一种配电变压器运行状态监测系统的制作方法

本发明涉及电力负荷监测技术领域，具体的说是一种配电变压器运行状态监测系统。

背景技术：

配电变压器在长期运行过程中，会出现表面氧化腐蚀、紧固螺栓松动、母线连接处老化等问题，导致接触电阻增大；随着经济社会发展，用电负荷逐渐加大，配电变压器易处于重过载运行状态，导致设备温度过高，引发火灾或停电等事故。

现有技术中，通过业务信息系统查询电压合格情况，通过用户反馈得知台区停电信息，其缺点是时效性差，不能及时对停电变压器作出检查。同时依靠人工手持红外测温仪进行温度测量，其缺点是不能及时掌握配电变压器温度状态，不能及时对超过限定温度的配电变压器采取相关措施，且人工测温的工作量大、工作过程繁琐，测量的数据易受环境等因素干扰，造成数据不准确。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述技术的不足，提供了一种。

本发明的技术方案是：

一种配电变压器运行状态监测系统，包括电压电流转换单元、温度检测单元、电源单元、备用电源管理单元、锂电池组、gsm通讯单元、时钟单元、主控制器和报警单元；

所述电压电流转换单元用于测量配电变压器低压侧每相火线与零线之间的电压信号和每相火线上的电流信号；

所述温度检测单元用于测量配电变压器低压侧每相火线上的温度信号；

所述电源单元为温度检测单元、gsm通讯单元、时钟单元、主控制器和报警单元提供直流工作电源，所述电源单元通过备用电源管理单元为锂电池组充电；所述锂电池组在配电变压器处于断电状态时通过备用电源管理单元为温度检测单元、gsm通讯单元、时钟单元、主控制器和报警单元提供直流工作电源；

所述时钟单元为主控制器提供时钟信号数据标签；

所述主控制器通过读取的电压、电流和温度信号参数与设定参数进行比较确认是否超过设定参数，所述主控制器根据超出设定参数的比较结果发对应的信号给gsm通讯单元和报警单元，所述报警单元发出报警提示，所述gsm通讯单元根据接收到信号发出相应的短信提醒。

所述电压电流转换单元设有第一电压变送器pt1～第三电压变送器pt3、第一电流变送器ct1～第三电流变送器ct3、第十五电阻r15、第十七电阻r17～第十九电阻r19、第二十一电阻r21和第二十二电阻r22，第一电压变送器pt1的输入端分别与配电变压器低压侧a相火线和零线对应相连，第二电压变送器pt2的输入端分别与配电变压器低压侧b相火线和零线对应相连，第三电压变送器pt3的输入端分别与配电变压器低压侧c相火线和零线对应相连，第一电流变送器ct1～第三电流变送器ct3的输入端分别套设在配电变压器低压侧a、b、c相火线上，第一电压变送器pt1的一个输出端串接第十五电阻r15后分别与第一电压变送器pt1的另一个输出端和主控制器的对应端子相连，第二电压变送器pt2的一个输出端串接第十七电阻r17后分别与第二电压变送器pt2的另一个输出端和主控制器的对应端子相连，第三电压变送器pt3的一个输出端串接第十八电阻r18后分别与第三电压变送器pt3的另一个输出端和主控制器的对应端子相连，第一电流变送器ct1的一个输出端串接第十九电阻r19后分别与第一电流变送器ct1的另一个输出端和主控制器的对应端子相连，第二电流变送器ct2的一个输出端串接第二十一电阻r21后分别与第二电流变送器ct2的另一个输出端和主控制器的对应端子相连，第三电流变送器ct3的一个输出端串接第二十二电阻r22后分别与第三电流变送器ct3的另一个输出端和主控制器的对应端子相连。

所述配电变压器运行状态监测系统还设有串口通讯单元，所述主控制器通过串口通讯单元将比较结果对应的信号发送给gsm通讯单元。

所述配电变压器运行状态监测系统还设有信息输入单元、信息显示单元和信息存储单元，所述信息输入单元用于设定主控制器的电压、电流和温度的设定参数的范围，所述信息显示单元用于显示历史数据和实时参数；所述信息存储单元用于存储主控制器获得的电压、电流、温度参数和报警信息。

