配电网状态监测系统及其监测方法.pdf

本发明提供一种配电网状态监测系统，包括：局方配网设备数据中心、站方配网设备数据中心、红外点温监测单元、开关电参量监测单元、环境温湿度监测单元、红外热像监测仪以及配网状态监测软件平台，局方配网设备数据中心通过光纤、无线或载波通信方式与站方配网设备数据中心实现连接，站方配网设备数据中心通过RS485分别和红外点温监测单元、开关电参量监测单元、环境温度监测单元实现连接，站方配网设备数据中心还通过光纤与红外热像监测仪实现连接，配套的配网状态监测软件平台安装在局方配网设备数据中心和站方配网设备数据中心的主机上。这种多元化测量的数据信息涵盖配电网电气设备所有的状态参量，确保对设备对象提供完善、全面的监控。

1.  一种配电网状态监测系统，其特征在于，包括：局方配网设备数据中心、站方配网设备数据中心、红外点温监测单元、开关电参量监测单元、环境温湿度监测单元、红外热像监测仪以及配网状态监测软件平台，局方配网设备数据中心通过光纤、无线或载波通信方式与站方配网设备数据中心实现连接，站方配网设备数据中心通过RS485分别和红外点温监测单元、开关电参量监测单元、环境温度监测单元实现连接，站方配网设备数据中心还通过光纤与红外热像监测仪实现连接，与系统配套的配网状态监测软件平台安装在局方配网设备数据中心和站方配网设备数据中心的主机上。

2.  根据权利要求1所述的配电网状态监测系统，其特征在于：所述红外点温监测单元包括：光学系统、红外点温传感器、精准运算放大器、A/D采样转换电路、红外MCU处理电路、外部通信接口电路、红外显示模块，红外点温传感器与A/D采样转换电路相连接，精准运算放大器与红外MCU控制电路相连，红外点温传感器采样温度信号，由红外MCU控制电路控制A/D采样，通过精准运算放大器，由外部通信接口电路发送至站方配网设备数据中心，并通过红外显示模块显示温度信息。

3.  根据权利要求1所述的配电网状态监测系统，其特征在于：所述开关电参量监测单元包括：电流传感器、加速度传感器、电流/电压转换电路、放大、滤波电路、电荷放大器、共振解调器、开关MCU处理电路和开关外部通信接口电路，电流传感器和加速度传感器分别与电流/电压转换电路、电荷放大器相连，由电流传感器得到的电流信号通过电流/电压转换电路及放大、滤波电路实现电流/电压转换与滤波，再由开关MCU处理电路计算平均值获得电流的有效值；加速度传感器获得振动信息并将振动信号转换成电荷信号，通过电荷放大器转换成电压信号，再通过共振解调器获得故障信号，再由环境MCU处理电路分析与处理，所得的信息由开关外部通信接口电路传送至站方配网设备数据中心。

4.  根据权利要求1所述的配电网状态监测系统，其特征在于：所述环境温湿度监测单元包括：温湿度传感器、运算放大器、A/D采集转换电路、环境MCU处理电路、环境显示模块及环境外部通信接口电路，温湿度传感器与运算放大器相连接，A/D采集转换电路与环境MCU处理电路相连，环境MCU处理电路输出与环境显示模块及环境外部通信接口电路相连接，由温湿度传感器采样温湿度信号，经运算放大器、A/D采集转换电路转换以及环境MCU处理电路处理，由环境显示模块显示温度和湿度信息并通过环境外部通信接口电路发送至站方配网设备数据中心。

5.  根据权利要求1所述的配电网状态监测系统，其特征在于：所述红外热像监测仪包括一台红外热像仪。

6.  根据权利要求1所述的配电网状态监测系统，其特征在于：所述配网状态监测软件平台包括：红外点温监测管理子平台、红外热像监测管理子平台、开关电参量监测管理子平台以及环境温湿度监测管理子平台。

