专利名称：公用配变监控终端的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及配电网终端技术领域，尤其涉及一种公用配变监控终端。
背景技术：
目前，电力局对公用配变的管理一般采用一台多功能电表、一台综合电压监测仪和一台低压无功补偿控制器这三者与人工间隔干预的方法相结合的方式来监控公用配变的实时工作状况。其中，多功能电表用于测 量电路中电能消耗，同时，需要隔时间段人工现场抄读电量数据用于线损分析计算。综合电压监测仪对电网运行情况进行监控，记录数据隔段时间通过人工到现场取回分析。低压无功补偿控制器用于配合无功补偿控制柜进行无功补偿控制，投切情况还是需要人工到现场去定期取回。上述的控制方式对公用配变的基础运行数据如电压、电流、功率因数等收集存在着及时性差、准确度低、测量不够齐全可靠的问题，同时，现有的技术对变压器油温、泄漏电流没有实施有效的远程监测手段，有可能因变压器过热导致烧毁的隐患。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是针对现有公用配变终端存在的上述问题，提供了一种集电能计量、实时电网监控、无功补偿、变压器油温监控和泄漏电流监测功能为一体的公用配变监控终端。为解决上述问题，本实用新型的技术方案是一种公用配变监控终端，包括主控芯片，及分别与主控芯片相连的AD采样单元、通信接口单元、计量芯片单元、显示控制单元和供电电源单元，所述监控终端还包括分别与主控芯片相连的频率跟随单元、无功补偿控制输出单元、负荷控制输出单元、用于监测变压器油温和漏电现象的直流模拟量输入单元和用于监测开关柜的开闭状态的开关量输入单元，频率跟随单元与AD采样单元相连，所述计量芯片单元连接有红外接口和RS485接口。优选地，所述主控芯片的型号为STR710FZ2T6，所述AD采样单元包括型号为AD73360L的采样芯片，计量芯片单元包括型号为LM3S1601的计量芯片。优选地，所述频率跟随单元包括依次相连的信号采样电路、倍频电路、限幅电路和锁相跟踪电路，所述信号采样电路包括依次相连的低通滤波电路和高通滤波电路。频率跟随单元通过信号采样电路、倍频电路、限幅电路和锁相跟踪电路的组合体确保频率跟随的及时和准确性，保证了电源系统的功率因素、降低了耗散功率，避免了谐波对采样信号的干扰，提高了采样信号的精确度，十分适用于有高精度要求的电能表。优选地，所述低通滤波电路包括依次相连的电阻R39和电容C99，电阻R39的另一接线端连接有A相电源，电容C99的另一接线端接地；所述高通滤波电路包括依次相连的电容C69和电阻R36，电容C69的另一接线端连接在电阻R39和电容C99的连接处，电阻R36的另一接线端接地，电容C69和电阻R36的连接处与倍频电路的输入端相连；所述倍频电路包括型号为LM2904M的运算放大器U5、电阻R31、电阻R35、电阻R30、电容C49和二极管Dl，运算放大器U5的反向输入端与信号采样电路相连，运算放大器U5的正向输入端通过电阻R35接地，正向输入端上还连接有直流电源，直流电源通过电容C49接地；运算放大器U5的输出端与正向输入端之间并联有电阻R31，输出端还通过电阻R30和二极管Dl接地，二极管Dl由电阻R30向接地方向截止，电阻R30和二极管Dl的连接处与限幅电路的输入端相连；所述限幅电路包括型号为74HC14的斯密特触发器U3，触发器U3的输入端与倍频电路的输出端相连，触发器U3的正向阈值电压输入端与直流电源相连，反向阈值电压输入端接地，触发器U3的输出端与锁相跟踪电路的输入端相连。