阅读说明：本技术 一种基于NB-IoT的带剩余电流检测功能的配网系统及终端 (NB-IoT-based network distribution system with residual current detection function and terminal ) 是由 余武军 马巧娟 王勤龙 钱肖新 孙林忠 傅亮 于 2019-08-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种基于NB-IoT的带剩余电流检测功能的配网系统,包括：检测模块、设置模块、NB-IoT无线通信模块、微控制处理模块；所述微控制处理模块分别与检测模块、设置模块、NB-IoT无线通信模块连接；所述微控制处理模块,用于控制并管理检测模块、设置模块、NB-IoT无线通信模块产生的数据；所述检测模块,用于检测处理后的剩余电流值及掉电瞬间的剩余电流值；所述设置模块,用于对配网系统的本地数据设置相关参数；所述NB-IoT无线通信模块,用于实现远程无线数据的传输。(The invention discloses an NB-IoT-based network distribution system with a residual current detection function, which comprises: the device comprises a detection module, a setting module, an NB-IoT wireless communication module and a micro-control processing module; the micro-control processing module is respectively connected with the detection module, the setting module and the NB-IoT wireless communication module; the micro-control processing module is used for controlling and managing data generated by the detection module, the setting module and the NB-IoT wireless communication module; the detection module is used for detecting the processed residual current value and the residual current value at the moment of power failure; the setting module is used for setting relevant parameters for local data of the distribution network system; the NB-IoT wireless communication module is used for realizing the transmission of remote wireless data.)

一种基于NB-IoT的带剩余电流检测功能的配网系统及终端

技术领域

本发明涉及电力配网技术领域，尤其涉及一种基于NB-IoT的带剩余电流检测功能的配网系统及终端。

背景技术

智能总保集漏电继电器、交流接触器、漏电断路器为一体，总保作为农网台区低压出线剩余电流动作保护最后一道“保险”，对农村低压电网安全运行起着决定性作用。而总保跳闸往往会引起台区数十户甚至上百户低压用户的失电，对供电服务满意度造成较大影响。因此，如何提升农网配电设备运行智能化水平，降低总保跳闸率，提前知悉用电安全隐患点，精准定位故障点，缩短抢修时间，提升农网供电可靠率，成为当前供电局(所)面临的首要难题。

众所周知，供电线路剩余电流的检测设备有两类，一类是剩余电流动作保护器，即通常所说的漏电断路器，当检测到用电线路的剩余电流值超过某阀值时，就断开用电线路，以达到保护用电设备、人身与财产安全的目的，另一类则是剩余电流检测器，一般采用干电池供电的便携式剩余电流检测表，用于现场维修人员检测当前剩余电流值来进行故障点的排查的设备，但剩余电流因供电线路的各种环境因素的随机性与用电情况的不确定性而随时会产生，尤其是当掉电或总保“跳闸”后再去排查故障点，则更会增加排查难度，费时、费力，而且试送电时也不确定所有故障点是否排查维修完可以安全送电。这样在故障点排除周期长导致的停电时间长、供电的不可靠性势必会引起用户对供电管理部门的不满意，同时对用户的用电安全隐患也没有预警性，被动式、“亡羊补牢”式的故障排查与维修已经越来越满足不了配电安全智能化管理的需要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种基于NB-IoT的带剩余电流检测功能的配网系统及终端，可以实时在线式监测、记录供电线路分钟与日剩余电流最大值并产生相应的数据曲线，定时上报到主站，用于供电管理部门对异常节点进行分析预警。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于NB-IoT的带剩余电流检测功能的配网系统，包括：检测模块、设置模块、NB-IoT无线通信模块、微控制处理模块；所述微控制处理模块分别与检测模块、设置模块、NB-IoT无线通信模块连接；