所述主控制器、时钟单元、信息显示单元和存储单元之间通过iic总线协议进行通讯。

所述温度检测单元设有第一温度传感器～第三温度传感器，所述第一温度传感器用于测量得到配电变压器低压侧a相火线的温度模拟信号，所述第二温度传感器用于测量得到配电变压器低压侧b相火线的温度模拟信号，所述第三温度传感器用于测量得到配电变压器低压侧c相火线的温度模拟信号。

所述第一温度传感器～第三温度传感器采用三线制的ds18b02温度传感器。

所述时钟单元设有时钟使能端，所述时钟使能端与主控制器的对应端子相连。

所述时钟单元包括ds1302集成芯片和纽扣电池组，所述纽扣电池组为ds1302集成芯片提供备用电源。

所述主控制器包括stc12c5a60s2系列集成芯片。

本发明的有益效果是：工作人员能够及时掌握配电变压器工作状态并对超过设定参数的配电变压器及其负载回路及时进行排查，有效解决了现有技术的时效性差、工作量大等问题，有效避免设备损坏和客户投诉。

附图说明

图1是本发明的系统框图；

图2是本发明电压电流转换单元的电路图；

图3是本发明电源单元的电路图；

图4是本发明备用电源管理单元和锂电池组的电路图；

图5是本发明串口通讯单元的电路图；

图6是本发明主控制器的电路图；

图7是本发明时钟单元的电路图；

图8是本发明温度检测单元的电路图；

图9是本发明信息输入单元的电路图；

图10是本发明信息存储单元的电路图；

图11是本发明信息显示单元的电路图；

图12是本发明报警单元的电路图；

图13是本发明指示单元的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。

如图1所示，配电变压器运行状态监测系统包括电压电流转换单元、温度检测单元、电源单元、备用电源管理单元、锂电池组、gsm通讯单元、时钟单元、串口通讯单元、主控制器、报警单元、指示单元、信息输入单元、信息显示单元和信息存储单元。

gsm通讯单元设有gsm通讯单元电源正极输入端1、gsm通讯单元电源负极输入端2、gsm通讯单元第一通讯端3和gsm通讯单元第二通讯端4。

如图2所示，电压电流转换单元设有电压电流转换单元接线端子1～12、第一电压变送器pt1～第三电压变送器pt3、第一电流变送器ct1～第三电流变送器ct3、第十五电阻r15、第十七电阻r17～第十九电阻r19、第二十一电阻r21和第二十二电阻r22。

第一电压变送器pt1包括第一电压变送器输入端和第一电压变送器输出端，第一电压变送器输入端包括第一电压变送器火线接线端子a和第一电压变送器零线接线端子b，第一电压变送器输出端包括第一电压变送器第一接线端子c和第一电压变送器第二接线端子d，以此类推；第一电流变送器ct1套设在第一电压变送器火线接线端子a所接的火线上，第一电流变送器ct1设有第一电流变送器输出端，第一电流变送器输出端包括第一电流变送器第一接线端子a和第一电流变送器第二接线端子b，以此类推。

第一电压变送器火线接线端子a为电压电流转换单元的接线端子1和电压电流转换单元的接线端子12，第二电压变送器火线接线端子a为电压电流转换单元的接线端子2，第三电压变送器火线接线端子a为电压电流转换单元的接线端子3，第一电压变送器零线接线端子2、第二电压变送器零线接线端子2和第三电压变送器零线接线端子2相连后形成电压电流转换单元的接线端子4和电压电流转换单元的接线端子11。

第一电压变送器第二接线端子d与第十五电阻r15的一端相连，第十五电阻r15的另一端与第一电压变送器第一接线端子c相连后形成电压电流转换单元的接线端子5；第二电压变送器第二接线端子d与第十七电阻r17的一端相连，第十七电阻r17的另一端与第二电压变送器第一接线端子c相连后形成电压电流转换单元的接线端子6；第三电压变送器第二接线端子d与第十八电阻r18的一端相连，第十八电阻r18的另一端与第三电压变送器第一接线端子c相连后形成电压电流转换单元的接线端子7。