优选地，所述锁相跟踪电路包括型号为74HC4046的锁相环U1、型号为74HC4040的纹波计数器U2和型号为74HC393的纹波计数器U4，锁相环Ul的两个电容引脚上并联有电容C33，锁相环Ul的Rl电阻引脚上连接有电阻R28，电阻R28的另一接线端接地，锁相环Ul的信号输入引脚与限幅电路的输出端相连，锁相环Ul的比较器输入引脚与纹波计数器U4的输出端相连，锁相环Ul的相位比较输出引脚上依次连接有电阻R29、电阻R27和电容C38，电容C38的另一接线端接地，电容C38上并联有电容C84，锁相环Ul的压控振荡器输入引脚与电阻R29和电阻R27的连接处相连，压控振荡器输出引脚与纹波计数器U2的计数输入引脚相连，压控振荡器输出引脚与AD采样单元相连；纹波计数器U2的复位输入引脚接地，纹波计数器U2的输出引脚与纹波计数器U4的计数输入引脚相连；计数器U4的复位输入引脚接地。优选地，所述供电电源单元包括电池、交流供电电路、电池充电电路和电池放电电路，交流供电电路连接有市电，电池充电电路包括电池充电管理芯片和充电稳压电路，电池充电管理芯片还通过充电稳压电路与交流供电电路相连,交流供电电路和电池放电电路的输出端连接有输出电压稳压电路。供电电源利用电池充电管理芯片动态补偿电池内阻用以减少充电时间，电池充电管理芯片具有电池温度监测，可以利用电池的温度传感器连续检测电池温度，避免电池超过设定的范围，保障充电的安全，提高了电池的使用寿命，有利于电能表朝小型化、高集成度方向发展。优选地，所述电池充电管理芯片的型号为BQ2057、BQ2057C、BQ2057T和BQ2057W中
的一种。优选地，所述电池充电管理芯片的充电电流感测输入端SNS通过电阻R72和二极管D8与充电稳压电路相连，二极管D8从充电稳压电路向电阻R72正向导通；电池充电管理芯片的电池电压出入端BAT通过电阻R67与电池的正极相连，电池电压出入端BAT通过电阻R68接地；电池的正极通过电阻R65和电阻R66的串联电路接地，电阻R65和电阻R66的连接处与主控芯片相连；电池充电管理芯片的工作电源输入端VCC通过电容C59接地；电池充电管理芯片的工作电源地输入端VSS接地；电池充电管理芯片的温度感测输入端TS通过电阻69接地；电池充电管理芯片的充电控制输出端CC连接有电阻R71，电阻R71连接在二极管D8与电阻R72的连接处，二极管D8与电阻R72的连接处通过电容C59接地，充电控制输出端CC与充电电流感测输入端SNS之间连接有场效应管U10，充电控制输出端CC与场效应管UlO的栅极相连，充电电流感测输入端SNS与场效应管UlO的源极相连，场效应管UlO的漏极通过二极管D9与电池的正极相连，二极管D9由场效应管UlO的漏极向电池的正极方向正向导通，场效应管UlO的漏极通过电容C58接地；电池充电管理芯片的充电速率补偿输入端COMP与二极管D8与电阻R72的连接处相连，充电速率补偿输入端COMP与温度感测输入端TS之间并联有电阻R70。优选地，所述电池放电电路包括继电器，继电器的输入端与电池的正极相连，继电器的输出端通电二极管D7和二极管D6的并联电路与输出电压稳压电路相连，继电器的控制端与三极管Vl的集电极相连，三极管Vl的发射机接地，三极管Vl的基极通过电阻R64与主控芯片相连。相比较于现有技术，本实用新型的公用配变监控终端集电能计量、实时电网监控、无功补偿、变压器油温监控和泄漏电流监测功能为一体，具有远程数据实时通讯功能，能及时、准确地将配电变压器的基础运行数据传回电力局主站，减少人工投入提高效益。本实用新型对公用配变的基础运行数据如电压、电流、功率因数等收集具有及时高、准确度高、测量数据齐全可靠的特点，并且对变压器油温、泄漏电流均均有的远程监测手段，避免了变压器过热导致烧毁的隐患。
