CN109217466A - 一种电力运维监控***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力运维监控***及方法，电力运维监控***包括现场数据采集装置、数据传输设备、服务器和远程监控设备；(1)现场数据采集装置包括传感器和数据采集电路，用于采集现场数据，所述现场数据包括现场用电设备的运行及状态参数和现场环境参数；现场数据采集装置的输出端与数据采集设备的端子相连；(2)数据传输设备用于通过总线收集现场数据采集装置所采集的现场数据，并将现场数据通过因特网传输到服务器；(3)服务器用于收集、存储并处理通过数据传输设备上传的所述现场数据；(4)远程监控设备包括主显示屏和控制终端。这种电力运维监控***采用分布式架构，易于扩展，易于实施，易于扩展，能实现集中数据监控。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力运维监控***及方法。
背景技术
现有的现场电力设备的数据采集，一般是现场设备直接通过有线网络或无线网络直接与服务器通信，虽然也能传输数据，但是数据的来源较为分散，不利于统一监控处理。
因此，有必要设计一种新的电力运维监控***及方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电力运维监控***及方法，这种电力运维监控***采用分布式架构，易于扩展，易于实施，易于扩展，能实现集中数据监控。
发明的技术解决方案如下：
一种电力运维监控***，包括现场数据采集装置、数据传输设备、服务器和远程监控设备；
(1)现场数据采集装置包括传感器和数据采集电路(传感器如温湿度传感器、电流互感器、电压互感器等，数据采集电路包括开关状态监测电路等等)，用于采集现场数据，所述现场数据包括现场用电设备的运行及状态参数和现场环境参数；现场数据采集装置的输出端与数据采集设备的端子相连；
(2)数据传输设备用于通过总线收集现场数据采集装置所采集的现场数据，并将现场数据通过因特网传输到服务器；
(3)服务器用于收集、存储并处理通过数据传输设备上传的所述现场数据；
(4)远程监控设备包括主显示屏和控制终端；主显示屏用于显示静态数据或图表(图表包括柱状图，曲线图和表格)，或用于显示动态的数据或曲线；数据可以是在图表中显示。
控制终端为PC机或笔记本电脑；控制终端与服务器相连；还包括用于交互的按键、键盘、触摸板等设备，控制终端用于设置几批切换主显示屏的显示内容。
依据地理位置设置不同的运维区域(运维是指运行和维护)；每一个运维区域均设置有所述的现场数据采集装置和数据传输设备。
现场数据包括主电路和支路上的电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率、开关开闭状态、变压器温度和电表数据(即电度表数据)等。
远程监控设备还包括智能手机；监控人员通过智能手机上安装的APP与服务器进行交互，实现远程监控。
远程监控设备还用于设定报警阈值以及基于报警阈值实施报警。如实现变压器温度超标报警等，以及实现过流、过压报警等。
对现场数据的处理包括按天、月度和年度的统计(如统计电度，统计故障率，跳闸次数等)；对现场数据的处理还包括统计用电高峰时段。
所述的数据采集设备包括多个监控终端，所述的数据传输设备采用通信管理机，多个监控终端通过总线与通信管理机相连；监控终端设置在现场的用电设备处，用于与所述的传感器和数据采集电路连接以收集用电设备的运行数据或状态数据；
通信管理机具有用于与服务器或远程监控设备通信的通信模块。
数据采集设备还包括摄像头。
一种电力运维监控方法，采用前述的电力运维监控***实现数据的采集和传输；现场数据存储到服务器上；
将主屏幕划分为多个显示区域，多个显示区域用于对应显示多个各运维区域的数据。
多个监控终端与通信管理机的组合称为现场值班装置，又称为值班机器人。
多个监控终端通过总线与通信管理机相连；监控终端设置在现场的用电设备处，用于收集用电设备的运行数据(如电流、电压、功率等)或状态数据(如开关状态数据)；
