CN105098771A - 电力用户分界负荷开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力用户分界负荷开关，接设于用户负载进线电源侧与电网配电负荷侧之间，包括一个独立的可插拔电气板，它设有交流AC采样端、CPU、控制输出端，又具有用于指令输入的操作面板，以及用于接入配电线路在线监测主站的无线通讯端，所述操作面板和无线通讯端连接所述CPU。所述无线通讯端进一步耦合有加密芯片，通过所述加密芯片连接配电网络安全接入端，通过所述安全接入端对所接入的电力用户分界负荷开关的接入信息加以解码后，将解码信息传至所述的配电线路在线监测主站，建立与所述电力用户分界负荷开关间的通讯。

Description

电力用户分界负荷开关

技术领域

本发明涉及一种电力用户分界负荷开关的改进，用以解决负荷开关的控制安全性。

背景技术

电力用户分界负荷开关作为安装在电力公司与用户侧的产权分界点，在用户侧内部故障情况下可以起到很好的区域隔离的作用，该产品已经得到安装和应用。传统的用户分界开关不带通信功能或直接采用明文通信，无法满足电网关于信息安全防护和无线终端安装接入的新要求，因此只能在公网架设无法接入电力公司内网，导致主站数据无法共享和融合。

作为一个供电系统的主要组成部分，在三相供电线路中各相线间的负荷分配均衡是十分重要的，不仅涉及到三相供电线路的相线电流均衡问题，又涉及到减少线路损耗、电网的经济运行及安全等问题。由于供电系统三相负荷的不平衡，若某一相负荷偏大，使线路损耗增加，这一相线路在大负荷下工作，既会影响变压器的运行安全，又降低了变压器的供电能力，造成线损增加，整个供电系统的经济运行性较差。

发明内容

在已知技术中，电力用户分界负荷开关，接设于用户负载进线电源侧与电网配电负荷侧之间，包括连接用户负载进线电源侧的用户隔离开关以及连接所述电网配电负荷侧的配网负荷开关。本发明解决了用户分界开关安全接入电力内网的问题，同时也提出了一种具有通信信息加密机制的电力用户分界负荷开关。

本发明实施例解决前述缺陷，在上述基础上对用户分界开关做出改进。在一个方面，将用户分界开关分为切换开关和电气板两部分，其中电气板可以方便地通过用户分界开关上设置的数据接口来控制切换开关的动作，将强电部分进行隔离屏蔽保护，将弱电端子引出至分隔的电气板来实现控制。在一个突出方面来看，电气板的功能可以由运维人员主动选择；在另一个方面，电气板具有加密功能，即对用户分界开关的控制可以实现远程的加密通讯传输，从而避免非法终端接入电网，实现安全有效管理。

为了实现上述效果，在所述电力用户分界负荷开关的用户隔离开关与配网负荷开关间设置零序互感器(ZLCT)，又包括电气板，所述电气板上设有交流AC采样端、CPU、控制输出端，其中所述交流AC采样端通过设于所述用户负载进线电源侧两相线上电气电流互感器(ELCT)和设于所述电网配电负荷侧两相线间的电气电压互感器(ELPT)获取AC电压或电流信号，将所获流压信号发送给CPU，所述CPU对信号进行处理判断后控制所述控制输出端对隔离开关或负荷开关进行开闭动作。其中，所述电气板是一个独立的可插拔电气板，它又具有用于指令输入的操作面板，以及用于接入配电线路在线监测主站的无线通讯端，所述操作面板和无线通讯端连接所述CPU。所述无线通讯端进一步耦合有加密芯片，通过所述加密芯片连接配电网络安全接入端，通过所述安全接入端对所接入的电力用户分界负荷开关的接入信息加以解码后，将解码信息传至所述的配电线路在线监测主站，建立与所述电力用户分界负荷开关间的通讯。

本发明电力用户分界负荷开关实施例通过在电力用户分界负荷开关内集成安全加密芯片，解决(1)用户分界开关设备安全接入认证的问题；(2)对信息传输的报文进行加密，消除因信息内容泄漏或外网入侵而带来的安全隐患。采用本发明实施例后的有益效果：采用带加密芯片的用户分界开关，可以实现终端的一对一接入认证和管理，避免非法终端接入系统；采用带加密芯片的用户分界开关，可以确保信息传输内容不被破译，保证信息传输安全。