·图I是本实用新型公用配变监控终端的原理框图。图2是本实用新型公用配变监控终端的频率跟随单元的原理框图。图3是本实用新型公用配变监控终端的供电电源单元的原理框图。图4是本实用新型公用配变监控终端的频率跟随单元的电路原理图。图5是本实用新型公用配变监控终端的供电电源单元的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步详细说明本实用新型，但本实用新型的保护范围并不限于此。参照图1，本实用新型的公用配变监控终端包括主控芯片，及分别与主控芯片相连的AD采样单元、通信接口单元、计量芯片单元、显示控制单元、供电电源单元、频率跟随单元、无功补偿控制输出单元、负荷控制输出单元、用于监测变压器油温和漏电现象的直流模拟量输入单元和用于监测开关柜的开闭状态的开关量输入单元。其中，频率跟随单元与AD采样单元相连，所述计量芯片单元扩展连接有红外接口和RS485接口。直流模拟量输入单元具体为两路4 20mA直流模拟量输入电路，一路用于监测变压器油温，另一路用于监测漏电现象。通信接口单元包括RS232接口电路、RS485接口电路和GPRS通信电路，RS232接口电路、RS485接口电路和GPRS通信电路分别与主控芯片相连；显示控制单元包括IXD显示器。所述主控芯片是基于ARM7TDMP核的型号为STR710FZ2T6，所述AD采样单元包括型号为AD73360L的采样芯片，采样芯片为16位高精度6通道AD采样芯片。计量芯片单元包括型号为LM3S1601的计量芯片，LM3S1601计量芯片是基于ARM Cortex -M3核的计量处理芯片。电压、电流信号经取样后分别取样后送入AD采样单元进行A/D转换，数字信号送到计量芯片单元进行FFT计算；AD采样单元的工作主频是通过频率跟随单元跟随电网A相电压频率得到的；计量芯片单元根据AD采样单元进传送的数据能精确地计算分析出当前电网的基波、谐波，实现电压、电流不平衡度原始数据采样、计算；根据需要计量芯片单元向主控芯片发送数据，根据预先设置的参数，通过无功补偿控制输出单元、负荷控制输出单元实现无功补偿控制、负荷控制；在LCD显示器上显示各项数据及设备工作状态、通过红外接口电路、RS232接口电路、RS485接口电路和扩展的RS485接口进行本地通讯传输，利用GPRS通信电路完成用电现场各项参数的监控和及时、准确、齐全、可靠地将公用配变的基础运行数据传送到主控芯片。直流模拟量输入单元用来监测变压器油温、泄漏电流；开关量输入单元用来监测开关柜的开闭状态、负荷控制输出是否有效。参照图2和图4，所述频率跟随单元包括依次相连的信号采样电路、倍频电路、限幅电路和锁相跟踪电路，所述信号采样电路包括依次相连的低通滤波电路和高通滤波电路。出于对高精度的要求，频率跟随单元能很好的应用在电能表中。电能表在三相电供电中，由于缺相的现象极少，而B相电、C相电信号又会出现叠加的现象，容易影响频率的正常跟随，因此，信号采样电路的信号输入端与A相电源相连；同时，该电路在A相电源缺相的情 况下，也可由电能表内部的计量芯片产生50Hz的基波作为参考。所述低通滤波电路包括依次相连的电阻R39和电容C99，电阻R39的另一接线端连接有A相电源，电容C99的另一接线端接地；所述高通滤波电路包括依次相连的电容C69和电阻R36，电容C69的另一接线端连接在电阻R39和电容C99的连接处，电阻R36的另一接线端接地，电容C69和电阻R36的连接处与倍频电路的输入端相连；所述倍频电路包括型号为LM2904M的运算放大器U5、电阻R31、电阻R35、电阻R30、电容C49和二极管Dl，运算放大器U5的反向输入端与信号米样电路相连,运算放大器U5的正向输入端通过电阻R35接地，正向输入端上还连接有直流电源，直流电源通过电容C49接地；运算放大器U5的输出端与正向输入端之间并联有电阻R31，输出端还通过电阻R30和二极管Dl接地，二极管Dl由电阻R30向接地方向截止，电阻R30和二极管Dl的连接处与限幅电路的输入端相连；所述限幅电路包括型号为74HC14的斯密特触发器U3，触发器U3的输入端与倍频电路的输出端相连，触发器U3的正向阈值电压输入端与直流电源相连，反向阈值电压输入端接地，触发器U3的输出端与锁相跟踪电路的输入端相连。