通信管理机具有用于与服务器或远程监控设备通信的通信模块。
通信管理机上设有多个总线端口，每一个总线端口能通过总线连接至少一个监控终端。
所述的总线为485总线(也可以是CAN总线)。
所述的通信模块为有线通信模块或无线通信模块。具体的，有线通信模块为以太网通信模块，可以通过WLAN、LAN或WiFi接以太网，无线通信模块为3G、4G、5G或GPRS模块等。
用于电力数据采集的值班机器人还包括与通信管理机相连的显示终端；所述的显示终端为触摸屏计算机。
值班机器人还包括网络摄像头；网络摄像头接入到以太网或因特网中。
值班机器人还包括网络硬盘录像机；网络硬盘录像机接入到以太网中，网络硬盘录像机与网络摄像头相连。
监控终端连接有多个外部接线端子，外部接线端子用于采集用电设备的运行数据(如电流、电压、功率等)或状态数据(如开关状态数据)。
监控终端采集的数据包括用电设备的电流、电压、功率、功率因数和开关状态信号中的至少一项。
具体数据采集方法为：
步骤1：通信管理机通过总线收集数据；
多个监控终端通过总线与通信管理机相连；监控终端设置在现场的用电设备处，用于收集用电设备的运行数据(如电流、电压、功率等)或状态数据(如开关状态数据)；
步骤2：通信管理机将收集到的数据传输到服务器或远程监控设备；
服务器或远程监控设备收集到数据后对用电设备实施监控，必要时，对数据进一步分析和处理，如统计某一个用户当前的用电量，对数据进行分布式展示或集中展示，集中展示是指在一个空间内用一个主屏幕或多个子屏幕展示不同区域设备的数据，展示的形式可以是数据或动态曲线，某一数据值超过预设值后进行提醒和报警。
有益效果：
本发明的电力运维监控***及方法，能分区域实现电力数据的全方位全局地监控，且扩展性好；
其采用的值班机器人具有以下优势：
(1)通信管理机采用485总线与多个监控终端通信，布线简洁，可扩展性强，易于实施。
每一条RS-485的"节点数"主要是依"接收器输入阻抗"而定；根据规定，标准RS-485接口的输入阻抗为≥12KΩ，相应的标准驱动节点数为32个。为适应更多节点的通信场合，有些芯片的输入阻抗设计成1/2负载(≥24KΩ)、1/4负载(≥48KΩ)甚至1/8负载(≥96KΩ)，相应的节点数可增加到64个、128个和256个。
若需要增删现场设备，可以灵活配置，适应性强。
(2)具有网络摄像头以及网络硬盘录像机，能实现视频监控以及视频备份。
采用摄像头监控现场设备的工作状态，视频备份有利于历史影像资料查询。
(3)采集的数据丰富，功能完善。
采集的数据包括：
电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、电网周波、环境温度、铜牌温度、环境湿度、视在功率、电缆温度、电缆沟水位、直流屏控母电压、合母电压、电池电压、充放电电流、正负对地电阻等。
断路器状态、通讯状态、总故障状态等等。
正向有功总电量(用电量，电度)；反向有功总电量(发电量)等等。
终上所述，本发明的电力运维监控***易于实施配置，易于扩展，灵活性好，适合推广实施。
本发明用于对配电间智能运维，是降低企业管理成本、提高企业安全经济效益的有效途径之一，同时也是提高配电间现代化控制和管理水平的一种先进方式，是现代电网运维管理发展的趋势和追求目标。任何项目的配电间是该项目动力***组成的一个重要环节，也是电力网中线路的重要连接部分。配电间能否正常运行关系到项目电力***的稳定和安全，因此对配电间进行实时监控以及及时维护具有十分重要的意义。
本发明是针对电力需求侧提成的解决方案。可以通过对用户端所有用电量进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各设备用电的使用消耗情况，通过精细化的管理找出高耗能点或不合理的耗能习惯，有效节约能源，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。
