CN223166808U - 一种变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及剩余电流在线监测技术领域，特别涉及一种变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置，包括剩余电流互感器单元、485通信采集单元、无线LORA采集单元、聚磁铁芯单元、数据汇集单元和综合监控管理终端，聚磁铁芯单元和剩余电流互感器单元均设置在外部待监测的线缆上，剩余电流互感器单元分别与485通信采集单元和无线LORA采集单元电连接，无线LORA采集单元通过数据汇集单元与综合监控管理终端电连接，聚磁铁芯单元与无线LORA采集单元电连接，485通信采集单元与综合监控管理终端电连接，能够同时测量多条线路剩余电流和能够无线传输到终端监测。

Description

一种变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置

技术领域

本实用新型涉及剩余电流在线监测技术领域，特别涉及一种变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置。

背景技术

变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置是集前端电流检测、中间电流数据采集传输和终端线路分布与电流数据显示为一体的站内用电保护装置；该保护装置通过对变电站进行剩余电流在线保护功能整治，可以理清站用交流电各级配电接地方式，按照统一规范接地，验证低压自投设备的自投功能，按级差规范检查各级交直流断路器的额定电流，形成一份清晰的站内配电分级图纸，实时监测显示各级剩余电流数值，根据剩余电流值提前预警线路绝缘劣化和设备绝缘故障，保障站内电气系统安全可靠运行。曾经500kV某变电站发生低压交流电缆着火，引发直流电缆绝缘损坏，最终导致两套500kV母差保护动作的故障，最终排查发现引起低压交流电缆起火主要有两个原因：一是电缆发生金属短路时，保护用断路器灵敏度不足，短时间无法开断，引发电缆起火；二是电缆发生绝缘损坏爬电起弧或对铠短路时，属于“高阻接地”，断路器无法开断，但此时弧道或短路点温度很高，引发电缆起火。针对第二类问题，提出了电缆剩余电流在线保护功能整治解决方案；变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置主要包括工控机、GFSU、显示屏、由数据采集模块和数据接收模块；其中工控机、GFSU和显示屏作为后台系统完成采集电流数据的处理与显示；数据采集模块和数据接收模块作为采集前端完成电流数据的实时采集与传输。

实现剩余电流在线监测是保护系统设计的主要环节，目前常用的电流检测装置有两种方式实现：一种是在相关节点安装带剩余电流数据采集功能的智能化开关自动检测，带剩余电流数据采集功能的智能化开关，智能化开关存在体积大，安装需要断电影响用户用电，无数据联网功能，无重复利用功能，每台设备采集到的数据只能独立查看，无法在一个统一平台上浏览分析所有节点的数据的问题；另一种是使用钳形剩余电流表通过人工进行检测，是当前测量剩余电流值的主要工具，它由钳形表头和表体两部分组成，钳形表头就是一个可随意闭合的剩余电流互感器，把表头钳住被测线路，就可以获取被测线路上剩余电量信号，再通过转换和分析，最后在表体上的显示屏上显示出测量数值；钳形剩余电流表使用时存在电池续航能力差、无防雨功能、数据采集频率低，只能采集一直存在的剩余电流数据、无数据联网功能，无法在一个统一平台上浏览分析所有节点的数据、内存小无法支持长时间运行的大数量存储的问题。

综上所述，目前尚无能够同时测量多条线路剩余电流且能够无线传输到终端监测的智能剩余电流监测保护系统，已有的剩余电流检测监测装置多为有线监测和手动测量过，不适用站内较多线路的智能监测。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种能够同时测量多条线路剩余电流，且能够无线传输到终端监测的智能剩余电流监测保护系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置，包括剩余电流互感器单元、485通信采集单元、无线LORA采集单元、聚磁铁芯单元、数据汇集单元和综合监控管理终端；

所述聚磁铁芯单元和剩余电流互感器单元均设置在外部待监测的线缆上，所述剩余电流互感器单元分别与485通信采集单元和无线LORA采集单元电连接，所述无线LORA采集单元通过数据汇集单元与综合监控管理终端电连接，所述聚磁铁芯单元与无线LORA采集单元电连接，所述485通信采集单元与综合监控管理终端电连接。