所述锁相跟踪电路包括型号为74HC4046的锁相环Ul、型号为74HC4040的纹波计数器U2和型号为74HC393的纹波计数器U4，锁相环Ul的两个电容引脚上并联有电容C33，锁相环Ul的Rl电阻引脚上连接有电阻R28，电阻R28的另一接线端接地，锁相环Ul的信号输入引脚与限幅电路的输出端相连，锁相环Ul的比较器输入引脚与纹波计数器U4的输出端相连，锁相环Ul的相位比较输出引脚上依次连接有电阻R29、电阻R27和电容C38，电容C38的另一接线端接地，电容C38上并联有电容C84，锁相环Ul的压控振荡器输入引脚与电阻R29和电阻R27的连接处相连，压控振荡器输出引脚与纹波计数器U2的计数输入引脚相连，压控振荡器输出引脚与AD采样单元相连；纹波计数器U2的复位输入引脚接地，纹波计数器U2的输出引脚与纹波计数器U4的计数输入引脚相连；计数器U4的复位输入引脚接地。参照图3和图5，所述供电电源单元包括电池B、交流供电电路、电池充电电路和电池放电电路，交流供电电路连接有市电，电池充电电路包括电池充电管理芯片Ull和充电稳压电路，电池充电管理芯片Ull还通过充电稳压电路与交流供电电路相连，交流供电电路和电池放电电路的输出端连接有输出电压稳压电路。电池可以为单节电池或多节组成的电池组，交流供电电路为常规的供电电路，通过对市电的降压而对电能表进行供电或对电池进行充电，交流供电电路通过本技术领域的技术人员可以容易得到，属于现有技术，在此不再赘述。针对不同的充电需要，电池充电管理芯片Ull的型号可以为BQ2057、BQ2057C、BQ2057T 和 BQ2057W 中的一种。所述电池充电管理芯片Ull的充电电流感测输入端SNS通过电阻R72和二极管D8与充电稳压电路相连，二极管D8从充电稳压电路向电阻R72正向导通；电池充电管理芯片Ull的电池电压出入端BAT通过电阻R67与电池的正极相连，电池电压出入端BAT通过电阻R68接地；电池的正极通过电阻R65和电阻R66的串联电路接地，电阻R65和电阻R66的连接处与主控芯片相连；电池充电管理芯片Ull的工作电源输入端VCC通过电容C59接地；电池充电管理芯片Ull的工作电源地输入端VSS接地；电池充电管理芯片Ull的温度感测输入端TS通过电阻69接地；电池充电管理芯片Ull的充电控制输出端CC连接有电阻R71，电阻R71连接在二极管D8与电阻R72的连接处，二极管D8与电阻R72的连接处通过电容C59接地，充电控制输出端CC与充电电流感测输入端SNS之间连接有场效应管U10，充电控制输出端CC与场效应管UlO的栅极相连，充电电流感测输入端SNS与场效应管UlO的源极相连，场效应管UlO的漏极通过二极管D9与电池的正极相连,二极管D9由场效应管UlO的漏极向电池的正极方向正向导通，场效应管UlO的漏极通过电容C58接地；电池充电 管理芯片Ull的充电速率补偿输入端COMP与二极管D8与电阻R72的连接处相连，充电速率补偿输入端COMP与温度感测输入端TS之间并联有电阻R70。其中，场效应管UlO的型号为SI9424，二极管D9、二极管D8的型号为IN5819。所述充电稳压电路包括稳压器W5，稳压器W5的输入端与交流供电电路相连，稳压器W5的输入端还通过并联的电容C62和电容C93接地，稳压器W5的输出端与电池充电管理芯片Ull相连，稳压器W5的输出端还通过并联的电容C60和电容C94接地，稳压器W5的接地端接地。其中，稳压器W5的型号为MC7809BT。所述电池放电电路包括继电器RLl，继电器RLl的输入端与电池B的正极相连，继电器RLl的输出端通电二极管D7和二极管D6的并联电路与输出电压稳压电路相连，继电器RLl的控制输入端与控制输出端之间并联有二极管D4, 二极管D4由继电器RLl的控制输入端向控制输出端导通，控制输出端通过电容C95接地,控制输出端与正5V电源相连。