第一电流变送器第二接线端子b与第十九电阻r19的一端相连，第十九电阻r19的另一端与第一电流变送器第一接线端子a相连后形成电压电流转换单元的接线端子8；第二电流变送器第二接线端子b与第二十一电阻r21的一端相连，第二十一电阻r21的另一端与第二电流变送器第一接线端子a相连后形成电压电流转换单元的接线端子9；第三电流变送器第二接线端子b与第二十二电阻r22的一端相连，第二十二电阻r22的另一端与第三电流变送器第一接线端子a相连后形成电压电流转换单元的接线端子10。

如图3所示，电源单元设有电源输入端、电源输出端、第一变压器t1、第八集成模块u8、第九集成模块u9、第九电容c9～第十一电容c11和第十六电阻r16，电源输入端包括电源火线输入端l和电源零线输入端n，电源输出端包括电源正极输出端vcc和电源负极输出端gnd。

第一变压器t1的高压侧线圈的一端为电源火线输入端l，第一变压器t1的高压侧线圈的另一端为电源零线输入端n，第一变压器t1的低压侧线圈的两端分别与第八集成模块u8的两个输入端ac相连，第八集成模块u8的输出端v+分别与第九集成模块u9的输入端子vin和第九电容c9的正极相连，第九集成模块u9的输出端子vout、第十电容c10的正极、第十一电容c11的正极和第十六电阻r16的一端相连后形成电源正极输出端vcc，第八集成模块u8的输出端v-、第九电容c9的负极、第九集成模块u9的端子gnd、第十电容c10的负极、第十一电容c11的负极和第十六电阻r16的另一端相连后形成电源负极输出端gnd。

电源单元经第一变压器u1变压、第八集成模块u8整流和第九集成模块u9稳压为整个系统供电。

优选的，第一变压器u1将ac220v电压转化为9～12v的交流电压，第九集成模块u9采用78l05。

如图4所示，备用电源管理单元设有备用电源管理单元第一接线端1、备用电源管理单元第二接线端2、备用电源管理单元第三接线端3和备用电源管理单元第四接线端4，锂电池组gb1为两个串接的锂电池，锂电池组gb1设有锂电池组正极输出端1和锂电池组负极输出端2，备用电源管理单元第三接线端3与锂电池组正极输出端1相连，备用电源管理单元第四接线端4与锂电池组负极输出端2相连。

备用电源管理单元还设有第十集成模块u10、第十一集成模块u11、第十二电容c12、第二十电阻r20和第二十三电阻r23，第十集成模块u10优先采用dw01+，第十一集成模块u11采用8025a。

第十一集成模块u11的端子d分别与第十集成模块u10的端子oc和第十集成模块u10的端子od相连，第十一集成模块u11的端子s2与第二十三电阻r23的一端相连后形成电源管理单元第二接线端2，第十一集成模块u11的端子g1和g2相连，第二十三电阻r23的另一端与第十集成模块u10的端子cs1相连，第十一集成模块u11的端子s1、第十集成模块u10的端子vss和第十二电容c12的负极相连后形成电源管理单元第四接线端4，第十集成模块u10的端子vdd分别与第十二电容c12的正极和第二十电阻r20的一端相连，第二十电阻r20的另一端为电源管理单元第一接线端1和电源管理单元第二接线端2。

如图5所示，串口通讯单元设有第五集成模块u5、第一电容c1、第二电容c2、第四电容c4、第六电容c6和串口通讯单元接线端1～6，第五集成模块u5优先采用max232集成芯片。

第五集成模块u5的端子c1+和c1-之间与第一电容c1的两端对应相连，第五集成模块u5的端子c2+和c2-之间与第四电容c4的两端对应相连，第五集成模块u5的端子t1in为串口通讯单元的接线端5，第五集成模块u5的端子r1out为串口通讯单元的接线端6，第五集成模块u5的端子vee与第六电容c6的一端相连，第五集成模块u5的端子gnd与第六电容c6的另一端相连后形成串口通讯单元的接线端2，第五集成模块u5的端子vdd与第二电容c2的一端相连，第二电容c2的另一端与第五集成模块u5的端子vcc相连后形成串口通讯单元的接线端1，第五集成模块u5的端子t1out为串口通讯单元的接线端3，第五集成模块u5的端子r1in为串口通讯单元的接线端4。

