一种变电站地线监控系统的制作方法与工艺

本发明涉及一种变电站地线监控系统，属于变电站安全防护领域。

背景技术：
带地线合闸事故屡禁不止，防止带地线合闸送电已经被列入“五防”范围之内。目前，变电站内防止因漏拆地线而导致的带地线合闸事故的主要手段是加强对地线的管理，提高作业人员的业务素质和安全生产意识，缺乏有效的技术防误手段。作业人员在平时工作中难免有疏忽，所以仅仅依靠管理手段只能降低带地线合闸事故发生率，无法完全避免此类事故的发生。目前，变电站的现场有存放地线的智能工器具柜，其为每条地线留有指定的存放位置，根据要求地线管理人员需要将地线对号放入指定的存放位置。此外，每个存放位置下侧均装有红外传感器，能够感应到地线是否存放在指定工器具柜内，并将相应的结果显示到智能工器具柜的液晶显示面板上。实际运行经验表明，红外传感器可靠性不高，即使地线不在存放位置，其他东西（如小动物）靠近红外传感器会导致误判断。此外，现有的智能工器具柜无法识别地线存放位置错误情况，无法监控现场使用的地线，也无法与五防机联系，使用地线仍然存在较大的安全隐患。

技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供了一种能够全天候监控变电站内地线状态的变电站地线监控系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案：本发明包括移动地线监控器、主控单元、现场光纤发送单元、2个以上的第一拨码电路和2个以上的第二拨码电路；所述2个以上的第一拨码电路分别安装于智能工器具柜内每一条地线存放位置旁，所述2个以上的第二拨码电路分别位于现场各个接地桩旁；所述主控单元包括地线管理主机、主控室光纤收发模块和主控室无线接收模块；所述主控室光纤收发模块和主控室无线接收模块的输出端分别接地线管理主机的相应输入端，所述地线管理主机的输出端接五防机的输入端；所述现场光纤发送单元包括现场光纤收发模块、现场无线接收模块；所述现场无线接收模块的输出端接现场光纤收发模块的输入端，所述现场光纤收发模块的输出端通过光纤接所述主控室光纤收发模块的输入端；所述移动地线监控器固定在用于放置地线的地线结构架上；所述地线结构架随地线移动；所述移动地线监控器包括单片机、无线发送模块和针式插头；所述单片机的相应输入端接针式插头，所述单片机的相应输出端接无线发送模块的输入端；当所述移动地线监控器随地线结构架位于智能工器具柜内地线存放位置旁时，所述无线发送模块通过无线信号与主控室无线接收模块相连接；当所述移动地线监控器随地线结构架位于现场接地桩旁时，所述无线发送模块通过无线信号与现场无线接收模块相连接；所述拨码电路由拨码主电路、电源开关K和插座CZ组成；所述拨码主电路由2路以上结构相同的串联支路组成，其中第一条支路由限流电阻R1和拨码开关K1串联组成，所述限流电阻R1和拨码开关K1串联后接在+5V和地之间；所述插座CZ的正极通过电源开关K接+5V，其负极接地；所述插座CZ的其余端孔分别对应接每条支路的限流电阻Rx和拨码开关Kx的节点；所述Rx表示第x条支路的限流电阻，所述Kx表示第x条支路的拨码开关；所述移动地线监控器中的针式插头与所述拨码电路中的插座CZ相匹配。本发明还包括电源适配器；所述电源适配器的输入端为交流220V，其输出端为+5V。所述移动地线监控器还包括状态指示灯和USB接口；所述状态指示灯接在所述移动地线监控器中的单片机的输出端和地之间；所述USB接口的信号线与所述移动地线监控器中的单片机的信号输入端相连接。所述主控室光纤收发模块和主控室无线接收模块分别通过RJ-45接口和串口与地线管理主机相连接。所述单片机的型号为STC89C52；所述无线发送模块、主控室无线接收模块和现场无线接收模块的型号为XL05-232AP2；所述主控室光纤收发模块和现场光纤收发模块的型号为NETLINK公司的HTB-1100S；所述地线管理主机为PC机。