7.  一种采用权利要求1所述的配电网状态监测系统的监测方法，其特征在于：局方配网设备数据中心和站方配网设备数据中心通过操作配网状态监测软件平台来实现对设备现场的温度、热像以及环境温湿度的在线监测，包括：
(1)通过红外点温监测管理子平台控制测温起始的时间和采样的周期，显示某一被测温设备或部件实时连续的温度信息，显示被测温的设备或部件的当前温度，针对设备、部件的温度情况实时给出预警信号；
(2)通过红外热像监测管理子平台，鼠标移动控制测温点和范围，同时显示当前设备视频和红外热像信息，进行拍摄保存红外热像及视频信息作为数据备份，手动设定多档设备或部件的报警上限等操作，实现越限报警；
(3)通过开关电参量监测管理子平台测量真空开关的开断电流，进行开关的电剩余寿命分析和评估，绘制合、分闸线圈电流特性曲线进行对开关机械寿命评估，并分别显示开关机械寿命和电寿命的评估结果；
(4)通过环境温湿度监测管理子平台显示当前环境温度信息和当前环境湿度信息。

8.  根据权利要求7所述的配电网状态监测方法，其特征在于：所述红外点温监测单元的工作流程如下：
(1)红外点温传感器的外部通信接口电路接受由站方配网设备数据中心发送的设备地址，每个红外点温传感器对应的红外MCU处理电路比对设备地址，若与自身设备地址相等，则进行温度测量，若不相等，则不进行操作；
(2)红外MCU处理电路接到温度测量的指令后，进行温度采集，采集到的温度信号经过精准运算放大器，再经A/D采样转换电路送至红外MCU处理电路进行算法处理，得到温度值；
(3)红外MCU处理电路计算得出的温度值在红外显示模块显示出来，再通过外部通信接口电路发送至站方配网设备数据中心；
(4)红外点温传感器接收下一个设备地址并重复上述过程，直至所有的设备都完成检测。

9.  根据权利要求7所述的配电网状态监测方法，其特征在于：所述开关电参量监测单元的工作流程如下：
(1)开关电参量监测单元的外部通信接口电路接受由站方配网设备数据中心发送的设备地址，每个开关电参量监测单元对应的开关MCU处理电路比对设备地址，若与自身设备地址相等，则进行监测，若不相等，则不进行操作；
(2)开关MCU处理电路接到监测的指令后，进行信息采集；
(3)开关MCU处理电路计算得出的电流的有效值、故障信号等信息值通过开关外部通信接口电路发送至站方配网设备数据中心；
(4)开关电参量监测单元接收下一个设备地址并重复上述过程，直至所有的设备都完成检测。

10.  根据权利要求7所述的配电网状态监测方法，其特征在于：所述环境温湿度监测单元的工作流程如下：
(1)环境温湿度监测单元的环境外部通信接口电路接受由站方配网设备数据中心发送的监测命令；
(2)接到环境温湿度测量的指令后，进行温、湿度采集；
(3)环境温湿度监测单元的环境MCU处理电路计算得出的温、湿度值在环境显示模块显示出来，再通过外部通信接口电路发送至站方配网设备数据中心。

