10kV配電網電壓實時監測儀裝置制造方法

10kV配電網電壓實時監測儀裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種10kV配電網電壓實時監測儀裝置，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，多選模擬開關連接AD/CD轉換單元；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/過放電保護電路與穩壓輸出單元相連，穩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進行實時監測和告警。該裝置有效地解決了10kV電壓設備監測的問題，其能夠長期實時監測線路電壓情況，投資小，安裝維護方便。
【專利說明】IOkV配電網電壓實時監測儀裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及配電網電壓實時監測儀，特別涉及到IOkV配電網電壓實時監測儀裝置。
【背景技術】
[0002]隨著農村經濟的發展，農民生活水品不斷提高，農民的用電性質也發生了根本性的變化，用電需求進入更高層次，廣大農村電力供需矛盾加劇，農村低電壓現象不斷涌現，而電網發展的長效機制尚未建立，對整個配電網的低電壓現象缺乏一個系統的監測，尤其是對IOkV“低電壓”的一個監測，因而不能提供一個系統綜合的整治解決措施。隨著國家電網公司提出“大力發展農村電力，農網改造優化升級”，確保“新農村，新電力，新服務”能順利開展，低電壓現象長期影響著農村生產生活，急需從管理方面和技術方面解決，為此基于智能傳感檢測技術，電力電子技術，無線通訊技術和計算機技術的“低電壓”智能檢測設備應運而生，實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、波形是電能質量的三項主要指標。電網電壓的在線監測對于分析電壓質量和電網故障的產生原因具有重要的意義；同時IOkV配電網電壓實時監測儀裝置在線監測系統能夠對某指標或多個指標的在線監測數據分析，及早發現電網存在的潛在隱患，對已發生的電力事故進行有效的分析，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配電網電壓實時監測儀裝置具有非常重要的意義和作用。
[0004]目前國內采用的電壓智能監測設備很多，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，安裝維護難；第二類是智能電表，也需要加裝組合式互感器，費用高，安裝維護困難，并且很多供電單位沒有監測主站，無法進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，不能長期實時監測線路電壓情況。
[0005]上述三類檢測方式均無法實時取電進行實時監測。目前IOKV線路終端產品常規取電方式有三種: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，經常會發生諧振事故，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取能受制于線路負荷大小的影響，特別是在農網線路，平時負荷較小，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，電壓監測設備大部分停留在0.4kV等級，針對IOkV電壓監測設備的研究目前還未見相關報道，該項目的研制成功有著非常好的應用前景。

【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題在于提供一種IOkV配電網電壓實時監測儀裝置，有效解決IOkV電壓設備監測的問題，其能夠長期實時監測線路電壓情況，投資小，安裝維護方便。
[0008]為達到上述目的，本發明的目的是通過下述技術方案來實現的。
[0009]一種IOkV配電網電壓實時監測儀裝置，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，多選模擬開關連接有AD/CD轉換單元；
[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/過放電保護電路與穩壓輸出單元相連，穩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進行實時監測和告警。
[0013]進一步地，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/過放電保護電路。
[0014]進一步地，所述取能變壓器的初級端并聯連接有保護元件，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]進一步地，所述保護元件為防雷二極管和壓敏電阻。
[0016]進一步地,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]本發明的有益效果在于:
[0018]通過在IOkV線路上分布安裝“ IOkV配電網電壓實時監測儀裝置”，實時檢測線路電壓質量，依據綜合監測分析情況，找出低電壓發生的地段，時域、季節性變化規律，再通過電壓調整，負荷轉移，加裝無功補償裝置等措施合理調整改善電壓質量。
[0019]"IOkV配電網電壓實時監測裝置”通過移動公網GSM及GPRS在線實時采集線路三相電壓，將檢測數據上傳至軟件管理系統，具有停電及來電告警、測試電壓合格率功能，在線掌握線路運行狀態。
[0020]后臺系統可以實時了解線路的電壓數據，為降低線損，提高供電可靠性、提高電能質量提供科學依據，有助于提高電力企業經濟效益和供電服務水平。該系統的實施，必將取得良好的經濟和社會效益，是實施“新農村、新電力、新服務”三新農電發展戰略的有力手段和科技保障。
[0021 ] 該“ IOkV配電網電壓實時監測裝置”取電無需安裝PT，采用高壓電容提供系統電源和用于電壓測量。取能單元能夠直接從線路取能，不受線路負荷、天氣等因素影響，投資小，使用效果好，現場安裝簡單、可靠，特別適用于配網線路監控設備的取能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發明裝置電路原理結構框圖。
[0023]圖2是取能電源單元電路圖。[0024]圖3是電壓實時監測儀裝置結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面通過【具體實施方式】結合附圖分析對本發明進行詳細說明。
[0026]如圖1所示，本發明IOkV配電網電壓實時監測儀裝置，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，多選模擬開關連接有AD/CD轉換單元；AD/CD轉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/過放電保護電路與穩壓輸出單元相連，穩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進行實時監測和告警。
