電壓監測裝置的制作方法

本實用新型涉及電力安全監測領域，特別是涉及電壓監測裝置。

背景技術：

隨著生活水平的不斷提高，各式各樣的家用電器走進了尋常百姓家中，人們與電接觸的機會越來越多，用電設備發生故障導致人員觸電傷亡事件屢見不鮮。

目前公知的電壓監測裝置都通過采用紅外通信的方式進行本地數據維護。由于紅外通信距離短，因此不能將監測數據遠程傳送給后臺主站，實現遠程監控分析的效果，并且紅外通信的方式在通訊過程中不能移動，遇障礙物通訊中斷，且還容易受到角度、光線等的影響，因此在環境復雜的現場維護過程中，紅外通信的方式很難保證本地數據維護的成功與可靠。

技術實現要素：

基于此，有必要針對采用紅外通信方式很難保證本地數據維護的可靠性及不能遠程通信的問題，提供一種電壓監測裝置，能夠實現監測數據本地傳輸的穩定可靠及遠程通信。

為達到實用新型目的，提供一種電壓監測裝置，所述裝置包括：

殼體；

擴展模塊，適用于搭載的電力系統的線路上，用于采集所述線路上的電信號；

主控模塊，設置在所述殼體中，與所述擴展模塊連接，用于接收所述電信號，并對所述電信號進行處理，得到監測數據；

本地通信模塊，設置在所述殼體中，與所述主控模塊連接，適用于在進行本地數據維護時，與相應的終端設備進行有線通信，將所述監測數據通過有線通信的方式傳送給所述終端設備；

網絡通信模塊，設置在所述殼體中，與所述主控模塊連接，適用于在所述電壓監測裝置與其主站進行遠程通信時，與所述主站進行遠程網絡通信，并將所述監測數據通過遠程網絡通信的方式傳送給所述主站。