在ELCT次级绕组侧设有相序电流采样电路，在ZLCT中设有零序电路采样电路，所述相序电流采样电路和零序电流采样电路分别连接所述电气板内CPU，其中所述CPU被配置成根据所述相序电流采样电路所得各个相序电流值以及零序电流采样电路所得零序电流值来确定所述零序电流值是否大于预设阈值，若是，则利用控制输出端来控制用户隔离开关，使得具有最大相序电流值下的负载切换至具有最小相序电流值下的用户负载。

本发明电力用户分界负荷开关的另一实施例能够通过以(例如)交叠转换相序的方式达到在低压用户侧存在由于输入AC交流电流不稳定时通过控制用户隔离开关的方式加以抑制，并同时通过电气板来控制配网负荷侧的负荷开关将交流相序加以相互转换，从而达到交流相序的稳定均衡，保护电力用户分界负荷开关的正常使用。

在另一方面，电力用户分界负荷开关可以通过检测电网供电负荷侧的相序负荷分配稳定性，来控制用户分界开关的通断动作状态，以更好地保护负载和减少线损。

附图说明

图1为本发明电力用户分界负荷开关的功能结构原理图；

图2为本发明电力用户分界负荷开关结合配网电力线的更为详尽功能原理图；

图3为本发明电力用户分界负荷开关的第一或第二相序开关的一种功能结构图；

图4为本发明电力用户分界负荷开关的第一或第二相序开关的另一种功能结构图。

具体实施方式

参照图1和2，电力用户分界负荷开关100的实施例是接设于用户负载进线电源侧300与电网配电负荷侧200之间，主要包括了连接用户负载进线电源侧300的用户隔离开关13以及连接所述电网配电负荷侧200的配网负荷开关11。

参照图2，在本发明的较佳实施例中，将用户分界开关100划分为切换开关(即部件11、12和13组成的开关部分)和电气板400两部分，其中电气板400可以方便地通过用户分界开关100上设置的数据接口，例如操作面板42来控制本切换开关的动作，并将强电部分进行隔离屏蔽，将弱电端子引出至分隔的电气板400来实现控制。

在一个突出方面来看，电气板400的功能可以由运维人员主动选择，同时电气板400具有加密功能，即对用户分界开关的控制可以实现远程的加密通讯传输，从而避免非法终端接入电网，实现安全有效管理。

因此，本实施例可包括具有加密功能的分立式电气板400，电气板上设有交流AC采样端41、CPU44、控制输出端42(例如数据接口或操作面板)和无线通讯端45。交流AC采样端41通过设于所述用户负载进线电源侧300任意两相线上电气电流互感器(ELCT)31和设于所述电网配电负荷侧200两相线间的电气电压互感器(ELPT)21获取AC电压或电流信号，在所述电力用户分界负荷开关100的用户隔离开关13与配网负荷开关11间设置零序互感器(ZLCT)12。将所获流压信号发送给CPU，所述CPU对信号进行处理判断后控制所述控制输出端43对隔离开关13或负荷开关11进行开闭动作。

例如，电气板400是一个独立的可插拔PCB板，它具有用于指令输入的操作面板42，以及用于接入配电线路在线监测主站的无线通讯端45。操作面板42和无线通讯端45连接所述CPU。所述无线通讯端进一步耦合有加密芯片46，通过所述加密芯片连接配电网络安全接入端，通过所述安全接入端对所接入的电力用户分界负荷开关100的接入信息加以解码后，将解码信息传至所述的配电线路在线监测主站，建立与所述电力用户分界负荷开关间的通讯。

在图2的改进实施例中，在ELCT31的次级绕组侧设有相序电流采样电路311，在ZLCT中设有零序电路采样电路121，所述相序电流采样电路311和零序电流采样电路121分别连接所述电气板400内CPU44。CPU被配置成根据所述相序电流采样电路311A、311B、311C分别所得A、B、C各个相序电流值以及零序电流采样电路121所得零序电流值来确定所述零序电流值是否大于一个预设阈值。

按照本发明技术要点，在电网配电负荷侧所在高压强电AC电力线侧1与电网用户负载进线侧所在低压弱电侧2之间设计了用于隔离两种电势区域的电力用户分界负荷开关100，在弱电侧2和强电侧1的输出端处均接入电气板400内的CPU44，所输出的应当为CPU可读取的数字电信号。其中在弱电侧2，为三相电流各配置一路采样电路311A-C。同时作为进一步改进，采样电路311A-C输出端各配置一个比较电路312A-C，将三个采样电路311A-C所得电流信号两两比较，例如A相电流对比B相电流，B相电流对比C相电流等。比较所得差值或比例值传输至CPU。其中CPU若确定是，则利用控制输出端43来控制用户隔离开关13，使得具有最大相序电流值下的负载切换至具有最小相序电流值下的用户负载。例如，通过隔离开关13限定对各相上用户负载(单相或者三相负载)的最大输入电流值。

