CN204615511U - 一种具有剩余电流监控功能的用电信息采集*** - Google Patents

一种具有剩余电流监控功能的用电信息采集*** Download PDF

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Abstract

一种具有剩余电流监控功能的用电信息采集***，包括主站层面、处于配电台区低压侧的总保层面、处于总保层面与用户之间的中保层面，主站层面具有相互连接的前置机和服务器；总保层面具有第一级剩余电流动作保护器和公变终端，中保层面具有第二级剩余电流动作保护器，第二级剩余电流动作保护器通过电力线载波方式将剩余电流信息和运行状态信息传输至公变采集终端，第一级剩余电流动作保护器通过485总线将剩余电流信息和运行状态信息传输至公变采集终端，公变采集终端与前置机通信连接，用于将采集的剩余电流信息和运行状态信息上传至服务器，并可接收和转发服务器的控制指令以控制第一、第二级剩余电流动作保护器动作。

Description

一种具有剩余电流监控功能的用电信息采集***
技术领域
本实用新型涉及一种电力用电信息采集***。
背景技术
电力用户用电信息采集***是对电力用户的用电信息进行采集、处理和实时监控的***，实现用电信息的自动采集、计量异常监测、电能质量监测、用电分析和管理、相关信息发布、分布式能源监控、智能用电设备的信息交互等功能。目前，供电企业已建立完整的用电信息采集体系，用电信息采集终端、智能电表等各种智能终端的安装使用，利用现代化无线数据通信技术和计算机管理信息***实现对电力用户的电压、电流、电量的远程“全覆盖”、“全采集”。然而，配电台区剩余电流这一用电安全重要数据并未实现集中式、自动化的采集，各级剩余电流动作保护器的安装、运行情况还处于分散、原始的管理方式下，剩余电流动作保护器的安装率、投运率和运行情况还无法实现全面远程自动化监控管理。
发明内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种用电信息采集***，在原有的用电信息采集***的基础上增加剩余电流监控功能，实现对剩余电流和剩余电流动作保护器运行状态的远程监控。
本实用新型的目的通过如下技术方案来实现：
一种具有剩余电流监控功能的用电信息采集***，包括主站层面、处于配电台区低压侧的总保层面、处于总保层面与用户之间的中保层面，其特征在于：主站层面具有相互连接的前置机和服务器；总保层面具有安装在配电台区低压侧线路上的第一级剩余电流动作保护器和公变终端，中保层面具有安装在总保层面与用户之间线路上的第二级剩余电流动作保护器，第二级剩余电流动作保护器通过电力线载波方式将剩余电流信息和运行状态信息传输至公变采集终端，第一级剩余电流动作保护器通过485总线将剩余电流信息和运行状态信息传输至公变采集终端，公变采集终端与前置机通信连接，用于将采集的剩余电流信息和运行状态信息上传至服务器，并可接收和转发服务器的控制指令以控制第一、第二级剩余电流动作保护器动作。
实施例一：所述第二级剩余电流动作保护器安装在中保层面的干线上，该第二级剩余电流动作保护器具有485通信接口和与485通信接口连接的485/载波转换器。
实施例二：所述第二级剩余电流动作保护器安装在中保层面的干线上，该第二级剩余电流动作保护器具有载波通信接口。
实施例三：所述第二级剩余电流动作保护器的剩余电流监测和动作保护功能内置集成于中保层面的电能表中。
进一步的，所述中保层面设置有与所述公变终端载波通信的低压载波智能电能表，所述第二级剩余电流动作保护器具有与低压载波智能电能表相同或兼容的低压电力线载波通信模块，采用与低压载波智能电能表相同或兼容通信协议，可以与所述公变终端和低压载波智能电能表直接进行数据通信。
进一步的，所述第二级剩余电流动作保护器作为低压自动抄表***的载波节点加入到配电台区载波通信网络中，与低压载波智能电能表共同参与全动态中继组网，低压载波智能电能表既接力传输电能表的数据，也接力传输第二剩余电流动作保护器的数据，并且，第二剩余电流动作保护器既接力传输同类装置的数据，也接力传输电能表的数据。
进一步的，所述总保层面的各支线上均安装有所述第一级剩余电流动作保护器。
进一步的，所述总保层面的各支线和干线上均安装有所述第一级剩余电流动作保护器。
本实用新型具有如下有益效果：
