專利名稱：配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端。
背景技術(shù)：
配電變壓器是將電能直接分配給專變用戶或低壓用戶的電力設(shè)備，其運(yùn)行情況及 運(yùn)行數(shù)據(jù)是整個(gè)配電網(wǎng)至關(guān)重要的組成部分。在國(guó)家倡導(dǎo)建設(shè)節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的 方針指引下，各級(jí)電網(wǎng)公司將進(jìn)行精細(xì)化管理、集約化經(jīng)營(yíng)，國(guó)家電網(wǎng)公司在農(nóng)網(wǎng)"十一五 科技發(fā)展規(guī)劃綱要中提出了東部地區(qū)農(nóng)網(wǎng)供電可靠率99.8%、低壓線損率《11%、居民端 電壓合格率96X、315kVA及以上配電變壓器二次側(cè)功率因數(shù)^ 0. 92、315kVA及以上配電 變壓器90%以上安裝隨器無(wú)功自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償裝置、0. 38kV電壓諧波畸變率《5%等能效指 標(biāo)。 根據(jù)以上指標(biāo)要求，必須對(duì)配電網(wǎng)展開運(yùn)行監(jiān)測(cè)、計(jì)量、電壓統(tǒng)計(jì)、諧波監(jiān)測(cè)、無(wú)功 控制等工作。由于變壓器的周圍都是高壓區(qū)，存在一定的危險(xiǎn)性，變壓器普遍安裝在離社區(qū) 較遠(yuǎn)的地方，在變壓器發(fā)生故障前工作人員和供電部門均不能了解其工作狀態(tài)，而現(xiàn)有技 術(shù)對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控十分落后，監(jiān)測(cè)終端電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能簡(jiǎn)單，且穩(wěn)定性和抗干 擾性較差，有些變壓器監(jiān)測(cè)裝置雖然也使用了數(shù)字模塊或智能裝置，但安全性不高，功能單 一，成本高昂。 當(dāng)前正需要一種適用于公變和大用戶的監(jiān)控采集、適用于配電網(wǎng)從配電線路出線 開始的整體能效監(jiān)控和優(yōu)化的終端系統(tǒng)，對(duì)配電網(wǎng)展開運(yùn)行監(jiān)測(cè)、計(jì)量、電壓統(tǒng)計(jì)、諧波監(jiān) 測(cè)、無(wú)功控制等工作，提供上述五項(xiàng)功能合一的能效監(jiān)控與優(yōu)化終端系統(tǒng)，用來(lái)替代前期多 個(gè)單一功能的產(chǎn)品。但是，若采用常規(guī)設(shè)計(jì)，上述五項(xiàng)功能合一終端的外圍電路將十分復(fù) 雜，終端的穩(wěn)定性和可靠性將降低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種外圍電路簡(jiǎn)單，并集成了配變監(jiān)測(cè)裝 置、多功能電能表、諧波表、統(tǒng)計(jì)型電壓表、無(wú)功補(bǔ)償控制器、遠(yuǎn)傳通訊裝置等功能合一的能 效監(jiān)控與優(yōu)化的配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端。 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為一種配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端， 包括CPU模塊，CPU模塊包括主控芯片和A/D轉(zhuǎn)換芯片，其特征在于所述主控芯片為基于 ARM7TDMI內(nèi)核的32位微控制器，A/D轉(zhuǎn)換芯片采用專用計(jì)量芯片CS5463，交流電壓電流經(jīng) 采樣后進(jìn)入專用計(jì)量芯片CS5463，專用計(jì)量芯片CS5463輸出的信號(hào)經(jīng)接口進(jìn)入主控芯片。 作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述主控制芯片采用飛利浦生產(chǎn)的LPC2378， LPC2378是基于ARM7TDMI內(nèi)核的32位微控制器，其功能強(qiáng)大且成本效率高，其片內(nèi)集成了 大容量的程序FLASH、集成了各種通信端口如串口、網(wǎng)口、 SPI 口等，大大簡(jiǎn)化了外圍電路， 降低了系統(tǒng)的硬件成本。程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)RAM都在LPC2378內(nèi)部，提高了系統(tǒng)的抗干擾性 能、穩(wěn)定性能。[0008] 所述配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端還包括采樣模塊、控制模塊、顯示模塊、通信模塊，采樣模 塊的輸出端子連接到CPU模塊的輸入端子，顯示模塊的輸入端子連接到CPU模塊的第一輸 出端子，控制模塊的輸入端子連接到CPU模塊的第二輸出端子，通信模塊的輸入端子連接 到CPU模塊的第三輸出端子。所述通信模塊為GPRS通信模塊、RS232通信模塊、RS485通信 模塊或紅外通信模塊。 