进一步的，所述剩余电流互感器单元包括若干个电流互感器，若干个所述电流互感器的输入端均与外部的线缆电连接，所述剩余电流互感器单元中的一部分电流互感器的输出端均与485通信采集单元电连接，所述剩余电流互感器单元中的另一部分电流互感器的输出端均与无线LORA采集单元。

进一步的，所述485通信采集单元包括第一电压调理电路、程控模拟开关电路、第一MCU芯片和第一隔离485通信电路，所述第一电压调理电路的输入端与剩余电流互感器单元的输出端电连接，所述第一电压调理电路的输出端与程控模拟开关电路的输入端电连接，所述第一MCU芯片分别与程控模拟开关电路和第一隔离485通信电路电连接，所述第一隔离485通信电路与综合监控管理终端电连接。

进一步的，所述第一电压调理电路包括变压器T13、运算放大器U12、运算放大器U14、有效值转换芯片U15和运算放大器U16；

所述变压器T13的初级绕组与剩余电流互感器单元的输出端电连接，所述变压器T13的次级绕组的两端分别与运算放大器U12的同相输入端和反相输入端电连接，所述运算放大器U12的输出端与运算放大器U14的同相输入端电连接，所述运算放大器U14的输出端通过有效值转换芯片U15分别与运算放大器U16的同相输入端和反相输入端电连接，所述运算放大器U16的输出端与程控模拟开关电路的输入端电连接。

进一步的，所述第一隔离485通信电路包括隔离芯片U4，所述隔离芯片U4分别与第一MCU芯片和综合监控管理终端电连接。

进一步的，所述无线LORA采集单元包括第二电压调理电路、第二MCU芯片和第一LORA通信模块；

所述第二电压调理电路的输入端与剩余电流互感器单元的输出端电连接，所述第二电压调理电路的输出端通过第二MCU芯片与第一LORA通信模块的输入端电连接，所述第一LORA通信模块的输出端通过数据汇集单元与综合监控管理终端电连接。

进一步的，所述数据汇集单元包括第二LORA通信模块、第三MCU芯片和第二隔离485通信电路；

所述第二LORA通信模块的输入端与无线LORA采集单元电连接，所述第二LORA通信模块的输出端通过第三MCU芯片和第二隔离485通信电路的输入端电连接，所述第二隔离485通信电路的输出端与综合监控管理终端电连接。

进一步的，还包括工控机和显示模块，所述工控机分别与综合监控管理终端和显示模块电连接。

进一步的，还包括移动终端，所述移动终端与工控机电连接。

进一步的，还包括以太网接口芯片，所述工控机与综合监控管理终端之间通过以太网接口芯片进行电连接。

本实用新型的有益效果在于：

本方案通过设置剩余电流互感器单元、485通信采集单元、无线LORA采集单元、聚磁铁芯单元、数据汇集单元和综合监控管理终端，剩余电流互感器单元通过电磁感应的原理将电流数据采集传送到485通信采集单元或无线LORA采集单元；根据用户的需求不同，剩余电流互感器单元可以与两种不同的数据采集单元相连，一种是当用户需要进行无线电流采集时，电流互感器搭配内部具有LORA通信的无线LORA采集单元，另一种是当用户选用本地电流直接监测时，电流互感器搭配485通信采集单元；无线LORA采集单元与聚磁铁芯单元相连，完成无源取电的设计；无线LORA采集单元具有无线通信的功能，通过无线LORA技术与数据汇集单元建立通信，将从剩余电流互感器单元中获得的电流数据通过无线LORA通信上传给数据汇集单元；485通信采集单元通过RS485的通信方式分别与剩余电流互感器单元和综合监控管理终端连接，将剩余电流互感器单元获得的电流数据传送到给综合监控管理终端，以实现同时多条线路剩余电流的测量。

附图说明

图1为本实用新型的变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置的连接框图；

图2为本实用新型的变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置的第一电压调理电路的电路原理图；

图3为本实用新型的变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置的第一隔离485通信电路的电路原理图；

标号说明：

1、剩余电流互感器单元；

2、485通信采集单元；201、第一电压调理电路；202、程控模拟开关电路；203、第一MCU芯片；204、第一隔离485通信电路；

3、无线LORA采集单元；301、第二电压调理电路；302、第二MCU芯片；303、第一LORA通信模块；

4、聚磁铁芯单元；

5、数据汇集单元；501、第二LORA通信模块；502、第三MCU芯片；503、第二隔离485通信电路；

6、综合监控管理终端；

7、工控机；

8、显示模块；

9、移动终端；

10、线缆。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1，本实用新型采用的技术方案为：

一种变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置，包括剩余电流互感器单元、485通信采集单元、无线LORA采集单元、聚磁铁芯单元、数据汇集单元和综合监控管理终端；

