一种电能计量运行状态监测管理系统论文和设计-杨历伟

全文摘要

本实用新型提出了一种电能计量运行状态监测管理系统，包括电能计量箱，电能计量箱内设置有监测箱和电能表，电能表下方设置有断路器，断路器分别与电能表和监测箱相连接，所述电能计量箱内设置有环境检测模块、磁场检测模块、动作检测模块、电压采集模块和交流采样模块，监测箱分别与环境检测模块、磁场检测模块、动作检测模块、电压采集模块、交流采样模块、电能表和终端相连接，终端与后台服务器相连接。本实用新型对电能计量箱内各项参数实时检测，各项参数实时传输至终端，方便管理人员及时发现电能计量箱内隐患，大大提高电能计量箱运行安全性，减少电力停电事故和窃电行为的发生，整体设备设计紧凑，安装方便，具有很好的推广应用前景。

主设计要求

1.一种电能计量运行状态监测管理系统，包括电能计量箱，电能计量箱内设置有监测箱和电能表（21），电能表（21）下方设置有断路器，断路器分别与电能表（21）和监测箱相连接，其特征在于，所述电能计量箱内设置有环境检测模块（3）、磁场检测模块（2）、动作检测模块（6）、电压采集模块（1）和交流采样模块（4），监测箱分别与环境检测模块（3）、磁场检测模块（2）、动作检测模块（6）、电压采集模块（1）、交流采样模块（4）、电能表（21）和终端（13）相连接，终端（13）分别与移动端和后台服务器相连接。

设计方案

2.根据权利要求1所述的电能计量运行状态监测管理系统，其特征在于，所述监测箱上设置有SIM卡槽（14）、交流采样端子（15）、接线端子（16）和LED指示灯（9），SIM卡槽（14）内放置有SIM卡，SIM卡槽（14）下方设置有交流采样端子（15），交流采样端子（15）下方设置有LED指示灯（9），LED指示灯（9）下方设置有接线端子（16）。

3.根据权利要求2所述的电能计量运行状态监测管理系统，其特征在于，所述监测箱内部设有中央处理器（7）、时钟芯片（11）、电流转换模块（12）、存储器（5）和GSM通讯模块（8），中央处理器（7）分别与LED指示灯（9）、时钟芯片（11）、电流转换模块（12）、存储器（5）和GSM通讯模块（8）相连接，中央处理器（7）通过交流采样端子（15）分别与电压采集模块（1）和交流采样模块（4）相连接，中央处理器（7）通过接线端子（16）分别与环境检测模块（3）、磁场检测模块（2）、动作检测模块（6）、外接电源（19）和电能表（21）相连接，GSM通讯模块（8）与终端（13）相连接。

4.根据权利要求2或3所述的电能计量运行状态监测管理系统，其特征在于，所述交流采样端子（15）包括电压采样接线端子和电流采样接线端子，电压采样接线端子与电压采集模块（1）相连接，电流采样接线端子与交流采样模块（4）相连接；所述接线端子（16）包括电源接线端子、通讯接线端子、环境检测接线端子、行程接线端子和跳闸接线端子，电源接线端子与外接电源（19）相连接，通讯接线端子与电能表（21）相连接，环境检测接线端子分别与环境检测模块（3）和磁场检测模块（2）相连接，行程接线端子与动作检测模块（6）相连接，跳闸接线端子与断路器相连接。

5.根据权利要求4所述的电能计量运行状态监测管理系统，其特征在于，所述环境检测模块（3）包括温度传感器和湿度传感器，磁场检测模块（2）包括霍尔传感器，温度传感器、湿度传感器和霍尔传感器均通过环境检测接线端子与中央处理器（7）相连接。

6.根据权利要求4所述的电能计量运行状态监测管理系统，其特征在于，所述动作检测模块（6）包括行程开关，行程开关设置在电能计量箱箱门内侧，行程开关通过行程接线端子与中央处理器（7）相连接。

7.根据权利要求6所述的电能计量运行状态监测管理系统，其特征在于，所述电能计量箱箱门上还设置有指纹识别器（22），指纹识别器（22）与中央处理器（7）相连接。

8.根据权利要求4所述的电能计量运行状态监测管理系统，其特征在于，所述电压采集模块（1）包括电压互感器，交流采样模块（4）包括电流互感器，电压互感器和电流互感器均设置在电能表进线端，电压互感器通过电压采样接线端子与中央处理器（7）相连接，电流互感器通过电流采样接线端子与中央处理器（7）相连接。

9.根据权利要求3所述的电能计量运行状态监测管理系统，其特征在于，所述监测箱内还设有备用电源（18）和电源切换模块（17），备用电源（18）通过电源切换模块（17）与中央处理器（7）相连接，电源切换模块（17）与电流转换模块（12）相连接，电流转换模块（12）通过接线端子中的电源接线端子与外接电源（19）相连接。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及电能计量箱运行安全监测的技术领域，尤其涉及一种电能计量运行状态监测管理系统。