本實(shí)用新型采用專用計(jì)量芯片CS5463和高集成的的32位的ARM處理器為 核心，采用的CS5463本身可以提供瞬時(shí)的采樣數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)類似普通 AD+MCU(CPU)的測(cè)量方式所具有靈活的擴(kuò)展分析特性，首先大大減少M(fèi)CU的計(jì)算量和MCU資 源的消耗；其次不需要對(duì)交流采樣、電能計(jì)量等算法進(jìn)行設(shè)計(jì)、編碼、調(diào)試，節(jié)省開發(fā)時(shí)間， 工序大大簡(jiǎn)化；另外，采用CS5463具有成本價(jià)格優(yōu)勢(shì)；這樣大大減小外圍電路的復(fù)雜程度， 提高裝置的穩(wěn)定性和可靠性，大大方便現(xiàn)場(chǎng)的安裝與維護(hù)，實(shí)現(xiàn)五項(xiàng)功能合一的能效監(jiān)控 與優(yōu)化終端，替代多個(gè)單一功能的產(chǎn)品，減少硬件投資、降低綜合線損、節(jié)約電量，產(chǎn)生較大 的經(jīng)濟(jì)效益。 另外，本實(shí)用新型采用模塊化設(shè)計(jì)，即插即用，便于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和安裝調(diào)試，可以根 據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要裁減終端上的模塊，進(jìn)一步降低了成本。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本實(shí)用新型的原理框圖； 圖3a為本實(shí)用新型CPU模塊的A/D轉(zhuǎn)換芯片部分電路圖； 圖3b為本實(shí)用新型CPU模塊的主控芯片部分電路圖； 圖3c為本實(shí)用新型CPU模塊的通訊、存儲(chǔ)部分電路圖； 圖4為本實(shí)用新型的采樣模塊電路圖； 圖5為本實(shí)用新型的控制模塊電路圖。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的說(shuō)明。 配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端，由圖1所示，由CPU模塊1、采樣模塊2、控制模塊3、顯示模塊 4、通信模塊5連接而成，采樣模塊2的輸出端子連接到CPU模塊1的輸入端子，CPU模塊1 的輸出端子連接到顯示模塊4的輸入端子，CPU模塊1的輸出端子連接到控制模塊3的輸 入端子，CPU模塊1的輸出端子可以通過(guò)GPRS通信模塊、RS232、 RS485通信模塊等通信模 塊5，通過(guò)有線或無(wú)線的方式發(fā)送數(shù)據(jù)到配變監(jiān)測(cè)后臺(tái)管理系統(tǒng)。 如圖2所示，配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端的CPU模塊1主要有主控制芯片、RS232/RS485部 分、存儲(chǔ)部分、按鍵部分、RTC部分組成。 配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端的主控制芯片采用飛利浦生產(chǎn)的LPC2378(如圖3b所示)， LPC2378是基于ARM7TDMI內(nèi)核的32位微控制器，其功能強(qiáng)大且成本效率高，其片內(nèi)集成了 大容量的程序FLASH、集成了各種通信端口如串口、網(wǎng)口、 SPI 口等，大大簡(jiǎn)化了外圍電路， 降低了系統(tǒng)的硬件成本。程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)RAM都在LPC2378內(nèi)部，提高了系統(tǒng)的抗干擾性 能、穩(wěn)定性能。按鍵采用1*4鍵盤，方便終端的操作。時(shí)鐘采用高精度的時(shí)鐘芯片作為時(shí)鐘源，產(chǎn)生精確的秒脈沖，并有備用電源給時(shí)鐘供電，保證時(shí)鐘精確不間斷的運(yùn)行。如圖3c所 示，終端采用大容量的FLASH存儲(chǔ)芯片及網(wǎng)絡(luò)口 ，使終端功能更強(qiáng)大。 如圖4采樣模塊電路圖所示，電壓及電流采樣通過(guò)采樣模塊上的PT， CT回路將 其轉(zhuǎn)換成弱電信號(hào)送到CPU模塊1上進(jìn)行A/D采樣處理。如圖3a A/D轉(zhuǎn)換芯片部分電 路圖所示，計(jì)量部分采用了專用計(jì)量芯片CS5463，內(nèi)部自動(dòng)完成電能的計(jì)量、電流有效值、 電壓有效值、有功功率、無(wú)功功率、頻率、功率因數(shù)的測(cè)量與計(jì)算。這種方式與采用普通 AD+MCU(CPU)的測(cè)量方式相比較，首先大大減少M(fèi)CU的計(jì)算量和MCU資源的消耗；其次我們 不需要對(duì)交流采樣、電能計(jì)量等算法進(jìn)行設(shè)計(jì)、編碼、調(diào)試，節(jié)省開發(fā)時(shí)間，同時(shí)提高了裝置 的穩(wěn)定性。CS5463本身可以提供瞬時(shí)的采樣數(shù)據(jù)，對(duì)于諧波的測(cè)量、不平衡度、零序量的測(cè) 量采用fft變換的方法計(jì)算出來(lái)，零序量也可以通過(guò)直接采集的方式，不用計(jì)算。 脈沖輸出部分是將終端計(jì)算出的有功電能和無(wú)功電能通過(guò)脈沖輸出給計(jì)量校表 臺(tái)做為測(cè)試配變終端的計(jì)量精度使用。遙信量采集部分是將外部開關(guān)量通過(guò)光隔離進(jìn)行采 集，可根據(jù)開關(guān)量的信號(hào)判別變壓器的運(yùn)行方式，計(jì)量門的開閉，斷路器的狀態(tài)等信息。 如圖5控制模塊電路圖所示，控制模塊3電路上采用多重設(shè)計(jì)，防止誤動(dòng)作，提高
