2.国网江西省电力有限公司；3.国网江西省电力有限公司赣东北供电分公司；
4.国网江西省电力有限公司鄱阳县供电分公司；5.南昌大学）
摘要：一种以物联网技术获取10kV跌落式熔断器的实时状态并通过云平台实现在线监测及故障分析的装置，由采集终端、开关状态采集器二个独立部分组成，二部分之间采用LoRa无线通讯方式。采集终端设备由嵌入式系统控制核心单元、RS485通讯模块、GSM公网通讯模块、LoRa无线通讯模块、电源模块五部分组成。其控制核心单元以有线RS485通讯模块与配变低压侧智能表通讯，按3秒周期实时获取电表的三相电压值。跌落式开关状态采集器由单片机、水银重力开关、LoRa无线通讯模块、锂电池四部分组成，安装于熔管外壁中段。装置通过云平台收集台区总表电压值、三只熔管时序状态、高压线路拓扑，行为识别判断是否人员操作，是否符合安全规程，分析出缺相故障范围。
一、装置组成：
由采集终端、跌落式开关状态采集器二个独立部分组成，二部分之间采用LoRa无线通讯方式。
采集终端设备系统结构如图1所示，由嵌入式系统控制核心单元、RS485通讯模块、GSM公网通讯模块、LoRa无线通讯模块、电源模块五部分组成。其控制核心单元与配变低压侧智能表通讯，以有线RS485通讯模块按3秒为周期实时获取电表的三相电压值。
嵌入式系统控制核心单元，采用EPC-287 ARM9内核工控主板及四线电阻触摸屏，运行操作系统为linux；RS485通讯模块以带屏蔽双绞线作为传输媒介，核心单元通过RS485通讯模块从配变低压侧智能表的RS485口以DL/T645-2007通讯协议实时采集电压值等电参量（波特率为2400bps）；核心单元与GPRS公网通讯模块以TTL串口方式通讯，通讯模块与GSM公网双向数据传输，通讯协议支持TCP/UDP，内嵌云平台登录软件模块，核心单元以透传方式与云平台数据传输；LoRa无线通讯模块芯片为SX1278/SX1276，具有空中唤醒、定点传输、透明广播三种数据传输模式。
跌落式开关状态采集器由单片机、跌落位置采集模块、LoRa无线通讯模块、3.6V锂电池四部分组成。
二、实施方式：
如图1所示，采集终端设备的核心控制板与触屏以扁平电缆连接，采用5V电源供电；RS485通讯模块接入核心控制板的TTL串口1（通讯波特率设定为2400bps）；485通讯线采用带屏蔽双绞线，接入智能表的RS485I口。
GPRS无线模块的串口接入核心控制板的TTL串口2（通讯波特率设定为9600bps），使用透传串口V2.2通讯协议通过公网联入云平台，其天线外置。
使用Qt Cteator 4.8编译控制板内核程序及GPIO端口驱动，配变过载监测保护应用程序按模块化分为：智能表采集、LoRa无线开关量采集、界面显示、参数设置、报表处理、云平台数传共6个模块。
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开关状态采集器上下二端为弹性带开口的环形卡箍，卡箍开口末端用螺丝固定，外盒材料为ABS塑料，盒外部标注上、下方向（安装方向不能反），外盒内壁贴敷铝箔（防止运行、熔丝熔断时电磁场干扰电路），外盒下部留空5mm*20mm不贴敷铝箔，作为无线窗口。开关状态采集器安装于熔管外壁中段，以LoRa无线方式与采集终端通讯。
开关状态采集器的单片机采用MSP430G2533芯片，开关量采集传感器为水银重力开关，通讯模块采用LoRa芯片SX1278/SX1276；LoRa数据传输模式采用主报、召测两种模式混合执行；数据采用8字节密钥加密、解密；运用非持续协议（CSMA）实现数据传送。
通信方式采用470MHz短距离无线通信。采集终端做为主站，采集器做为从站。所有非字符型的多字节数据，低字节在前，高字节在后；字符型数据则按顺序排列；在执行设置类功能时，采集终端应对数据帧中的数据体进行加密，其它类功能不进行加密；在执行设置类功能时，采集器应对采集终端发来的数据进行身份认证，认证通过后，设置参数才能生效。
三、创新功能实现为：
1、跌落式熔断器开关量采集，开关状态采集器安装于熔管外壁中段，以LoRa无线方式与采集终端通讯，开关状态采集器以锂电池供电，低功耗睡眠模式管理，与采集终端的心跳信号周期为30分钟，保证电池5年以上使用寿命。当熔断器跌落、合上时，水银重力开关状态分别为导通、断开，位置状态发生变动，MCU（单片机）则被唤醒并通过LoRa上传开关状态、变位时间至采集终端。开关状态采集器同采集终端于每日0时对时。
2、跌落式熔断器操作行为识别：采集终端或云平台对配变三只跌落式熔断器分、合的时间进行采集分析：若三只都已动作，且每一只的分、合时间间隔>5秒，则判断为人工操作，否则为故障熔断。A、B、C三相熔断器的断开操作顺序为先中相、再边相，合上操作顺序为先边相、再中相则符合安全规程，否则为违反规程。操作发生时间与电力PMS工作票时间比对，判别现场工作人员是否办理工作票。
3、故障范围诊断：云平台的数据管理平台输入高压线路拓扑，采集终端收采集台区总表电压值，电压异常则激活智能电表向量角度的采集。
YYn0接线的变压器：监测低压侧相电压，其中二相（例如A、B相）电压值不变，另一相（C相）电压值接近零，则判断为正常相对应的高压侧同相（C相）断相；
DYn11接线的变压器：监测低压侧相电压，其中一相（例如A相）电压值不变，另二相（B、C相）电压值为正常的1/2左右，电压向量与正常相反向，则判断为正常相对应的高压侧超前相（C相）断相；
若有断相但熔断器开关未跌落，则判断为前端线路断线；云平台再根据高压线路拓扑及线路关联台区的电压监测结果，判断故障大致范围。
参考文献：
[1]大功率整流器中快速熔断器的选择[J].王素娟.氯碱工业.2011（07）
[2]未来能源5大猜想可控核聚变将成终极能源[J].苏宁.能源研究与利用.2011（01）
[3]国际热核实验反应堆（ITER）计划与未来核聚变能源[J].潘传红.物理.2010（06）
作者简介：
王联喜 性别：男 出生：1971年11月10日 民族：汉族 籍贯：江西德兴市 学历：本科 职称：工程师 研究方向：电力系统自动化
论文作者:王联喜1,詹迎春1,詹涛2,周洁3,沈瑞4,王镜清
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/19
标签：模块论文; 通讯论文; 终端论文; 状态论文; 熔断器论文; 公网论文; 采集器论文; 《电力设备》2018年第17期论文;