在其中一個實施例中，所述本地通信模塊包括串行接口、通用串行總線接口中的一個或組合；

所述網絡通信模塊包括無線局域網單元、無線公網單元、以太網單元中的一個或組合。

在其中一個實施例中，所述串行接口包括RS485接口或RS232接口中的一個或組合。

在其中一個實施例中，所述主控模塊包括：

采集單元，用于對所述線路上的電信號進行采樣，得到電壓數據和/或漏電流數據；

運算單元，與所述采集單元連接，用于對所述電壓數據和/或所述漏電流數據進行運算處理，得到電壓監測數據和/或漏電流監測數據；

控制單元，與所述運算單元連接，用于在所述電壓監測數據超出預設電壓監測數據或所述漏電流監測數據超出預設漏電流監測數據時，發出跳閘指令；

數據保存單元，與所述運算單元或所述控制單元連接，用于保存所述電壓監測數據和/或漏電流監測數據。

在其中一個實施例中，所述主控模塊還包括：

事件處理單元，與所述控制單元連接，用于對所述控制單元接收到的事件進行分析，得到所述事件的事件信息，并記錄保存所述事件信息；

其中，所述事件信息包括事件屬性、事件類型及事件發生時間。

在其中一個實施例中，所述主控模塊還包括：

時鐘單元，與所述控制單元連接，用于記錄所述電壓監測裝置的第一時間信息；

所述控制單元，還用于獲取所述主站的第二時間信息，并在所述第一時間信息和所述第二時間信息不一致時，調節所述第一時間使其與所述第二時間信息一致。

在其中一個實施例中，所述裝置還包括：

人機交互模塊，嵌入在所述殼體上，并與所述主控模塊連接，用于提供輸入輸出功能。

在其中一個實施例中，所述人機交互模塊包括：

顯示單元，嵌入在所述殼體上，與所述主控模塊連接，用于提供輸出功能；

操作單元，嵌入在所述殼體上，與所述主控模塊連接，用于提供輸入功能。

在其中一個實施例中，所述擴展模塊包括開入單元和開出單元，其中：

所述開入單元，適用于搭載在所述電力系統的線路上，與所述主控模塊連接，用于將采集所述線路上模擬的電信號，并將所述模擬的電信號傳送給所述主控模塊；

所述開出單元，適用于搭載在所述電力系統的線路上，與所述主控模塊連接，用于根據所述主控模塊發送的跳閘指令執行跳閘動作或根據所述主控模塊發出的合閘指令執行合閘動作。

在其中一個實施例中，所述裝置還包括設置在所述殼體中，為所述擴展模塊、所述主控模塊、所述本地通信模塊和所述網絡通信模塊提供電能的電源模塊；所述電源模塊包括：

電源信號變換單元，分別與所述擴展模塊、所述主控模塊、所述本地通信模塊和所述網絡通信模塊連接，用于根據連接的供電對象變換電源的電壓信號和電流信號；

取電單元，用于通過開關電源和充電電池為所述擴展模塊、所述主控模塊、所述本地通信模塊和所述網絡通信模塊提供電能。

本實用新型的有益效果包括：

上述電壓監測裝置，不僅利用本地通信模塊解決了傳統采用紅外通信方式很難保本地場數據維護的可靠性的問題，而且還利用網絡通信模塊解決了電壓監測裝置的遠程通信問題，實現了與主站的遠程數據交互，提高了電壓監測裝置的監測性能，使得電壓監測裝置可廣泛應用中小變電站、小水站、各類工礦企業、制造業、商業、公共事業、交通、油田等需要進行用電電壓質量監測和分析的場所。

附圖說明

圖1為一個實施例中的電壓監測裝置的結構示意圖；

圖2為一個實施例中的電壓監測裝置的外觀結構示意圖；

圖3為一個實施例中的電壓監測裝置的端部結構示意圖；

圖4為一個實施例中的電壓監測裝置的側部結構示意圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例對本實用新型電壓監測裝置進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

在一個實施例中，如圖1至圖4所示，提供了一種電壓監測裝置，該裝置包括：殼體10，擴展模塊500，適用于搭載的電力系統的線路上，用于采集線路上的電信號。主控模塊100，設置在殼體10中，與擴展模塊500連接，用于接收電信號，并對電信號進行處理，得到監測數據。本地通信模塊200，設置在殼體中，與主控模塊100連接20，適用于在進行本地數據維護時，與相應的終端設備進行有線通信，將監測數據通過有線通信的方式傳送給終端設備。網絡通信模塊300，設置在殼體10中，與主控模塊100連接，適用于在電壓監測裝置與其主站進行遠程通信時，與主站進行遠程網絡通信，并將監測數據通過遠程網絡通信的方式傳送給主站。

本實施例中，電壓監測裝置在供電的情況下能夠通過擴展模塊500采集電力系統線路上的電信號，擴展模塊500與主控模塊100連接，能夠在其采集到線路上的電信號后發送給主控模塊，主控模塊100對電信號進行處理得到線路的監測數據。當要對線路的監測數據進行本地數據維護時，本地通信模塊200能夠為電壓監測裝置提供本地通信功能，即近距離的有線通信功能，由于是有線通信，因此可以克服傳統采用紅外通信方式難以保證本地數據維護可靠的缺陷；當需要對線路上的監測數據進行遠程通信，從而實現電壓監測裝置與其后臺進行遠程數據交互時，網絡通信模塊300能夠很好地達到遠程通信的目的，從而克服了傳統使用紅外通信方式無法達到遠程通信的缺陷。其中，網絡通信模塊300也可實現電壓監測裝置與帶有網絡通信功能的終端設備近距離通信，從而達到本地數據維護的可靠性。其不僅利用本地通信模塊200解決了傳統采用紅外通信方式很難保證本地數據維護的可靠性的問題，而且還利用網絡通信模塊300解決了電壓監測裝置的遠程通信問題，實現了與主站的遠程數據交互，使得主站能夠遠程監控分析，加強了電力部分用電質量，使得電壓監測裝置可廣泛應用中小變電站、小水站、各類工礦企業、制造業、商業、公共事業、交通、油田等需要進行用電電壓質量監測和分析的場所。其中，終端設備包括手機、平板電腦、筆記本電腦、個人計算機等。