背景技术

电能计量箱是国网公司的窗口形象，是智能电能表、采集终端和断路器等计量设备和关键元件的第一层防护，计量箱的安全运行对用户的用电安全和供电公司的计量收费具有举足轻重的作用。目前，电能计量箱内部空间封闭狭小，设备长时间带负荷工作，环境温度的变化及各电气接点温度升高等原因易造成计量箱内形成凝露，如果不及时处理，容易导致绝缘性能下降、火灾和爆炸事故。同时，有些用户为了少交电费，也通过非法打开计量箱的方式进行窃电，给供电公司带来了巨大损失。为保障电能计量箱的安全运行，电力检修人员只能通过定期巡检的方式监测电能计量箱的运行状态。但是计量箱遍布城市各个角落，人工巡检工作量巨大，准确率低，而且耗时耗力，因此“电能计量箱运行状态监测装置”是发展的趋势，尤其计量箱内断电及环境温湿度监测尤为重要，通过对计量箱内元器件运行状态、箱内温湿度、电磁场强度变化及实时防护等数据的监测、分析及预警上报，不但可有效实时地监测电能计量箱的运行状态，防止电力故障和窃电行为的发生，同时可为电力巡检人员实时提供电能计量箱运行状态信息情况，对提高电力公司服务水平、实现安全生产提供有效保障具有积极的作用。

实用新型内容

针对传统电能计量箱安全性较低，人工巡检工作量巨大，准确率低，而且耗时耗力的技术问题，本实用新型提出一种电能计量运行状态监测管理系统。

为了解决上述问题，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种电能计量运行状态监测管理系统，包括电能计量箱，电能计量箱内设置有监测箱和电能表，电能表下方设置有断路器，断路器分别与电能表和监测箱相连接，所述电能计量箱内设置有环境检测模块、磁场检测模块、动作检测模块、电压采集模块和交流采样模块，监测箱分别与环境检测模块、磁场检测模块、动作检测模块、电压采集模块、交流采样模块、电能表和终端相连接，终端与后台服务器相连接。

进一步地，所述监测箱上设置有SIM卡槽、交流采样端子、接线端子和LED指示灯，SIM卡槽内放置有SIM卡，SIM卡槽下方设置有交流采样端子，交流采样端子下方设置有LED指示灯，LED指示灯下方设置有接线端子。

进一步地，所述监测箱内部设有中央处理器、时钟芯片、电流转换模块、存储器和GSM通讯模块，中央处理器分别与LED指示灯、时钟芯片、电流转换模块、存储器和GSM通讯模块相连接，时钟芯片为PCF8563时钟芯片，中央处理器为STM32F103RCT6单片机，中央处理器通过交流采样端子分别与电压采集模块和交流采样模块相连接，中央处理器通过接线端子分别与环境检测模块、磁场检测模块、动作检测模块、外接电源和电能表相连接，GSM通讯模块与终端相连接。

进一步地，所述交流采样端子包括电压采样接线端子和电流采样接线端子，电压采样接线端子与电压采集模块相连接，电流采样接线端子与交流采样模块相连接；所述接线端子包括电源接线端子、通讯接线端子、环境检测接线端子、行程接线端子和跳闸接线端子，电源接线端子与外接电源相连接，通讯接线端子与电能表相连接，环境检测接线端子分别与环境检测模块和磁场检测模块相连接，行程接线端子与动作检测模块相连接，跳闸接线端子与断路器相连接。

进一步地，所述环境检测模块包括温度传感器和湿度传感器，磁场检测模块包括霍尔传感器，温度传感器、湿度传感器和霍尔传感器均通过环境检测接线端子与中央处理器相连接。

进一步地，所述动作检测模块包括行程开关，行程开关设置在电能计量箱箱门内侧，行程开关通过行程接线端子与中央处理器相连接。

进一步地，所述电能计量箱箱门上还设置有指纹识别器，指纹识别器与中央处理器相连接。

进一步地，所述电压采集模块包括电压互感器，交流采样模块包括电流互感器，电压互感器和电流互感器均设置在电能表进线端，电压互感器通过电压采样接线端子与中央处理器相连接，电流互感器通过电流采样接线端子与中央处理器相连接。

进一步地，所述监测箱内还设有备用电源和电源切换模块，备用电源通过电源切换模块与中央处理器相连接，电源切换模块与电流转换模块相连接，电流转换模块通过接线端子中的电源接线端子与外接电源相连接。

