專利名稱：柱上配電開關(guān)監(jiān)控器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種通過數(shù)據(jù)采集實(shí)施監(jiān)控電力傳輸系統(tǒng)柱上配電開關(guān)的監(jiān)控器。
已有的用于電網(wǎng)變電設(shè)備的監(jiān)視控制系統(tǒng)，主要是由調(diào)度端的監(jiān)控臺、微機(jī)遙測遙控終端、微機(jī)遙信遙控終端、數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成。該系統(tǒng)利用各終端對現(xiàn)場實(shí)施數(shù)據(jù)采集，通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，由調(diào)度端的監(jiān)控臺實(shí)施遠(yuǎn)方監(jiān)視控制。如果電網(wǎng)某處出現(xiàn)故障，遙信終端將采集的信息回傳給監(jiān)控臺，由監(jiān)控臺進(jìn)行分析判斷指出故障位置。監(jiān)控系統(tǒng)終端本身不具有開關(guān)變位故障診斷，故障隔離或恢復(fù)非故障區(qū)段正常供電的功能。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種既具有數(shù)據(jù)采集、傳輸和實(shí)施遠(yuǎn)方監(jiān)控功能，又具有開關(guān)變位故障診斷和故障隔離或恢復(fù)非故障區(qū)段正常供電功能且體積小、性能可靠的柱上配電開關(guān)監(jiān)控器。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的柱上配電開關(guān)監(jiān)控器包括主控電路、遙測采集電路、遙信采集電路，驅(qū)動(dòng)電路、通訊電路、電源，其特殊之處在于作為控制中樞的主控電路的單片機(jī)分別與遙測采集電路、遙信采集電路、驅(qū)動(dòng)電路和通訊電路相連接；由通訊電路、主控電路、驅(qū)動(dòng)電路形成電通路，其驅(qū)動(dòng)電路執(zhí)行由監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度端發(fā)出的遙控命令；由遙信采集電路、主控電路、驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成的電通路，其驅(qū)動(dòng)電路執(zhí)行因開關(guān)變位而由主控電路發(fā)出的診斷故障位置和故障隔離或者恢復(fù)開關(guān)正常狀態(tài)的自控命令。
構(gòu)成主控電路、遙測采集電路、遙信采集電路、驅(qū)動(dòng)電路、通訊電路、監(jiān)控器電源的元器件焊接在一塊印刷線路板上。
由傳感器件、運(yùn)算放大器、鉗位濾波電路組成的四路信號采集的遙測采集電路，其四路信號輸出端分別與主控電路單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換口ACH4-7相連接；由光電隔離器構(gòu)成的四路信號采集的遙信采集電路，其輸出端分別與主控電路單片機(jī)輸入口HSI0-3相連接；主要由光電隔離器和與其相連的三極管構(gòu)成的三路輸出驅(qū)動(dòng)電路，其三路信號輸入端分別與主控電路單片機(jī)輸出端HSO0-2相連接；由調(diào)制解調(diào)器構(gòu)成的通訊電路可將接收到的無線電臺模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入主控電路單片機(jī)TXD口，由單片機(jī)RXO口發(fā)出的數(shù)字通信信號經(jīng)調(diào)制解調(diào)器轉(zhuǎn)換成模擬信號送至無線電臺；單片機(jī)HSO3口接調(diào)制解調(diào)器電臺啟動(dòng)發(fā)送電路。