所述聚磁铁芯单元和剩余电流互感器单元均设置在外部待监测的线缆上，所述剩余电流互感器单元分别与485通信采集单元和无线LORA采集单元电连接，所述无线LORA采集单元通过数据汇集单元与综合监控管理终端电连接，所述聚磁铁芯单元与无线LORA采集单元电连接，所述485通信采集单元与综合监控管理终端电连接。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：

本方案通过设置剩余电流互感器单元、485通信采集单元、无线LORA采集单元、聚磁铁芯单元、数据汇集单元和综合监控管理终端，剩余电流互感器单元通过电磁感应的原理将电流数据采集传送到485通信采集单元或无线LORA采集单元；根据用户的需求不同，剩余电流互感器单元可以与两种不同的数据采集单元相连，一种是当用户需要进行无线电流采集时，电流互感器搭配内部具有LORA通信的无线LORA采集单元，另一种是当用户选用本地电流直接监测时，电流互感器搭配485通信采集单元；无线LORA采集单元与聚磁铁芯单元相连，完成无源取电的设计；无线LORA采集单元具有无线通信的功能，通过无线LORA技术与数据汇集单元建立通信，将从剩余电流互感器单元中获得的电流数据通过无线LORA通信上传给数据汇集单元；485通信采集单元通过RS485的通信方式分别与剩余电流互感器单元和综合监控管理终端连接，将剩余电流互感器单元获得的电流数据传送到给综合监控管理终端，以实现同时多条线路剩余电流的测量。

进一步的，所述剩余电流互感器单元包括若干个电流互感器，若干个所述电流互感器的输入端均与外部的线缆电连接，所述剩余电流互感器单元中的一部分电流互感器的输出端均与485通信采集单元电连接，所述剩余电流互感器单元中的另一部分电流互感器的输出端均与无线LORA采集单元。

从上述描述可知，通过将剩余电流互感器单元中的一部分电流互感器的输出端均与485通信采集单元电连接，剩余电流互感器单元中的另一部分电流互感器的输出端均与无线LORA采集单元，能够实现一款具有双路互感的剩余检测显示器，目前市面上存在的电流检测装置多为本地检测和单路无线上传检测，且续航能力差；双路互感剩余检测显示器具有本地剩余电流液晶显示、无线LORA数据上传和无源取电的优点，解决了相线、零线分离的电缆剩余电流测量问题，解决了双回路供电系统供电端的剩余电流测量问题以及长时间的供电问题。

进一步的，所述485通信采集单元包括第一电压调理电路、程控模拟开关电路、第一MCU芯片和第一隔离485通信电路，所述第一电压调理电路的输入端与剩余电流互感器单元的输出端电连接，所述第一电压调理电路的输出端与程控模拟开关电路的输入端电连接，所述第一MCU芯片分别与程控模拟开关电路和第一隔离485通信电路电连接，所述第一隔离485通信电路与综合监控管理终端电连接。

从上述描述可知，剩余电流互感器单元中的剩余电流信号经过第一电压调理电路，将电流信号进行转换、放大和调整后，通过程控模拟开关电路进行选择通道传输至第一MCU芯片，由第一MCU芯片对信号处理和数据转换，最后的数据通过第一隔离485通信电路发送至综合监控管理终端。

进一步的，所述第一电压调理电路包括变压器T13、运算放大器U12、运算放大器U14、有效值转换芯片U15和运算放大器U16；

所述变压器T13的初级绕组与剩余电流互感器单元的输出端电连接，所述变压器T13的次级绕组的两端分别与运算放大器U12的同相输入端和反相输入端电连接，所述运算放大器U12的输出端与运算放大器U14的同相输入端电连接，所述运算放大器U14的输出端通过有效值转换芯片U15分别与运算放大器U16的同相输入端和反相输入端电连接，所述运算放大器U16的输出端与程控模拟开关电路的输入端电连接。

