10kV配電網(wǎng)電壓實(shí)時監(jiān)測儀裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種10kV配電網(wǎng)電壓實(shí)時監(jiān)測儀裝置，包括與中央處理單元MCU分別連接的電壓檢測單元、取電單元和通訊單元；電壓檢測單元包括與三相電壓信號相連的多選模擬開關(guān)，多選模擬開關(guān)連接AD/CD轉(zhuǎn)換單元；取電單元包括與高壓供電線路連接的取能單元，取能單元通過過充/過放電保護(hù)電路與穩(wěn)壓輸出單元相連，穩(wěn)壓輸出單元分別連接電源模塊和蓄電池供電模塊；電源模塊和蓄電池供電模塊分別連接升壓模塊；中央處理單元MCU通過取電單元連接高壓供電線路提供電源，將經(jīng)電壓檢測單元采集的三相電壓信號通過通訊單元傳輸至管理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和告警。該裝置有效地解決了10kV電壓設(shè)備監(jiān)測的問題，其能夠長期實(shí)時監(jiān)測線路電壓情況，投資小，安裝維護(hù)方便。
【專利說明】IOkV配電網(wǎng)電壓實(shí)時監(jiān)測儀裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及配電網(wǎng)電壓實(shí)時監(jiān)測儀，特別涉及到IOkV配電網(wǎng)電壓實(shí)時監(jiān)測儀裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)民生活水品不斷提高，農(nóng)民的用電性質(zhì)也發(fā)生了根本性的變化，用電需求進(jìn)入更高層次，廣大農(nóng)村電力供需矛盾加劇，農(nóng)村低電壓現(xiàn)象不斷涌現(xiàn)，而電網(wǎng)發(fā)展的長效機(jī)制尚未建立，對整個配電網(wǎng)的低電壓現(xiàn)象缺乏一個系統(tǒng)的監(jiān)測，尤其是對IOkV“低電壓”的一個監(jiān)測，因而不能提供一個系統(tǒng)綜合的整治解決措施。隨著國家電網(wǎng)公司提出“大力發(fā)展農(nóng)村電力，農(nóng)網(wǎng)改造優(yōu)化升級”，確?！靶罗r(nóng)村，新電力，新服務(wù)”能順利開展，低電壓現(xiàn)象長期影響著農(nóng)村生產(chǎn)生活，急需從管理方面和技術(shù)方面解決，為此基于智能傳感檢測技術(shù)，電力電子技術(shù)，無線通訊技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的“低電壓”智能檢測設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，實(shí)時檢測線路電壓狀況，為低電壓治理提供在時域和地域上的差異性分析決策。
[0003]電壓與頻率、波形是電能質(zhì)量的三項主要指標(biāo)。電網(wǎng)電壓的在線監(jiān)測對于分析電壓質(zhì)量和電網(wǎng)故障的產(chǎn)生原因具有重要的意義；同時IOkV配電網(wǎng)電壓實(shí)時監(jiān)測儀裝置在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)δ持笜?biāo)或多個指標(biāo)的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，及早發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)存在的潛在隱患，對已發(fā)生的電力事故進(jìn)行有效的分析，給電力工作者提供可靠參考，從而采取措施，予以防范。所以IOkV配電網(wǎng)電壓實(shí)時監(jiān)測儀裝置具有非常重要的意義和作用。
[0004]目前國內(nèi)采用的電壓智能監(jiān)測設(shè)備很多，但大體上可以分為三類:第一類配變檢測配電變壓器監(jiān)測終端TTU ;第二類智能電表；第三類移動式電壓檢測儀。第一類配變檢測TTU,大部分TTU采用高供低計方式，高供低計無法監(jiān)測IOkV電壓情況，采用高供高計方式計量需要加裝組合式互感器，投資大，安裝維護(hù)難；第二類是智能電表，也需要加裝組合式互感器，費(fèi)用高，安裝維護(hù)困難，并且很多供電單位沒有監(jiān)測主站，無法進(jìn)行低電壓治理綜合分析；第三類是移動式電壓檢測儀，受時間和地域影響，不能長期實(shí)時監(jiān)測線路電壓情況。