将剩余电流监测与保护这一农村用电安全最主要内容纳入到电力用户用电信息采集***的管理体系中，在主站层面中增加剩余电流监测、剩余电流动作保护控制功能模块，各级剩余电流动作保护器的剩余电流数据、参数设置、开关控制等测量、控制信息按一定数据传输规约通过RS-485、低压电力线载波本地通信方式传输到公变终端，由公变终端远程传输到主站层面，实现农网配电台区总保、中保和户保三级漏保的远程监控；通过在中保层面设定二组保护参数，可协助分析识别户保是否有安装或正常运行；作为可选方案，取消中级剩余电流动作保护器，采用漏保电表替代中级漏保作为户保的监控设备。
实现了以剩余电流、各级剩余电流动作保护器为核心业务的农网安全用电管理功能的高度集成，在不失灵活性与方便性的前提下，不需要在主站设备软件、通信通道、智能终端、剩余电流动作保护器等方面投入巨额建设和运维成本的前提下，全面实现了农网配电台区剩余电流、三级剩余电流动作保护器运行工况的“全采集、全覆盖”和“全面监控”。
第二级剩余电流动作保护器作为低压自动抄表***的载波节点加入到配电台区载波通信网络中，与低压载波智能电能表共同参与全动态中继组网，从而增加载波节点数量，提高载波数据传输的可靠性。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
图1为农网配电台区剩余电流远程监测管理***框图。
图2为农网配电台区漏电保护器分级安装位置示意图。
图3为电表数据与剩余电流数据接力传输示意图。
具体实施方式
参照图1和图2所示，一种具有剩余电流监控功能的用电信息采集***，包括主站层面、总保层面、中保层面和户保层面。
主站层面具有相互连接的前置机和服务器。
总保层面处于配电台区低压侧，包括第一级剩余电流动作保护器和公变终端，第一级剩余电流动作保护器安装在配电台区低压侧(总保层面)的干线和支线上，公变终端通过载波接口与公共配变的低压线路通信连接、通过485总线与第一级电保护器通信连接、通过无线和/或有线通信网络与前置机通信连接，第一级剩余电流动作保护器简称总保。
户保层面处于用户的进线处，包括安装在用户进线处的第三级剩余电流动作保护器，第三级剩余电流动作保护器简称户保。
中保层面处于总保层面与户保层面之间，包括第二级剩余电流动作保护器和低压载波智能电能表，第二级剩余电流动作保护器简称中保，具有如下三种实施方式：
实施例一：采用第二级剩余电流动作保护器安装在中保层面的干线上，该第二级剩余电流动作保护器具有485通信接口和与485通信接口连接的485/载波转换器；即485/载波转换器+剩余电流动作保护器，在图1和图2中标注为“485/载波转换器+中保”
实施例二：第二级剩余电流动作保护器安装在中保层面的干线上，该第二级剩余电流动作保护器具有载波通信接口，即载波漏保。
实施例三：第二级剩余电流动作保护器的剩余电流监测和动作保护功能内置集成于中保层面的低压载波智能电能表中，即漏保电表。
第二级剩余电流动作保护器通过电力线载波方式将剩余电流信息和运行状态信息传输至公变采集终端，第一级剩余电流动作保护器通过485总线将剩余电流信息和运行状态信息传输至公变采集终端，公变采集终端与前置机通信连接，用于将采集的剩余电流信息和运行状态信息上传至服务器，并可接收和转发服务器的控制指令以控制第一、第二级剩余电流动作保护器动作。
低压载波智能电能表与公变终端载波通信，第二级剩余电流动作保护器具有与低压载波智能电能表相同或兼容的低压电力线载波通信模块，采用与低压载波智能电能表相同或兼容通信协议，可以与公变终端和低压载波智能电能表直接进行数据通信；第二级剩余电流动作保护器作为低压自动抄表***的载波节点加入到配电台区载波通信网络中，与低压载波智能电能表共同参与全动态中继组网，低压载波智能电能表既接力传输电能表的数据，也接力传输第二剩余电流动作保护器的数据，并且，第二剩余电流动作保护器既接力传输同类装置的数据，也接力传输电能表的数据，该低压自动抄表***为用电信息采集***中的子***。