从上述描述可知，变压器T13将剩余电流互感器单元的大电流转换成较小的电流信号，二极管D5为TVS瞬态电压抑制器，保护电路不受高压瞬变(如静电、雷击等)影响。二极管D3、二极管D4和二极管D6的作用为整流，防止电流逆流，同时在二极管D6处起到钳位作用。通过运算放大器U12与运算放大器U14以及电阻网络的电压转换与调理，将剩余电流交流信号送至有效值转换芯片U15，将交流信号转换为直流电压，送至运算放大器U16，将电压调整为0～3.3V的范围输出。

进一步的，所述第一隔离485通信电路包括隔离芯片U4，所述隔离芯片U4分别与第一MCU芯片和综合监控管理终端电连接。

从上述描述可知，第一隔离485通信电路通过隔离芯片U4将第一MCU芯片的TTL电平转换为RS-485总线标准，以实现长距离和高可靠性的通讯。

进一步的，所述无线LORA采集单元包括第二电压调理电路、第二MCU芯片和第一LORA通信模块；

所述第二电压调理电路的输入端与剩余电流互感器单元的输出端电连接，所述第二电压调理电路的输出端通过第二MCU芯片与第一LORA通信模块的输入端电连接，所述第一LORA通信模块的输出端通过数据汇集单元与综合监控管理终端电连接。

进一步的，所述数据汇集单元包括第二LORA通信模块、第三MCU芯片和第二隔离485通信电路；

所述第二LORA通信模块的输入端与无线LORA采集单元电连接，所述第二LORA通信模块的输出端通过第三MCU芯片和第二隔离485通信电路的输入端电连接，所述第二隔离485通信电路的输出端与综合监控管理终端电连接。

进一步的，还包括工控机和显示模块，所述工控机分别与综合监控管理终端和显示模块电连接。

进一步的，还包括移动终端，所述移动终端与工控机电连接。

进一步的，还包括以太网接口芯片，所述工控机与综合监控管理终端之间通过以太网接口芯片进行电连接。

从上述描述可知，以太网接口芯片提供有线网络连接功能，实现数据的传输和远程监控。

请参照图1至图3所示，本实用新型的实施例一为：

请参照图1，一种变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置，包括剩余电流互感器单元1、485通信采集单元2、无线LORA采集单元3、聚磁铁芯单元4、数据汇集单元5和综合监控管理终端6；

所述聚磁铁芯单元4和剩余电流互感器单元1均设置在外部待监测的线缆10上，所述剩余电流互感器单元1分别与485通信采集单元2和无线LORA采集单元3电连接，所述无线LORA采集单元3通过数据汇集单元5与综合监控管理终端6电连接，所述聚磁铁芯单元4与无线LORA采集单元3电连接，所述485通信采集单元2与综合监控管理终端6电连接。

本实施例中，所述聚磁铁芯单元1采用的是市面上常用的聚磁铁芯，例如型号为UF65-UU80的聚磁铁芯。

所述剩余电流互感器单元1包括若干个电流互感器，若干个所述电流互感器的输入端均与外部的线缆10电连接，所述剩余电流互感器单元1中的一部分电流互感器(本实施例中有32个)的输出端均与485通信采集单元2电连接，所述剩余电流互感器单元1中的另一部分电流互感器的输出端均与无线LORA采集单元3。

所述485通信采集单元2包括第一电压调理电路201(本实施例中有32路)、程控模拟开关电路202、第一MCU芯片203和第一隔离485通信电路204，所述第一电压调理电路201的输入端与剩余电流互感器单元1的输出端电连接，所述第一电压调理电路201的输出端与程控模拟开关电路202的输入端电连接，所述第一MCU芯片203分别与程控模拟开关电路202和第一隔离485通信电路204电连接，所述第一隔离485通信电路204与综合监控管理终端6电连接。

本实施例中，剩余电流互感器单元1中的32个电流互感器的32路剩余电流信号分别经过32路第一电压调理电路201，将电流信号进行转换、放大和调整后，通过程控模拟开关电路202(本实施例中包括16组程控模拟开关)进行选择通道传输至第一MCU芯片203的ADC采集管脚，由第一MCU芯片203对信号处理和数据转换，最后的数据通过第一隔离485通信电路204发送至综合监控管理终端6。

请参照图2，每路所述第一电压调理电路201的电路结构相同，所述第一电压调理电路201包括变压器T13、运算放大器U12、运算放大器U14、有效值转换芯片U15和运算放大器U16；