所述的調(diào)制解調(diào)器還包括發(fā)送復(fù)位電路，主要由計(jì)數(shù)器4020和脈沖發(fā)生器NE555構(gòu)成，計(jì)數(shù)器的11腳接收由單片機(jī)HSO3口發(fā)出的電臺啟動(dòng)發(fā)送信號，10腳與脈沖發(fā)生器NE555相連，計(jì)數(shù)器輸出腳Q12經(jīng)電阻R27和三極管T7與單片機(jī)RESET口相連接，同時(shí)還經(jīng)與非門IC11A至電臺啟動(dòng)發(fā)送電路，用以關(guān)閉電臺。當(dāng)主控電路單片機(jī)發(fā)出電臺啟動(dòng)發(fā)送(RTS)信號后，計(jì)數(shù)器4020通過NE555發(fā)出的脈沖開始計(jì)數(shù)(一般計(jì)數(shù)時(shí)間為15秒左右)，當(dāng)達(dá)到規(guī)定的時(shí)間，計(jì)數(shù)器Q12腳輸出高電平，即發(fā)出復(fù)位信號，經(jīng)電阻R27和三極管T7至單片機(jī)RESET口，使其復(fù)位。同時(shí)還經(jīng)與非門IC11A、IC11D、IC11C和電阻R24、三極管T6關(guān)閉電臺。該電路的設(shè)置可以防止長發(fā)故障，避免因長發(fā)而造成電臺損壞。
本實(shí)用新型提供的監(jiān)控器是與柱上配電開關(guān)對應(yīng)設(shè)置，用以監(jiān)控其運(yùn)行狀況，并將采集到的電壓、電流信號，開關(guān)合分狀態(tài)等信息傳送到配網(wǎng)微機(jī)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)度端，接收調(diào)度端發(fā)出的遙控命令。同時(shí)它還具有開關(guān)變位故障診斷和故障隔離或者恢復(fù)配電開關(guān)正常工作的功能。采用分?jǐn)?-重合--分?jǐn)嗟姆椒ㄔ\斷所監(jiān)控的配電開關(guān)是否是處在故障區(qū)段即離故障點(diǎn)最近或者處在非故障區(qū)段，但受其影響而發(fā)生變位的開關(guān)，如果是高故障點(diǎn)最近的開關(guān)，監(jiān)控器閉鎖，不再發(fā)出重合命令，將故障區(qū)段隔離。如果所監(jiān)控的變位配電開關(guān)處在非故障區(qū)段，監(jiān)控器再次發(fā)出重合命令，使非故障區(qū)段恢復(fù)正常供電。采用本實(shí)用新型提供的監(jiān)控器可使處在非故障區(qū)段的停電時(shí)間由原來的兩小時(shí)縮短到一分鐘左右，并能控制故障停電在最小范圍內(nèi)。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下特點(diǎn)1、該監(jiān)控器可以作為配網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的終端，完成數(shù)據(jù)采集、傳輸和實(shí)施遠(yuǎn)方監(jiān)控，還能對所監(jiān)控的開關(guān)變位故障進(jìn)行診斷，準(zhǔn)確地判斷出所監(jiān)控的開關(guān)是否處在故障區(qū)段，并對其實(shí)施故障隔離或者使開關(guān)恢復(fù)正常狀態(tài)。這不僅便于監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度端快速準(zhǔn)確地指出故障位置，及時(shí)消除配網(wǎng)故障，盡快恢復(fù)供電，還能使非故障區(qū)段的停電時(shí)間大大縮短，提高了配網(wǎng)自動(dòng)化水平和供電可靠性。
2、由于監(jiān)控器電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，因此它具有功能齊全、體積小、抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行可靠性的優(yōu)點(diǎn)，因此它能滿足戶外運(yùn)行的需要，特別適合監(jiān)控柱上配電開關(guān)。


圖1為本實(shí)用新型的方框圖。
圖2為本實(shí)用新型主控電路原理圖。
圖3為本實(shí)用新型遙測電路原理圖。
圖4為本實(shí)用新型遙信電路原理圖。
圖5為本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)電路原理圖。
圖6為本實(shí)用新型調(diào)制解調(diào)器電路原理圖。
圖7為本實(shí)用新型電源電路圖。