所述微控制处理模块，用于控制并管理检测模块、设置模块、NB-IoT无线通信模块产生的数据；

所述检测模块，用于检测处理后的剩余电流值及掉电瞬间的剩余电流值；

所述设置模块，用于对配网系统的本地数据设置相关参数；

所述NB-IoT无线通信模块，用于实现远程无线数据的传输。

进一步的，所述检测模块包括电流检测电路模块、掉电检测电路模块；

所述电流检测电路模块，与所述微控制处理模块连接，用于将采集到的剩余电流值经过处理得到准确剩余电流值；

所述掉电检测电路模块，与所述微控制处理模块连接，用于当微控制处理模块检测到掉电信号后，将检测到的掉电瞬间的剩余电流值及实时时间点上报。

进一步的，所述设置模块包括RS485通讯电路模块、红外接收电路模块；

所述RS485通讯电路模块，与所述微控制处理模块连接，用于对配网系统通过有线对本地数据参数进行设置与通信；

所述红外接收电路模块，与所述微控制处理模块连接，用于对配网系统通过无线对本地数据参数进行设置与维护。

进一步的，还包括：

存储模块，用于存储配网系统中的数据信息；

供电模块，用于为检测模块、设置模块、NB-IoT无线通信模块、存储模块、微控制处理模块提供电能。

进一步的，还包括：

备用电源电路模块，用于为掉电瞬间的掉电事件数据主动上报提供电能。

进一步的，还包括LED指示电路模块，用于指示配网系统的运行状态及通信状态。

进一步的，所述电流检测电路模块具体用于将采集到的剩余电流值经过采样电阻、运算放大器、微控制处理模块及电流校准后得到准确剩余电流值；所述采集剩余电流值是通过钳形剩余电流互感器采集的。

进一步的，所述备用电源电路模块通过法拉电容实现的。

进一步的，所述存储模块中的数据信息包括每分钟最大剩余电流值、每日最大剩余电流值、实时时间及辅助数据信息。

相应的，还提供一种基于NB-IoT的带剩余电流检测功能的配网终端，包括基于权利要求1-9任一项所述的一种基于NB-IoT的带剩余电流检测功能的配网系统。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明固定安装在台变区低压侧或用户侧配电箱内，实时在线监测供电线路的剩余电流与掉电状态，相关信息数据通过NB-IoT定时或实时主动上报到主站，而且可供现场运维人员随身携带的手机APP上查询或告警显示相关数据。

2、本发明可以实时在线式监测、记录供电线路分钟与日剩余电流最大值并产生相应的分钟最大剩余电流数据曲线与日最大剩余电流数据曲线，定时上报到主站，用于供电管理部门对异常节点进行分析预警，以利于供电管理部门预先排除异常结点，针对性地提前消除安全隐患。

3、本发明当监测到供电线路的剩余电流超过设定阈值将剩余电流超限事件主动上报到主站，用于现场运维人员在总保未跳闸前进行针对性排查与处理，大大减少总保跳闸频次，确保供电、用电的安全。

4、本发明当监测到供电线路异常掉电时，将掉电瞬间剩余电流事件主动上报到主站，用于现场运维人员精准定位台区停电用户范围，更加快捷解决停电用户，确保停电用户的全部故障排除后安全试送电。

附图说明

图1是实施例一提供的一种基于NB-IoT的带剩余电流检测功能的配网系统结构图；

图2是实施例一提供的电源保护电路与RS485通讯电路模块接口供电电源电路图；

图3是实施例一提供的供电模块和备用电源电路模块供电的电路图；

图4是实施例一提供的电流检测电路模块的电路图；

图5是实施例一提供的掉电检测电路模块的电路图；

图6是实施例一提供的微控制处理模块的电路图；

图7是实施例一提供的存储模块的电路图；

图8是实施例一提供的RS485通讯电路模块的电路图；

图9是实施例一提供的红外接收电路模块的电路图；

图10是实施例一提供的LED指示电路模块的电路图；

图11是实施例一提供的NB-IoT无线通信模块接口电路图；

图12是实施例一提供的NB-IoT无线通信模块接口转换电路图；

图13是实施例一提供的一种基于NB-IoT的带剩余电流检测功能的配网系统记录、告警结构图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种基于NB-IoT的带剩余电流检测功能的配网系统及终端。

实施例一

本实施例的一种基于NB-IoT的带剩余电流检测功能的配网系统，如图1-13所示，包括：供电模块12、检测模块13、存储模块15、设置模块14、NB-IoT无线通信模块16、备用电源电路模块17、LED指示电路模块18、微控制处理模块11，其中，微控制处理模块11分别与供电模块12、检测模块13、存储模块15、设置模块14、NB-IoT无线通信模块16、备用电源电路模块17、LED指示电路模块18连接；

