王泽琦 童丽萍
国网新疆电力有限公司哈密供电公司 新疆维吾尔族自治区哈密市 839000
摘要：随着科学技术的进步，各行业对供电可靠性的要求越来越高，很多场合例如医院、煤矿等必须采用两路电源来保证供电的可靠性。目前，部分配电室有两条10KV进线，一条供电另一条备用，当主线路故障或检修时切换备用线路，双电源备自投装置发生跳闸，自动切换电源。由于目前备自投装置不带有通信功能，因此工作人员无法实时掌握线路运行状态运行，更甚有部分双电源用户私自切换电源点，导致GIS档案未及时更新，造成线损正负波动，无法进行有效管控。
关键词：全国产化、 485通信、10kV双电源供电监测装置及系统
引言：随着以美国为首的西方国家为限制我国高新技术的发展，采取的措施从对于个别厂商的罚款，到涉及众多厂商及产品“卡脖子”行为，打击面越来越广泛、手段越来越严苛。配用电终端作为事关电网运行安全、稳定、可靠，影响电网自动化水平的重要设备，长期以来核心器件都是依赖西方企业的产品，其国产化程度较低，无法做到自主可控，一旦西方国家对我们采取限制措施，后果不堪设想。配用电端设备对于国产化诉求越来越强烈，力争做到可观、可管、可控。
一、基于485通信的全国产化10kV双电源供电监测装置及系统所属的技术领域
设计一种基于485通信的全国产化10kV双电源供电监测装置及系统，可对10kV双电源供电线路进行实时状态监测，所属领域为电力系统-10KV配网供电状态监测。
二、基于485通信的全国产化10kV双电源供电监测装置及系统的基本概况
基于485通信的全国产化10kV双电源供电监测装置及系统，包括核心单元、通信单元和电源单元，核心单元用于读取高压电表数据；通信单元与核心单元相连，将监测到的切负荷信息发送至主站系统；电源单元包括AC/DC电路、第一超级电容、电源监控电路、第一DC/DC电路和第二DC/DC电路、隔离电源DC/DC5V-5V；AC/DC电路用于与 100V-220VAC相连；AC/DC电路的输出端与第一DC/DC电路和第二DC/DC电路的输入端相连，其输出端还与第一超级电容和电源监控电路相连，电源监控电路的输出端分别与第一DC/DC电路和第二DC/DC电路的输入端相连；第一DC/DC电路的输出端与核心单元的电源端相连；第二DC/DC电路的输出端与通信单元的电源端相连；隔离电源DC/DC5V-5V用于将直流5V隔离后应用于485部分，实现隔离通信。在10kV线路切换负荷后，将切负荷信息及时告知主站进而告知相关工作人员，有利于电网的稳定运行，同时采用全国产化器件设计方案，对于解决“卡脖子”问题具有重要意义，对产品做到了可观、可管、可控。
三、基于485通信的全国产化10kV双电源供电监测装置及系统的发明内容
为了对10kV双电源供电线路状态进行实时监测，在切换负荷后运检人员及时收到报警，设计了一种基于485通信的全国产化10kV双电源供电监测装置及系统，其提供一种双电源供电线路监测装置，可对两条10kV供电线路进行实时状态监测并通过无线通信上报至主站系统，在供电电源失电后可通过后备电源继续工作3分钟以上保证信息可靠上报，可不停电进行安装和拆卸。基于485通信的全国产化10kV双电源供电监测装置及系统可以实时可靠的监测供电线路的运行状态，并对故障点以短信方式实时告知运检人员，这样既有利于电网的稳定运行也有利于提高线路的有效管控。
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四、基于485通信的全国产化10kV双电源供电监测装置及系统要解决的技术问题
其监测装置及系统要解决的技术问题包括：
1、10kV供电线路状态实时监测。
通过采集高压电表的电压电流数据，达到实时监测线路运行状态目的。
2、具备稳定可靠的通信方式
采用4G模组将故障信息上传至主站系统的方式。
3、停电后设备可短时继续运行并上报停电信息
通过使用大容量超级电容作为后备电源，可实现在停电后长达3分钟的正常运行，可保证停电信息可靠上送。
4、国产化的元器件
