一种配网低压电缆分支箱状态监测装置及预警方法与流程

本发明涉及智能电网配电技术领域，特别涉及一种配网低压电缆分支箱状态监测装置及预警方法。

背景技术：

目前配网已经覆盖了对10kv线路的监测以及用户侧电参数数据的采集，而配网台区的低压侧运检数据的监测一直相对缺失。配网低压台区的监测系统安装在配电变压器下端总出线上，可以监测台区变压器的总负荷情况，但缺失各低压分支出线的日常监测，而低压电缆分支箱是低压分支线路中尤为重要的电气设备，其工作的稳定性直接影响用户线路的可靠运行。

授权公告日为2015年04月29日，授权公告号为cn104578429a的中国发明专利公开了一种“电缆分支箱在线运行监测系统”，针对6kv、10kv及以上电压的高压电缆箱提出了一种在线监测系统，包括测量分析模块、电压采集模块、电流采集模块、温度采集模块、通讯模块、电源模块、显示模块、声光报警模块、电晕闪络检测模块、远程便携终端、中心网络服务器等。

该技术方案的不足之处在于，1、蓄电池带来的潜在隐患：所述系统电源模块中包含蓄电池，以保证在电缆线路断电时系统也能正常工作，但由于电缆分支箱安装于户外，在高温季节，经过曝晒后的箱内温度会更高，容易引发蓄电池爆炸等次生灾害，而在低温季节，又会导致充电困难、电池活力不够等问题；2、所述系统中包含通讯模块，但并未提及具体的通讯方式，在此类监测系统中，通讯方式直接关系到系统的稳定性、数据安全、效率、运营成本等，在整个系统中尤为重要。

授权公告日为2012年03月14日，授权公告号为cn202167821u的中国实用新型专利公开了“一种电缆分支箱的监测控制装置”，其特征在于，包括总监测控制单元模块、电源模块、存储模块、gprs模块、显示器模块、门磁检测模块、分布在电缆分支箱内部的各监测模块，所述的总监测控制单元模块分别与电源模块、存储模块、gprs模块、显示器模块、门磁检测模块、各监测模块连接，所述的电源模块分别与各监测模块连接。

该技术方案的不足之处在于，1、所述装置采用gprs模块通讯，需依赖第三方运营商网络进行通讯，数据安全性不可靠，且后期还存在运营成本；2、所述装置仅完成对电缆分支箱内部温湿度、一次电缆回路连接点温度及内部绝缘部件绝缘强度的测量，远不足以反映电缆分支箱的工作状态；3、所述装置电源模块采用“悬浮取电”模式，未提及当电缆失电后的处理方式。

因此，发明一种配网低压电缆分支箱状态监测装置及预警方法来配网低压台区分支线路监测数据相对缺失的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种配网低压电缆分支箱状态监测装置及预警方法，通过设有状态监测装置，针对低压电缆分支箱失电、过流、开关位置、母排过温、开关柜门事件、环境异常状态的监测与组合分析，实现分支箱的远程主动预警，及时发现和排查问题，提高运维人员的工作效率和供电可靠性，结合电参数测量模块与开关位置监测模块采集的信息，可协同判断分析故障原因，为运维人员锁定故障点提供分析依据，缩短检修时间，提升用电服务水平，以解决来配网低压台区分支线路监测数据相对缺失的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种配网低压电缆分支箱状态监测装置，包括状态监测装置，所述状态监测装置包括主控模块、通信模块、开关位置监测模块、侵入监测模块、温湿度测量模块、指示模块、电参数测量模块、温度测量模块和电源模块，所述主控模块采用低功耗mcu，用于在线路失电后仍能保持一段时间的报警通知，所述电参数测量模块包括ct、pt及电参数计量单元模块，所述电源模块包括供电电源和备用电源，所述状态监测装置连接端设有位置状态感应器，所述位置状态感应器安装在漏电保护器上，所述漏电保护器连接有进线电缆，所述状态监测装置连接有限位开关感应器，漏电保护器、漏电保护开关、位置状态感应器、状态监测装置和限位开关感应器均设置于低压电缆分支箱箱体内部，所述低压电缆分支箱箱体外侧设有天线。

优选的，所述状态监测装置基于物理层为lora的通信方式传输数据，在此基础上做避障、距离、抗干扰及功耗方面的优化并封装上层协议。

优选的，所述主控模块连接端分别设有通信模块、开关位置监测模块、侵入监测模块、温湿度测量模块、指示模块、电参数测量模块、温度测量模块和电源模块且通过传输线缆连通。

优选的，所述电源模块采用ac/dc模块从入线端取电压为其他功能模块正常供电，所述备用电源采用超级电容，在线路有电时供电电源对其持续充电，当线路失电后自动切换备用电源超级电容供电通路。

优选的，所述电参数测量模块采集漏电保护器出线端三相电压、三相电流、有功功率、无功功率等电参数信息，所述开关位置监测模块与位置状态感应器连通，经过隔离输入信号检测电路连至主控模块，获取漏电保护开关的工作位置，所述开关位置监测模块与电参数测量模块可构成协同故障判断。