所述变压器T13的初级绕组与剩余电流互感器单元1的输出端电连接，所述变压器T13的次级绕组的两端分别与运算放大器U12的同相输入端和反相输入端电连接，所述运算放大器U12的输出端与运算放大器U14的同相输入端电连接，所述运算放大器U14的输出端通过有效值转换芯片U15分别与运算放大器U16的同相输入端和反相输入端电连接，所述运算放大器U16的输出端与程控模拟开关电路202的输入端电连接。

所述第一电压调理电路201还包括二极管D5、电阻R21、电阻R19、电阻R22、电容C20、二极管D3、二极管D4、电阻R18、二极管D6、电阻R20、电阻R26、电阻R28、电阻R24、电容C22、电容C21、电阻R25、电阻R27和电阻R23，其各元器件之间的具体连接关系请参照图2；

变压器T13将剩余电流互感器单元1的大电流转换成较小的电流信号，二极管D5为TVS瞬态电压抑制器，保护电路不受高压瞬变(如静电、雷击等)影响。二极管D3、二极管D4和二极管D6的作用为整流，防止电流逆流，同时在二极管D6处起到钳位作用。通过运算放大器U12与运算放大器U14以及电阻网络的电压转换与调理，将剩余电流交流信号送至有效值转换芯片U15，将交流信号转换为直流电压，送至运算放大器U16，将电压调整为0～3.3V的范围输出。

请参照图3，所述第一隔离485通信电路204包括隔离芯片U4，所述隔离芯片U4分别与第一MCU芯片203和综合监控管理终端6电连接。

所述第一隔离485通信电路204还包括电容C1、电容C2、电阻R3、电阻R4、电容C7、电容C8、电容C3、电容C4、二极管D1、电阻R6、电容C9、电容C10和热敏电阻RT1，其各元器件之间的具体连接关系请参照图3；

所述第一隔离485通信电路204通过隔离芯片U4将第一MCU芯片203的TTL电平转换为RS-485总线标准，以实现长距离和高可靠性的通讯，其中电容C1、电容C2、电容C7和电容C8是电源去耦电容，用来滤除电源上的高频杂波，确保电源的稳定；二极管D1(型号为P6SMB6.8CA)是一个瞬态电压抑制二极管，用于保护RS-485总线接口免受电瞬变和尖峰电压的损坏；热敏电阻RT1(型号为SPMZB-10)能够在电流过大时增加阻值，保护电路不被过电流损坏；电阻R6是限流电阻，用于限制电流大小；485_A和485_B是RS-485总线的A和B差分信号线，通过这些引脚进行长距离数据通讯。

所述无线LORA采集单元3包括第二电压调理电路301、第二MCU芯片302和第一LORA通信模块303；

所述第二电压调理电路301的输入端与剩余电流互感器单元1的输出端电连接，所述第二电压调理电路301的输出端通过第二MCU芯片302与第一LORA通信模块303的输入端电连接，所述第一LORA通信模块303的输出端通过数据汇集单元5与综合监控管理终端6电连接。

本实施例中，所述第二电压调理电路301的电路结构与第一电压调理电路201的电路结构相同。

本实施例中，所述第一LORA通信模块303包括型号为SX1268的第一LORA芯片；

本实施例中，所述第二MCU芯片302的型号为STM32F103，型号为STM32F103的芯片是一个低功耗的微控制器，用于采集和处理来自第一电压调理电路201的信号；第二MCU芯片302的ADC0引脚用于进行模数转换，将来自电流互感器经调理后的模拟信号转换为数字信号；第二MCU芯片302还负责通过SPI接口与第一LORA通信模块303进行数据通信，将采集到的电流数据无线发送至数据汇集单元5。

所述无线LORA采集单元3主要用于将剩余电流互感器单元检测到的电流信号转换为无线信号，并通过第一LORA通信模块303进行长距离传输。

所述数据汇集单元5包括第二LORA通信模块501、第三MCU芯片502和第二隔离485通信电路503；

所述第二LORA通信模块501的输入端与无线LORA采集单元3电连接，所述第二LORA通信模块501的输出端通过第三MCU芯片502和第二隔离485通信电路503的输入端电连接，所述第二隔离485通信电路503的输出端与综合监控管理终端6电连接。