優選地，在一個實施例中，本地通信模塊200包括串行接口210、通用串行總線接口220中的一個或組合。網絡通信模塊300包括無線局域網單元310、無線公網單元320、以太網單元330中的一個或組合。可以滿足用戶在不同場合使用不同設備的需求。其中，網絡通信模塊300可以時刻在線，裝置上電后自動網路通信，模塊自動上線并保持，按月統計遠程無線通信的接收數據流量和發送數據流量，并保存最近3個月的流量數據。

需要說明的是，無線公網單元320可通過在殼體上設置SIM(Subscriber Identification Module客戶識別模塊)卡位槽50，在SIM卡位槽50中安裝運行穩定可靠的工業級無線通信芯片(如：SIM卡)實現，支持熱插拔，SIM卡也可與殼體一體化設計，設置在殼體10上的天線接口80可根據現場需求配置不同類型的天線。無線公網單元320具有自動附著網絡功能，在通信鏈路出現異常時自動重新連接網絡，恢復鏈路，每次建鏈時間不大于設定時間(如60s)，并且在連續3次連接網絡失敗后，能夠自動斷電復位。以太網單元330可通過在殼體上設置以太網口(如：網線接口)實現。無線局域網單元310可在殼體上設置無線路由芯片、無線網卡芯片等實現。其中，無線局域網單元310包括WIFI、射頻技術等實現的無線通信。

更進一步地，串行接口210包括RS485接口或RS232接口中的一個或組合。進一步地提高電壓監測裝置的性能。

無線公網單元320可利用GSM(Global System for Mobile Communication，全球移動通訊系統)無線通信技術、GPRS(General Packet Radio Service，整合封包無線服務)無線通信技術、EDGE(Enhanced Datarate for GSM Evolution，增強型GPRS)無線通信技術、CDMA(Code Division Multiple Access，碼分多址分組數據傳輸技術)無線通信技術、3D(3rd Generation，第三代移動通信技術)無線通信技術中的一個或組合。

在一個具體的實施例中，擴展模塊500包括開入單元510和開出單元520，其中：開入單元510，適用于搭載在電力系統的線路上，與主控模塊100連接，用于將采集線路上模擬的電信號，并將模擬的電信號傳送給所述主控模塊100。開出單元520，適用于搭載在電力系統的線路上，與主控模塊100連接，用于根據主控模塊100發送的跳閘指令執行跳閘動作或根據主控模塊發送的合閘指令執行合閘動作。其中，擴展模塊500可由電源模塊400通過主控模塊100接入，也可由電源模塊400直接接入。優選地，開入單元510采集線路上的模擬的電壓信號和模擬的漏電流信號，并將模擬的電壓信號和模擬的漏電流信號發送給主控模塊100，開出單元520通過繼電器對線路執行跳閘或合閘動作。

在一個實施例中，電壓監測裝置還包括設置在殼體10中，為擴展模塊500、主控模塊100、本地通信模塊200和網絡通信模塊300提供電能的電源模塊400。

在一個具體的實施例中，電源模塊400包括：電源信號變換單元410，分別與擴展模塊500、主控模塊100、本地通信模塊200和網絡通信模塊300連接，用于根據連接的供電對象變換電源的電壓信號和電流信號。取電單元420，用于通過開關電源和充電電池為擴展模塊500、主控模塊100、本地通信模塊200和網絡通信模塊300提供電能。電源信號變化單元410能夠使電源適用于各種供電對象，提高電源模塊400的適用性，取電單元420優先使用開關電源為供電設備供電，當無法使用開關電源供電時，采用充電電池為供電設備供電，提高電源模塊400供電性能。其中，在使用開關電源供電時，取電單元420會自動給充電電池充電。

在一個實施例中，該裝置還包括：人機交互模塊600，嵌入在殼體10上，并與主控模塊100連接，用于提供輸入輸出功能。具體地，在一個實施例中，人機交互模塊600包括：顯示單元610，嵌入在殼體10上，與主控模塊100連接，用于提供輸出功能。操作單元620，嵌入在殼體10上，與主控模塊100連接，用于提供輸入功能。