优选的，所述温度测量模块采集三相母排温度，当超过设定阈值时主动发出母排过热预警信息，所述侵入监测模块与限位开关感应器连通并采用隔离开关量输入信号检测，用于检测记录柜门开关事件；所述温湿度测量模块用于检测低压电缆分支箱箱体内工作环境温湿度，当超过设定阈值时主动发出箱内环境异常预警信息，所述温湿度测量模块采用指示灯显示装置供电电源、工作状态、通讯状态、警示状态的信息。

优选的，本发明还提供了一种配网低压电缆分支箱状态监测装置的预警方法，具体步骤为：

第s10步骤：初始化装置，开机自检、各硬件模块和软件初始化工作，第s20步骤：定时上报，检查轮询时间是否达到，若未达到上报时间，则继续待机；

第s30步骤：监测数据采集，由主控模块通知各测量模块，采集对应各监测数据；

第s40步骤：对采集到的各项监测数据做就地判定分析，检查是否出现失电、过流、母排过热、柜内环境异常的状态，若出现至少一种状态异常，则进入预警机制；

第s50步骤：各测量模块主动上传监测主控模块，执行完后回到s20步骤；

第s60步骤：通过主控模块发出召测命令，立即执行s30步骤；

第s70步骤：在任意时刻，侵入监测模块一旦检测到开门动作，立即发出开门事件命令进入中断，随即执行预警机制；

第s80步骤：在任意时刻，开关位置监测模块一旦检测到开关位置发生变化，立即发出开关位置变化事件命令进入中断，随即执行预警机制；

第s90步骤：执行预警机制，根据异常事件及采集的监测数据，确定预警代码，同时上传监测数据；

第s100步骤：执行预警机制，由指示模块完成声光报警动作；

第s110步骤：检查是否收到警告状态消除命令，若未收到，立即执行s30步骤重新检测状态，若已收到，则执行s20步骤退出预警机制回到待机状态。

本发明的技术效果和优点：

1、通过设有状态监测装置，针对低压电缆分支箱失电、过流、开关位置、母排过温、开关柜门事件、环境异常状态的监测与组合分析，实现分支箱的远程主动预警，及时发现和排查问题，提高运维人员的工作效率和供电可靠性，结合电参数测量模块与开关位置监测模块采集的信息，可协同判断分析故障原因，为运维人员锁定故障点提供分析依据，缩短检修时间，提升用电服务水平；

2、所述状态监测装置是基于物理层为lora的通讯方式与上位机集中器通讯，由于低压台区现场复杂，极容易受密集建筑物遮挡导致信号衰减造成数据丢失，本发明装置自身具有路由中继功能，在装置间可相互转发数据实现无线信号的有效避障；

3、通过采用基于lora的通讯方式，不仅保证了数据通讯的距离，又规避了走第三方网络通道带来的数据安全性问题，在失电状态下低功耗的特性还有助于保障通讯的持续性；

4、通过设有采用宽温型超级电容作为备用供电电源，在解决装置失电状态下信息续传问题的同时，又不会引入电池所带来的潜在安全隐患问题。

附图说明

图1为本发明在低压电缆分支箱内的布置与连接示意图；

图2为本发明的状态检测装置内部结构示意图；

图3为本发明的工作流程图；

图4为无明显遮挡物条件下数据通讯方式；

图5为有明显遮挡物条件下数据通讯方式；

图中：1低压电缆分支箱箱体、2进线电缆、3漏电保护器、31接线端子、4漏电保护开关、5位置状态感应器、6状态监测装置、61主控模块、62通信模块、63开关位置监测模块、64侵入监测模块、65温湿度测量模块、66指示模块、67电参数测量模块、68温度测量模块、69电源模块、7限位开关感应器、8出线电缆、9天线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

本发明提供了如图1-2所示的一种配网低压电缆分支箱状态监测装置，包括状态监测装置6，所述状态监测装置6包括主控模块61、通信模块62、开关位置监测模块63、侵入监测模块64、温湿度测量模块65、指示模块66、电参数测量模块67、温度测量模块68和电源模块69，所述主控模块61采用低功耗mcu，用于在线路失电后仍能保持一段时间的报警通知，所述电参数测量模块67包括ct、pt及电参数计量单元模块，所述电源模块69包括供电电源和备用电源，所述状态监测装置6连接端设有位置状态感应器5，所述位置状态感应器5用以检测漏电保护开关4的开关位置，所述位置状态感应器5安装在漏电保护器3上，所述漏电保护器3连接有进线电缆2，所述状态监测装置6连接有限位开关感应器7，漏电保护器3、漏电保护开关4、位置状态感应器5、状态监测装置6和限位开关感应器7均设置于低压电缆分支箱箱体1内部，所述低压电缆分支箱箱体1外侧设有天线9。