了裝置的可靠性。所有控制部分和遙信部分都采用了強(qiáng)電和弱電的隔離措施，都設(shè)計(jì)了相 應(yīng)的保護(hù)電路，保證了設(shè)備和人身的安全。 顯示模塊4采用128*64的點(diǎn)陣式液晶顯示器，字體清晰，美觀，同時(shí)液晶模塊上有 4個(gè)指示燈，分別是運(yùn)行指示燈、有功脈沖輸出指示燈、無(wú)功脈沖指示燈和事件指示燈，實(shí)時(shí) 指示裝置的運(yùn)行情況。 GPRS通訊以單獨(dú)模塊插件形式安裝，主板提供與GPRS模塊對(duì)接的統(tǒng)一接口 。裝置 可根據(jù)需要靈活搭載不同型號(hào)的通訊模塊5。 LPC2378自帶網(wǎng)絡(luò)接口，裝置需要相應(yīng)的TCP/ IP協(xié)議棧與之相配合。在此基礎(chǔ)上增加PPP協(xié)議就可以使用自身不帶協(xié)議棧的GPRS模塊， 也就是說(shuō)可以使用更為經(jīng)濟(jì)的GPRS模塊以節(jié)省成本。 配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端裝置主要用于配電變壓器的電氣量和非電氣量的測(cè)量，變壓器 能量計(jì)量等，CPU模塊1主要完成對(duì)采集模塊輸入的三相電壓、三相電流、有功功率、無(wú)功 功率、功率因數(shù)、電網(wǎng)頻率、電壓電流相角、電壓電流2-19次諧波，電壓電流的畸變率、三相 不平衡度、變壓器的油溫等進(jìn)行分析，并對(duì)超線參數(shù)進(jìn)行分析后產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，如過(guò)壓、過(guò) 流報(bào)警，失壓失流報(bào)警、過(guò)負(fù)荷報(bào)警、逆相序報(bào)警、反極性報(bào)警、斷相報(bào)警、不平衡越線報(bào)警 等。CPU模塊還進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)記錄，如電壓合格率的統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)電壓最大最小值及出 現(xiàn)時(shí)刻、電壓平均值、電壓超上下線值及出現(xiàn)時(shí)刻、電壓合格時(shí)間、電壓總統(tǒng)計(jì)時(shí)間及超上 下線時(shí)間；功率極值及出現(xiàn)時(shí)刻的統(tǒng)計(jì)，最大最小需量及出現(xiàn)時(shí)刻的的統(tǒng)計(jì)等。對(duì)于電量 的計(jì)量可以分時(shí)段計(jì)量，時(shí)間的設(shè)定以年為大周期，年分為幾個(gè)時(shí)區(qū)，每個(gè)時(shí)區(qū)以天為小周 期， 一天分為幾個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段對(duì)應(yīng)一種費(fèi)率。12個(gè)時(shí)區(qū)、10個(gè)日時(shí)段，6個(gè)時(shí)段表，支持 周休日、節(jié)假日時(shí)段；每天可以分為尖、鋒、平、谷時(shí)段。終端對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行分析，對(duì)無(wú)功補(bǔ) 償裝置進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償控制器的功能。終端還具有抄表功能，通過(guò)485 口，采用645 規(guī)約完成，可以設(shè)置抄表時(shí)間、抄表間隔進(jìn)行實(shí)時(shí)抄表，抄表后可通過(guò)GPRS或RS232/485上 傳此采集量到配變監(jiān)測(cè)計(jì)量后臺(tái)系統(tǒng)。 配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端具有紅外口，通過(guò)手掌機(jī)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離對(duì)終端的參數(shù)設(shè)置， 數(shù)據(jù)瀏覽，終端還具有一個(gè)232 口，兩個(gè)484 口，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)口，規(guī)約符合國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有GDW130規(guī)約，645規(guī)約，浙江用電現(xiàn)場(chǎng)規(guī)約等，終端能夠適應(yīng)各種場(chǎng)合的需求。 配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端采用模塊化設(shè)計(jì)，即插即用，便于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和安裝調(diào)試，并可以