配电网状态监测系统及其监测方法
技术领域
本发明涉及一种电网状态监测系统及方法，具体涉及一种配电网状态监测系统及其监测方法。
背景技术
随着用电需求量增长和电力供求市场化，用户对供电可靠性、电能质量以及优质服务的要求都不断提高，配电网设备在实现可靠供电中发挥着重要作用。
配电网中设备数量大、种类繁多，有些设备如配电变压器本身就极其昂贵，温度、环境温湿度等对于这些配电网设备的正常运行极为重要。需要通过对配电网中的物理参量：电缆接头、高低压柜、环网柜进出线、负荷开关、配电变压器、柱上开关的工作温度；电参量：合分闸线圈电流、真空开关的开断电流等；环境参量：环境温湿度等；还包括对配电变压器室、高压室、低压室、控制室内主设备的红外热像图进行实时状态监测等，能够及时将设备运行工况反映出来，使工作人员及时发现配电网的各设备运行状态，从而及时发现故障和排除故障。
目前国内的配电网在线监测技术存在着一些不足，比如各个厂家的设备没有数据接口，各自为战，不成体系；远程通讯方面欠缺，一般只能在就地进行相关的监测，不方便相关人员进行监测；另外，由于各厂家之间的数据不兼容，因此形成将各监测项目合并在一起的在线监测系统，就变得相当困难。
现有技术中，也有涉及到对配电网监控系统进行改进的公开文献，例如专利号为ZL200820004999.7的实用新型专利《配电网监控管理系统》，所涉及到的一种配电网监控管理系统，该系统包括多个配装有无线通信终端的配电监控终端、通信网络、APN路由器、配电监控网，其中所述配电监控终端分别安装于各监测点并与线缆或电气设备相连接，所述通信网络与所述APN路由器通过APN专线相连接，所述APN路由器与所述配电监控网相连接，所述APN路由器与所述配电监控网之间设有防火墙；所述配电监控网配装有配电网监控管理软件。然而，该实用新型存在的缺点是：该监控系统功能单一，采用的技术手段复杂，不利于推广应用。
又如申请号为200610137725.0的发明专利《配电网线缆接头运行状态的无线在线监测系统及方法》，涉及到一种配电网线缆接头运行状态的无线在线监测系统及方法，所述监测系统，包括：一个或多个终端采集装置，用于在控制器的控制下，测量运行状态下的配电网线缆接头的运行参数，其中，终端采集装置通过悬浮电磁感应式通信电源单元进行供电；一个或多个控制器，用于控制一个或多个终端采集装置，获取终端采集装置采集的运行参数并将运行参数传输至服务器；以及服务器，用于处理并分析来自控制器的运行参数，确定配电网线缆接头的运行状态并且预测配电网线缆接头的未来运行状态。该发明通过在线监测配电网线缆接头运行状态下的温度和电流确定配电网线缆接头的工作状态，以提高配电网运行的安全性和可靠性，发掘电力设备的输配电能力。该发明存在的缺点是：该监控系统功能单一，仅仅能够监测线缆接头运行状态，并且采用的技术手段仍然较复杂，不利于推广应用。
因此，有必要设计一种能够克服上述缺点的配电网状态监测系统及其监测方法，以满足配电网设备的监测需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种配电网状态监测系统及其监测方法，将在线监测项目合并在一起，各项目之间的数据相互兼容，可以统一将数据放入同一个数据库中，用同一个软件进行分析与管理，从而实现多种功能且操作方便。
本发明所采用的技术方案是：一种配电网状态监测系统，其特征在于，包括：局方配网设备数据中心、站方配网设备数据中心、红外点温监测单元、开关电参量监测单元、环境温湿度监测单元、红外热像监测仪以及配网状态监测软件平台，局方配网设备数据中心通过光纤、无线或载波通信方式与站方配网设备数据中心实现连接，站方配网设备数据中心通过RS485分别和红外点温监测单元、开关电参量监测单元、环境温度监测单元实现连接，站方配网设备数据中心还通过光纤与红外热像监测仪实现连接，与系统配套的配网状态监测软件平台安装在局方配网设备数据中心和站方配网设备数据中心的主机上。由此带来的技术效果至少是：这种多元化测量的数据信息涵盖配电网电气设备所有的状态参量，采用多种测量手段相结合，确保对设备对象提供最完善、最全面的监控；分布式监测模式使得每个监测终端独立完成相关参数类型的采集，所有监测单元共同组建成为一个完整的配电网电气设备“监测网”，实现对整个配电网设备的同步实时监测。