本实用新型的有益效果：本实用新型对电能计量箱内温湿度情况实时监测，同时对电能计量箱箱门异常开启和磁场异常情况实时情况，便于管理人员分析电能计量箱窃电情况，通过电压互感器对电能计量箱内停送电情况实时检测，并且通过电流互感器与电能表电量使用情况相比对，进一步判断电能计量箱窃电情况，减少供电企业的损失，检测信息通过GSM通讯模块实时传输至终端，保证管理人员实时了解各项检测信息，方便管理人员及时发现电能计量箱内隐患，大大提高电能计量箱运行安全性，减少电力停电事故和窃电行为的发生，整体设备设计紧凑，安装方便，具有很好的推广应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的工作流程图。

图2为本实用新型的原理框图。

图3为监测箱的侧视图。

图4为监测箱的仰视图。

图中附图标记表示为，1为电压采集模块，2为磁场检测模块，3为环境检测模块，4为交流采样模块，5为存储器，6为动作检测模块，7为中央处理器，8为GSM通讯模块，9为LED指示灯，10为断路器，11为时钟芯片，12为电流转换模块，13为终端，14为SIM卡槽，15为交流采样端子，16为接线端子，17为电源切换模块，18为备用电源，19为外接电源，20为RS485通讯模块，21为电能表，22为指纹识别器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图2所示，一种电能计量运行状态监测管理系统，包括电能计量箱，电能计量箱内设置有监测箱和电能表21，监测箱通过螺栓固定在电能计量箱内，电能表21固定在监测箱一侧，电能表21下方设置有断路器，断路器分别与电能表21和监测箱相连接，所述电能计量箱内设置有环境检测模块3、磁场检测模块2、动作检测模块6、电压采集模块1和交流采样模块4，环境检测模块3和磁场检测模块2用于检测电能计量箱内温湿度参数以及磁场强度变化参数，保证电能计量箱内安全运行环境，动作检测模块6主要用于检测电能计量箱箱门异常开启情况，防止不法分子恶意破坏电力设施，电压采集模块1和交流采样模块4用于检测电能计量箱进线线路停送电情况以及电量使用情况，监测箱分别与环境检测模块3、磁场检测模块2、动作检测模块6、电压采集模块1、交流采样模块4、电能表21和终端13相连接，终端13可以为智能手机或iPad，终端13与后台服务器相连接，后台服务器预存有各位置监测箱的设备ID和检修人员的身份信息，身份信息包括姓名、岗位、指纹信息等，指纹信息通过指纹采集器进行提取指纹信息，随后管理人员将指纹信息上传至后台服务器存储。

如图3和图4所示，所述监测箱上设置有SIM卡槽14、交流采样端子15、接线端子16和LED指示灯9，SIM卡槽14内放置有SIM卡，SIM卡槽14下方设置有交流采样端子15，交流采样端子15下方设置有LED指示灯9，LED指示灯9包括工作指示灯和网络状态灯，在监测箱运行初始化阶段，工作灯1秒钟闪烁1次，网络状态灯1秒钟闪烁1次，5~15秒后搜索到移动网络，网络状态灯转入3秒闪1次，25~35秒后，正常登录移动网络，工作指示灯3秒闪烁1次，此时工作初始化完成，监测箱进入正常工作状态，终端13设置监测箱地址信息和检修人员身份信息，设置信息与后台服务器相比对成功后，设置初始化完成；如果因SIM卡故障或SIM卡欠费等原因不能正常登录到移动网络，装置会每30秒重新尝试登录一次，等待登录时工作灯1秒钟闪烁一次，登录成功后工作灯3秒钟闪烁一次。

所述监测箱内部设有中央处理器7、时钟芯片11、电流转换模块12、存储器5和GSM通讯模块8，中央处理器7分别与LED指示灯9、时钟芯片11、电流转换模块12、存储器5和GSM通讯模块8相连接，GSM通讯模块8与终端13相连接，中央处理器7通过交流采样端子15分别与电压采集模块1和交流采样模块4相连接，交流采样端子15包括电压采样接线端子和电流采样接线端子，电压采样接线端子与电压采集模块1相连接，电流采样接线端子与交流采样模块4相连接，电压采集模块1包括电压互感器，交流采样模块4包括电流互感器，电压互感器和电流互感器均设置在电能表进线端，电压互感器通过电压采样接线端子与中央处理器7相连接，利用电压互感器对电能表进线端的电压情况实时检测，进而判断输送点线路的停送电情况，电流互感器通过电流采样接线端子与中央处理器7相连接，电压互感器和电流互感器分别通过A\/D转换器与中央处理器相连接，利用电流互感器对电能表进线端处的电量使用情况实时检测，同时通过电能表上电量使用情况与电流互感器检测情况进行对比，判断是否出现窃电的情况。