[0005]上述三類檢測方式均無法實(shí)時取電進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。目前IOKV線路終端產(chǎn)品常規(guī)取電方式有三種:1、PT取能；2、太陽能取能；3、CT取能。采用PT取能是目前的主流方式，但是PT成本較高，并且PT為鐵磁器件，經(jīng)常會發(fā)生諧振事故，給一次線路帶來故障。太陽能取能在線路上的應(yīng)用也日益增多，但是受天氣影響，特別是在長時間的陰雨天氣，會導(dǎo)致裝置無法得到足夠的能量，引起裝置無法正常工作。CT取能受制于線路負(fù)荷大小的影響，特別是在農(nóng)網(wǎng)線路，平時負(fù)荷較小，采用CT卻能無法滿足裝置正常工作的要求。
[0006]目前全國各地都在大力開展低電壓治理行動，電壓監(jiān)測設(shè)備大部分停留在0.4kV等級，針對IOkV電壓監(jiān)測設(shè)備的研究目前還未見相關(guān)報道，該項目的研制成功有著非常好的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種IOkV配電網(wǎng)電壓實(shí)時監(jiān)測儀裝置，有效解決IOkV電壓設(shè)備監(jiān)測的問題，其能夠長期實(shí)時監(jiān)測線路電壓情況，投資小，安裝維護(hù)方便。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
[0009]一種IOkV配電網(wǎng)電壓實(shí)時監(jiān)測儀裝置，包括中央處理單元MCU，所述中央處理單元MCU分別連接有電壓檢測單元、取電單元和通訊單元；
[0010]所述電壓檢測單元包括與三相電壓信號相連的多選模擬開關(guān)，多選模擬開關(guān)連接有AD/CD轉(zhuǎn)換單元；
[0011]所述取電單元包括與高壓供電線路連接的取能單元,取能單元通過過充/過放電保護(hù)電路與穩(wěn)壓輸出單元相連，穩(wěn)壓輸出單元分別連接電源模塊和蓄電池供電模塊；所述電源模塊和蓄電池供電模塊分別連接升壓模塊；
[0012]所述中央處理單元MCU通過取電單元連接高壓供電線路提供電源，將經(jīng)電壓檢測單元采集的三相電壓信號通過通訊單元無線傳輸至軟件管理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和告警。
[0013]進(jìn)一步地，所述取能單元包括與高壓供電線路VCC相連的取電電容，取電電容連接至取能變壓器的初級端，取能變壓器的次級端并聯(lián)連接整流濾波電路，整流濾波電路連接AC/DCD電流模塊至過充/過放電保護(hù)電路。
[0014]進(jìn)一步地，所述取能變壓器的初級端并聯(lián)連接有保護(hù)元件，取能變壓器的初級端另一端接地，接地端接有電流互感器。
[0015]進(jìn)一步地，所述保護(hù)元件為防雷二極管和壓敏電阻。
[0016]進(jìn)一步地,所述取能電容采用能夠耐壓42kV/min的聚丙烯金屬化膜3300pF電容器。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:
[0018]通過在IOkV線路上分布安裝“ IOkV配電網(wǎng)電壓實(shí)時監(jiān)測儀裝置”，實(shí)時檢測線路電壓質(zhì)量，依據(jù)綜合監(jiān)測分析情況，找出低電壓發(fā)生的地段，時域、季節(jié)性變化規(guī)律，再通過電壓調(diào)整，負(fù)荷轉(zhuǎn)移，加裝無功補(bǔ)償裝置等措施合理調(diào)整改善電壓質(zhì)量。
[0019]"IOkV配電網(wǎng)電壓實(shí)時監(jiān)測裝置”通過移動公網(wǎng)GSM及GPRS在線實(shí)時采集線路三相電壓，將檢測數(shù)據(jù)上傳至軟件管理系統(tǒng)，具有停電及來電告警、測試電壓合格率功能，在線掌握線路運(yùn)行狀態(tài)。
[0020]后臺系統(tǒng)可以實(shí)時了解線路的電壓數(shù)據(jù)，為降低線損，提高供電可靠性、提高電能質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)，有助于提高電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和供電服務(wù)水平。該系統(tǒng)的實(shí)施，必將取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益，是實(shí)施“新農(nóng)村、新電力、新服務(wù)”三新農(nóng)電發(fā)展戰(zhàn)略的有力手段和科技保障。