所述电源适配器的型号为爱国者半岛铁盒集成电源适配器。本发明所产生的积极效果如下：能够有效识别地线是否存放在智能工器具柜内指定的位置，现场使用的地线装设位置是否正确，并将结果显示到主控室内地线管理主机上，地线管理主机确认接收到的信息无误后，将地线的状态信息发送给五防机，五防机根据地线的状态对相应的开关、刀闸进行闭锁或解锁操作，从技术层面加强了对地线的监控和规范化管理，有效避免带地线合闸事故的发生，还能避免因走错间隔造成带电挂地线事故；本发明将地线的状态归结为归位状态、搬运状态、工作状态，实现了对地线的全天候24小时监控。附图说明图1为本发明的结构原理框图。图2为本发明的拨码电路的电路原理图。图3为本发明中单片机的控制流程图。图4为本发明中地线管理主机的控制流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明：由图1~图4的实施例可知，它包括移动地线监控器、主控单元、现场光纤发送单元、2个以上的第一拨码电路和2个以上的第二拨码电路；所述2个以上的第一拨码电路分别安装于智能工器具柜内每一条地线存放位置旁，所述2个以上的第二拨码电路分别位于现场各个接地桩旁；所述主控单元包括地线管理主机、主控室光纤收发模块和主控室无线接收模块；所述主控室光纤收发模块和主控室无线接收模块的输出端分别接地线管理主机的相应输入端，所述地线管理主机的输出端接五防机的输入端；所述现场光纤发送单元包括现场光纤收发模块、现场无线接收模块；所述现场无线接收模块的输出端接现场光纤收发模块的输入端，所述现场光纤收发模块的输出端通过光纤接所述主控室光纤收发模块的输入端；所述移动地线监控器固定在用于放置地线的地线结构架上；所述地线结构架随地线移动；所述移动地线监控器包括单片机、无线发送模块和针式插头；所述单片机的相应输入端接针式插头，所述单片机的相应输出端接无线发送模块的输入端；当所述移动地线监控器随地线结构架位于智能工器具柜内地线存放位置旁时，所述无线发送模块通过无线信号与主控室无线接收模块相连接；当所述移动地线监控器随地线结构架位于现场接地桩旁时，所述无线发送模块通过无线信号与现场无线接收模块相连接；所述拨码电路由拨码主电路、电源开关K和插座CZ组成；所述拨码主电路由2路以上结构相同的串联支路组成，其中第一条支路由限流电阻R1和拨码开关K1串联组成，所述限流电阻R1和拨码开关K1串联后接在+5V和地之间；所述插座CZ的正极通过电源开关K接+5V，其负极接地；所述插座CZ的其余端孔分别对应接每条支路的限流电阻Rx和拨码开关Kx的节点；所述Rx表示第x条支路的限流电阻，所述Kx表示第x条支路的拨码开关；所述移动地线监控器中的针式插头与所述拨码电路中的插座CZ相匹配。本发明还包括电源适配器；所述电源适配器的输入端为交流220V，其输出端为+5V。所述移动地线监控器还包括状态指示灯和USB接口；所述状态指示灯接在所述移动地线监控器中的单片机的输出端和地之间；所述USB接口的信号线与所述移动地线监控器中的单片机的信号输入端相连接。所述主控室光纤收发模块和主控室无线接收模块分别通过RJ-45接口和串口与地线管理主机相连接。所述单片机的型号为STC89C52；所述无线发送模块、主控室无线接收模块和现场无线接收模块的型号为XL05-232AP2；所述主控室光纤收发模块和现场光纤收发模块的型号为NETLINK公司的HTB-1100S；所述地线管理主机为PC机。