开关的SF6气体浓度值的模拟信号传输给PSC16多通道可编程信号调理器；
BRW600-400A红外温度传感器的模拟电流输出接口同PSC16多通道可编程信号调理器的动态输入通道连接，BRW600-400A红外温度传感器将对应柱上开关的温度值的模拟信号传输给PSC16多通道可编程信号调理器；
MIK-SDJU-A接线式交流电压变送器的模拟电流输出接口同PSC16多通道可编程信号调理器的动态输入通道连接，MIK-SDJU-A接线式交流电压变送器将对应柱上开关的电压值的模拟信号传输给PSC16多通道可编程信号调理器；
MIK-SDJI交流电流变送器的模拟电流输出接口同PSC16多通道可编程信号调理器的动态输入通道连接，MIK-SDJI交流电流变送器将对应柱上开关的电流值的模拟信号传输给PSC16多通道可编程信号调理器；
ZHJ-2-01振动速度传感器的模拟电流输出接口同PSC16多通道可编程信号调理器的动态输入通道连接，ZHJ-2-01振动速度传感器将对应柱上开关的振动位移值和速度值的模拟信号传输给PSC16多通道可编程信号调理器；
PSC16多通道可编程信号调理器对这些信号进行抗混叠滤波、幅值调整、将模拟信号转换为标准信号的处理；
PSC16多通道可编程信号调理器的动态输出通道同PCI-2602U多功能数据采集卡的单端模拟量输入通道连接，同时，柱上开关量模块2的松下AQZ207直插4脚型继电器的开关量输出通道同PCI-2602U多功能数据采集卡的数字量输入通道连接，PCI-2602U多功能数据采集卡的TTL规范的可编程数字量输出通道同STM32U585微控制器的采集输入接口连接，PCI-2602U多功能数据采集卡将从PSC16多通道可编程信号调理器和继电器处接收到的信息反馈给STM32U585微控制器；
STM32U585微控制器的数据显示接口同人机界面交互模块7的TK6070iQ人机界面触摸屏的I/O接口连接，STM32U585微控制器将数据信息反馈给TK6070iQ人机界面触摸屏，由TK6070iQ人机界面触摸屏同现场工作人员实现人机交互。
STM32U585微控制器的串行通信接口同5G无线通信单元61的移远RM500U远程无线通讯模块的SPI接口连接，RM500U远程无线通讯模块基于5G网络实现STM32U585微控制器同配网主站之间的远程通信，STM32U585微控制器通过网络电缆线实现STM32U585微控制器同后台监控终端之间的有线通信。
具体工作流程为：首先，由多源异构传感器模块1对柱上开关的状态量进行实时采集，实现对柱上开关的全方位实时状态监测(比如对智能柱上开关的SF6浓度、温度、电压、电流、振动情况等进行数据采集和实时状态监测)，并将采集的数据信息传输到信号调理模块3；
其次，由信号调理模块3对数据信息的信号进行调理，再将数据信息经调理后的信号传输到多功能数据采集器模块4；
再次，柱上开关量模块2收集柱上开关的开关状态等数字量信号，并将有关信号传输到多功能数据采集器模块4；
然后，多功能数据采集器模块4接收或采集柱上开关量模块2和信号调理模块3反馈的数据信息后，再将有关数据信息输送到智能主控制器模块5；
最后，由智能主控制器模块5根据有关数据信息，实现对智能柱上开关的状态监测功能(比如智能柱上开关的SF6浓度、温度、电压、电流、振动情况等等状态)，用户也可以通过人机界面交互模块7，与智能主控制器模块5进行实时的交互，用户也可以通过5G无线通信单元61和/或以太网有线通信单元62实现了实时远程控制柱上开关的功能。
本实用新型的装置能够从整体上对智能柱上开关实现全方位的状态监测功能，准确、高效。
除非特别说明,“连接”、“耦接”或者“相连”等类似词语并非限定于物理或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。
以上所述者，仅为本实用新型的较佳可行实施例而已，非因此即局限本实用新型的专利范围，举凡运用本实用新型说明书及图式内容所为的等效结构变化，均理同包含于本实用新型的权利范围内，合予陈明。
Claims (8)
1.一种基于5G通信的智能柱上开关状态监测装置，其特征在于，包括：
多源异构传感器模块(1)、柱上开关量模块(2)、信号调理模块(3)、多功能数据采集器模块(4)、智能主控制器模块(5)、柱上开关通信模块(6)和人机界面交互模块(7)；
多源异构传感器模块(1)通过信号调理模块(3)连接多功能数据采集器模块(4)；柱上开关量模块(2)连接多功能数据采集器模块(4)；多功能数据采集器模块(4)连接智能主控制器模块(5)；智能主控制器模块(5)分别连接柱上开关通信模块(6)和人机界面交互模块(7)；该柱上开关通信模块(6)包括5G无线通信单元(61)。
2.根据权利要求1所述一种基于5G通信的智能柱上开关状态监测装置，其特征在于，多源异构传感器模块(1)包括红外SF6气体传感器单元(11)、无线温度传感器单元(12)、霍尔型电压传感器单元(13)、霍尔型电流传感器单元(14)和振动传感器单元(15)。
3.根据权利要求1所述一种基于5G通信的智能柱上开关状态监测装置，其特征在于，信号调理模块(3)包括抗混叠滤波单元(31)、幅值调整单元(32)和信号调理单元(33)。
4.根据权利要求1所述一种基于5G通信的智能柱上开关状态监测装置，其特征在于，柱上开关通信模块(6)还包括以太网有线通信单元(62)。
5.根据权利要求1所述一种基于5G通信的智能柱上开关状态监测装置，其特征在于，多功能数据采集器模块(4)为PCI-2602U多功能数据采集卡。
6.根据权利要求2所述一种基于5G通信的智能柱上开关状态监测装置，其特征在于，红外SF6气体传感器单元(11)为BSA/QT-HWSF6型红外气体传感器；无线温度传感器单元(12)为BRW600-400A红外温度传感器；霍尔型电压传感器单元(13)为MIK-SDJU-A接线式交流电压变送器；霍尔型电流传感器单元(14)为MIK-SDJI交流电流变送器；振动传感器单元(15)为ZHJ-2-01振动速度传感器。
7.根据权利要求3所述一种基于5G通信的智能柱上开关状态监测装置，其特征在于，信号调理模块(3)为PSC16多通道可编程信号调理器。
8.根据权利要求1所述一种基于5G通信的智能柱上开关状态监测装置，其特征在于，智能主控制器模块(5)为STM32U585微控制器。
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