[0021 ] 該“ IOkV配電網(wǎng)電壓實(shí)時監(jiān)測裝置”取電無需安裝PT，采用高壓電容提供系統(tǒng)電源和用于電壓測量。取能單元能夠直接從線路取能，不受線路負(fù)荷、天氣等因素影響，投資小，使用效果好，現(xiàn)場安裝簡單、可靠，特別適用于配網(wǎng)線路監(jiān)控設(shè)備的取能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明裝置電路原理結(jié)構(gòu)框圖。
[0023]圖2是取能電源單元電路圖。[0024]圖3是電壓實(shí)時監(jiān)測儀裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面通過【具體實(shí)施方式】結(jié)合附圖分析對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明IOkV配電網(wǎng)電壓實(shí)時監(jiān)測儀裝置，包括中央處理單元MCU，中央處理單元MCU分別連接有電壓檢測單元、取電單元和通訊單元。
[0027]其中，電壓檢測單元包括與三相電壓信號相連的多選模擬開關(guān)，多選模擬開關(guān)連接有AD/CD轉(zhuǎn)換單元；AD/CD轉(zhuǎn)換單元連接至中央處理單元MCU。取電單元包括與高壓供電線路連接的取能單元，取能單元通過過充/過放電保護(hù)電路與穩(wěn)壓輸出單元相連，穩(wěn)壓輸出單元分別連接電源模塊和蓄電池供電模塊；電源模塊和蓄電池供電模塊分別連接升壓模塊；升壓模塊連接至中央處理單元MCU。
[0028]該裝置中央處理單元MCU通過取電單元連接高壓供電線路提供電源，將經(jīng)電壓檢測單元采集的三相電壓信號通過通訊單元無線傳輸至軟件管理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和告警。
[0029]如圖2所示，取能單元包括與高壓供電線路VCC相連的取電電容，取電電容連接至取能變壓器的初級端，取能變壓器的次級端并聯(lián)連接整流濾波電路，整流濾波電路連接AC/DCD電流模塊至過充/過放電保護(hù)電路。取能變壓器的初級端并聯(lián)連接有保護(hù)元件，取能變壓器的初級端另一端接地，接地端接有電流互感器。其中，保護(hù)元件為防雷二極管和壓敏電阻。
[0030]本發(fā)明的實(shí)物圖見圖3所示，圖中所示IOkV配電網(wǎng)電壓實(shí)時監(jiān)測儀裝置3裝配在箱體中，在箱體上方分別對稱設(shè)有高精密高壓電阻分壓器I，在兩個高精密高壓電阻分壓器I中間設(shè)有取電電容2。
[0031]下面通過圖3所示安裝結(jié)構(gòu)對各個單元的功能進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0032]1.整體裝置
[0033]圖3所示IOkV配電網(wǎng)電壓實(shí)時監(jiān)測儀裝置3，該裝置實(shí)現(xiàn)了對所有電壓監(jiān)測點(diǎn)的在線管理，可以記錄、查詢每一臺一體化電壓監(jiān)測裝置的監(jiān)控數(shù)據(jù)，收集的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可選報表打印或曲線打印。同時設(shè)定了越限、停電和來電報警功能，在監(jiān)測到電壓越限和停電、來電時，配合軟件以直觀的界面形式告警。
[0034]前端采集裝置由取電單元、檢測電壓單元及通訊單元三部分組成。
[0035]取電單元:裝置采用運(yùn)行線路高壓電容(3300pF/10kV0.5A)取電及和蓄電池相結(jié)合的方式提供給裝置正常穩(wěn)定可靠的電源。蓄電池最為整個裝置后備電源使用，保證線路停電后不小于7天裝置正常工作。輸入交流電壓通過整流濾波為直流電壓。過充過放保護(hù)電路保證了蓄電池充電電壓的平穩(wěn)，不會造成蓄電池應(yīng)過充和過放而縮短蓄電池壽命和永久損壞。蓄電池保護(hù)電路將輸入電壓控制在22V?28V之間，不滿足條件時關(guān)斷輸出電壓，保護(hù)蓄電池。電源穩(wěn)壓電路采用LM2596和NCP1402成熟電源模塊，并通過對電源電路的EMC考慮，電路中增加了對電源電路的保護(hù)措施，增加RC電路，磁珠，瞬態(tài)抑制二極管等器件，增強(qiáng)了電磁兼容性能，保證了整個在配網(wǎng)線路中抗干擾能力。