以下結(jié)合附圖作進(jìn)一步詳述如
圖1所示，本實(shí)用新型提供的監(jiān)控器主要是由主控電路、遙測采集電路、遙信采集電路、驅(qū)動(dòng)電路、調(diào)制解調(diào)器以及電源這六部分組成。
圖2給出的主控電路主要是由8098單片機(jī)和27256EPROM、6264RAM、138、373等芯片以及晶振(頻率為12MHz)、復(fù)位電路組成基本工作單元，四個(gè)撥動(dòng)開關(guān)SW-DIP1-4和兩個(gè)244芯片構(gòu)成了地址電路，通過撥動(dòng)開關(guān)設(shè)置四位十進(jìn)制數(shù)8421編碼，用作監(jiān)控器的地址號。當(dāng)監(jiān)控器接收到信息后，首先判斷收到的和本監(jiān)控器設(shè)置的地址號是否相同，如相同則根據(jù)收到信息的要求而執(zhí)行相應(yīng)的命令，否則不執(zhí)行任何命令。LED和R2構(gòu)成了工作指示燈電路，工作正常時(shí)由8098PUM口輸出脈沖信號，使得LED燈閃爍，考慮到功耗，燈亮滅的比例為1∶6。LM336、W1、D6、D7和R6構(gòu)成了穩(wěn)壓電路，將十12V穩(wěn)壓到+5V接至8098的Vref口，用作8098單片機(jī)中的模數(shù)轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電源。由S1、C3、D1和R1完成手動(dòng)安鈕和上電復(fù)位功能。
圖3給出的遙測采集電路可完成一個(gè)交流電壓、兩個(gè)交流電流和一個(gè)機(jī)箱溫度的采集和測試，傳感器件為電壓互感器PT和兩個(gè)電流互感器CT以及溫度變換器AD590，它們分別將交流電壓、交流電流和溫度信號轉(zhuǎn)換成0～5V的交流電壓信號經(jīng)與其相連的運(yùn)算放大器IC12、由二極管D構(gòu)成的鉗位電路和由電阻、電容構(gòu)成的濾波電路送至主控電路8098單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ACH5-ACH7，并通過調(diào)制解調(diào)器、電臺將采樣信號送至監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度端。
圖4為遙信采集電路，它將開關(guān)的合分狀態(tài)(YXIN1)，電源(#1、#2)是否有電(YXIN2、YXIN3)，是否儲能和電容器試驗(yàn)(YXIN4)等四個(gè)遙信信號通過光電隔離(TLPE21芯片)送至CPU單元的HS10、HS11、HS12和HS13等輸入口。8098 I/口設(shè)置為定時(shí)中斷方式檢測YX變位狀況，四路遙信量的動(dòng)作檢測分辨率可達(dá)2微秒，對于重點(diǎn)遙信量(第一路)的變位記錄為SOF信息，既在存儲變位狀態(tài)的同時(shí)要把時(shí)間存儲起來作為一組信息處理，存儲的時(shí)間為時(shí)、分、秒和毫秒。其它為次要遙信只記錄變位狀態(tài)而不記錄時(shí)間。
圖5為驅(qū)動(dòng)電路，將CPU單元輸出的數(shù)字信號(YK1、YK2和YK3)經(jīng)光電隔離(TLPE21芯片)、三極管8050放大來驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作(YKOUT1、YKOUT2和YKOUT3)以完成各種遙控功能。監(jiān)控器接受調(diào)度端計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)來的開關(guān)操作命令，在確認(rèn)無誤后，先發(fā)出執(zhí)行動(dòng)作(YKOUT1)命令，使執(zhí)行繼電器接點(diǎn)閉合，再發(fā)出合閘(YKOU2)或分閘(YKOUT3)動(dòng)作命令，使合閘或分閘繼電器接點(diǎn)閉合，完成開關(guān)的遙控控制命令，經(jīng)3秒延時(shí)后，先撤消合閘或分閘動(dòng)作命令，使合閘或分閘繼電器接點(diǎn)打開，再撤消執(zhí)行動(dòng)作命令，使執(zhí)行繼電器接點(diǎn)打開，整個(gè)遙控過程結(jié)束。