本解决方案是利用先进的计算机技术、通信技术、测控技术、微机保护、通信网络、监控***、设备状态监测等设备实现电气设备的监测、历史记录和运维管理，它包括电气监控***、能源管理***和电气设备状态监测，通过网络通信功能与分散控制***接口融合，最终实现电气设备的监控与能源管理的一体化，从而全面提升配电房自动化程度和安全生产运行水平。
附图说明
图1为用于电力数据采集的值班机器人的总体结构示意图；
图2为单个监控终端的结构及接线图；
图3为电力运维监控***的总体结构示意图；
图4为数据采集流程图；
图5为***总体架构图；
图6为功率遥测曲线图；
图7为手机APP主界面截图；
图8为手机APP监控具体对象时的截图；
图9为计量报表界面；
图10为报警统计界面。
图11为放大电路原理图；
图12为调光电路原理图。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：
如图1-2所示，一种用于电力数据采集的值班机器人，包括通信管理机和多个监控终端；多个监控终端通过总线与通信管理机相连；监控终端设置在现场的用电设备处，用于收集用电设备的运行数据(如电流、电压、功率等)或状态数据(如开关状态数据)；
通信管理机具有用于与服务器通信的通信模块。
通信管理机上设有4个总线端口，每一个总线端口能通过总线连接至少一个监控终端。具体为10个，总共可以监控40个监控终端。
所述的总线为485总线。
所述的通信模块为有线通信模块或无线通信模块。具体的，有线通信模块为以太网通信模块，可以通过WLAN、LAN或WiFi接以太网，无线通信模块为3G、4G、5G或GPRS模块等。
所述的用于电力数据采集的值班机器人还包括与通信管理机相连的显示终端。
所述的显示终端为触摸屏计算机(也可以是PC机)，操控方便。
所述的用于电力数据采集的值班机器人还包括网络摄像头；网络摄像头接入到以太网中。
值班机器人还包括网络硬盘录像机；网络硬盘录像机接入到以太网中，网络硬盘录像机与网络摄像头相连。
监控终端连接有多个外部接线端子，外部接线端子用于采集用电设备的运行数据(如电流、电压、功率等)或状态数据(如开关状态数据)。
监控终端采集的数据包括用电设备的电流、电压、功率、功率因数和开关状态信号中的至少一项。
通信管理机(又称终端采集设备)通过485线采集配电***各个回路的电流、电压等数据以及开关位置、手车状态、储能状态、保护动作等信号。每一个智能信息采集终端相当于一个微型计算机，内部包含有智能芯片，可对采集到的数据进行进一步的计算(具体计算为现有成熟技术)。从而得到有功功率、无功功率、功率/因数、频率、电度等数据。然后通过485通讯线将得到的所有数据及各类动作信号传输到通讯管理机，通讯管理机将下端采集设备采集计算得到的数据进行集中处理并通过互联网络发送至服务器。
具体的，通讯管理机采用RYDLX-9210通讯管理机，具有4组RS485接口，采用AC220V市电供电，装置本身功耗极低，具有2个用于有线网络传输的网口，还具有3G、4G、5G或WiFi传输的无线通信模块。
智能信息采集终端的型号为RYDLX-910A，具有RS485总线端口，具有电压输入、电流输入端口，还能监控控制断线、保护动作、储能状态、手车工作位以及断路器状态等信息。采用市电供电，另外，还具有4个备用端口，扩展性能好。
机器人还包括温湿度监测模块、烟雾传感模块、电缆无线测温模块、电缆沟水位检测模块、空调智能调节模块、门禁控制模块、灯光智能调节模块以及其他扩展模块，这些模块均通过网线接入到通信管理机后再与服务器相连，从而使得机器人还具有采集安放环境温湿度、与联动***结合、接入空调***、风机***、智能控温、门禁联动、消防报警、电缆温度、灯光控制、水位监测等功能。
一种数据采集方法，采用前述的值班机器人实施数据采集；
具体采集方法为：
步骤1：通信管理机通过总线收集数据；
多个监控终端通过总线与通信管理机相连；监控终端设置在现场的用电设备处，用于收集用电设备的运行数据(如电流、电压、功率等)或状态数据(如开关状态数据)；
步骤2：通信管理机将收集到的数据传输到服务器或远程监控设备；