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要裁減終端上的模塊，進(jìn)一步降低了成本。 配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端采用uCOS-II嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)。uCOS-II與其它嵌 入式操作系統(tǒng)相比而言，具有內(nèi)核小、占用很小的程序空間和內(nèi)存空間；固定且極短的任務(wù) 切換時(shí)間等優(yōu)勢(shì)，非常適合高實(shí)時(shí)性的中小型嵌入式系統(tǒng)使用。該系統(tǒng)我們已經(jīng)成功地使 用在DT600、 SAS3100的產(chǎn)品上，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行驗(yàn)證了其穩(wěn)定性和可靠性。 配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端電能計(jì)量精度應(yīng)能滿足有功電度0. 5級(jí)、無(wú)功電度1. 0級(jí)的要 求。工作電源終端使用三相四線交流供電方式，在任意二線斷線的情況下，終端能在額定 電壓-10% +30%的偏差下正常工作?？菇拥毓收夏芰K端的電源由非有效接地系統(tǒng)或 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的三相四線配電網(wǎng)供電時(shí)，在接地故障及相對(duì)地產(chǎn)生10%過(guò)電壓的情況 下，沒(méi)有接地的兩相對(duì)地電壓將會(huì)達(dá)到1. 9倍的標(biāo)稱電壓，維持4小時(shí)，終端不出現(xiàn)損壞，供 電恢復(fù)正常后終端正常工作，保存數(shù)據(jù)應(yīng)不丟失。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供32M儲(chǔ)存空間，掉電數(shù)據(jù) 保存可達(dá)10年。 本實(shí)用新型提供一個(gè)五項(xiàng)功能合一的能效監(jiān)控與優(yōu)化終端，替代前期多個(gè)單一功 能的產(chǎn)品。以每臺(tái)配變節(jié)約投資2萬(wàn)元，全國(guó)將減少投資6千億元；我國(guó)2007年全社會(huì)用 電量3. 2萬(wàn)億千瓦時(shí)，按照綜合線損率降低3%計(jì)算，每年能節(jié)約960億千瓦時(shí)電量，將至少 產(chǎn)生480億元的經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求一種配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端，包括CPU模塊，CPU模塊包括主控芯片和A/D轉(zhuǎn)換芯片，其特征在于所述主控芯片為基于ARM7TDMI內(nèi)核的32位微控制器，A/D轉(zhuǎn)換芯片采用專用計(jì)量芯片CS5463，交流電壓電流經(jīng)采樣后進(jìn)入專用計(jì)量芯片CS5463，專用計(jì)量芯片CS5463輸出的信號(hào)經(jīng)接口進(jìn)入主控芯片。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端，其特征在于所述主控芯片為ARM PLC2378。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端，其特征在于所述配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終 端還包括采樣模塊、控制模塊、顯示模塊、通信模塊，采樣模塊的輸出端子連接到CPU模塊 的輸入端子，顯示模塊的輸入端子連接到CPU模塊的第一輸出端子，控制模塊的輸入端子 連接到CPU模塊的第二輸出端子，通信模塊的輸入端子連接到CPU模塊的第三輸出端子。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端，其特征在于所述通信模塊為GPRS通信 模塊、RS232通信模塊、RS485通信模塊或紅外通信模塊。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端，包括CPU模塊，CPU模塊包括主控芯片和A/D轉(zhuǎn)換芯片，其特征在于所述主控芯片為基于ARM7TDMI內(nèi)核的32位微控制器，A/D轉(zhuǎn)換芯片采用專用計(jì)量芯片CS5463，交流電壓電流經(jīng)采樣后進(jìn)入專用計(jì)量芯片CS5463，專用計(jì)量芯片CS5463輸出的信號(hào)經(jīng)接口進(jìn)入主控芯片。本實(shí)用新型的配變監(jiān)測(cè)計(jì)量終端將多項(xiàng)功能合一，替代多個(gè)單一功能的產(chǎn)品，減少硬件投資、降低綜合線損、節(jié)約電量，產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)G01R21/133GK201518049SQ20092023339
公開日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月6日
發(fā)明者羅耀強(qiáng), 陳俊長(zhǎng) 申請(qǐng)人:南京華瑞杰自動(dòng)化設(shè)備有限公司