本实施例中，所述第二隔离485通信电路503的电路结构与第一隔离485通信电路204的电路结构相同。

本实施例中，所述第三MCU芯片502的型号为STM32F103；

本实施例中，所述第二LORA通信模块501包括型号为SX1268的第二LORA芯片，利用modbus协议采集第一LORA芯片发送的数据，经过第三MCU芯片502的SPI总线数据读取，通过第二隔离485通信电路503将数据通过485总线上传至综合监控管理终端6。

还包括工控机7(型号为CE-IED-4000)和显示模块8，所述工控机7分别与综合监控管理终端6和显示模块8电连接。

还包括移动终端9(型号为CE-ZYW-100M)，所述移动终端9与工控机7电连接。

还包括以太网接口芯片(型号为W5500)，所述工控机7与综合监控管理终端6之间通过以太网接口芯片进行电连接；所述以太网接口芯片提供有线网络连接功能，实现数据的传输和远程监控；所述综合监控管理终端6还电连接有KEY按键功能模块，提供用户输入和控制功能；所述显示模块8包括LCD/LVDS显示屏接口和显示屏，LCD/LVDS显示屏接口用于连接和驱动显示屏，实时显示监控数据和系统状态；综合监控管理终端6还电连接有USB2.0接口，提供扩展和外设连接功能；综合监控管理终端6还电连接有UART接口，用于串行通信，连接调试设备或其他外部模块；综合监控管理终端6还电连接有4G通信模块，用于提供移动数据通信功能，适用于无法接入有线网络的场景；综合监控管理终端6功能总体是将多路电流互感器检测的电流信号经过多路电压调理单元(采用RS-485或LoRa无线方式)数据汇集上传至工控机7。

本方案适用于单相电路(或设备)的剩余电流、三相电路(或设备)的剩余电流、单相三相混合设备的剩余电流和混合设备相线与零线分开时的剩余电流的监测。

剩余电流互感器单元1为剩余电流在线监测保护系统的最底层部件，将电流互感器安装在需要监测的线缆10上，对于铠装电缆，铠装电缆必须单端接地，电流互感器卡在线缆10沟里的电缆铠装外，铠装屏蔽层从电流互感器内绕出的接线，电流互感器通过电磁感应的原理将电流数据采集传送到485通信采集单元2或无线LORA采集单元3；根据用户的需求不同，电流互感器可以与两种不同的数据采集单元相连，一种是当用户需要进行无线电流采集时，电流互感器搭配内部具有LORA通信的无线LORA采集单元3，另一种是当用户选用本地电流直接监测时，电流互感器搭配485通信采集单元2；无线LORA采集单元3与聚磁铁芯单元4相连，完成无源取电的设计；聚磁铁芯单元4将圆形铁芯套在线缆10上，磁芯感应出线缆10周围的磁场并通过磁环线圈感应出电能，电能通过线圈端到达无线LORA采集单元3内部的电源系统，给其供电；无线LORA采集单元3具有无线通信的功能，通过无线LORA技术与数据汇集单元5建立通信，将从剩余电流互感器单元1中获得的电流数据通过无线LORA通信上传给数据汇集单元5；数据汇集单元5具有两种通信方式，一种是无线LORA通信，另一种是RS485通信；无线LORA通信是与无线LORA采集单元3建立连接完成电流数据的汇集；RS485通信是与综合监控管理终端6建立连接，通过RS485的通信方式将从无线LORA采集单元3中汇集到的电流数据传递给综合监控管理终端6；485通信采集单元2通过RS485的通信方式分别与剩余电流互感器单元1和综合监控管理终端6连接，将剩余电流互感器单元1获得的电流数据传送到给综合监控管理终端6；综合监控管理终端6是集在线剩余电流测量、数据采集、数据分析和控制功能于一体的现代化高科技产品智能化装置，提供通讯接口可与计算机监控系统连接，支持RS485接口MODBUS-RTU通讯协议，通讯波特率可设置，可选以太网通讯接口；通过RS485的通信方式与数据汇集单元5和485通信采集单元2建立连接，接收和处理数据汇集单元5和485通信采集单元2传递过来的电流数据，同时综合监控管理终端6通过网线与工控机7连接，将接收和处理的电流数据上传到工控机7，工控机7实现剩余电流监测软件的设计，通过剩余电流监测软件可以查看当前电流数据、当前报警情况、电流报警历史和电流历史数据；显示模块8与工控机7之间通过VGA连接，完成工控机7设计的剩余电流监测软件的显示；移动终端9是一款便携式的监测设备，剩余电流监测软件界面与工控机7的界面保持一致，实现远程监测的功能；移动终端9与工控机7通过云端服务器建立通信，首先工控机7将电流数据上传到云端服务器，然后移动终端9通过云端服务器获取电流数据，最后在移动在终端的剩余电流监测软件上完成剩余电流的监测。通过对变电站进行剩余电流在线保护功能整治，可以理清站用交流电各级配电接地方式，按照统一规范接地，验证低压自投设备的自投功能，按级差规范检查各级交直流断路器的额定电流，形成一份清晰的站内配电分级图纸，实时监测显示各级剩余电流数值，根据剩余电流值提前预警线路绝缘劣化和设备绝缘故障，保障站内电气系统安全可靠运行。