在一个实施例中，电力用户分界负荷开关100进一步包括设于低压弱电侧2的过流接地保护器313，连接于(例如)所述用户隔离开关13与电气板CPU44之间，根据所述CPU判断所测得零序电流值大于预设阈值的时间阈值(例如CPU判断关断隔离开关13后存在延时超出1.5s后切换开关仍未动作)，进行过电流接地保护动作。

在另一个实施例中，所述CPU44进一步被配置成根据控制输出端43控制所述用户隔离开关13的动作来控制所述高压强电侧1的电网配电负荷侧配网负荷开关11的三相AC交流电力线相序切换。进一步地，所述配网负荷开关11可包括第一相序开关111和与之串联的第二相序开关112，使得电网配电负荷侧100中第一相序，例如A相可向第二相序，例如B相切换、或者第三相序C相向第一相序A相加以切换。

在图2的实施例中，第一相序开关111具有不同于第二相序开关112的相序接线。同时，在每一相线上接设有ELPT21A-C，其中ELPT21A连接第二相序开关112A，而第一相序开关111BC可不与第二相序开关112A直接连接，而是根据CPU的控制指令进行相互切换。在一个实施例中，所述第一、第二相序开关分别设有相线连接端和公共连接端。其中：所述第一相序开关112BC的相线连接端各自连接至电网配电负荷侧输电线B、C两相线；所述第二相序开关112A的相线连接端各自连接至所述电网配电负荷侧输电线第三相线A相和第一相序开关111BC的公共连接端；所述第二相序开关112A的公共连接端连接至电气电压互感器(ELPT)21A的初级绕组侧。较佳地，对每一ELPT21A-C配置有继电器隔离开关214A-C，用于在相序出现不平衡的情况下实现关断继电器保护。

在图3和4所示的两种实施例中，作为突出优点，所述第一相序开关111或第二相序开关112组成一个相序切换开关整体，例如，第一相序开关111BC包括各自连接电网B相线的电性接触端和连接电网C相线的电性接触端，其中所述电性接触端又分别具有例如真空开关管601A和601B，且所述真空开关管601A内具有连接B相线的第一动触头611A和与之连接的导通杆603A，同样地，真空管601B具有连接C相线的第二动触头611B和与之连接的导通杆603B。

其中，所述的导通杆603A和603B组合成的连杆具有固定长度，且被固定转轴604A相互分隔且被固定在一个切换杆604上。在一个实施例中，所述切换杆604可沿着一个切换轴614转动，其转动动作使得固定转轴604A带动导通杆604A和604B在横向方向上移动，从而带动真空开关管601A或601B导通或断开。在另一个实施例中，切换杆604上设有另一固定转轴604B，同样地，固定转轴604B用于固定一个电磁切换杆，它被分隔为第一、第二切换杆605A、605B，其中与每一切换杆配置有一个磁芯606A、606B，用于按照上述CPU的控制指令控制吸合所述第一或第二切换杆的铁芯615部分，从而可知，切换杆605A或605B是不具有导电性或导电性极弱的刚性材料所制成。在又一个实施例中，配置有连接所述切换杆604的公共连接端602，公共连接端602固定于固定转轴614，从而在接触电力线时不会因切换杆604的转动而摆动，影响电接触。如图3所示，本发明相序开关处于向左切换的状态，即此状态下，第一真空开关601A的动触头611A接触导通，导通杆603A、603B的运动是受到磁芯606B吸合电磁切换杆605B的铁芯615而带动，即让铁芯615完全电接触导电片607而让CPU44识别出相序切换信号，此时磁芯606A弹出第一切换杆605A的磁芯615。

