用于監控箱式變電站運行的智能監控系統及監控方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電力設備監控系統技術領域，涉及一種用于監控箱式變電站運行的智能監控系統，本發明還涉及利用智能監控系統監控箱式變電站運行的方法。
【背景技術】
[0002]在國家城鄉電網建設中，要求是高電壓直接進入負荷中心，以減少輸電線路上的熱損耗，這就形成了高壓受電-變壓器降壓-低壓配電的供電格局，使得箱式變電站在配電網中得到了廣泛的應用。
[0003]箱式變電站是一種集高壓開關設備、配電變壓器及低壓配電裝置于一體，且按照設定的接線方式連接構成的，是應用于配電網的主要配電設備；箱式變電站一般適用于住宅小區、繁華鬧市及施工場所等，用戶可以要根據不同的使用條件及負荷等級進行合理選擇。
[0004]現有箱式變電站的結構為:過程層是簡單的由一次設備和電磁式互感器組成，過程層與間隔層通過電纜連接，依靠的是低速及短距離的串行通信方式，采用的是非通用型協議或者私有協議；間隔層與站控層之間通過以太網方式進行通信。
[0005]針對現有箱式變電站的“三層結構”在硬件配置、通信方式和通信協議上存在的各種問題，研宄者們采用了以下方式:在一次設備的基礎上加入相應的智能監控裝置，用于進行數據測量和狀態監測，實現對箱式變電站運行情況的實時監測；與間隔層之間的通信也變成更為可靠、高速的光纖以太網，并且擴展了 WIFI無線通信方式；整個箱式變電站相關協議也都符合更為完善、更為標準的國際變電站標準協議IEC61850，實現了箱式變電站的智能化監控，最終實現了箱式變電站的自我識別、自我診斷、自我監測及自我動作。
[0006]將智能監控系統與箱式變電站結合，不僅能使箱式變電站更加安全穩定的運行，還能對箱式變電站內高壓設備、變壓器、低壓設備及環境溫度進行實時監測，并通過網絡將采集到的所有數據輸送至監控中心內，非常方便的完成了多種信息之間的交互。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種用于監控箱式變電站運行的智能監控系統，將智能電網技術及互聯網技術結合運用于箱式變電站，通過引進與之配合的智能監控系統、可靠的通信方式及完善的通信協議，實現了對箱式變電站運行過程的實時監控。
[0008]本發明的另一目的在于提供利用智能監控系統監控箱式變電站運行的方法。
[0009]本發明所采用的第一種技術方案是，用于監控箱式變電站運行的智能監控系統，包括有智能處理器，智能處理器內設置有通信模塊，通信模塊通過以太網、WIFI或IEC61850協議與遠程監控中心內設置的服務器連接；智能處理器還分別與電源模塊、時鐘電路、存儲模塊、人機交互模塊、RFID模塊，保護單元、溫濕度監測單元及電量參數測量單元連接。
[0010]本發明第一種技術方案的特點還在于:
[0011]人機交互模塊內分別設置有液晶顯示模塊、按鍵模塊及LED顯示模塊。
[0012]RFID模塊分別通過導線與箱式變電站內的高壓開關、斷路器、變壓器及互感器連接。
[0013]保護單元與智能處理器之間通過RS232總線連接；保護單元分別通過導線與箱式變電站的高壓開關、斷路器以及變壓器連接。
[0014]溫濕度監測單元與智能處理器之間通過ZigBee網絡或RS485總線連接，溫濕度監測單元通過導線與箱式變電站內的變壓器連接；溫濕度監測單元包括有濕度監測單元和溫度監測單元；濕度監測單元內設置有555定時器和濕敏電容HSllOl ;溫度監測單元采用基于ZigBee的無線測溫裝置或者基于RS485總線的測溫系統。
[0015]電量參數測量單元與智能處理器之間通過SPI方式連接；電量參數測量單元分別通過導線外接有低壓側信號監測單元、低壓側功率監測單元、低壓側能量監測單元及低壓側頻率監測單元。
[0016]智能處理器內采用S3C2440A芯片與STM32F407ZGT6芯片相結合的雙芯片結構；S3C2440A芯片與STM32F407ZGT6芯片之間通過SPI方式進行通信。
[0017]本發明采用的第二種技術方案是，利用智能監控系統對箱式變電站進行監控的方法，具體按照以下步驟實施:
[0018]步驟1、遠程監控中心內設置的服務器在IEC61850標準協議下讀取I⑶配置文件，待讀取完成之后，由智能處理器內的S3C2440A芯片發送數據采集命令給STM32F407ZGT6芯片，并等待SPI接收中斷的到來；
[0019]步驟2、經步驟I后，STM32F407ZGT6接收到數據采集命令，由STM32F407ZGT6對接收到的數據采集命令進行解析，待數據采集命令解析正確后，由電量參數測量單元獲取如下電參量:
[0020]電壓值、電流值、功率值及頻率值；
[0021]電量參數測量單元將獲得的獲取的電參量進行處理后送至智能處理器內，完成電量參數測量單元與智能處理器之間的數據傳送；
[0022]步驟3、經過步驟2后，由智能處理器內的STM32F407ZGT6芯片控制啟動溫濕度監測單元和STM32F407ZGT6內部的定時器，溫濕度監測單元與定時器配合，用于定時的獲取箱式變電站內高壓室、變壓器室及低壓室的溫度數據和濕度數據；
[0023]若連續三次溫度數據及濕度數據均沒有上傳或者溫濕度監測單元沒有響應，則表示發送溫度、濕度通信失敗，此時智能處理器發送通信失敗警告，工作人員進行維修檢查；
[0024]步驟4、經步驟3后，溫濕度監測模塊發送數據采集命令Ox5A OxOC OxOOCRCLCRCH到智能處理器內，其中CRCL CRCH分別是校驗碼的高八位和低八位，若STM32F407ZGT6芯片接收到0x5A 0xA5 OxOD 0x020x48 0x51 CRCL CRCH命令，則通過SPI通信方式將STM32F407ZGT6芯片內的溫度數據、濕度數據及電參量封裝送至S3C2440A芯片內；
[0025]步驟5、經步驟4后，按照變電站國際統一標準協議IEC61850對智能處理器內S3C2440A芯片中的所有數據進行數據封裝，再通過以太網將S3C2440A內封裝好的數據發送給IEC61850的客戶端；
[0026]若IEC61850的客戶端接收到的數據超過設定值，則通過保護單元實現相應的過電流、過電壓、接地、欠電壓以及溫濕度保護；
[0027]若由S3C2440A芯片發出的是開出量輸出命令，則通過保護單元控制開出量輸出；為了使開出量能正確輸出，要再次判斷開入量，若最終判斷開出量無正確輸出，則啟動重合閘或者直接發出報警信號，反之等待下一次命令的到來；
[0028]步驟6、往復循環步驟I?步驟5，最終實現利用智能監控系統對箱式變電站內高壓開關設備、配電變壓器和低壓配電裝置的監控。
[0029]本發明第二種技術方案的特點還在于:
[0030]步驟2中利用電量參數測量單元獲取電參量的方法具體按照以下步驟實施:
[0031]步驟a、將電壓信號、電流信號經過電壓互感器PT、電流互感器CT隔離變換后，以差分信號的形式送入電量參數測量單元內；
[0032]步驟b、經步驟a后，利用計量芯片ATT7022C內的數字信號處理器DSP對送入電量參數測量單元內的所有數據進行計算處理，經計算后得到低壓進線側的電壓值、電流值、功率值及頻率值；
[0033]步驟C、通過SPI串行外設通信方式將經步驟b得到的電壓值、電流值、功率值及頻率值傳送到給智能處理器內的STM32F407ZGT6芯片，完成電量參數測量單元與智能處理器之間的數據傳送。
[0034]步驟3中溫濕度監測單元與定時器配合獲取溫度數據、濕度數據的方法分別如下:
[0035]獲取濕度數據的方法如下:
[0036]利用溫濕度監測單元內的濕度監測單元以555定時器為核心電路，借助濕敏電容HSllOl完成濕度的測量；
[0037]獲取溫度數據的方法如下:
[0038]先將電阻信號轉換成電壓信號，然后經過差動放大電路送入模擬數字轉化器ADC內，實現溫度信號的采集；利用PT10測溫過程中，無需焊接零歐姆電阻R26和取樣電阻R28;
[0039]與此同時，通過儀用放大器來調理和遠距離傳輸信號，在這一過程中通過設置一個零歐姆電阻，實現了從PT100溫度測量電路切換到4mA?20mA信號測量電路；
[0040]在測量4mA?20mA信號時，要焊接零歐姆電阻R26和取樣電阻R 28；
[0041]PTlOO = V1' [R30/ (Rig+R30) -PT10/ (R20+PT100)]；
[0042]測量