在智能工器具柜内地线存放位置的旁边和现场接地桩的旁边分别安装第一拨码电路和第二拨码电路，在地线结构架上安装移动地线监控器，所述地线结构架跟随地线移动，所述移动地线监控器由无线发送模块、单片机、USB接口、状态指示灯和12位针式插头组成，所述移动地线监控器中的单片机的相应输入端与12位针式插头相连接，所述单片机的相应输出端接无线信号发送模块；主控室设备区内布置有主控室无线接收模块，当地线移动放置在智能工器具柜内地线存放位置时，将移动地线监控器中的12位针式插头与智能工器具柜内地线存放位置的旁边的拨码电路中的12位针孔式插座CZ相连接，通过控制拨码开关可以控制12位针孔式插座CZ的电位编码；所述单片机控制无线发送模块将拨码电路的编码信号发送给主控室无线接收模块，单片机的控制流程如图3所示，主控室无线接收模块将编码信号通过串口传递给地线管理主机，所述地线管理主机确认接收到的编码信息无误后将地线的状态信号发送到五防机，从而通过五防机实现闭锁、解锁控制，参见图4；变电站设备区内布置有现场无线接收模块，当地线移动放置在现场接地桩的旁边时，将移动地线监控器中的12位针式插头与现场接地桩的旁边的拨码电路中的12位针孔式插座CZ相连接，通过控制拨码开关可以控制12位针孔式插座CZ的电位编码；所述单片机控制无线发送模块将拨码电路的编码信号发送给现场无线接收模块，单片机的控制流程如图3所示，现场无线接收模块将编码信号通过现场光纤收发模块和主控室光纤收发模块传输到主控单元的地线管理主机上，所述地线管理主机确认接收到的编码信息无误后将地线的状态信号发送到五防机，从而通过五防机实现闭锁、解锁控制，参见图4。其中，所述移动地线监控器中的单片机提供能够表征地线状态的编码序列；所述单片机用来控制无线发送模块发送地线的使用状态信号，单片机根据电位编码序列控制无线发送模块发送的信号的目的地址；状态指示灯用来表征移动地线监控器的电源是否接通，地线装设位置是否正确，地线是否正确存放在智能工器具柜内指定的位置。所述USB接口用于为单片机烧录程序，USB接口的信号线与单片机的信号输入端连接，电源线与单片机的电源端连接，烧录程序的时候USB接口同时充当单片机数据线和电源线的功能；布置在智能工器具柜内指定位置和现场接地桩旁边的所述12位针孔式插座的特征为：所述12位针孔式插座通过其外壳上的螺钉固定在相应位置，12位针孔式插座中的两个电源插孔通过开关K分别与+5V电源端和0V接地端相连接，其余的10个插孔分别对应连接10条支路的限流电阻与拨码开关的节点，所述拨码主电路和12位针孔式插座的接线如图2所示，通过控制拨码开关可以控制12位针孔式插座的电位编码。所述电源适配器的输入为220V站用单相交流电源，在电源适配器中经过降压、整流、稳压得到+5V直流信号。所述状态指示灯设有5个，分别为L1、L2、L3、L4、L5，均为发光二极管，工作电流为0.1-10mA。其中L1为电源指示灯，单片机电源接通以后L1发绿光；L2为地线归位正确状态指示灯，地线放置在智能工器具柜内正确的地线存放位置处且所述插头和插座相连接时L2发绿光；L3为地线归位错误警告指示灯，地线放置在智能工器具柜内错误的地线存放位置处且所述插头和插座相连接时L3发红光；L4为地线装设位置正确状态指示灯，地线根据单片机程序指定的位置正确装设在对应接地桩上且所述插头和插座相连接时L4发绿光；L5为地线装设位置错误警告指示灯，地线装设在错误的接地桩上且所述插头和插座相连接L5发红光。所述的无线发送模块、主控室无线接收模块和现场无线接收模块的型号为XL05-232AP2，其为UART接口半双工无线传输模块，符合欧洲ETSI，满足无线管制要求，无需申请频率使用许可证，完全兼容有线通信串口协议，使用简单方便灵活；其工作频率为427-441MHz，串口速率为1.2kbps-34.8kbps，串口速率设置为1.2kbps时该模块在空旷地带的有效传输距离6km，该模块的数据格式为8N1/8O1/8E1，调制方式为FSK，该模块最大发射功率为27dBm（配置ZW2-433M增益天线），接收灵敏度为-121dBm@1.2kbps。