通过采用全国产化的元器件实现对本发明的高度可控。
5、现场不停电安装
通过现场可插拔端子实现设备的带电安装和拆卸，在进行设备安装和设备维修过程中不对用户的供电造成影响。
五、基于485通信的全国产化10kV双电源供电监测装置及系统所需的技术方案
涉及的装置包括三个模块，分别为：核心单元、电源单元和通信单元。
第一，核心单元包括
1、国产化MCU及其外围器件部分。
2、485通信电路部分。
通过485接口读取高压电表的电压电流数据，进而判断所监测线路的供电状态。
第二，电源单元包括
1、AC/DC模块。
2、第一超级电容。
3、电源监控电路。
4、5V输出DC/DC升压电路。
5、3.3V输出DC/DC模块。
6、3.8V输出DC/DC模块。
7、隔离电源DC/DC5V-5V。
其中AC/DC模块实现外部100V~220V交流电源到直流5V电源的转换；第一超级电容用于在外部电源失去时提供装置继续运行的电源；电源监控电路用于监测超级电容电压当电压小于3.7V时，打开DC/DC升压模块，否则直接给系统供电，在外部电源掉电情况下实现超级电容的无缝投入；5V输出DC/DC升压电路用于当超级电容供电时，电压低于3.7V则打开此模块升压至5V供系统使用。3.3V输出DC/DC模块用于为MCU、测量及其他模块提供工作电源；3.8V输出DC/DC模块用于4G通信模块的供电。隔离电源DC/DC5V-5V用于将直流5V隔离后应用于485部分，实现隔离通信。
第三，通信单元包括
1、超级电容。
2、4G通信电路。
其中超级电容用于为4G通信模块提供峰值功率，防止在4G模块峰值功耗情况下前级DC/DC不能提供瞬间大电流而影响4G通信模块的正常工作。4G通信模块采用UART与MCU通信，用于与MCU之间交互通信报文，4G通信模块通过无线公网与基站连接从而最终连接到互联网或者内部APN专网，通过主站系统将装置上传的状态信息以短信方式发送至相关人员。
第四，整机应用环境包括
1、装置本身。
2、高压计费电表。
3、10kV双电源切换开关（备自投）。
4、10kV-0.4kV变压器。
六、基于485通信的全国产化10kV双电源供电监测装置及系统所需的硬件方案
根据关键技术指标和主要技术参数，考虑产品成本和运行稳定性以及主要芯片的可控可管，综合比较后选择国产的兆易创新GD32F103RET6单片机为核心处理器，存储芯片选择4MB的GD32Q32CSIG，电源部分的供电芯片选择ADP121AUJZ-33R7，超级电容选择串联两个25F并做均压处理，GPRS模块选择经过现场稳定运行检验的SIMCOM 4G模组A7670C。485通信部分采用SN65HVD3082EDR芯片并进行光耦隔离处理，提高装置对高压共模干扰的抗干扰能力。
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七、基于485通信的全国产化10kV双电源供电监测装置及系统所具有的有利影响
其可以提高电网管理单位对电网的有效管控，可以对10kV双电源供电线路的供电状态进行实时监测，在停电情况下仍然可以维持正常工作将停电状态进行判别和上报；采用全国产化器件设计方案，对于解决“卡脖子”问题具有重要意义，对产品做到了高度可观、可管、可控。
结束语：
10kV双电源供电监测装置及系统可以实现对配电室供配电回路用电的实时监控，不仅能显示回路用电状况，还具有网络通讯功能，可以与串口服务器、计算机等组成电力监控系统。系统实现对采集数据的分析、处理，实时显示配电室内各配电回路的运行状态，对负载越限具有弹出报警对话框、语音提示，并生成各种电能报表、分析曲线、图形等，便于电能的远程抄表以及分析、研究，该系统运行安全、可靠、稳定，为解决用电问题提供了真实可靠的依据，取得了较好的企业效益。
参考文献：
[1]肖湘宁.电能质量分析与控制.中国电力出版社.2010.
[2]程浩忠.电能质量概论.中国电力出版社,2013.
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