所述状态监测装置基于物理层为lora的通信方式传输数据，在此基础上做避障、距离、抗干扰及功耗方面的优化并封装上层协议，具有通讯距离远、低功耗、无需第三方网络充分保证数据安全性的优点。

本实施例有益效果：综合考虑低压电缆分支箱安装位置分散、线路失电状态下通讯不间断、数据上传安全性这几个因素，本发明装置采用物理层为lora的通信方式，同时做避障、距离、抗干扰及功耗方面的优化，封装上层协议，其具有通讯距离远、低功耗、无需第三方网络充分保证数据安全性等优点，接收数据的集中器装置可安装于台区处，受台区供电半径限制，离台区最远处的低压电缆分支箱也会在通讯覆盖范围以内，因此通讯距离足以满足应用需求。

实施例二：

所述主控模块61连接端分别设有通信模块62、开关位置监测模块63、侵入监测模块64、温湿度测量模块65、指示模块66、电参数测量模块67、温度测量模块68和电源模块69且通过传输线缆连通。

所述电源模块69采用ac/dc模块从入线端取电压为其他功能模块正常供电，所述备用电源采用超级电容，在线路有电时供电电源对其持续充电，当线路失电后自动切换备用电源超级电容供电通路。

所述电参数测量模块67采集漏电保护器出线端三相电压、三相电流、有功功率、无功功率等电参数信息，所述开关位置监测模块63与位置状态感应器5连通，经过输入信号检测电路连至主控模块61，获取漏电保护开关的工作位置，所述开关位置监测模块63与电参数测量模块67可构成协同故障判断。

所述温度测量模块68采集三相母排温度，当超过设定阈值时主动发出母排过热预警信息，所述侵入监测模块64与限位开关感应器7连通并采用隔离开关量输入信号检测，用于检测记录柜门开关事件；所述温湿度测量模块65用于检测低压电缆分支箱箱体1内工作环境温湿度，当超过设定阈值时主动发出箱内环境异常预警信息，所述温湿度测量模块65采用指示灯显示装置供电电源、工作状态、通讯状态、警示状态的信息。

本实施例有益效果：针对低压电缆分支箱失电、过流、开关位置、母排过温、开关柜门事件、环境异常的状态的监测与组合分析，实现分支箱的远程主动预警，及时发现和排查问题，提高运维人员的工作效率和供电可靠性，结合电参数测量模块67与开关位置监测模块63采集的信息，可协同判断分析故障原因，为运维人员锁定故障点提供分析依据，缩短检修时间，提升用电服务水平，通过设有采用超级电容作为备用供电电源，在解决装置失电状态下信息续传问题的同时，又不会引入电池所带来的潜在安全隐患问题，同时状态监测装置6是基于lora通讯方式与上位机集中器通讯，并且其自身具有路由中继功能，装置间可相互转发数据实现有效信号避障。

实施例三：

参照说明书附图4和图5，说明书附图4为无明显遮挡物条件下数据通讯方式，说明书附图5为有明显遮挡物条件下数据通讯方式；

其中在无明显遮挡物条件下低压电缆分支箱箱体1内状态监测装置6基于lora通讯方式直接与集中器通讯，实现数据的远距离稳定传输和监测；在有明显遮挡物下，多个低压电缆分支箱箱体1内部状态监测装置6其自身具有路由中继功能，可相互转发数据实现信号的有效避障，并通过多个状态监测装置6相互转化数据并传输至集中器，利用多级接力传输实现通讯的可靠保障。

实施例四：

本发明还提供了一种配网低压电缆分支箱状态监测装置的预警方法，具体步骤为：

第s10步骤：初始化装置，开机自检、各硬件模块和软件初始化工作；

第s20步骤：定时上报，检查轮询时间是否达到，若未达到上报时间，则继续待机；

第s30步骤：监测数据采集，由主控模块61通知各测量模块，采集对应各监测数据；

第s40步骤：对采集到的各项监测数据做就地判定分析，检查是否出现失电、过流、母排过热、柜内环境异常的状态，若出现至少一种状态异常，则进入预警机制；

第s50步骤：各测量模块主动上传监测主控模块61，执行完后回到s20步骤；

第s60步骤：通过主控模块61发出召测命令，立即执行s30步骤；

第s70步骤：在任意时刻，侵入监测模块64一旦检测到开门动作，立即发出开门事件命令进入中断，随即执行预警机制；

第s80步骤：在任意时刻，开关位置监测模块63一旦检测到开关位置发生变化，立即发出开关位置变化事件命令进入中断，随即执行预警机制；

第s90步骤：执行预警机制，根据异常事件及采集的监测数据，确定预警代码，同时上传监测数据；

第s100步骤：执行预警机制，由指示模块66完成声光报警动作；

第s110步骤：检查是否收到警告状态消除命令，若未收到，立即执行s30步骤重新检测状态，若已收到，则执行s20步骤退出预警机制回到待机状态。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。