服务器或远程监控设备收集到数据后对用电设备实施监控，必要时，对数据进一步分析和处理，如统计某一个用户当前的用电量，对数据进行分布式展示或集中展示，集中展示是指在一个空间内用一个主屏幕或多个子屏幕展示不同区域设备的数据，展示的形式可以是数据或动态曲线，某一数据值超过预设值后进行提醒和报警。
如图4，一种电力运维监控***，包括现场数据采集装置、数据传输设备、服务器和远程监控设备；
(1)现场数据采集装置包括传感器和数据采集电路(传感器如温湿度传感器、电流互感器、电压互感器等，数据采集电路包括开关状态监测电路等等)，用于采集现场数据，所述现场数据包括现场用电设备的运行及状态参数和现场环境参数；现场数据采集装置的输出端与数据采集设备的端子相连；
(2)数据传输设备用于通过总线收集现场数据采集装置所采集的现场数据，并将现场数据通过因特网传输到服务器；
(3)服务器用于收集、存储并处理通过数据传输设备上传的所述现场数据；
(4)远程监控设备包括主显示屏和控制终端；主显示屏用于显示静态数据或图表(图表包括柱状图，曲线图和表格)，或用于显示动态的数据或曲线；数据可以是在图表中显示。
控制终端为PC机或笔记本电脑；控制终端与服务器相连；还包括用于交互的按键、键盘、触摸板等设备，控制终端用于设置几批切换主显示屏的显示内容。
依据地理位置设置不同的运维区域(运维是指运行和维护)；每一个运维区域均设置有所述的现场数据采集装置和数据传输设备。
现场数据包括主电路和支路上的电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率、开关开闭状态、变压器温度和电表数据(即电度表数据)等。
远程监控设备还包括智能手机；监控人员通过智能手机上安装的APP与服务器进行交互，实现远程监控。
远程监控设备还用于设定报警阈值以及基于报警阈值实施报警。如实现变压器温度超标报警等，以及实现过流、过压报警等。
对现场数据的处理包括按天、月度和年度的统计(如统计电度，统计故障率，跳闸次数等)；对现场数据的处理还包括统计用电高峰时段。
所述的数据采集设备包括多个监控终端，所述的数据传输设备采用通信管理机，多个监控终端通过总线与通信管理机相连；监控终端设置在现场的用电设备处，用于与所述的传感器和数据采集电路连接以收集用电设备的运行数据或状态数据；
通信管理机具有用于与服务器或远程监控设备通信的通信模块。
数据采集设备还包括摄像头。
一种电力运维监控方法，采用前述的电力运维监控***实现数据的采集和传输；现场数据存储到服务器上；
将主屏幕划分为多个显示区域，多个显示区域用于对应显示多个各运维区域的数据。
具体的，本***采集以下数据：
(1)三相电压与电流每相有效值
(2)相有功功率、相无功功率、相视在功率、相功率因数
(3)总有功功率、总无功功率、总视在功率、总功率因数
(4)相有功电量、相无功电量、相平均功率因数
(5)总有功电量、总无功电量，总平均功率因数。
计算公式如下：
(1)每个通道的电压和电流有效值计算，趋势曲线及统计报表(最大、最小、平均值)
其中，I表示电流，U表示电压，T表示电压周期，I2代表电流的平方U2电压的平方。
(2)电压、电流网点的A、B、C三相有功功率及总有功功率的计算，趋势曲线及统计报表(最大、最小、平均值)
pA(k)＝uA(k)iA(k)
P＝PA+PB+PC
(3)电压、电流网点的A、B、C三相视在功率及总视在功率的计算，趋势曲线及统计报表(最大、最小、平均值)
SA＝UAIA
(4)电压、电流网点的A、B、C三相无功功率及总无功功率的计算，趋势曲线及统计报表(最大、最小、平均值)
Q＝QA+QB+QC
(5)电压、电流网点的A、B、C三相功率因数及总功率因数的计算，趋势曲线及统计报表(最大、最小、平均值)
(6)电压、电流网点的A、B、C三相有功电度及总有功电度的计算，趋势曲线及统计报表(累计值)
WA＝∑PAΔt
W＝WA+WB+WC
(7)电压、电流网点的A、B、C三相无功电度及总无功电度的计算，趋势曲线及统计报表(累计值，1个数值)
VARWA＝∑QAΔt
VARW＝VARWA+VARWB+VARWC