[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/過放電保護電路。取能變壓器的初級端并聯連接有保護元件，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，保護元件為防雷二極管和壓敏電阻。
[0030]本發明的實物圖見圖3所示，圖中所示IOkV配電網電壓實時監測儀裝置3裝配在箱體中，在箱體上方分別對稱設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中間設有取電電容2。
[0031]下面通過圖3所示安裝結構對各個單元的功能進一步說明本發明。
[0032]1.整體裝置
[0033]圖3所示IOkV配電網電壓實時監測儀裝置3，該裝置實現了對所有電壓監測點的在線管理，可以記錄、查詢每一臺一體化電壓監測裝置的監控數據，收集的統計數據可選報表打印或曲線打印。同時設定了越限、停電和來電報警功能，在監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:裝置采用運行線路高壓電容(3300pF/10kV0.5A)取電及和蓄電池相結合的方式提供給裝置正常穩定可靠的電源。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。過充過放保護電路保證了蓄電池充電電壓的平穩，不會造成蓄電池應過充和過放而縮短蓄電池壽命和永久損壞。蓄電池保護電路將輸入電壓控制在22V?28V之間，不滿足條件時關斷輸出電壓，保護蓄電池。電源穩壓電路采用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措施，增加RC電路，磁珠，瞬態抑制二極管等器件，增強了電磁兼容性能，保證了整個在配網線路中抗干擾能力。
[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過多選模擬開關及A/D轉換電路轉換進行測量、比較，作為單相接地報警和停電、來電報警的判斷依據。裝置主控芯片采用單片機STC89C54RD+，是STC推出的新一代高速、低功耗、超強抗干擾的單片機。工作電壓范圍寬5.0V-3.3V，內部有IK RAM和16K EPROM，指令代碼完全兼容51單片機。
[0037]通訊單元主要采用西門子公司生產的MC52I手機模塊，實現裝置的GSM\GPRS無線通信功能。實現短消息收發、GPRS通信與PC機通信、軟件流控制等功能。MC52I的數據接口采用串行異步收發，符合ITU-T RS-232接口電路標準，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，實現電源連接、指令、數據、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]本發明取電無需安裝PT，采用高壓電容提供系統電源和用于電壓測量。圖3所示取電電容2連接至IOkV配電網電壓實時監測儀裝置3中。
[0041]取能電容采用聚丙烯金屬化膜3300pF電容器，耐壓42kV/min，其優點具有體積小，絕緣電阻高、電容量和損耗因數與溫度和頻率對比的穩定性高。
[0042]保護元件主要保護變壓器不受配網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電壓轉換，將變壓器二次側穩定的交流電壓(32V)提供給前端采集裝置用于電壓監測裝置供電。
[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]電壓監測儀可以實時監控線路上電壓波動，發生單相接地故障時，配合線路上其它監測裝置，利用后臺軟件系統，可以綜合判斷出單相接地故障區段。
[0048]裝置通過實時監控線路電壓，以電壓判據為依據，周期檢測單相接地故障(一分鐘檢測一次)。當三相電壓一相降低至4kV以下，另外兩相升高至SkV以上，持續三分鐘至三分半，裝置能主動向后臺軟件返回接地故障報警信息；當線路電壓正常后，裝置檢測到電路回復正常一分鐘后向后臺軟件發送接地消失告警，為線路運行狀態分析提供可靠依據。
[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生接地、短路等故障停電，裝置向后臺管理軟件發送停電報警信息。
[0051]裝置能正確檢測到線路從停電到來電狀態，并返回來電告警信息。
[0052]本發明的主要功能
[0053]I)具有監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、電壓越界時間統計、電壓越界告警等功能；
[0058]5)取電單元應與其一體化，應采用小型化、輕量化的高壓電容(B相電容)從IOKV導線取電；
[0059]6)裝置通過GPRS/SMS方式將電壓監測數據上傳至監控系統軟件；
[0060]7)監控系統軟件實現線路故障診斷及線路電壓數據的查看、分析，為線路低電壓治;
[0061]8)為線路運行狀態分析提供可靠依據。
[0062]技術參數
[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，僅為本發明較佳的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.1OkV配電網電壓實時監測儀裝置，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，多選模擬開關連接有AD/CD轉換單元； 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/過放電保護電路與穩壓輸出單元相連，穩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進行實時監測和告警。
2.根據權利要求1所述的IOkV配電網電壓實時監測儀裝置，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/過放電保護電路。
3.根據權利要求2所述的IOkV配電網電壓實時監測儀裝置，其特征在于:所述取能變壓器的初級端并聯連接有保護元件，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.根據權利要求3所述的IOkV配電網電壓實時監測儀裝置，其特征在于:所述保護元件為防雷二極管和壓敏電阻。
5.根據權利要求2所述的IOkV配電網電壓實時監測儀裝置，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 優先權日:2013年12月2日
【發明者】魏偉, 尹之仁, 舒曉麗 申請人:國家電網公司, 國網陜西省電力公司安康供電公司