其中，顯示單元610包括液晶顯示界面20和指示燈30，液晶顯示界面20優選為點陣式液晶顯示界面，指示燈30優選為LED(Light Emitting Diode，發光二極管)指示燈。操作單元620包括按鍵結構40。通過按鍵可方便操作，點陣式液晶顯示界面使電壓監測裝置的工作狀態和測量值顯示更加直觀。

具體地，在一個實施例中，如圖2所示，液晶顯示界面20中主菜單的顯示包括實時數據顯示、參數定值顯示，控制狀態顯示，電壓表示數顯示，在線信息顯示，電壓統計信息顯示，終端信息顯示。其中，實時數據顯示包括當前三路電壓，當前電壓統計數據，開關狀態，遙控記錄，失電記錄，漏電記錄，漏電流，網絡實時狀態；參數定值顯示包括控制參數，電壓變比，配置參數，漏電流參數，通訊參數，通道校正，程序更新，通訊監視，復位命令；電壓表示數顯示包括所屬測量點，通信地址，三相電壓，漏電流，電壓統計數據；在線信息顯示包括最近由主站下發的10條中文信息；終端信息顯示包括行政區碼，終端地址，主站IP與端口，設備型號。LED指示燈包括告警狀態指示，本地通信狀態指示，網絡通信狀態指示，電源指示，運行指示，過電壓指示，欠電壓指示，裝置支持狀態指示等。按鍵結構40采用5個按鍵，分別是上、下、左、右，確認取消鍵。按鍵和顯示界面配合進行信息的查看、參數的設置和指令的下發。

在一個實施例中，主控模塊100包括：采集單元110，用于對線路上的電信號進行采樣，得到電壓數據和/或漏電流數據。運算單元120，與采集單元110連接，用于對電壓數據和/或漏電流數據進行運算處理，得到電壓監測數據和/或漏電流監測數據。控制單元130，與運算單元120連接，用于在電壓監測數據超出預設電壓監測數據或漏電流監測數據超出預設漏電流監測數據時，發出跳閘指令。數據保存單元140，與運算單元120或控制單元130連接，用于保存電壓監測數據和/或漏電流監測數據。

上述實施例是實現電壓監測裝置支持電壓保護功能和漏電流保護功能的具體實施方式，能夠提高電壓監測裝置的性能，從而加強電力部門的用電質量。其中，采集單元110采用高速高精度電壓采集芯片，可以實現三相電壓和漏電流的采集，以及2～30次電壓諧波含量率的計算；控制單元130采用高速微控制器，實現高速控制；數據保存單元140采用大容量的存儲芯片保證各種數據的存儲，保存的數據長達10年。

在一個實施例中，運算單元120在對電壓數據和/或漏電流數據進行運算處理，得到電壓監測數據和/或漏電流監測數據的步驟包括：對電壓數據和/或漏電流數據的有效值進行均值運算，得到電壓監測數據和/或漏電流監測數據。

其中，隨著各式各樣的家用電器走進了尋常百姓家中，人們與電接觸的機會越來越多，用電設備發生故障冬至人員觸電傷亡的事件屢見不鮮，而漏電保護作為一種安全保護措施，已被廣泛使用，并起到了至關重要的作用。目前低壓電網都采用三級漏點保護，一級保護為配電總漏點保護，二級保護為分支線路保護，三級保護為終端分戶保護。目前安裝與配電變壓器低壓出線端的終端不具備漏電流保護功能，配電變壓器低壓出線端的一級漏電保護需要采用獨立的漏電保護器。而本實施例中的終端支持漏電流保護功能，省去了采用終端的同時還需要采購漏電保護器的繁瑣。并且，一級漏電保護安裝與配電變壓器低壓出線端，采用獨立的漏電保護器來作為配電總漏電保護，該漏電保護范圍大，停電后影響面較大。由于不同的電網、三相不平衡漏電流閾值不同，動作時間也不同，而傳統的漏電流保護器的動作參數無法進行智能調節整定，這必然會導致由于參數的選擇不同而產生誤動作，從而導致電網大面積停電，造成巨大的經濟損失，而本實施例中的終端帶有人機交互模塊600，可以根據需求智能整定漏電保護動作參數。這里需要說明的是，本實用新型中提到的終端指代的是電壓監測裝置。