當(dāng)出現(xiàn)開關(guān)變位故障時(shí)，該驅(qū)動(dòng)電路將接受由單片機(jī)發(fā)出的診斷故障和故障隔離或恢復(fù)開關(guān)正常狀態(tài)的命令。其整個(gè)過程是將遙信采集電路檢測到開關(guān)變位信號送入到主控電路，由其判斷是否是遙控跳閘，如果不是遙控跳閘，監(jiān)控器等待有電信號，當(dāng)檢測到有此信號后延時(shí)7秒，自動(dòng)發(fā)出合閘命令，完成一次重合閘過程。開關(guān)合閘后立即跳閘(50毫秒左右)，監(jiān)控器將判定此開關(guān)是處在故障區(qū)段即離故障點(diǎn)最近的開關(guān)，監(jiān)控器閉鎖不再發(fā)出重合閘命令。同時(shí)將此跳閘信號送至監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度端。如果開關(guān)合閘并在2秒鐘后跳閘，監(jiān)控器判定此開關(guān)處在非故障區(qū)段，它將再次發(fā)出合閘命令，使非故障區(qū)段恢復(fù)供電。
圖6所示，采用專用的調(diào)制解調(diào)器芯片7911完成監(jiān)控器與配電調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的通訊，它將CPU單元的數(shù)字通信信號轉(zhuǎn)換成無線電臺可接收的模擬信號，將接收到的無線電臺模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到CPU單元。晶振為2.4576MHz，與7407、4049芯片和電阻、電容構(gòu)成晶振電路接至7911的24腳上。SW-DIP5撥動(dòng)開關(guān)用來設(shè)置7911的波特率，本電路設(shè)置為600波特。L2為接收數(shù)據(jù)指示燈，L3為發(fā)送數(shù)據(jù)指示燈，L4為電臺發(fā)送指示燈。LM1458及電阻電容構(gòu)成運(yùn)放電路用來與電臺接口，RD接至電臺的接收端，TD接至電臺的發(fā)送端。NE555、4020、74LS00和4049芯片及一些電阻電容、三極管T6、T7構(gòu)成了電臺啟動(dòng)發(fā)送(RTS)和自動(dòng)復(fù)位(RESET)電路，如出現(xiàn)RTS長發(fā)故障，會造成電臺長發(fā)而損壞，為防止此現(xiàn)象的發(fā)生，采用如下方法當(dāng)CPU發(fā)出電臺啟動(dòng)發(fā)送(RTS)信號后，計(jì)數(shù)器4020通過NE555發(fā)出的脈沖開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到Q12輸出高電平時(shí)(本電路計(jì)數(shù)時(shí)間15秒)，經(jīng)R27、T7發(fā)出CPU復(fù)位信號，同時(shí)經(jīng)IC11A、IC11D、IC11C和R24、T6關(guān)閉電臺。4049芯片和三極管T4、T5、穩(wěn)壓管V4及一些電阻電容構(gòu)成了電源轉(zhuǎn)換電路，輸入為+12V，輸出為-10V和-5V，分別作為1458和7911的工作電源。此模塊有接收和發(fā)送兩部分軟件，通訊方式為問答式，波特率為600,BCH效驗(yàn)，接收為中斷方式。
圖7所示，監(jiān)控器電源能完成電源變換和切換功能，外部有電時(shí)，電源的輸入端電壓為+15V、-15V和+5V，經(jīng)穩(wěn)壓片LM7812CT、LM7912CT為監(jiān)控器提供+12V和-12V電源，同時(shí)繼電器DS2Y接點(diǎn)閉合，+15V電壓經(jīng)電阻R4對電池浮充電，E-IN接12V7AH電池，此時(shí)電池和外部電源共同為監(jiān)控器提供電源，當(dāng)外部電源停電后，電池?zé)o切換時(shí)間的提供監(jiān)控器所需的電源，能保證工作一小時(shí)。由于電臺工作電流比較大，因此電臺電源經(jīng)繼電器在接至電池上(RADIO端口)。
