一种电缆分支箱状态数据遥测系统的制作方法

本发明涉及一种电缆分支箱状态数据遥测系统，属于测量值与控制信号传输。

背景技术：

1、在配电网自动化运行中，电缆分支箱主要承担多回路电能分配和运行状态监测，为了掌握各分支回路的实时工况，并在运行参数越限时进行负荷控制，通常会在箱内各分支回路设置传感采集模块，通过半双工差分总线与集中管理设备连接，集中管理设备采用主从式周期轮询方式，接收各分支回路上传的母线电压、分支相电流、接头温度和绝缘泄漏电流等测量值，并在收到远端控制指令后驱动指定断路器动作。

2、由于电缆分支箱内部空间有限、出线回路较多，各监测节点通常共用同一物理信道，为了缓解多节点监测带来的管理复杂性，现有技术多从感知层硬件扩展与集中阈值比对的角度进行改进，但在数据传输调度与控制时序层面仍存在明显不足，例如，公开号为cn106597961a的中国发明专利申请公开了一种环网柜环境监测系统及方法，通过在电缆分接头、紧固套管等多处部署温度与电流传感装置，将采集的工况参量集中传输至控制器与设定标准值比对，并在异常时切断故障间隔，该方案虽然通过扩展感知硬件覆盖了各易发热部位，其采用周期性的全量数据集中上报，各传感节点未对稳态变化量进行动态压缩，在多监测点并发上传时极易加剧半双工总线的通信负荷，随着监测参数增多、采样频率提高，各节点持续上传全量测量数据，会使半双工总线长期处于较高的通信负荷，当远端突然下发对响应时序有明确要求的控制信号，或者某一分支回路突发故障时，受常规轮询顺序限制，控制信号只能排队等待当前轮询周期结束，容易产生信道仲裁冲突，并产生传输等待时延，同时，断路器分合闸瞬间会产生电弧放电和高频暂态电磁脉冲，现有通信规程通常无法判断总线物理层的差分电平是否仍处于振荡状态，可能在强干扰尚未完全衰减时下发报文，进而造成总线假起始位判定、数据帧结构异常以及校验失效。

3、因此，在多个分支回路共用半双工物理总线的情况下，如何减少稳态测量值传输对信道带宽的占用，并在突发控制信号插入时根据物理层电平状态避开瞬态电磁干扰，同时形成包含就地电气状态确认的闭环传输方式，成为本发明所要解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决背景技术中的问题，本发明的技术方案如下：一种电缆分支箱状态数据遥测系统，包括：

2、各分支状态感知与遥测发送模块、各费控响应与状态反馈闭环模块均通过半双工rs485通信总线与链路仲裁与时序控制传输模块连接；

3、分支状态感知与遥测发送模块，用于采集对应电缆分支回路的运行电参量与接头温度，依据状态变化度判定运行状态，在状态变化度不大于预设稳态扰动门限时向半双工rs485通信总线发送稳态压缩差分帧，在状态变化度大于预设稳态扰动门限时发送瞬态事件完整帧；

4、链路仲裁与时序控制传输模块，用于在半双工rs485通信总线上分发轮询令牌，响应于远程跳闸控制指令在当前传输数据帧末尾插入保护时隙并挂起轮询时序，在保护时隙内进行差分电平空闲检测，在检测到扰动脉冲时顺延保护时隙直至总线电平持续处于空闲偏置电平达到预设静默维持时间，随后广播抢占式控制令牌帧；

5、费控响应与状态反馈闭环模块，用于在校验抢占式控制令牌帧通过后向半双工rs485通信总线回复确认帧，输出分闸脱扣信号，依据节点变位电平与相电流归零状态判定分闸动作完成，并在总线恢复轮询后的首个时隙内向链路仲裁与时序控制传输模块发送分闸动作确认状态帧。

6、优选的，状态变化度通过下式计算得到：，其中，、、分别为对应电缆分支回路在第个采样时刻采集的相电流有效值、接头温度与零序电流有效值；、、分别为上一更新时刻对应的基准值；为回路额定工作电流基准值，为接头额定限温基准值，为零序电流告警门限值；、、为无量纲权重系数，满足；为采样周期。

7、优选的，预设稳态扰动门限的取值区间为0.03至0.08；当状态变化度不大于预设稳态扰动门限时，分支状态感知与遥测发送模块保持上一更新时刻的基准值不变；当状态变化度大于预设稳态扰动门限时，分支状态感知与遥测发送模块将当前采样时刻采集的相电流有效值、接头温度与零序电流有效值更新为下一周期的基准值。