所述的主控室光纤收发模块和现场光纤收发模块的品牌为NETLINK，其型号为HTB-1100S，为10/100M自适应快速以太网光纤收发器，可以实现双绞线和光纤两种不同传输介质的转换，可提供一个双纤SC型光纤端口和一个RJ-45端口，所采用的光纤的中心波长为1300nm，光纤型号为62.5/125μm，所述光纤收发模块的供电方式选择外置电源供电方式，电源采用220V站用单相交流电经过降压、整流、稳压得到的5V直流稳压电源。所述单片机的型号为STC89C52，该型号单片机的工作电压为5V，所述地线管理主机为PC机，五防机为变电站内现有的五防机。地线管理主机与变电站的五防机之间通过双绞线连接，可以实现通信。本发明的工作方法：（1）归位状态地线正确存放在智能工器具柜内指定位置时，将移动地线监控器的输入端连接的12位针式插头插入到与该地线编号对应的12位针孔式插座中，此时移动地线监控器内的单片机和无线发送模块的工作电源接通，即地线处于“归为状态”，单片机根据电位编码确定地线存放的位置是否正确，如果存放正确则状态指示灯L2发光，反之则警告状态指示灯L3发光，提醒工作人员核实情况并纠正错误操作。地线存放在智能工器具柜内正确的位置时，即归位正确时，单片机控制无线发送模块发送信号，将地线归位正确的信息发送到地线管理主机上，地线管理主机界面会显示“XX号地线归位正确”，地线管理主机确认接收到的信息无误后，将接收到的“XX号地线归位正确”发送到五防机上，从而实现解锁。（2）搬运状态地线使用之前需要将移动地线监控器的针式插头从智能工器具柜内的针孔式插座中拔出，此时单片机和无线发送模块失电，无法进行正常发信，地线管理主机因无法接收到移动地线监控器发出的信号，此时判定地线已离开智能工器具柜，处于搬运过程中，即地线处于“搬运状态”。地线使用之前需要将指定的装设位置的信息下载到移动地线监控器的单片机中，每条地线都有对应的子程序，下载的时候只需要打开相应的子程序，修改要装设的接地桩的编号，然后烧录程序即可。打开子程序的时候采用授权下载方式，即地线使用许可工作人员需要个人账号和密码才可以登录地线使用管理界面进行下载操作。这样，每使用一条地线，地线管理主机都会记录详细的信息：如地线编号，地线离开安全工器具柜的精确时间，许可人信息，允许装设的接地桩编号，使用的过程中是否发生过误用，地线归位精确时间等。（3）工作状态地线搬运到指定位置后，先把移动地线监控器的针式插头插入到接地桩的针孔式插座上，若地线使用位置正确则绿色工作状态指示灯L4发光，反之红色警告指示灯L5发光，提醒工作人员核实情况纠正错误。地线装设到指定的接地桩上后，即地线处于工作状态，单片机控制无线通信模块发信，将地线处于工作状态的信息发送给现场无线接收模块，现场无线接收模块依次经现场光纤收发模块、主控室光纤收发模块传递地线处于工作状态的信息给主控室内的地线管理主机，地线管理主机界面显示“XX号地线装设在XX号接地桩上”，同时地线管理主机将“XX号地线装设在XX号接地桩上”的信息发送给五防机，五防机根据接地桩的编号闭锁相应的刀闸和隔离开关。使用过的地线要放回到智能工器具柜内指定的位置，地线存放好后，将移动移动地线监控器的针式插头插入到对应的针孔式插座内，只有地线归位正确后，五防机才接收到“XX号地线归位正确”信号，才解锁相关的开关和刀闸。正常情况下，直到所有的地线都正确归位后五防系统才解锁相关操作，确保带地线合闸事故不会发生；如果地线已经拆除，还没有放回到智能工器具柜内，但由于检修线路急需送电，这种情况下，首先相关负责人需要确认现场使用的地线已经全部拆除，然后可以采用高级授权解锁的方式进行解锁、合闸送电操作。移动地线监控器下载程序的时候采用授权下载方式，即地线使用许可工作人员需要个人账号和密码才可以登录地线使用管理界面进行下载操作，每使用一条地线，地线管理主机都会记录详细的信息：如地线编号，地线离开安全工器具柜的精确时间，许可人信息，允许装设的接地桩编号，使用的过程中是否发生过误用，地线归位精确时间。