如图6所示，主控制器设有主控制器接线端1～21、第四集成模块u4、第五开关s5、第三电容c3、第五电容c5、第七电容c7、第九电阻r9和第一晶振y1，第四集成模块u4的接线端vcc、第四集成芯片u4的接线端ea/vpp、第五开关s5的一端和第三电容c3的正极相连后形成主控制接线端1，第五开关s5的另一端与第四集成芯片u4的接线端rst/vpd相连，第三电容c3的负极与第九电阻r9的一端相连，第九电阻r9的另一端、第五电容c5的一端、第七电容c7的一端和第四集成芯片u4的接线端gnd相连后形成主控制接线端2，第五电容c5的另一端分别与第一晶振y1的一端和第四集成芯片u4的接线端xtal2相连，第七电容c7的另一端分别与第一晶振y1的另一端和第四集成芯片u4的接线端xtal1相连，第四集成芯片u4的接线端p0.0为主控制器接线端3，第四集成芯片u4的接线端p3.0/rxd为主控制器接线端4，第四集成芯片u4的接线端p3.1/txd为主控制器接线端5，第四集成芯片u4的接线端p0.4为主控制器接线端6，第四集成芯片u4的接线端p0.5为主控制器接线端7，第四集成芯片u4的接线端p0.6为主控制器接线端8，第四集成芯片u4的接线端p0.7为主控制器接线端9，第四集成芯片u4的接线端p1.7为主控制器接线端10，第四集成芯片u4的接线端p1.6为主控制器接线端11，第四集成芯片u4的接线端p1.5为主控制器接线端12，第四集成芯片u4的接线端p1.4为主控制器接线端13，第四集成芯片u4的接线端p1.3为主控制器接线端14，第四集成芯片u4的接线端p1.4为主控制器接线端13，第四集成芯片u4的接线端p1.3为主控制器接线端14，第四集成芯片u4的接线端p1.2为主控制器接线端15，第四集成芯片u4的接线端p0.1为主控制器接线端16，第四集成芯片u4的接线端p2.0为主控制器接线端17，第四集成芯片u4的接线端p2.1为主控制器接线端18，第四集成芯片u4的接线端p2.2为主控制器接线端19，第四集成芯片u4的接线端p2.3为主控制器接线端20，第四集成芯片u4的接线端p2.4为主控制器接线端21。

第四集成芯片u4优先采用stc12c5a60s2单片机。

如图7所示，时钟单元设有时钟单元接线端1～5、第七集成模块u7、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十三电阻r13、纽扣电池组gb2和第二晶振y2，第七集成模块u7的接线端vcc1、第十电阻r10的一端、第十一电阻r11的一端和第十三电阻r13的一端相连后形成时钟单元接线端1，第十电阻r10的另一端与第七集成模块u7的接线端i/o相连后形成时钟单元接线端4，第十一电阻r11的另一端与第七集成模块u7的接线端sclk相连后形成时钟单元接线端5，第十三电阻r13的另一端与第七集成模块u7的接线端rst相连后形成时钟单元接线端3，纽扣电池组gb2为两个串接的纽扣电池，纽扣电池组gb2的正极与第七集成模块u7的接线端vcc2相连，纽扣电池组gb2的负极与第七集成模块u7的接线端gnd相连后形成时钟单元接线端2，第七集成模块u7的接线端x1和第七集成模块u7的接线端x2分别与第二晶振y2的两端对应相连。

优先的，第七集成模块u7采用ds1302。

如图8所示，温度检测单元设有温度检测单元接线端1～3、第六电阻r6～第八电阻r8、第一集成模块u1、第二集成模块u2和第三集成模块u3，第一集成模块u1的接线端b、第六电阻r6的一端、第二集成模块u2的接线端b、第七电阻r7的一端、第三集成模块u3的接线端b和第八电阻r8的一端相连后形成温度检测单元接线端1，第一集成模块u1的接线端c、第六电阻r6的另一端、第二集成模块u2的接线端c、第七电阻r7的另一端、第三集成模块u3的接线端c和第八电阻r8的另一端相连后形成温度检测单元接线端3，第一集成模块u1的接线端e、第二集成模块u2的接线端e和第三集成模块u3的接线端e相连后形成温度检测单元接线端2。