如上所述的配电网状态监测系统，其特征在于：所述红外点温监测单元包括：光学系统、红外点温传感器、精准运算放大器、A/D采样转换电路、红外MCU处理电路、外部通信接口电路、红外显示模块，红外点温传感器与A/D采样转换电路相连接，精准运算放大器与红外MCU控制电路相连，红外点温传感器采样温度信号，由红外MCU控制电路控制A/D采样，通过精准运算放大器，由外部通信接口电路发送至站方配网设备数据中心，并通过红外显示模块显示温度信息。
如上所述的配电网状态监测系统，其特征在于：所述开关电参量监测单元包括：电流传感器、加速度传感器、电流/电压转换电路、放大、滤波电路、电荷放大器、共振解调器、开关MCU处理电路和开关外部通信接口电路，电流传感器和加速度传感器分别与电流/电压转换电路、电荷放大器相连，由电流传感器得到的电流信号通过电流/电压转换电路及放大、滤波电路实现电流/电压转换与滤波，再由开关MCU处理电路计算平均值获得电流的有效值；加速度传感器获得振动信息并将振动信号转换成电荷信号，通过电荷放大器转换成电压信号，再通过共振解调器获得故障信号，再由环境MCU处理电路分析与处理，所得的信息由开关外部通信接口电路传送至站方配网设备数据中心。由此带来的技术效果至少是：使该开关电参量监测单元可实现高精度开关电参量监测。
如上所述的配电网状态监测系统，其特征在于：所述环境温湿度监测单元包括：温湿度传感器、运算放大器、A/D采集转换电路、环境MCU处理电路、环境显示模块及环境外部通信接口电路，温湿度传感器与运算放大器相连接，A/D采集转换电路与环境MCU处理电路相连，环境MCU处理电路输出与环境显示模块及环境外部通信接口电路相连接，由温湿度传感器采样温湿度信号，经运算放大器、A/D采集转换电路转换以及环境MCU处理电路处理，由环境显示模块显示温度和湿度信息并通过环境外部通信接口电路发送至站方配网设备数据中心。由此带来的技术效果至少是：使该环境温湿度监测单元可实现高精度环境温湿度监测。
如上所述的配电网状态监测系统，其特征在于：所述红外热像监测仪包括一台红外热像仪。
如上所述的配电网状态监测系统，其特征在于：所述配网状态监测软件平台包括：红外点温监测管理子平台、红外热像监测管理子平台、开关电参量监测管理子平台以及环境温湿度监测管理子平台。由此带来的技术效果至少是：使该配网状态监测软件平台可分别实现管理红外点温监测、红外热像监测、开关电参量监测以及环境温湿度监测。
本发明还提供一种采用如上所述的配电网状态监测系统的监测方法，其特征在于：局方配网设备数据中心和站方配网设备数据中心通过操作配网状态监测软件平台来实现对设备现场的温度、热像以及环境温湿度的在线监测，包括：
(1)通过红外点温监测管理子平台控制测温起始的时间和采样的周期，显示某一被测温设备或部件实时连续的温度信息，显示被测温的设备或部件的当前温度，针对设备、部件的温度情况实时给出预警信号；
(2)通过红外热像监测管理子平台，鼠标移动控制测温点和范围，同时显示当前设备视频和红外热像信息，进行拍摄保存红外热像及视频信息作为数据备份，手动设定多档设备或部件的报警上限等操作，实现越限报警；
(3)通过开关电参量监测管理子平台测量真空开关的开断电流，进行开关的电剩余寿命分析和评估，绘制合、分闸线圈电流特性曲线进行对开关机械寿命评估，并分别显示开关机械寿命和电寿命的评估结果；
(4)通过环境温湿度监测管理子平台显示当前环境温度信息和当前环境湿度信息。
如上所述的配电网状态监测方法，其特征在于：所述红外点温监测单元的工作流程如下：
(1)红外点温传感器的外部通信接口电路接受由站方配网设备数据中心发送的设备地址，每个红外点温传感器对应的红外MCU处理电路比对设备地址，若与自身设备地址相等，则进行温度测量，若不相等，则不进行操作；