[0036]檢測電壓單元采用高精度高壓電阻采集電壓信號，檢測單元將采集到的電壓信號經(jīng)過多選模擬開關(guān)及A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換進(jìn)行測量、比較，作為單相接地報警和停電、來電報警的判斷依據(jù)。裝置主控芯片采用單片機(jī)STC89C54RD+，是STC推出的新一代高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)。工作電壓范圍寬5.0V-3.3V，內(nèi)部有IK RAM和16K EPROM，指令代碼完全兼容51單片機(jī)。
[0037]通訊單元主要采用西門子公司生產(chǎn)的MC52I手機(jī)模塊，實(shí)現(xiàn)裝置的GSM\GPRS無線通信功能。實(shí)現(xiàn)短消息收發(fā)、GPRS通信與PC機(jī)通信、軟件流控制等功能。MC52I的數(shù)據(jù)接口采用串行異步收發(fā)，符合ITU-T RS-232接口電路標(biāo)準(zhǔn)，工作在CMOS電平(2.65V)。
[0038]模塊的工作電壓為3.3V?5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz兩個頻段，所在頻段功耗分別為2W (900M)和IW (1800M)。模塊有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類傳真、以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式。此外，該模塊還具有電話簿功能、多方通話，漫游檢測功能，常用工作模式有省電模式、IDLE、TALK等模式。通過連接器，實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號、及控制信號的雙向傳輸。通過連接器及50 Ω天線連接器，可分別連接SIM卡支架和天線。
[0039]2.取能單元
[0040]本發(fā)明取電無需安裝PT，采用高壓電容提供系統(tǒng)電源和用于電壓測量。圖3所示取電電容2連接至IOkV配電網(wǎng)電壓實(shí)時監(jiān)測儀裝置3中。
[0041]取能電容采用聚丙烯金屬化膜3300pF電容器，耐壓42kV/min，其優(yōu)點(diǎn)具有體積小，絕緣電阻高、電容量和損耗因數(shù)與溫度和頻率對比的穩(wěn)定性高。
[0042]保護(hù)元件主要保護(hù)變壓器不受配網(wǎng)線路雷電沖擊等干擾而損壞；取能變壓器:采用456/32/50HZ變壓器，一二次耐壓3kV/60s ;通過高壓電容和變壓器一次側(cè)電壓轉(zhuǎn)換，將變壓器二次側(cè)穩(wěn)定的交流電壓(32V)提供給前端采集裝置用于電壓監(jiān)測裝置供電。
[0043]3.信號采集
[0044]B相電壓信號采集采用電流互感器(圖2所示)，通過對電容電流的測量經(jīng)過流壓變換，采集電壓信號。A/C相電壓信號采集采用高精密高壓電阻分壓器I (圖3所示)，將IOKV高電壓信號通過分壓降低至可測量的電壓信號。
[0045]該裝置具有下述功能:
[0046]單相接地判斷
[0047]電壓監(jiān)測儀可以實(shí)時監(jiān)控線路上電壓波動，發(fā)生單相接地故障時，配合線路上其它監(jiān)測裝置，利用后臺軟件系統(tǒng)，可以綜合判斷出單相接地故障區(qū)段。
[0048]裝置通過實(shí)時監(jiān)控線路電壓，以電壓判據(jù)為依據(jù)，周期檢測單相接地故障(一分鐘檢測一次)。當(dāng)三相電壓一相降低至4kV以下，另外兩相升高至SkV以上，持續(xù)三分鐘至三分半，裝置能主動向后臺軟件返回接地故障報警信息；當(dāng)線路電壓正常后，裝置檢測到電路回復(fù)正常一分鐘后向后臺軟件發(fā)送接地消失告警，為線路運(yùn)行狀態(tài)分析提供可靠依據(jù)。
[0049]來電、停電告警
[0050]線路電壓正常時，因線路檢修停電或線路發(fā)生接地、短路等故障停電，裝置向后臺管理軟件發(fā)送停電報警信息。
[0051]裝置能正確檢測到線路從停電到來電狀態(tài)，并返回來電告警信息。
[0052]本發(fā)明的主要功能
[0053]I)具有監(jiān)測線路三相電壓功能，A、C兩相通過分壓電阻測量線路電壓，
[0054]B相通過高壓電容測量線路電壓；