(8)电压、电流网点的A、B、C三相平均功率因数及总平均功率因数的计算，趋势曲线及统计报表(累计值，1个数值)
具体计算流程参见图4。
***总体架构参见图5。
实际运用过程中***主要功能及优势说明：
(1)画面可显示全站电气主接线图；分区及单元接线图；监测并采集总线及主干出线的三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、母线温度以及线路电量等电力参数；同时监测环境温度以及环境湿度。可实现无人值班或少人值班，在规避违规的同时至少节省30％以上的人员成本。参见图6中的遥测曲线。
(2)实时监测开关的各类位置信号，如断路器位置、手车工作位置、手车试验位置、接地刀位置、以及各类报警信号。通过线上监测与线下巡检相结合，能及时发现设备的安全隐患，并有效处理，能为单位每年至少节省80％的隐性成本。
(3)电能管理***为实现电力需求侧管理开发的，软件能实时存储电力参数并能很好的管理历史电力参数，所有实时采集的数据、顺序事件记录等均可保存到实时数据库。在监控画面中能够自定义需要查询的参数、查询的时间点或选择查询最近更新的记录数等，并通过报表方式显示出来。方便用户进行事故追溯查询，结合长期运行数据及***诊断结果，提出能源使用优化解决方案，帮助用户经济高效的使用能源。
(4)实现多条线路中任一线路用电超负荷(用电需量)预警，负荷参数可以任意设置，根据不同预警发出声、光、短信等提醒功能，从而在第一时间通知相关部门，调整生产用电负荷，避免供电线路超负荷现象的发生。
(5)电能管理***可根据客户的时间需求可以做成分项计量报表、区域能耗报表、部门用能报表、班组用能报表，并能做成日报表、月报表、年报表来进行同比环比分析。***具备各回路定时抄表汇总统计功能，用户可以自由查询自***正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电情况，即该节点进线用电量与各分支回路消耗电量的统计分析报表。该功能使得用电可视透明化，并在用电误差偏大时可追溯，维护计量体系的正确性，找到能耗管理的漏洞，为节能降本找到突出点，极大方便了现场电工的日常工作及管理层管理。具体界面详见图9。
(6)在画面显示各条专线的负荷情况，包括总电流、电压、功率及各配电变压器的负荷情况。实现数据自动实时更新、实现记录，日报表、月报表、季度报表、分析报告自动形成自动保存。
(7)提供监控软件及手机APP软件
参见图7和图8(图8中的黑块是对具体用电用户进行遮挡)，使用手机APP实现监控，特别适合于巡检工作人员使用，因而监控故障以及排除故障更佳及时迅捷。
(8)电能管理***为保障***安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。通过用户权限管理能够防止未经授权的操作(如配电回路名称修改等)。可以定义不同级别用户的登录名、密码及操作权限，为***运行维护管理提供可靠的安全保障。
(10)监控***具有事故报警功能和事件顺序记录功能。事故报警包括动作信号，状态异常信息、模拟量或温度量越限等，越线值可用户自设置。信号量告警或越线报警可短信发送至所需客户手机上，手机数量不限。相关界面参见图10(图10中的黑块是对具体用电用户进行遮挡)。
(11)配电房值班机器人。以安装的数据采集器为基础，将配电间各柜体、线缆、设备间的温度、电流、电压等一系列参数，进行实时的监测，由值守机器人所搭载的智能运维***进行数据接收并对采集的数据进行精细分析，生成记录，并上报集控中心存档。管理人员，根据配电间实际管理情况的需要，编写控制巡检线路、巡检时间，对所有设备进行全方位立体监控，提供客户自主查看功能，可手动操作，查看实时数据与报警信息以及历史事件，确保配电房电力***的正常运作。
如图11，可调放大倍数的放大器用于经传感器检测的数据(如温度传感器输出的温度信号)进行放大；
可调放大倍数的放大器包括运算放大器U1和多路开关U2；多路开关U2为四选一选择器；