继电器RLl的控制输入端与三极管Vl的集电极相连，三极管Vl的发射机接地，三极管Vl的基极通过电阻R64与主控CPU相连。其中，继电器RLl的型号为TXS2-45V，三极管Vl的型号为3904，二极管D7和二极管D6的型号为IN5819，二极管D4的型号为IN4148。所述输出电压稳压电路包括降压型开关稳压器W4，降压型开关稳压器W4的型号为LM2576T-5V。降压型开关稳压器W4的输入端与电池放电电路相连，输入端还通过二级管D5分别与交流供电电路和电池充电电路相连，二级管D5由交流供电电路向输入端正向导通，降压型开关稳压器W4的输入端还通过电容C96和电容C57的并联电路接地；降压型开关稳压器W4的输出端通过稳压二极管Zl接地，降压型开关稳压器W4的控制端接地，降压型开关稳压器W4的信息反馈端与输出端之间并联有电感L4，信息反馈端与正5V的电源相连，信息反馈端通过电容C91、电容C53和二极管Z2的并联电路接地。其中，稳压二极管Zl的型号为IN5822，二极管Z2的型号为TVS2。
权利要求1.一种公用配变监控终端，包括主控芯片，及分别与主控芯片相连的AD采样单元、通信接口单元、计量芯片单元、显示控制单元和供电电源单元，其特征在于，所述监控终端还包括分别与主控芯片相连的频率跟随单元、无功补偿控制输出单元、负荷控制输出单元、用于监测变压器油温和漏电现象的直流模拟量输入单元和用于监测开关柜的开闭状态的开关量输入单元，频率跟随单元与AD采样单元相连，所述计量芯片单元连接有红外接口和RS485 接口。
2.根据权利要求I所述的公用配变监控终端，其特征在于，所述主控芯片的型号为STR710FZ2T6,所述AD采样单元包括型号为AD73360L的采样芯片，计量芯片单元包括型号为LM3S1601的计量芯片。
3.根据权利要求I所述的公用配变监控终端，其特征在于，所述频率跟随单元包括依次相连的信号采样电路、倍频电路、限幅电路和锁相跟踪电路，所述信号采样电路包括依次 相连的低通滤波电路和高通滤波电路。
4.根据权利要求3所述的公用配变监控终端，其特征在于，所述低通滤波电路包括依次相连的电阻R39和电容C99，电阻R39的另一接线端连接有A相电源，电容C99的另一接线端接地；所述高通滤波电路包括依次相连的电容C69和电阻R36，电容C69的另一接线端连接在电阻R39和电容C99的连接处，电阻R36的另一接线端接地，电容C69和电阻R36的连接处与倍频电路的输入端相连；所述倍频电路包括型号为LM2904M的运算放大器U5、电阻R31、电阻R35、电阻R30、电容C49和二极管D1，运算放大器U5的反向输入端与信号采样电路相连，运算放大器U5的正向输入端通过电阻R35接地，正向输入端上还连接有直流电源，直流电源通过电容C49接地；运算放大器U5的输出端与正向输入端之间并联有电阻R31，输出端还通过电阻R30和二极管Dl接地，二极管Dl由电阻R30向接地方向截止，电阻R30和二极管Dl的连接处与限幅电路的输入端相连；所述限幅电路包括型号为74HC14的斯密特触发器U3，触发器U3的输入端与倍频电路的输出端相连，触发器U3的正向阈值电压输入端与直流电源相连，反向阈值电压输入端接地，触发器U3的输出端与锁相跟踪电路的输入端相连。
5.根据权利要求3所述的公用配变监控终端，其特征在于，所述锁相跟踪电路包括型号为74HC4046的锁相环Ul、型号为74HC4040的纹波计数器U2和型号为74HC393的纹波计数器U4，锁相环Ul的两个电容引脚上并联有电容C33，锁相环Ul的Rl电阻引脚上连接有电阻R28，电阻R28的另一接线端接地，锁相环Ul的信号输入引脚与限幅电路的输出端相连，锁相环Ul的比较器输入引脚与纹波计数器U4的输出端相连，锁相环Ul的相位比较输出引脚上依次连接有电阻R29、电阻R27和电容C38，电容C38的另一接线端接地，电容C38上并联有电容C84，锁相环Ul的压控振荡器输入引脚与电阻R29和电阻R27的连接处相连，压控振荡器输出引脚与纹波计数器U2的计数输入引脚相连，压控振荡器输出引脚与AD采样单元相连；纹波计数器U2的复位输入引脚接地，纹波计数器U2的输出引脚与纹波计数器U4的计数输入引脚相连；计数器U4的复位输入引脚接地。