本方案可通过使用Labview2020作为开发平台完成剩余电流在线监测保护系统APP的设计；剩余电流在线监测保护系统APP的操作步骤如下：

第一步需要打开工控机7运行系统，开机后打开监测软件进入监测软件登录界面，在监测软件登录界面输入账号和密码后进入监测软件首页，监测软件首页设置有监测设备在线显示功能块、告警数量与级别显示功能块和运行时间显示功能块；设备在线功能块可以显示目前有几个剩余电流汇集单元正在工作；告警数量与级别功能块显示设备运行的状态是否出现异常且可以提示告警的等级；运行时间功能块显示设备开始运行到运行目前查看时间为止一共工作了多长时间；首页界面还设计有功能菜单选择模块包括：首页单元、设备单元、组态单元、报警单元、报表单元和退出单元；首页单元的功能是将在其他功能模块切运行下换到首页显示；进入设备单元后，在设备界面可以选择任意一个在线设备，点击设备详情选中显示功能，即可查看该在线设备的所有实时数据；选择进入组态单元后，组态是根据站内拓扑图绘制的直观图，在每个支路上都会显示该支路的剩余电流；分为室内和室外两部分；正常情况下显示为绿色，当某一支路剩余电流增加超过设定阈值，颜色会显示红色；点击“详情”可以查看每个支路的名称，点击“室外浏览图”，可以查看室外各个端子箱的剩余电流情况；选择进入报警单元后，报警界面会显示当前的报警状态，有报警时会在报警导航栏上显示报警数量，在设备报警列表中可以查看报警位置、开始时间以及报警原因；选择进入报表单元后，报表界面可以展示多种报警和剩余电流历史数据，同时可以切换历史曲线，便于用户更直接的观察历史数据；选择退单元后，退出剩余电流监测软件。

本方案设计的变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置与现有技术相比，优点如下：

1、本方案设计了一款具有双路互感的剩余检测显示器，目前市面上存在的电流检测装置多为本地检测和单路无线上传检测，且续航能力差；双路互感剩余检测显示器具有本地剩余电流液晶显示、无线LORA数据上传和无源取电的优点，解决了相线、零线分离的电缆剩余电流测量问题，解决了双回路供电系统供电端的剩余电流测量问题以及长时间的供电问题。

2、本方案采用将铠装电缆屏蔽层从电流互感器内绕出的接线方法完成铠装剩余电流的测量；目前铠装多芯电缆常用测量的方法为在电缆的端口对单芯逐个测量，浪费人力物力；本方案节省了电流互感器的使用，极大地节约了对铠装电缆剩余电流检测的成本。

3、各级剩余电流检测单元数据集中至中央显示单元，中央显示单元根据站内配电线路结构拓扑图，显示线路及设备的剩余电流，剩余电流大小及变化一目了然，历史数据可以长期追溯；并配合后台监控软件，可以更加完善地管理变电站各级设备。