所述供电模块12，用于为检测模块13、设置模块14、NB-IoT无线通信模块16、存储模块15、微控制处理模块11、LED指示电路模块18提供电能；

所述微控制处理模块11，用于控制并管理检测模块13、存储模块15、设置模块14、NB-IoT无线通信模块16、LED指示电路模块18产生的数据；

所述检测模块13，用于检测处理后的剩余电流值及掉电瞬间的剩余电流值；

所述设置模块14，用于对配网系统的本地数据设置相关参数；

所述存储模块15，用于存储配网系统的各种数据信息；

所述NB-IoT无线通信模块16，用于实现远程无线数据的传输；

所述备用电源电路模块17，用于为掉电瞬间的掉电事件数据主动上报提供电能；

所述LED指示电路模块18，用于指示配网系统的运行状态及通信状态。

需要说明的是，NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWA)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。NB-IoT设备电池寿命可以提高至至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。

在本实施例中，供电模块12包括电源保护电路模块、DC/DC电源电路模块；供电模块12主要由电源保护电路模块与DC/DC电源电路模块等组成来实现对检测模块13、设置模块14、NB-IoT无线通信模块16、存储模块15、微控制处理模块11、LED指示电路模块18等供电。

在本实施例中，检测模块13包括电流检测电路模块131、掉电检测电路模块132；

电流检测电路模块131，与微控制处理模块11连接，用于将采集到的剩余电流值经过处理得到准确剩余电流值；

在本实施例中，电流检测电路模块131具体为实现对来自钳形剩余电流互感器采集到的剩余电流值经过采样电阻、运算放大器信号放大、微控制处理模块11的A/D转换及电流校准后得到准确剩余电流值。

其中，钳形剩余电流互感器用于对剩余电流的采集。

采样电阻是对电流采样和对电压采样；对电流采样则串联一个阻值较小的电阻，对电压采样则并联一个阻值较大的电阻。

运算放大器是具有很高放大倍数的电路单元。

A/D转换就是模数转换；就是把模拟信号转换成数字信号。

电流校准用于将采集到的电流值进行校准。

本实施例当监测到供电线路的剩余电流值超过设定阈值将剩余电流超限事件主动上报到主站，用于现场运维人员在总保未跳闸前进行针对性排查。

掉电检测电路模块132，与微控制处理模块11连接，用于当微控制处理模块11检测到掉电信号后，将检测到的掉电瞬间的剩余电流值及实时时间点上报。

掉电检测电路模块132包括检测信号PWRDET，其中，检测信号PWRDET与微控制处理模块11连接，微控制处理模块11一旦检测到掉电信号PWRDET，掉电检测电路模块132将捕捉到的掉电瞬间的剩余电流值及实时时间点主动上报到主站。实时时间点是指捕捉到的掉电瞬间的剩余电流值的时间点。

本实施例当监测到供电线路异常掉电时，将掉电瞬间剩余电流事件主动上报到主站，用于现场运维人员精准定位台区停电用户范围。

在本实施例中，备用电源电路模块17是通过法拉电容来实现的，作为掉电瞬间时用来为传输掉电瞬间掉电事件数据的主动上报提供电能。

在本实施例中，如图6所示，微控制处理模块11采用FM33A0X6芯片，与电流检测电路模块131(AD_1K与PHASE_1K)、掉电检测电路模块132(检测信号PWRDET)、存储模块15(SCL、SDL)、LED指示电路模块18(LED1_1、LED1_2、LED2_1、LED2_2)、RS485通讯电路模块141(RX485、TX485)、红外接收电路模块142(IR_RXD、IR_TXD)、NB-IoT无线通信模块16接口电路连接，控制与管理各独立电路产生的数据。

在本实施例中，存储模块15与微控制处理模块11连接，用于存储每分钟最大剩余电流值、每日最大剩余电流值、实时时间及其他辅助数据信息。其中实时时间值是指存储最大剩余电流值即存储其他辅助数据信息的时间。

本实施例可以实时监测、记录供电线路分钟与日剩余电流最大值并产生相应的数据曲线，定时上报到主站，用于供电管理部门对异常节点进行分析预警，以利于供电管理部门预先排除异常结点，针对性地提前消除安全隐患。