参照图3所示，公变终端(N0)为低压电力线载波集中节点，沿着电力线由近到远依次连接多个载波终端设备，其中：RCD(N1)、RCD(N4)为具有低压载波通信功能的剩余电流保护装置，电表(N2)、电表(N3)为低压载波智能电表。假定受干扰及载波通信距离限制，N0到N4之间的载波节点只能同相邻最近的节点互相通信，则离公变终端(N0)最远的载波节点电表(N3)、RCD(N4)无法直接同低压电力线载波集中节点――公变终端(N0)通信。由于载波通信***采用动态中继组网技术，根据网络拓朴的特点，各载波节点通过侦听与协商机制，自动生成数据传输路由表，距离公变终端(N0)较远的载波节点的数据由中间载波节点通过接力传输方式，从远到近依次转发数据。例如：载波节点电表(N3)的电表数据(包括：电费、电量、功率、电压、电流等数据)依次通过电表(N3)、RCD(N1)节点接力传输到公变终端(N0)，剩余电流保护装置RCD(N4)的剩余电流数据(包括：剩余电流数值、保护参数、动作情况)也依次通过电表(N3)、RCD(N1)节点接力传输到公变终端(N0)。
参照图1所示，主站层面采用电力用户用电信息采集***的硬件、软件、数据库资源作为剩余电流远程监测管理***的主站***。主站层面的服务器增加了剩余电流远程监测管理功能模块，实现总保、中保层面的信息化、自动化管理。主站层面的前置机采用《电力用户用电信息采集***通信协议》作为数据传输协议，并在原协议基础上增加了剩余电流监测及剩余电流动作保护器控制管理相关数据项和通信协议，所述的数据项包括：档案、运行数据、参数和控制等方面的数据项。
其中，公变终端远程通信部分协议也增加剩余电流监测及剩余电流动作保护器控制管理相关的数据项和通信协议，或采用透明传输方式，将各级剩余电流动作保护器运行测控数据进行中继转发到远程主站层面；公变终端的RS-485本地通信接口部分还增加《剩余电流动作保护器通信规约》作为与第一级剩余电流动作保护器之间的数据传输通信协议；公变终端的载波本地通信接口部分还增加改进后的《多功能电能表通信规约》作为与中保层面装置通信的数据传输协议。公变终端还扩充相应数据存储空间，用于存储和转发同总保、中保相关剩余电流监测保护的配置参数、运行数据。
其中，在中保层面的485/载波转换器+剩余电流动作保护器的组合装置中，485/载波转换器是一种通信接口与数据传输协议转换器，负责RS-485与低压电力线载波物理接口的双向转换，负责《剩余电流动作保护器通信规约》与改进后的《多功能电能表通信规约》的数据传输协议转换；载波漏保是一种具有载波通信功能的剩余电流动作保护器，采用改进后的《多功能电能表通信规约》作为数据传输协议、采用低压电力线载波通信方式的剩余电流动作保护器；漏保电表，是一种具有剩余电流监测与动作保护、采用改进后的《多功能电能表通信规约》作为数据传输协议、采用低压电力线载波通信方式的载波智能电能表。
在总保层面，当存在多只总保时，各总保之间的电气主接线关系具有“总－分”或“对等”两种关系，公变终端根据其接线关系进行标识、参数管理与数据存储，并校验管理漏电监测保护配置定值参数，使各只总保之间能进行剩余电流动作保护选择性动作的上下级配合关系。
在中保层面，对于485/载波转换器+剩余电流动作保护器的组合装置、或具有载波通信功能的载波漏保、或漏保电表，都包含有两组剩余电流动作保护整定参数，其中，第一组整定参数[I1，t1]用于触发剩余电流动作保护器本身的剩余电流保护动作；第二组整定参数[I2,t2]触发剩余电流动作保护器报警并形成事件记录，用于记录分析下侧漏电情况与户保的安装和漏电正确保动作情况。
参照图2所示，低压配电台区的低压电网接线***为TT***，低压线路共有三路低压出线。总保层面包含一只公变终端和四只总保共同安装于一台综合配电箱内，公变终端的三相电压回路/输入电源端子按ABCN接线端子分别接在公用配变低压侧与总保0之间的对应导体端子上，四只第一级剩余电流保护器的电气接线关系为“总－分”关系，总保0为上级总保，总保1-3为次级总保，即总保0与总保1-3之间形成剩余电流动作保护上下级配合关系。各只总保均采用RS－485总线方式同公变终端进行通信，公变终端作为总保的剩余电流动作保护管理协调装置，实现对各总保的统一管理，并作为总保的通信上位机，实现总保与主站相关数据的存储、中继转发。台区中，公变终端作为低压载波抄表的集中器，低压线路的沿主干或分支线上分散安装若干数量低压载波智能电表，见图电表11-1n、电表21-2n或漏保电表，见图漏保电表31-3n。
公变终端不仅是载波智能电表的常规用电信息数据集中设备，也是各总保、中保的剩余电流监测保护数据的中继转发设备，负责将相关数据转发到主站。