综上所述，本实用新型提供的一种变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置，通过设置剩余电流互感器单元、485通信采集单元、无线LORA采集单元、聚磁铁芯单元、数据汇集单元和综合监控管理终端，剩余电流互感器单元通过电磁感应的原理将电流数据采集传送到485通信采集单元或无线LORA采集单元；根据用户的需求不同，剩余电流互感器单元可以与两种不同的数据采集单元相连，一种是当用户需要进行无线电流采集时，电流互感器搭配内部具有LORA通信的无线LORA采集单元，另一种是当用户选用本地电流直接监测时，电流互感器搭配485通信采集单元；无线LORA采集单元与聚磁铁芯单元相连，完成无源取电的设计；无线LORA采集单元具有无线通信的功能，通过无线LORA技术与数据汇集单元建立通信，将从剩余电流互感器单元中获得的电流数据通过无线LORA通信上传给数据汇集单元；485通信采集单元通过RS485的通信方式分别与剩余电流互感器单元和综合监控管理终端连接，将剩余电流互感器单元获得的电流数据传送到给综合监控管理终端，以实现同时多条线路剩余电流的测量。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置，其特征在于，包括剩余电流互感器单元、485通信采集单元、无线LORA采集单元、聚磁铁芯单元、数据汇集单元和综合监控管理终端；

所述聚磁铁芯单元和剩余电流互感器单元均设置在外部待监测的线缆上，所述剩余电流互感器单元分别与485通信采集单元和无线LORA采集单元电连接，所述无线LORA采集单元通过数据汇集单元与综合监控管理终端电连接，所述聚磁铁芯单元与无线LORA采集单元电连接，所述485通信采集单元与综合监控管理终端电连接。

2.根据权利要求1所述的变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置，其特征在于，所述剩余电流互感器单元包括若干个电流互感器，若干个所述电流互感器的输入端均与外部的线缆电连接，所述剩余电流互感器单元中的一部分电流互感器的输出端均与485通信采集单元电连接，所述剩余电流互感器单元中的另一部分电流互感器的输出端均与无线LORA采集单元。

3.根据权利要求1所述的变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置，其特征在于，所述485通信采集单元包括第一电压调理电路、程控模拟开关电路、第一MCU芯片和第一隔离485通信电路，所述第一电压调理电路的输入端与剩余电流互感器单元的输出端电连接，所述第一电压调理电路的输出端与程控模拟开关电路的输入端电连接，所述第一MCU芯片分别与程控模拟开关电路和第一隔离485通信电路电连接，所述第一隔离485通信电路与综合监控管理终端电连接。

4.根据权利要求3所述的变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置，其特征在于，所述第一电压调理电路包括变压器T13、运算放大器U12、运算放大器U14、有效值转换芯片U15和运算放大器U16；

所述变压器T13的初级绕组与剩余电流互感器单元的输出端电连接，所述变压器T13的次级绕组的两端分别与运算放大器U12的同相输入端和反相输入端电连接，所述运算放大器U12的输出端与运算放大器U14的同相输入端电连接，所述运算放大器U14的输出端通过有效值转换芯片U15分别与运算放大器U16的同相输入端和反相输入端电连接，所述运算放大器U16的输出端与程控模拟开关电路的输入端电连接。

5.根据权利要求3所述的变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置，其特征在于，所述第一隔离485通信电路包括隔离芯片U4，所述隔离芯片U4分别与第一MCU芯片和综合监控管理终端电连接。

6.根据权利要求1所述的变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置，其特征在于，所述无线LORA采集单元包括第二电压调理电路、第二MCU芯片和第一LORA通信模块；

所述第二电压调理电路的输入端与剩余电流互感器单元的输出端电连接，所述第二电压调理电路的输出端通过第二MCU芯片与第一LORA通信模块的输入端电连接，所述第一LORA通信模块的输出端通过数据汇集单元与综合监控管理终端电连接。

7.根据权利要求1所述的变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置，其特征在于，所述数据汇集单元包括第二LORA通信模块、第三MCU芯片和第二隔离485通信电路；

所述第二LORA通信模块的输入端与无线LORA采集单元电连接，所述第二LORA通信模块的输出端通过第三MCU芯片和第二隔离485通信电路的输入端电连接，所述第二隔离485通信电路的输出端与综合监控管理终端电连接。

8.根据权利要求1所述的变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置，其特征在于，还包括工控机和显示模块，所述工控机分别与综合监控管理终端和显示模块电连接。

9.根据权利要求8所述的变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置，其特征在于，还包括移动终端，所述移动终端与工控机电连接。

10.根据权利要求9所述的变电站站用交流电源系统剩余电流在线监测保护装置，其特征在于，还包括以太网接口芯片，所述工控机与综合监控管理终端之间通过以太网接口芯片进行电连接。