所述中央处理器7通过接线端子16分别与环境检测模块3、磁场检测模块2、动作检测模块6、外接电源19和电能表21相连接，LED指示灯9下方设置有接线端子16，所述接线端子16包括电源接线端子、通讯接线端子、环境检测接线端子、行程接线端子和跳闸接线端子。

所述电压采样接线端子、电流采样接线端子、电源接线端子、通讯接线端子、环境检测接线端子、行程接线端子和跳闸接线端子的设置主要是为了整体线路安装方便，便于检修人员确认线路导向。

所述电源接线端子与外接电源19相连接，监测箱内还设有备用电源18和电源切换模块17，备用电源18通过电源切换模块17与中央处理器7相连接，电源切换模块17与电流转换模块12相连接，电流转换模块12通过接线端子中的电源接线端子与外接电源19相连接，在输电线路正常送电时，监测箱中电源切换模块切换到220V外接电源19上，电流转换模块12为电流转换器，外接电源19通过电流转换器进行降压处理，随后向中央处理器供电，在输电线路停电时，电源切换模块17自动切换到备用电源18上，备用电源18向中央处理器供电，保证监测箱的正常运行。

所述通讯接线端子与电能表21相连接，电能表21具有RS485通讯接口，中央处理器7通过RS485通讯模块与电能表21相连接。

所述环境检测接线端子分别与环境检测模块3和磁场检测模块2相连接，环境检测模块3包括温度传感器和湿度传感器，温度传感器选用ZK200温度传感器，湿度传感器选用AM2302湿度传感器，磁场检测模块2包括霍尔传感器，霍尔传感器选用WOA-C霍尔传感器，温度传感器、湿度传感器和霍尔传感器均通过环境检测接线端子与中央处理器7相连接。

所述行程接线端子与动作检测模块6相连接，动作检测模块6包括行程开关，行程开关设置在电能计量箱箱门内侧，在电能计量箱箱门开启后，行程开关会形成一电信号，通过A\/D转换器向中央处理器发送，行程开关通过行程接线端子与中央处理器7相连接，跳闸接线端子与断路器相连接。

所述电能计量箱箱门上还设置有指纹识别器22，指纹识别器22与中央处理器7相连接，利用指纹识别器22对检修人员开启箱门时识别指纹，防止非法人员强制打开箱门，提高电能计量箱的安全性。

如图1所示，一种电能计量运行状态监测管理系统的工作方法，其步骤如下：

1）电能计量箱工作过程中，电能计量箱内温度传感器和湿度传感器分别探测电能计量箱内温度参数和湿度参数，温度参数和湿度参数传输给中央处理器7，温度参数和湿度参数超过设定值时，中央处理器7通过GSM通讯模块8向终端13发送温湿度报警信息；

2）电能表进线端处电流互感器对电能表进线处电流检测，电流互感器检测电能表进线端处电流信息传输至中央处理器7，同时电能表内用电信息通过RS485通讯模块20传输至中央处理器7，电能表进线端处检测的电流信息与电能表21内用电信息不一致时，中央处理器7通过GSM通讯模块8向终端13发送发现窃电报警信息；

3）电能表进线端处电压互感器对电能表进线处电压检测，电压互感器检测电能表进线端处电压信息传输至中央处理器7，中央处理器7接收电能表进线端电压异常时，中央处理器7通过GSM通讯模块8向终端13发送电能计量箱送电异常报警信息；

4）电能计量箱内霍尔传感器对电能计量箱内磁场强度实时检测，同时电能计量箱箱门上设置的行程开关实时检测箱门的开关状态，箱门开启时，行程开关向中央处理器7发送动作信号，电能计量箱内磁场强度发生变化，霍尔传感器将探测磁场强度变化信号传输至中央处理器7，中央处理器7将箱门开启信息通过GSM通讯模块8发送至终端13；

5）根据步骤4），检修人员在开启电能计量箱时，指纹识别器22采集检修人员的指纹信息，采集检修人员的指纹信息传输至中央处理器7，中央处理器7将采集的指纹信息传输至终端13，终端13将指纹信息与后台服务器内预先采集的检修人员指纹信息相比对，若比对不成功，终端13显示箱门异常开启报警信息；

6）根据步骤1）、2）和5），终端13接收温湿度报警信息、窃电报警信息和箱门异常开启报警信息后，终端13通过GSM通讯模块8向中央处理器7发送断电指令，中央处理器7接收断电指令后，中央处理器7控制断路器断开，同时终端13向移动端发送检修指令，电能计量箱箱门异常打开时即指纹识别器22没有识别到相关检修人员的指纹信息，电能计量箱箱门开启后中央处理器7通过GSM通讯模块8向终端13发送箱门异常开启报警信息，管理人员根据相应电能计量箱报警地址向附近检修人员的移动端发送检修指令，检修人员接收到检修指令后，快速前往报警位置，大大提高了检修效率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

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