[0055]2)具有停電及來電告警(包括故障停電、檢修停電等)的功能；[0056]3)具有單相接地報警功能；
[0057]4)后臺軟件具有電壓合格率、電壓越界時間統(tǒng)計、電壓越界告警等功能；
[0058]5)取電單元應(yīng)與其一體化，應(yīng)采用小型化、輕量化的高壓電容(B相電容)從IOKV導(dǎo)線取電；
[0059]6)裝置通過GPRS/SMS方式將電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控系統(tǒng)軟件；
[0060]7)監(jiān)控系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)線路故障診斷及線路電壓數(shù)據(jù)的查看、分析，為線路低電壓治;
[0061]8)為線路運(yùn)行狀態(tài)分析提供可靠依據(jù)。
[0062]技術(shù)參數(shù)
[0063]I)工作溫度:-4(TC~70? ；
[0064]2)電壓檢測精度:土 1% ；
[0065]3)短時工頻耐受電壓:AC42kVlmin
[0066]4)雷電沖擊耐受電壓:75kVl.2/50uS ；
[0067]5)絕緣電阻:大于5M ；
[0068]6)絕緣強(qiáng)度:2kV/50Hz, Imin ；
[0069]7)電快速瞬變脈沖群抗擾度:IV級；
[0070]8)浪涌抗擾度:IV級；
[0071]9)靜電放電抗擾度:IV級；
[0072]10)工頻磁場抗擾度:IV級；
[0073]11)阻尼振蕩干擾度:IV級；
[0074]12)阻尼振蕩波:III級；
[0075]13)使用壽命:> 10年;
[0076]14)防護(hù)等級:IP65 ;
[0077]15)備用電源工作時間:≥168小時；
[0078]16)外形尺寸:< 60cm*20cm*90cm ；
[0079]17)重量:< 70kg。
[0080]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.1OkV配電網(wǎng)電壓實(shí)時監(jiān)測儀裝置，其特征在于:包括中央處理單元MCU，所述中央處理單元MCU分別連接有電壓檢測單元、取電單元和通訊單元； 所述電壓檢測單元包括與三相電壓信號相連的多選模擬開關(guān)，多選模擬開關(guān)連接有AD/CD轉(zhuǎn)換單元； 所述取電單元包括與高壓供電線路連接的取能單元，取能單元通過過充/過放電保護(hù)電路與穩(wěn)壓輸出單元相連，穩(wěn)壓輸出單元分別連接電源模塊和蓄電池供電模塊；所述電源模塊和蓄電池供電模塊分別連接升壓模塊； 所述中央處理單元MCU通過取電單元連接高壓供電線路提供電源，將經(jīng)電壓檢測單元采集的三相電壓信號通過通訊單元無線傳輸至軟件管理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和告警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的IOkV配電網(wǎng)電壓實(shí)時監(jiān)測儀裝置，其特征在于:所述取能單元包括與高壓供電線路VCC相連的取電電容，取電電容連接至取能變壓器的初級端，取能變壓器的次級端并聯(lián)連接整流濾波電路，整流濾波電路連接AC/DCD電流模塊至過充/過放電保護(hù)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的IOkV配電網(wǎng)電壓實(shí)時監(jiān)測儀裝置，其特征在于:所述取能變壓器的初級端并聯(lián)連接有保護(hù)元件，取能變壓器的初級端另一端接地，接地端接有電流互感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的IOkV配電網(wǎng)電壓實(shí)時監(jiān)測儀裝置，其特征在于:所述保護(hù)元件為防雷二極管和壓敏電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的IOkV配電網(wǎng)電壓實(shí)時監(jiān)測儀裝置，其特征在于:所述取能電容采用能夠耐壓42kV/min的聚丙烯金屬化膜3300pF電容器。
【文檔編號】G01R19/25GK103698590SQ201310637213
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】魏偉, 尹之仁, 舒曉麗 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)陜西省電力公司安康供電公司