6.根据权利要求I所述的公用配变监控终端，其特征在于，所述供电电源单元包括电池、交流供电电路、电池充电电路和电池放电电路，交流供电电路连接有市电，电池充电电路包括电池充电管理芯片和充电稳压电路，电池充电管理芯片还通过充电稳压电路与交流供电电路相连，交流供电电路和电池放电电路的输出端连接有输出电压稳压电路。
7.根据权利要求6所述的公用配变监控终端，其特征在于，所述电池充电管理芯片的型号为 BQ2057、BQ2057C、BQ2057T 和 BQ2057W 中的一种。
8.根据权利要求7所述的公用配变监控终端，其特征在于，所述电池充电管理芯片的充电电流感测输入端SNS通过电阻R72和二极管D8与充电稳压电路相连，二极管D8从充电稳压电路向电阻R72正向导通；电池充电管理芯片的电池电压出入端BAT通过电阻R67与电池的正极相连，电池电压出入端BAT通过电阻R68接地；电池的正极通过电阻R65和电阻R66的串联电路接地，电阻R65和电阻R66的连接处与主控芯片相连；电池充电管理芯片的工作电源输入端VCC通过电容C59接地；电池充电管理芯片的工作电源地输入端VSS接地；电池充电管理芯片的温度感测输入端 TS通过电阻69接地；电池充电管理芯片的充电控制输出端CC连接有电阻R71，电阻R71连接在二极管D8与电阻R72的连接处，二极管D8与电阻R72的连接处通过电容C59接地，充电控制输出端CC与充电电流感测输入端SNS之间连接有场效应管U10，充电控制输出端CC与场效应管UlO的栅极相连，充电电流感测输入端SNS与场效应管UlO的源极相连，场效应管UlO的漏极通过二极管D9与电池的正极相连，二极管D9由场效应管UlO的漏极向电池的正极方向正向导通，场效应管UlO的漏极通过电容C58接地；电池充电管理芯片的充电速率补偿输入端COMP与二极管D8与电阻R72的连接处相连，充电速率补偿输入端COMP与温度感测输入端TS之间并联有电阻R70。
9.根据权利要求7所述的公用配变监控终端，其特征在于，所述电池放电电路包括继电器，继电器的输入端与电池的正极相连，继电器的输出端通电二极管D7和二极管D6的并联电路与输出电压稳压电路相连，继电器的控制端与三极管Vl的集电极相连，三极管Vl的发射机接地，三极管Vl的基极通过电阻R64与主控芯片相连。
专利摘要本实用新型涉及一种公用配变监控终端，包括主控芯片，及分别与主控芯片相连的AD采样单元、通信接口单元、计量芯片单元、显示控制单元和供电电源单元，所述监控终端还包括分别与主控芯片相连的频率跟随单元、无功补偿控制输出单元、负荷控制输出单元、用于监测变压器油温和漏电现象的直流模拟量输入单元和用于监测开关柜的开闭状态的开关量输入单元，频率跟随单元与AD采样单元相连，所述计量芯片单元连接有红外接口和RS485接口。本实用新型集电能计量、实时电网监控、无功补偿、变压器油温监控和泄漏电流监测功能为一体，具有远程数据实时通讯功能，能及时、准确地将配电变压器的基础运行数据传回电力局主站，减少人工投入提高效益。
文档编号H02J13/00GK202772672SQ20122045204
公开日2013年3月6日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者朱信洪, 屠向荣, 肖雄, 方武峰, 余武军 申请人:杭州西力电能表制造有限公司