传感器的输出端Vin经电阻R0接运算放大器U1的反相输入端；运算放大器U1的同相输入端经电阻R06接地，运算放大器U1的同向输入端还分别经4个电阻R01-R04接四选一选择器的4个输入通道，四选一选择器的输出通道接运算放大器U1的输出端Vout，Vout接MCU的ADC端；
MCU的2个输出端口分别接四选一选择器的通道选端A和B；
运算放大器U1采用LM393器件。
Vout与Vin的计算公式：
Vout＝Vin*(Rx+R0)/R0；其中，Rx＝R01，R02，R03或R04；基于选通端AB来确定选择哪一个电阻；且R01，R02，R03和R04各不相同；优选的R04＝5*R03＝25*R02＝100*R01；R01＝5*R0.可以方便地实现量程和精度切换。
如图12，触摸显示屏的亮度调节电路包括LED灯串、三极管、电位器Rx和A/D转换器；三极管为NPN型三极管；显示屏的固定架上还设有旋钮开关与电位器Rx同轴相连；
电位器Rx和第一电阻R1串接形成分压支路，分压支路一端接电源正极Vcc，分压支路的另一端接地；电位器Rx和第一电阻R1的连接点接A/D转换器的输入端；A/D转换器的输出端接MCU的数据输入端口；
LED灯串包括多个串接的LED灯；LED灯串的正极接电源正极Vcc；LED灯串的负极接三极管的C极，三极管的E极经第二电阻R2接地；三极管的B极的接MCU的输出端。电源正极Vcc为5V，A/D转换器为8位串行输出型转换器。
Claims (10)
1.一种电力运维监控***，其特征在于，包括现场数据采集装置、数据传输设备、服务器和远程监控设备；
(1)现场数据采集装置包括传感器和数据采集电路，用于采集现场数据，所述现场数据包括现场用电设备的运行及状态参数和现场环境参数；现场数据采集装置的输出端与数据采集设备的端子相连；
(2)数据传输设备用于通过总线收集现场数据采集装置所采集的现场数据，并将现场数据通过因特网传输到服务器；
(3)服务器用于收集、存储并处理通过数据传输设备上传的所述现场数据；
(4)远程监控设备包括主显示屏和控制终端；主显示屏用于显示静态数据或图表(图表包括柱状图，曲线图和表格)，或用于显示动态的数据或曲线；
控制终端为PC机或笔记本电脑；控制终端与服务器相连。
2.根据权利要求1所述的电力运维监控***，其特征在于，依据地理位置设置不同的运维区域；每一个运维区域均设置有所述的现场数据采集装置和数据传输设备。
3.根据权利要求2所述的电力运维监控***，其特征在于，现场数据包括主电路和支路上的电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率、开关开闭状态、变压器温度和电表数据(即电度表数据)等。
4.根据权利要求1所述的电力运维监控***，其特征在于，远程监控设备还包括智能手机；监控人员通过智能手机上安装的APP与服务器进行交互，实现远程监控。
5.根据权利要求1所述的电力运维监控***，其特征在于，远程监控设备还用于设定报警阈值以及基于报警阈值实施报警。
6.根据权利要求1所述的电力运维监控***，其特征在于，对现场数据的处理包括按天、月度和年度的统计；对现场数据的处理还包括统计用电高峰时段。
7.根据权利要求1所述的电力运维监控***，其特征在于，所述的数据采集设备包括多个监控终端，所述的数据传输设备采用通信管理机，多个监控终端通过总线与通信管理机相连；监控终端设置在现场的用电设备处，用于与所述的传感器和数据采集电路连接以收集用电设备的运行数据或状态数据；
通信管理机具有用于与服务器或远程监控设备通信的通信模块。
8.根据权利要求1-7任一项所述的电力运维监控***，其特征在于，数据采集设备还包括摄像头。
9.一种电力运维监控方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的电力运维监控***实现数据的采集和传输；现场数据存储到服务器上。
10.根据权利要求9所述的电力运维监控方法，其特征在于，将主屏幕划分为多个显示区域，多个显示区域用于对应显示多个各运维区域的数据。
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