按照图3所示，第一导通杆603A连接至B相线，而第二导通杆603B不导通至C相线，而根据上述原理，第二开关112A的公共连接端602连接至A相线，则按照图2，与第一相序开关111BC耦合设置(例如第一相序开关111BC的公共连接端602与第二相序开关112A的一个导通杆之间是以行程开关方式的电接触)的第二相序开关112A的相线端603A导通至A相线，而从图2可以看出，例如对于开关112A来说，其在正常状态下是连接至ELPT21A，即处于A相序下，只有在上述CPU需要进行相序切换时，此时第一相序开关111BC接通，则第一相序开关111BC的(例如)C相接触端603B向B相接触端603A跳转，而B相电力线电流通过杆603A至转轴604A再通过切换杆614导通至公共连接端602，此时开关112A的相线接触端可从第三相线A相序切换至对公共连接端602的接触，从而，第二相序开关112A与第一相序开关111BC实现耦合，同时实现了原本A相至B相的相序切换。同理，对于其余两个开关111AC和112B，或者111AB和112C可同步实现这一操作，以实现高压三相电的相序相互切换，从而调整AC电流的稳定性，再通过(例如)高频变压器ELPT21A-C的电感应。

图4示意性绘示出开关111BC或112A的另一种实施例的构造。不同于图3所示实施例，图4实施例是在纵向上实现相序切换的开关开合。第一相序开关111BC包括各自连接电网B相线的电性接触端和连接电网C相线的电性接触端，其中所述电性接触端又分别具有纵向设计的(例如)真空开关管601A和601B，且所述真空开关管601A内具有连接B相线的第一动触头611A和与之连接的导通杆603A，同样地，真空管601B具有连接C相线的第二动触头611B和与之连接的导通杆603B。

例如，导通杆603A具有固定长度，且被固定转轴604A相互分隔且被固定在一个切换杆604上。在一个实施例中，所述切换杆604可沿着一个切换轴614转动，其转动动作使得固定转轴604A带动导通杆603A或603B在纵向方向上移动，从而带动真空开关管601A或601B导通或断开。切换杆604上设有固定转轴614。固定转轴614用于固定切换轴614并使其在纵向上转动，切换杆605配置有铁芯615，且为每一铁芯615对应配置了一个磁芯607，用于按照上述CPU的控制指令控制吸合所述切换杆的铁芯615部分。从而可知，切换杆605是不具有导电性或导电性极弱的刚性材料所制成，并具有可伸缩性。

在又一个实施例中，上述开关又配置有连接所述切换杆604的公共连接端602，公共连接端602可通过一个固定导电块624连接于固定转轴614，从而在接触电力线时不会因切换杆604的转动而摆动，影响电接触。如图3所示，固定导电块具有两个弹性电接触部件612，其中一个部件612挂设于公共连接端602，公共连接端602为固定安装部分，可作为一个挂轴。固定块624与轴604可不产生相对位移，则在另一个部件612挂接在固定点622时，通过两弹性部件612的相互作用而带动杆604的快速机械摆动，从而实现快速开关切换。

本发明相序开关处于向左切换的状态，即此状态下，第一真空开关601A的动触头611A接触导通，导通杆603A、603B的运动是受到磁芯607吸合电磁切换杆605的铁芯615而带动，即让铁芯615完全电接触磁芯606内的导电部件而让CPU44识别出相序切换信号5。

同样地按照图4所示，第一导通杆603A连接至B相线，而第二导通杆603B不导通至C相线，而根据上述原理，第二开关112A的公共连接端602连接至A相线，则按照图2，与第一相序开关111BC耦合设置(例如第一相序开关111BC的公共连接端602与第二相序开关112A的一个导通杆之间是以行程开关方式的电接触)的第二相序开关112A的相线端603A导通至A相线，而从图2可以看出，例如对于开关112A来说，其在正常状态下是连接至ELPT21A，即处于A相序下，只有在上述CPU需要进行相序切换时，此时第一相序开关111BC接通，则第一相序开关111BC的(例如)C相接触端603B向B相接触端603A跳转，而B相电力线电流通过杆603A至转轴604A再通过切换杆614导通至公共连接端602，此时开关112A的相线接触端可从第三相线A相序切换至对公共连接端602的接触，从而，第二相序开关112A与第一相序开关111BC实现耦合，同时实现了原本A相至B相的相序切换。

在上述实施例中，导通杆603A、B和切换轴604以及公共连接端603，包括其上的附接部件均具备良好导电性，而切换杆605A、B除铁芯615外部分不具有导电性。

在另一方面，通过本发明电力用户分界负荷开关可以实现对负荷控制的方法，主要包括了：

1001、根据相序电流采样电路(ELCT)31所得各个相序电流值以及零序电流采样电路(ZLCT)12所得零序电流值来确定所述零序电流值是否大于一个预设阈值，若是，则利用控制输出端43来控制用户隔离开关100，使得具有最大相序电流值下的用户负载切换至具有最小相序电流值下的用户负载；