權(quán)利要求1.一種柱上配電開關(guān)監(jiān)控器，包括主控電路、遙測采集電路、遙信采集電路，驅(qū)動(dòng)電路、通訊電路、電源，其特征在于作為控制中樞的主控電路的單片機(jī)分別與遙測采集電路、遙信采集電路、驅(qū)動(dòng)電路和通訊電路相連接；由通訊電路、主控電路、驅(qū)動(dòng)電路形成電通路，其驅(qū)動(dòng)電路執(zhí)行由監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)度端發(fā)出的遙控命令；由遙信采集電路、主控電路、驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成的電通路，其驅(qū)動(dòng)電路執(zhí)行因開關(guān)變位而由主控電路發(fā)出的診斷故障位置和故障隔離或者恢復(fù)開關(guān)正常狀態(tài)的自控命令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱上配電開關(guān)監(jiān)控器，其特征在于由傳感器件、運(yùn)算放大器、鉗位濾波電路組成的四路信號采集的遙測采集電路，其四路信號輸出端分別與主控電路單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換口ACH4-7相連接；由光電隔離器構(gòu)成的四路信號采集的遙信采集電路，其輸出端分別與主控電路單片機(jī)輸入口HSI0-3相連接；主要由光電隔離器和與其相連的三極管構(gòu)成的三路輸出驅(qū)動(dòng)電路，其三路信號輸入端分別與主控電路單片機(jī)輸出端HSO0-2相連接；由調(diào)制解調(diào)器構(gòu)成的通訊電路可將接收到的無線電臺模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入主控電路單片機(jī)TXD口，由單片機(jī)RXO口發(fā)出的數(shù)字通信信號經(jīng)調(diào)制解調(diào)器轉(zhuǎn)換成模擬信號送至無線電臺；單片機(jī)HSO3口接調(diào)制解調(diào)器電臺啟動(dòng)發(fā)送電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的柱上配電開關(guān)監(jiān)控器，其特征在于構(gòu)成主控電路、遙測采集電路、遙信采集電路、驅(qū)動(dòng)電路、通訊電路、監(jiān)控器電源的元器件焊接在一塊印刷線路板上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的柱上配電開關(guān)監(jiān)控器，其特征在于所述的調(diào)制解調(diào)器還包括發(fā)送復(fù)位電路，主要由計(jì)數(shù)器4020和脈沖發(fā)生器NE555構(gòu)成，計(jì)數(shù)器的11腳接收由單片機(jī)HSO3口發(fā)出的電臺啟動(dòng)發(fā)送信號，10腳與脈沖發(fā)生器NE555相連，計(jì)數(shù)器輸出腳Q12經(jīng)電阻R27和三極管T7與單片機(jī)RESET口相連接，同時(shí)還經(jīng)與非門IC11A至電臺啟動(dòng)發(fā)送電路，用以關(guān)閉電臺。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種通過數(shù)據(jù)采集實(shí)施監(jiān)控電力傳輸系統(tǒng)柱上配電開關(guān)的監(jiān)控器,主要是由作為控制中樞的主控電路,與其相連接的遙測采集電路、遙信采集電路、驅(qū)動(dòng)電路、通訊電路和電源組成。本實(shí)用新型的特點(diǎn)是可作為配網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的終端,完成數(shù)據(jù)采集、傳輸和實(shí)施遠(yuǎn)方監(jiān)控,還能對所監(jiān)控的開關(guān)變位故障進(jìn)行診斷和實(shí)施故障隔離或者使開關(guān)恢復(fù)正常狀態(tài)。監(jiān)控器體積小,功能齊全,抗干擾能力強(qiáng),能滿足戶外運(yùn)行的需要。
文檔編號H02J13/00GK2322305SQ9722332
公開日1999年6月2日 申請日期1997年5月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月27日
發(fā)明者王麗敏, 林永彬, 顧三立, 戰(zhàn)勝林, 史惠明, 孫兆順 申請人:大連電業(yè)局