8、优选的，分支状态感知与遥测发送模块在连续发送稳态压缩差分帧的累积周期数量达到预设累积周期上限时，在当前轮询时隙内向半双工rs485通信总线发送包含全量物理状态参数的基准重置帧，并将全量物理状态参数重置为后续差分计算的新基准值；其中，预设累积周期上限为30次至80次轮询周期。

9、优选的，稳态压缩差分帧的长度为6b至10b，帧内包含相电流差值与接头温度差值的量化编码数据；瞬态事件完整帧的长度为28b至36b，帧头包含紧急遥测标志位，帧体包含全相电流有效值、接头温度、零序电流有效值以及绝缘泄漏电流。

10、优选的，分支状态感知与遥测发送模块包括多参数传感采集模块、差分量化编码器以及总线收发驱动器；多参数传感采集模块与电缆分支回路连接，用于同步获取模拟传感信号并转换为运行电参量与接头温度；差分量化编码器与多参数传感采集模块连接，用于依据状态变化度将离散物理量编码生成稳态压缩差分帧与瞬态事件完整帧中的对应数据帧；总线收发驱动器与差分量化编码器以及半双工rs485通信总线连接，用于响应总线轮询令牌将编码后的数据帧调制为差分物理信号。

11、优选的，链路仲裁与时序控制传输模块包括总线时隙管理模块、双优先级传输仲裁模块以及上行远程通信接口；总线时隙管理模块用于在半双工rs485通信总线上构建动态时分轮询序列，按预设时隙分配表向各分支状态感知与遥测发送模块依次下发轮询令牌；双优先级传输仲裁模块与总线时隙管理模块以及上行远程通信接口连接，用于在接收到远程跳闸控制指令时插入保护时隙，并控制总线时隙管理模块中断当前轮询序列；上行远程通信接口用于与远程主站建立通信链路。

12、优选的，保护时隙的基础持续时间为3.00ms至8.00ms；链路仲裁与时序控制传输模块在保护时隙内持续向半双工rs485通信总线施加空闲偏置电平，若差分线路上的瞬态干扰脉冲持续时间超出基础持续时间，则将保护时隙向后顺延直至总线连续处于无脉冲扰动的空闲偏置状态达到预设静默维持时间。

13、优选的，费控响应与状态反馈闭环模块包括控制指令解析与校验模块、分合闸时序驱动模块以及开关状态就地反馈模块；控制指令解析与校验模块用于解析抢占式控制令牌帧中的目标回路物理地址码、控制功能码以及循环冗余校验码，在物理地址匹配且校验通过时输出触发使能信号；分合闸时序驱动模块与控制指令解析与校验模块连接，用于响应于触发使能信号向开关节点分闸回路输出脱扣脉冲。

14、优选的，开关状态就地反馈模块分别与开关节点辅助触点以及回路相电流采集互感器连接，在检测到辅助触点电平变位且回路相电流有效值跌落至断开判定门限以下时，生成表征分闸动作成功的确认状态遥测数据；费控响应与状态反馈闭环模块在链路仲裁与时序控制传输模块恢复总线轮询后，在首个可用轮询时隙内优先抢占发送分闸动作确认状态帧。

15、相比于现有技术，本发明的有益效果是：

16、1、在电缆分支箱状态数据遥测中，通过差分量化编码器根据各分支回路的状态变化情况生成稳态压缩差分帧或瞬态事件完整帧，使运行平稳时只需传输变化量，减少稳态遥测数据对半双工rs485通信总线带宽的长期占用，为突发控制信号保留更多可用传输时间，能够减少突发控制信号因周期轮询产生的排队等待和传输冲突，缩短遥测数据与控制信号共用通信链路时的响应时间。

17、2、在连续发送稳态压缩差分帧达到一定周期后，通过基准重置帧重新建立差分计算基准，可限制长期差分量化过程中微小截断误差的持续累积，避免基准逐渐偏移造成远端遥测数据失真，进而保持较低的总线带宽占用，并提高长时间传输过程中测量数据的重构准确性和解析一致性。

18、3、通过在突发控制信号下发前设置保护时隙，并根据半双工rs485通信总线的实际电平状态判断干扰是否已经衰减，可以避开开关动作产生的暂态电磁干扰后再发送控制报文，这样能够减少强干扰造成的假起始位判定、数据帧结构异常和校验失效，降低控制指令因电磁干扰而传输错误或丢失的概率，提高控制信号下发的可靠性。