在中保层面，各类中保装置直接或间接通过低压电力线载波方式与公变终端的载波接口进行数据通信，采用《多功能电能表通信规约》作为数据传输协议，实现与普通载波智能电表数据通信传输介质、通信协议的完全兼容。485/载波转换器+剩余电流动作保护器的组合装置、载波漏保、漏保电表等三种类型剩余电流动作保护设备作为低压自动抄表***的载波节点之一加入到配电台区载波通信网络中，与其它载波智能电表共同实现自适应的全动态中继(组网)，共同实现常规用电信息数据、剩余电流监测保护数据的中继接力传输。
中保包括三种类型：第1类是485/载波转换器+剩余电流动作保护器的组合装置作为中保，可安装于用户电能计量箱内的进线侧，由该组合装置实现对其下侧电力用户剩余电流监测和剩余电流动作保护，中保与户保是“一对多”的关系，由中保实现表箱内各电力用户剩余电流监测，并与户保实现上下级保护剩余电流动作保护配合，适用于将已有带有RS-485通信接口类型剩余电流动作保护器的改造和接入监测***；第2类是载波漏保作为中保，载波漏保指的是一种具有载波通信功能的剩余电流动作保护器，其作用与第一类相同；第3类是漏保电表作为中保，漏保电表的总进线处改为安装一只不带有剩余电流动作保护功能的空气开关，由电表进行剩余电流监测或剩余电流动作保护，漏保电表与户保是“一对一”的关系，是其所对应户保的漏电后备保护装置和监测设备。所述的3种类型中保，因安装地点、接线方式、负载容量的不同，可以分为“三相中保”和“单相中保”。
总保选用三极四线延时型保护器，具有漏电、过流、短路等电气保护功能和自动重合闸功能，具有运行工况信息测量、显示、存储和RS-485通信接口，通过RS-485通信接口与公变终端实现互联。中保选用具有漏电、过流、短路等电气保护功能和自动重合闸功能的延时型保护器或漏保电表，具有运行工况信息测量、显示、存储和电力线载波通信接口，通过载波通信接口与公变终端实现互联。
三级剩余电流动作保护参数设定如下(以下参数仅为举例，并非只能采用所述参数)：
总保0：额定剩余动作电流500mA，额定剩余不动作电流250mA，动作延迟时间0.5s，自动重合闸时间20s
总保1-3：额定剩余动作电流200mA，额定剩余不动作电流100mA，动作延迟时间0.3s,自动重合闸时间30s
中保类型1-3：额定剩余动作电流50mA，额定剩余不动作电流25mA，延迟时间0.15s,自动重合闸时间60s
户保：30mA或15mA，无延迟时间,无自动重合闸功能
***运行动作配合关系分析：
1、台区未发生漏电故障。公变终端以15分钟、30分钟或60分钟为间隔定时通过RS-485或电力线载波通信方式从各总保、中保采集剩余电流数据，并上传到主站进行数据保存和分析。
2、台区总保到中保之间线路发生单相接地故障。当总保1-3到其对应中保之间电力线路发生单相接地故障，如果接地电流小于额定剩余动作电流200mA，则各总保均不动作，主站仍定时接收到相关剩余电流数据；当接地电流大于额定剩余动作电流500mA时且持续时间大于0.3s，所对应的总保1-3将自动跳闸断开线路，并生成报文将剩余电流数据及跳闸动作事件信息通过RS-485接口实时发送给公变终端，公变终端立即将信息转发到主站；当接地电流大于额定剩余动作电流200mA时且持续时间大于0.3s，当接地电流大于额定剩余动作电流500mA时且持续时间大于0.3s，由于剩余电流动作延时时间参数的差异，所对应的总保1-3将首先自动跳闸断开线路，并生成报文将剩余电流数据及跳闸动作事件信息通过RS-485接口实时发送给公变终端，公变终端立即将信息转发到主站，总保0由于动作延迟时间达不到0.5s，仍保持在合闸状态，仅当在总保1-3因本身出现故障或跳闸机构拒动时，总保0才可能自动跳闸。总保0或总保1-3在首次监测到剩余电流越限并持续时间满足设定的延时要求后，执行自动跳闸操作，公变终端将根据各总保反馈的信息检测总保的分合闸开关位置关系，判定是否存在越级跳闸故障的事件，向相应总保发出“允许/禁止”自动重合闸控制信息，并将相关信息通过远程数据通信方式向主站报送。