在本实施例中，设置模块14包括RS485通讯电路模块141、红外接收电路模块142；

RS485通讯电路模块141，与微控制处理模块11连接，用于对配网系统通过有线对本地数据参数进行设置与通信；

RS485通讯电路模块141可有线实现本地数据参数的设置与通信。

红外接收电路模块142，与微控制处理模块连接，用于对配网系统通过无线对本地数据参数进行设置与维护。

红外接收电路模块142，可无线实现本地数据参数的设置与维护。

本实施例的本地数据参数包括剩余电流的阈值等参数。

在本实施例中，LED指示电路模块18与微控制处理模块11连接，用于指示该配网系统的运行状态与通信状态。

在本实施例中，NB-IoT无线通信模块16的接口电路与微控制处理模块11连接，物联网卡与NB-IoT无线通信模块16连接，可实时远程无线传输数据到主站，并可通过云平台实时将数据通过主站传输到电脑WEB或手机APP。

本实施例将监测和记录的数据信息实时传输并突显到现场运维人员或相关供电管理人员随身携带的手机APP上，异常点与故障点的数据直观清晰，一目了然。真正实现了异常点或故障点数据信息的实时告警，以便于现场维护人员快速响应精准定位故障点的排除，确保排除后试送电的安全问题，大大提高供电用户的满意度与提升现场运维人员的高效性，同时为配网安全智能化提供了实时真实有效的第一手数据。

如图13所示为本实施例的一种基于NB-IoT的带剩余电流检测功能的配网系统记录、告警结构图。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明实时在线监测供电线路的剩余电流与掉电状态，相关信息数据通过NB-IoT定时或实时主动上报到主站，而且可供现场运维人员随身携带的手机APP上查询或告警显示相关数据。

2、本发明可以实时在线式监测、记录供电线路分钟与日剩余电流最大值并产生相应的分钟最大剩余电流数据曲线与日最大剩余电流数据曲线，定时上报到主站，用于供电管理部门对异常节点进行分析预警，以利于供电管理部门预先排除异常结点，针对性地提前消除安全隐患。

3、本发明当监测到供电线路的剩余电流超过设定阈值将剩余电流超限事件主动上报到主站，用于现场运维人员在总保未跳闸前进行针对性排查与处理，大大减少总保跳闸频次，确保供电、用电的安全。

4、本发明当监测到供电线路异常掉电时，将掉电瞬间剩余电流事件主动上报到主站，用于现场运维人员精准定位台区停电用户范围，更加快捷解决停电用户，确保停电用户的全部故障排除后安全试送电。

实施例二

本实施例的一种基于NB-IoT的带剩余电流检测功能的配网终端，包括外壳和外壳内部设置的供电模块、电流检测电路模块、掉电检测电路模块、存储模块、RS485通讯电路模块、红外接收电路模块、NB-IoT无线通信模块、备用电源电路模块、LED指示电路模块、微控制处理模块。

本实施例的微控制处理模块与供电模块、电流检测电路模块、掉电检测电路模块、存储模块、RS485通讯电路模块、红外接收电路模块、NB-IoT无线通信模块、备用电源电路模块、LED指示电路模块连接。

供电模块，用于为电流检测电路模块、掉电检测电路模块、存储模块、RS485通讯电路模块、红外接收电路模块、NB-IoT无线通信模块、LED指示电路模块、微控制处理模块提供电能；

微控制处理模块，用于控制并管理电流检测电路模块、掉电检测电路模块、存储模块、RS485通讯电路模块、红外接收电路模块、NB-IoT无线通信模块、LED指示电路模块产生的数据；

电流检测电路模块，用于将采集到的剩余电流值经过处理得到准确剩余电流值；

掉电检测电路模块，用于当微控制处理模块检测到掉电信号后，将检测到的掉电瞬间的剩余电流值及实时时间点上报；

存储模块，用于存储配网系统的各种数据信息；

NB-IoT无线通信模块，用于实现远程无线数据的传输；

备用电源电路模块，用于为掉电瞬间的掉电事件数据主动上报提供电能；

LED指示电路模块，用于指示配网系统的运行状态及通信状态；

RS485通讯电路模块，用于对配网系统通过有线对本地数据参数进行设置与通信；

红外接收电路模块，用于对配网系统通过无线对本地数据参数进行设置与维护。

需要说明的是，本实施例外壳内部设置的模块具体实现方法与实施例一类似，在此不多做赘述。

本实施例的配置终端即配网安全智能终端，固定安装在台变区低压侧或用户侧配电箱内，实时在线监测供电线路的剩余电流与掉电状态，相关信息数据通过NB-IoT定时或实时主动上报到主站，而且可供现场运维人员随身携带的手机APP上查询或告警显示相关数据。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。