优先的，第一集成模块u1、第二集成模块u2和第三集成模块u3采用ds18b02。

如图9所示，信息输入单元设有信息输入单元接线端1～6、第一电阻r1～第四电阻r4和第一开关s1～第四开关r4，第一电阻r1～第四电阻r4的一端相连后形成信息输入单元接线端1，第一电阻r1的另一端与第一开关s1的一端相连后形成信息输入单元接线端3，第二电阻r2的另一端与第二开关s2的一端相连后形成信息输入单元接线端4，第三电阻r3的另一端与第三开关s3的一端相连后形成信息输入单元接线端5，第四电阻r4的另一端与第四开关s4的一端相连后形成信息输入单元接线端6，第一开关s1～第四开关r4的另一端相连后形成信息输入单元接线端2。

如图10所示，信息存储单元设有信息存储单元接线端1～4、第十二电阻r12、第十四电阻r14、第八电容c8和第六集成芯片u6，第十二电阻r12的一端、第十四电阻r14的一端、第八电容c8的一端和第六集成芯片u6的接线端vcc相连后形成信息存储单元接线端1，第八电容c8的另一端、第六集成芯片u6的接线端hold、第六集成芯片u6的接线端a0、第六集成芯片u6的接线端a1、第六集成芯片u6的接线端a2和第六集成芯片u6的接线端gnd相连后形成信息存储单元接线端2，第十二电阻r12的另一端与第六集成芯片u6的接线端clk相连后形成信息存储单元接线端3，第十四电阻r14的另一端与第六集成芯片u6的接线端data相连后形成信息存储单元接线端4。

如图11所示，信息显示单元设有信息显示单元接线端1～6和第十二集成模块u12，第十二集成模块u12的接线端vdd、第十二集成模块u12的接线端bs1、第十二集成模块u12的接线端d/c和第十二集成模块u12的接线端vcc相连后形成信息显示单元接线端1，第十二集成模块u12的接线端vss、第十二集成模块u12的接线端bs2、第十二集成模块u12的接线端r/w、第十二集成模块u12的接线端e/rd和第十二集成模块u12的接线端vlss相连后形成信息显示单元接线端2，第十二集成模块u12的接线端d0为信息显示单元接线端3，第十二集成模块u12的接线端d1和第十二集成模块u12的接线端d2相连后形成信息显示单元接线端4，第十二集成模块u12的接线端rst为信息显示单元接线端5，第十二集成模块u12的接线端cs为信息显示单元接线端6。

如图12所示，报警单元设有报警单元接线端1～3、三极管q和蜂鸣器fm，三极管q的发射极为报警单元接线端1，蜂鸣器fm的负极为报警单元接线端2，三极管的基极为报警单元接线端3，三极管q的集电极与蜂鸣器fm的正极相连。

如图13所示，指示单元设有指示单元接线端1、指示单元接线端2、发光二极管d和第五电阻r5，发光二极管d的正极为指示单元接线端1，发光二极管d的负极与第五电阻r5的一端相连，第五电阻r5的另一端为指示单元接线端2。

如图1所示，配电变压器低压侧a相火线与电压电流转换单元接线端1相连，配电变压器低压侧b相火线与电压电流转换单元接线端2相连，配电变压器低压侧c相火线与电压电流转换单元接线端3相连，配电变压器低压侧零线与电压电流转换单元接线端4相连，配电变压器低压侧火线和零线与电压电流转换单元之间设有断路器qf，断路器qf用于控制配电变压器运行状态监测系统电源的通断。

电压电流转换单元接线端5与主控器的接线端15相连，电压电流转换单元接线端6与主控器的接线端14相连，电压电流转换单元接线端7与主控器的接线端13相连，电压电流转换单元接线端8与主控器的接线端12相连，电压电流转换单元接线端9与主控器的接线端11相连，电压电流转换单元接线端10与主控器的接线端10相连，电压电流转换单元接线端5～7通过主控制器的接线端13～15将配电变压器低压侧三相火线的电压信号传送给主控制器，电压电流转换单元接线端8～10通过主控制器的接线端10～12将配电变压器低压侧三相火线的电流信号传送给主控制器。