需要說明的是，采集單元110在采集電壓數據和漏電流數據時根據預設的間隔時間對模擬的電壓信號和模擬的漏電流信號(由開入單元510獲取)進行采樣、存儲，得到電壓監測數據和漏電流監測數據，并在主站召測時通過網絡通信模塊300(具體根據主站和電壓監測裝置的配置從無線局域網單元310、無線公網單元320、以太網單元330中選擇可行的通信方式)發送給主站，其能采集線路的三相電壓、單向電壓，且測量準確等級為±0.5％。采集單元110對線路的電壓模擬量采用有效值采樣，每秒至少1次，并作為預處理值貯存，1min作為一個統計單元，取0秒時刻開始的1min內電壓預處理值的平均值，作為被監測的電力系統的即時實際運行電壓(電壓數據)，不足1min的值不進行統計計算。其還能對線路的漏電流模擬量進行采樣，且測量準確度等級為±0.1％。在一個實施例中，采集單元110還能采集電源模塊400的后備電池的電壓。這樣當電壓不足(小于設定值)時，開啟電池的充電功能，為電池提供充電管理。

運算單元120除了能夠對電壓數據和漏電流數據進行處理外，還包括對其它的處理，例如：包括當前三路電壓，漏電流，當日電壓統計數據，當月電壓統計數據，曲線數據，實時三相電壓、漏電流，當月電壓最大值及發生時間，當前三相斷相統計數據及最近一次斷相記錄，終端日歷時鐘，終端參數狀態，終端上行通信狀態，終端控制設置狀態，終端當前控制狀態，終端事件計數器當前值，終端事件標志狀態，終端狀態量及變位標志，終端與主站當日/月通信流量，日歷時鐘，運行狀態字及其變位標志，數修改次數及時間，漏電流；還包括對總運行統計時間，越上限累計時間，越下限累計時間，電壓合格率，電壓越上限率，電壓越下限率，電壓最大值及其發生時間，電壓最小值及其發生時間的統計。并且，運算單元120還能進行參數的設置與查詢。例如：對上行通信口通信，主站IP地址和端口，終端(電壓監測裝置)上行通信消息認證參數，終端地址，終端IP地址和端口，終端上行通信工作方式，終端事件記錄配置，終端交流采樣裝置配置，虛擬專網用戶名、控制方式，測量點基本參數，測量點限值參數，終端運行參數，上行通信流量門限，告警時間，告警允許/禁止，諧波限值，定時上報1類數據任務，定時上報2類數據任務，定時上報1類數據任務啟動/停止，定時上報2類數據任務啟動/停止，終端邏輯地址等的設置與查詢。

控制單元130還能執行遠程控制，即控制單元130在接收到主站的跳閘控制指令后，按設定的告警延遲時間、限電時間和控制輪次動作輸出繼電器，控制相應被控負荷開關；同時終端應有蜂鳴指示告警通知用戶，并記錄跳閘時間、跳閘輪次、跳閘前功率、跳閘后2min功率等，顯示屏應顯示執行結果。終端接收到主站的允許合閘控制命令后，有蜂鳴指示告警通知用戶，允許用戶合閘。控制單元130在根據電壓監測數據漏電流監測數據控制擴展模塊500對線路執行跳閘動作之后，在電壓保護和漏電流保護解除或控制時段結束后，控制單元130自動或根據用戶的需求控制擴展模塊500對線路執行合閘動作。其中，遠程控制的優先級高于電壓保護控制和漏電流保護控制。控制單元130在控制擴展模塊500跳閘的同時，還控制告警模塊發出告警提示，例如：控制蜂鳴器發出聲音信號或控制指示燈發出光信號。

數據包括單元140除了保護電壓監測數據和漏電流監測數據外，還保存歷史日凍結數據、歷史月凍結數據、歷史曲線凍結數據和配置數據。

1)歷史日凍結數據

終端將采集的電壓統計數據在日末(次日零點)形成各種歷史日數據，并保存最近30天日數據。包括總運行統計時間，越上限累計時間，越下限累計時間，電壓合格率，電壓越上限率，電壓越下限率，電壓最大值及其發生時間，電壓最小值及其發生時間，終端日供電時間、日復位累計次數，終端日控制統計數據，終端與主站日通信流量。