(2)红外MCU处理电路接到温度测量的指令后，进行温度采集，采集到的温度信号经过精准运算放大器，再经A/D采样转换电路送至红外MCU处理电路进行算法处理，得到温度值；
(3)红外MCU处理电路计算得出的温度值在红外显示模块显示出来，再通过外部通信接口电路发送至站方配网设备数据中心；
(4)红外点温传感器接收下一个设备地址并重复上述过程，直至所有的设备都完成检测。
如上所述的配电网状态监测方法，其特征在于：所述开关电参量监测单元的工作流程如下：
(1)开关电参量监测单元的外部通信接口电路接受由站方配网设备数据中心发送的设备地址，每个开关电参量监测单元对应的开关MCU处理电路比对设备地址，若与自身设备地址相等，则进行监测，若不相等，则不进行操作；
(2)开关MCU处理电路接到监测的指令后，进行信息采集；
(3)开关MCU处理电路计算得出的电流的有效值、故障信号等信息值通过开关外部通信接口电路发送至站方配网设备数据中心；
(4)开关电参量监测单元接收下一个设备地址并重复上述过程，直至所有的设备都完成检测。
如上所述的配电网状态监测方法，其特征在于：所述环境温湿度监测单元的工作流程如下：
(1)环境温湿度监测单元的环境外部通信接口电路接受由站方配网设备数据中心发送的监测命令；
(2)接到环境温湿度测量的指令后，进行温、湿度采集；
(3)环境温湿度监测单元的环境MCU处理电路计算得出的温、湿度值在环境显示模块显示出来，再通过外部通信接口电路发送至站方配网设备数据中心。
本发明的有益效果是：本发明多元化测量的数据信息涵盖配电网电气设备所有的状态参量，采用多种测量手段相结合，确保对设备对象提供最完善、最全面的监控；分布式监测模式使得每个监测终端独立完成相关参数类型的采集，所有监测单元共同组建成为一个完整的配电网电气设备“监测网”，实现对整个配电网设备的同步实时监测。与系统配套的软件平台对设备状态信息进行分析和状态评估，对有故障的设备进行故障诊断定位，并最终提出设备的检修建议。
附图说明
图1是本发明的配电网状态监测系统的系统总体框图。
图2是本发明的配电网状态监测系统的红外点温检测单元原理图。
图3是本发明的配电网状态监测系统的开关电参量监测单元原理图。
图4是本发明的配电网状态监测系统的环境温度监测单元原理图。
图5是本发明的配电网状态监测系统的各监测单元流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明实施例提供的配电网状态监测系统，包括：局方配网设备数据中心、站方配网设备数据中心、红外点温监测单元、开关电参量监测单元、环境温湿度监测单元、红外热像监测仪以及配网状态监测软件平台，局方配网设备数据中心通过光纤、无线或载波通信方式与站方配网设备数据中心实现连接，站方配网设备数据中心通过RS485分别和红外点温监测单元、开关电参量监测单元、环境温度监测单元实现连接，站方配网设备数据中心还通过光纤与红外热像监测仪实现连接，与系统配套的配网状态监测软件平台安装在局方配网设备数据中心和站方配网设备数据中心的主机上。
上述红外点温监测单元包括：光学系统，红外点温传感器，精准运算放大器，AD采样转换电路，红外MCU处理电路，外部通信接口电路，红外显示模块。红外点温传感器与A/D采样转换电路相连接，经精准运算放大器与红外MCU控制电路相连。当红外点温传感器采样温度信号以后，由红外MCU控制电路控制A/D采样转换电路采样，通过精准运算放大器，由外部通信接口电路发送至站方配网设备数据中心，并通过红外显示模块显示温度信息。
上述开关电参量监测单元包括：电流传感器，加速度传感器，电流/电压转换电路，放大、滤波电路，电荷放大器，共振解调器，开关MCU处理电路和开关外部通信接口电路。电流传感器和加速度传感器分别与电流/电压转换电路，电荷放大器相连，由电流传感器得到的电流信号通过电流/电压转换及放大滤波器实现电流/电压转换与滤波，再由开关MCU处理电路计算平均值获得电流的有效值；加速度传感器获得振动信息并将振动信号转换成电荷信号，通过电荷放大器转换成电压信号，再通过共振解调器获得故障信号，再由环境MCU处理电路分析与处理，所得的信息由开关外部通信接口电路传送至站方配网设备数据中心。