电压电流转换单元接线端12与电源单元的电源火线输入端l相连，电压电流转换单元接线端11与电源单元的电源零线输入端n相连，电源正极输出端vcc分别与指示单元接线端1、gsm通讯单元电源正极输入端1、信息输入单元接线端1、串口通讯单元接线端1、主控制器接线端1、温度检测单元接线端1、时钟单元接线端1、信息显示单元接线端1、备用电源管理单元接线端1、报警单元接线端1和信息存储单元接线端1相连，电源单元的电源负极输出端gnd分别与指示单元接线端2、gsm通讯单元电源负极输入端2、信息输入单元接线端2、串口通讯单元接线端2、主控制器接线端1、温度检测单元接线端2、时钟单元接线端2、信息显示单元接线端2、备用电源管理单元接线端2、报警单元接线端2和信息存储单元接线端2相连，备用电源管理单元接线端3与锂电池组接线端1相连，备用电源管理单元接线端4与锂电池组接线端2相连。

gsm通讯单元第一通讯端3与串口通讯单元接线端3相连，gsm通讯单元第二通讯端4与串口通讯单元接线端4相连。

主控制器接线端3与温度检测单元接线端3相连，主控制器接线端4与串口通讯单元的接线端5相连，主控制器接线端5与串口通讯单元的接线端6相连，主控制器接线端6与信息输入单元接线端3相连，主控制器接线端7与信息输入单元接线端4相连，主控制器接线端8与信息输入单元接线端5相连，主控制器接线端9与信息输入单元接线端6相连，主控制器接线端16与报警单元接线端3相连，主控制器接线端17分别与时钟单元接线端5、信息显示单元接线端3和信息存储单元接线端3相连，主控制器接线端18分别与时钟单元接线端4、信息显示单元接线端4和信息存储单元接线端4相连，主控制器接线端19与时钟单元接线端3相连，主控制器接线端19与信息显示单元接线端5相连，主控制器接线端20与信息显示单元接线端6相连。

配电变压器运行状态监测系统有电的情况下，电源单元为指示单元、gsm通讯单元、信息输入单元、串口通讯单元、主控制器、温度检测单元、时钟单元、信息显示单元、报警单元和信息存储单元供电，同时，电源单元通过电源管理单元为锂电池组充电，当配电变压器运行状态监测系统处于断电状态时，锂电池组通过电源管理单元为指示单元、gsm通讯单元、信息输入单元、串口通讯单元、主控制器、温度检测单元、时钟单元、信息显示单元、报警单元和信息存储单元供电，保证配电变压器运行状态监测系统在配电变压器处于断电状态时能够及时发送相关信息给相关工作人员，能够使相关工作人员能够第一时间了解配电变压器及其负载处于断电状态，及时安排工作人员到现场排查故障。

电压电流转换单元用于测量配电变压器低压侧三相火线与零线之间的电压信号和每相火线上的电流信号；温度检测单元用于测量配电变压器低压侧每根火线上的温度信号，温度检测单元采用单线接口方式与主控制器的第四集成模块u4进行通讯；

电源管理单元用于保护锂电池组保护电路，避免锂电池因过充电、过放电、电流过大而造成损坏，具有高精确度的电压检测与时间延迟电路；时钟单元为第四集成模块u4提供时钟信号数据标签，时钟单元设有时钟使能端3，所述时钟使能端与主控制器的对应端子19相连，纽扣电池组gb2为在系统和锂电池组都无电的情况下，保证时钟单元处于有电状态。

指示单元通过发光二极管d显示配电变压器运行状态监测系统的电源状态。

主控制器通过读取的电压、电流和温度信号与设定参数进行比较是否超过设定参数，主控制器根据超出设定参数的比较结果发对应的信号给gsm通讯单元和报警单元，报警单元通过蜂鸣器fm报警提示，gsm通讯单元通过串口通讯单元接收到信号发出相应的短信提醒给相连工作人员。

信息输入单元用于设定主控制器的电压、电流和温度的设定参数的范围，信息显示单元用于显示历史数据和实时参数，存储单元用于存储主控制器获得的电压、电流、温度参数和报警信息。

主控制器与时钟单元、信息显示单元和存储单元之间通过iic总线协议进行通讯。

惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修改，皆应仍属本发明权利要求书涵盖之范畴。