2)歷史月凍結數據

終端將采集的數據在月末零點(每月1日零點)生成各種歷史月數據，并保存最近12個月的月數據。包括總運行統計時間，越上限累計時間，越下限累計時間，電壓合格率，電壓越上限率，電壓越下限率，電壓最大值及其發生時間，電壓最小值及其發生時間，終端日供電時間、日復位累計次數，終端日控制統計數據，終端與主站日通信流量。

3)歷史曲線凍結數據，

終端可以按照設定的凍結間隔(15min，30min，45min，60min)形成各類曲線凍結數據，并保存最近30天曲線數據。包括總運行統計時間，越上限累計時間，越下限累計時間，電壓合格率，電壓越上限率，電壓越下限率，電壓最大值及其發生時間，電壓最小值及其發生時間，終端日供電時間、日復位累計次數，終端日控制統計數據，終端與主站日通信流量。

4)配置數據

終端版本信息，終端支持的輸入、輸出及通信端口配置，終端支持的其他配置，終端支持的參數配置，終端支持的控制配置，終端支持的1類數據配置，終端支持的2類數據配置，終端支持的事件記錄配置，網絡通信模塊300版本信息，本地通信模塊200版本信息。

在一個實施例中，主控模塊100還包括：事件處理單元150，與控制單元120連接，用于對控制單元130接收到的事件進行分析，得到事件的事件信息，并記錄保存事件信息。其中，事件信息包括事件屬性、事件類型及事件發生時間。

終端根據主站設置的事件屬性按照重要事件和一般事件分類記錄。每一類事件保存最近預設條數，例如256條，每條記錄的內容包括事件類型、發生時間及相關情況。

對于主站設置的重要事件，當事件發生后終端實時刷新重要事件計數器內容，記為記錄，并可以通過主站請求訪問召測事件記錄，對于采用平衡傳輸信道的終端應直接將重要事件主動及時上報主站。對于主站設置的一般事件，當事件發生后終端實時刷新一般事件計數器內容，記為事件記錄，等待主站查詢。終端能夠記錄參數變更、終端停/上電等事件。

所述事件類型包括的事件類型有數據初始化和版本變更，參數變更，狀態量變位，遙控跳閘，電壓回路異常，終端停/上電，諧波越限告警，電壓不平衡越限，消息認證錯誤，電壓越限，終端與主站通信流量超門限，漏電流越限事件。

在一個實施例中，主控模塊100還包括時鐘單元160，與控制單元130連接，用于記錄電壓監測裝置的第一時間信息。控制單元130，還用于獲取主站的第二時間信息，并在第一時間信息和第二時間信息不一致時，調節第一時間使其與第二時間信息一致。

控制單元130根據時鐘單元160使電壓監測裝置的時間與主站的時間保持一致，從而保證數據采集的有效性，提高電壓監測裝置的性能。其中，時鐘單元160配置有后備電池，防止時鐘單元160因掉電而導致的時間信息不準確及無法調節的現象。

在一個實施例中，電壓監測裝置還包括貼附顯示單元610上的貼膜50以及與主控模塊100連接的弱電端子60和強電端子70，其中貼膜50用于保護顯示裝置。

在一個實施例中，電壓監測裝置還包括殼罩90，殼罩90與殼體10配合將主控模塊100、本地通信模塊200、網絡通信模塊300、電源模塊400和人機交互模塊600封閉在殼體中。其中，殼罩90包括第一殼罩91和第二殼罩92，第一殼罩91嵌設在殼體10的上部，用于封閉主控模塊100、本地通信模塊200、網絡通信模塊300、電源模塊400和人機交互模塊600，第二殼罩92設在殼體10的下部，用于封閉強電端70和弱電端子60。

以上所述實施例的各技術特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特征的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。因此，本實用新型專利的保護范圍應以所附權利要求為準。