上述环境温湿度监测单元包括：温湿度传感器，运算放大器，A/D采集转换电路，环境MCU处理电路，环境显示模块及环境外部通信接口电路。温湿度传感器与运算放大电路相连接，后经A/D采集转换电路与环境MCU处理电路相连，环境MCU处理电路输出与环境显示模块及环境外部通信接口电路相连接。由温湿度传感器采样温度信号，经运算放大器，A/D采集转换电路转换以及环境MCU处理电路处理，由环境显示模块显示温度和湿度信息并通过环境外部通信接口电路发送至站方配网设备数据中心。
上述红外热像监测仪包括：一台红外热像仪。
上述配网状态监测软件平台包括：红外点温监测管理子平台，红外热像监测管理子平台，开关电参量监测管理子平台以及环境温湿度监测管理子平台。
系统工作过程如下：
局方配网设备数据中心和站方配网设备数据中心通过操作配网状态监测软件平台来实现对设备现场的温度、热像以及环境温湿度的在线监测。
(1)通过红外点温监测管理子平台控制测温起始的时间和采样的周期，显示某一被测温设备或部件实时连续的温度信息，显示被测温的设备或部件的当前温度，针对设备、部件的温度情况实时给出预警信号。
(2)通过红外热像监测管理子平台，鼠标移动控制测温点和范围，同时显示当前设备视频和红外热像信息，进行拍摄保存红外热像及视频信息作为数据备份，手动设定多档设备或部件的报警上限等操作，实现越限报警。
(3)通过开关电参量监测管理子平台测量真空开关的开断电流，进行开关的电剩余寿命分析和评估，绘制合、分闸线圈电流特性曲线进行对开关机械寿命评估，并分别显示开关机械寿命和电寿命的评估结果。
(4)通过环境温湿度监测管理子平台显示当前环境温度信息和当前环境湿度信息。
红外点温监测单元的工作流程如下：
(1)红外点温传感器的外部通信接口电路接受由站方配网设备数据中心发送的设备地址，每个红外点温传感器对应的红外MCU处理电路比对设备地址，若与自身设备地址相等，则进行温度测量；若不相等，则不进行操作。
(2)红外MCU处理电路接到温度测量的指令后，进行温度采集，采集到的温度信号经过精准运算放大器放大，再经A/D采样转换电路送至红外MCU处理电路进行算法处理，得到温度值。
(3)红外MCU处理电路计算得出的温度值在红外显示模块显示出来，再通过外部通信接口电路发送至站方配网设备数据中心。
(4)红外点温传感器接收下一个设备地址并重复上述过程，直至所有的设备都完成检测。
开关电参量监测单元的工作流程如下：
(1)开关电参量监测单元的外部通信接口电路接受由站方配网设备数据中心发送的设备地址，每个开关电参量监测单元对应的开关MCU处理电路比对设备地址，若与自身设备地址相等，则进行监测；若不相等，则不进行操作。
(2)开关MCU处理电路接到监测的指令后，进行信息采集。
(3)开关MCU处理电路计算得出的电流的有效值、故障信号等信息值通过开关外部通信接口电路发送至站方配网设备数据中心。
(4)开关电参量监测单元接收下一个设备地址并重复上述过程，直至所有的设备都完成检测。
环境温湿度监测单元的工作流程如下：
(1)环境温湿度监测单元的环境外部通信接口电路接受由站方配网设备数据中心发送的监测命令。
(2)接到环境温湿度测量的指令后，进行温、湿度采集。
(3)环境温湿度监测单元的环境MCU处理电路计算得出的温、湿度值在环境显示模块显示出来，再通过外部通信接口电路发送至站方配网设备数据中心。
本发明多元化测量的数据信息涵盖配电网电气设备所有的状态参量，采用多种测量手段相结合，确保对设备对象提供最完善、最全面的监控；分布式监测模式使得每个监测终端独立完成相关参数类型的采集，所有监测单元共同组建成为一个完整的配电网电气设备“监测网”，实现对整个配电网设备的同步实时监测。与系统配套的软件平台对设备状态信息进行分析和状态评估，对有故障的设备进行故障诊断定位，并最终提出设备的检修建议。