3、中保下侧的线路或用户电气设备发生漏电故障。中保负责监测其下侧的线路或用户电气设备的剩余电流情况，并且作为其下侧户保的后备剩余电流动作保护器。中保通过其电力线载波接口定时将所测量的剩余电流数据通过电力线路以电力线载波通信方式上传到公变终端，再由公变终端定时转发上传到主站。当流经中保的剩余电流值超过其额定动作值且满足延时要求时，将导致中保剩余电流保护跳闸动作，断开其下侧电路，并根据预设的参数，延时自动重合闸。中保的分、合闸动作及剩余电流数据通过电力线路以电力线载波通信方式实时上传到公变终端，再由公变终端实时转发上传到主站。对于类型1、类型2所述的中保，其对应下侧的是一只或多只户保，通过定时测量上传剩余电流数据，可以远程了解剩余电流在电力用户侧的分布情况和变化趋势，由于中保、户保的剩余电流动作保护定值和延时时间有定值级差，当中保测量到持续性的剩余电流数值大于户保的剩余电流动作保护整定值(30mA或15mA)但又小于其本身动作保护整定值(50mA)时，通过主站***的分析，可以推断出其下侧的电力用户至少有一户未正常安装户保，或者所安装的户保存在故障，实现中保、户保运行情况的远程监测。对于类型3所述的中保，其对应下侧只有一个电力用户，因此，该类中保与户保是“一对一”的关系，即每只中保只负责监测一个电力用户的户保安装、运行情况，缩小了剩余电流测量范围，进一步提高户保安装率、投运率监测的准确性，进一步提高漏电故障定位的准确性，并有效降低三相剩余电流动作保护器保护“死区”所引起的用电安全风险。
多只总保同时互联接入公变终端，选择性剩余电流动作保护，采用RS-485总线通信方式，实时性强，公变终端能对各只总保进行协调管理，并中继转发总保运行工况信息和动作信息。
中保采用电力线载波通信方式互联接入公变终端，中保能对其下侧的户保投运有效性监控，尤其是采用第3类装置――漏保电表作为中保，可对户保实现“一对一”的监控。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，故不能以此限定本实用新型实施的范围，即依本实用新型申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型专利涵盖的范围内。

Claims (7)

1.一种具有剩余电流监控功能的用电信息采集***，包括主站层面、处于配电台区低压侧的总保层面、处于总保层面与用户之间的中保层面，其特征在于：主站层面具有相互连接的前置机和服务器；总保层面具有安装在配电台区低压侧线路上的第一级剩余电流动作保护器和公变终端，中保层面具有安装在总保层面与用户之间线路上的第二级剩余电流动作保护器，第二级剩余电流动作保护器通过电力线载波方式将剩余电流信息和运行状态信息传输至公变采集终端，第一级剩余电流动作保护器通过485总线将剩余电流信息和运行状态信息传输至公变采集终端，公变采集终端与前置机通信连接，用于将采集的剩余电流信息和运行状态信息上传至服务器，并可接收和转发服务器的控制指令以控制第一、第二级剩余电流动作保护器动作。
2.根据权利要求1所述的一种具有剩余电流监控功能的用电信息采集***，其特征在于：所述第二级剩余电流动作保护器安装在中保层面的干线上，该第二级剩余电流动作保护器具有485通信接口和与485通信接口连接的485/载波转换器。
3.根据权利要求1所述的一种具有剩余电流监控功能的用电信息采集***，其特征在于：所述第二级剩余电流动作保护器安装在中保层面的干线上，该第二级剩余电流动作保护器具有载波通信接口。
4.根据权利要求1所述的一种具有剩余电流监控功能的用电信息采集***，其特征在于：所述第二级剩余电流动作保护器的剩余电流监测和动作保护功能内置集成于中保层面的电能表中。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种具有剩余电流监控功能的用电信息采集***，其特征在于：所述中保层面设置有与所述公变终端载波通信的低压载波智能电能表，所述第二级剩余电流动作保护器具有与低压载波智能电能表相同或兼容的低压电力线载波通信模块，采用与低压载波智能电能表相同或兼容通信协议，可以与所述公变终端和低压载波智能电能表直接进行数据通信。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种具有剩余电流监控功能的用电信息采集***，其特征在于：所述总保层面的各支线上均安装有所述第一级剩余电流动作保护器。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种具有剩余电流监控功能的用电信息采集***，其特征在于：所述总保层面的各支线和干线上均安装有所述第一级剩余电流动作保护器。
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