在ELCT31的次级绕组侧设有相序电流采样电路311，在ZLCT中设有零序电路采样电路121，所述相序电流采样电路311和零序电流采样电路121分别连接所述电气板400内CPU44,。CPU被配置成根据所述相序电流采样电路311A、311B、311C分别所得A、B、C各个相序电流值以及零序电流采样电路121所得零序电流值来确定所述零序电流值是否大于一个预设阈值；

1002、根据控制输出端控制所述用户隔离开关的动作来控制所述的电网配电负荷侧配网负荷开关11的相序切换；以及

1003、通过多个相序开关来控制对电网配电负荷侧配网负荷开关的相序切换。

在一个改进中，为采样电路311A-C的输出端各配置有一个比较电路312A-C，将三个采样电路311A-C所得电流信号两两比较。例如，A相电流对比B相电流，B相电流对比C相电流等。比较所得差值或比例值传输至CPU。其中CPU若确定是，则利用控制输出端43来控制用户隔离开关13，使得具有最大相序电流值下的负载切换至具有最小相序电流值下的用户负载。例如，通过隔离开关13限定对各相上用户负载(单相或者三相负载)的最大输入电流值。

在又一改进中，所述配网负荷开关11可包括第一相序开关111和与之串联的第二相序开关112，使得电网配电负荷侧100中第一相序，例如A相可向第二相序，例如B相切换、或者第三相序C相向第一相序A相加以切换。

第一相序开关111具有不同于第二相序开关112的相序接线。同时，在每一相线上接设有ELPT21A-C，其中ELPT21A连接第二相序开关112A，而第一相序开关111BC可不与第二相序开关112A直接连接，而是根据CPU的控制指令进行相互切换。在一个实施例中，所述第一、第二相序开关分别设有相线连接端和公共连接端。其中：所述第一相序开关112BC的相线连接端各自连接至电网配电负荷侧输电线B、C两相线；所述第二相序开关112A的相线连接端各自连接至所述电网配电负荷侧输电线第三相线A相和第一相序开关111BC的公共连接端；所述第二相序开关112A的公共连接端连接至电气电压互感器(ELPT)21A的初级绕组侧。较佳地，对每一ELPT21A-C配置有继电器隔离开关214A-C，用于在相序出现不平衡的情况下实现关断继电器保护。

在一个实施例中，电气板400具有接入配电线路在线监测主站的无线通讯端45，该无线通讯端45进一步耦合有加密芯片46，通过所述加密芯片连接配电网络安全接入端，通过所述安全接入端对所接入的电力用户分界负荷开关100的接入信息加以解码后，将解码信息传至所述的配电线路在线监测主站，建立与所述电力用户分界负荷开关间的通讯。

Claims (6)

1.电力用户分界负荷开关，接设于用户负载进线电源侧与电网配电负荷侧之间，包括连接用户负载进线电源侧的用户隔离开关以及连接所述电网配电负荷侧的配网负荷开关，在所述用户隔离开关与配网负荷开关间设置零序互感器(ZLCT)，又包括电气板，所述电气板上设有交流AC采样端、CPU、控制输出端，其中所述交流AC采样端通过设于所述用户负载进线电源侧任意两相线上的电气电流互感器(ELCT)和设于所述电网配电负荷侧两相线间的电气电压互感器(ELPT)获取AC流压信号，将所获信号发送给CPU，所述CPU对信号进行处理判断后控制所述控制输出端对用户隔离开关或配网负荷开关进行开闭动作，其特征在于：所述电气板是一个独立的可插拔电气板，电气板又具有用于指令输入的操作面板，以及用于接入配电线路在线监测主站的无线通讯端，所述操作面板和无线通讯端连接所述CPU，其中：

所述无线通讯端进一步耦合有加密芯片，通过所述加密芯片连接配电网络安全接入端，通过所述安全接入端对所接入的电力用户分界负荷开关的接入信息加以解码后，将解码信息传至所述的配电线路在线监测主站，建立与所述电力用户分界负荷开关间的通讯。

2.根据权利要求1所述的电力用户分界负荷开关，其特征在于：在所述的ELCT次级绕组侧设有相序电流采样电路，在ZLCT侧设有零序电流采样电路，所述相序电流采样电路和零序电流采样电路分别连接所述电气板内CPU，其中所述CPU被配置成根据所述相序电流采样电路所得各个相序电流值以及零序电流采样电路所得零序电流值来确定所述零序电流值是否大于预设阈值，若是，则利用控制输出端来控制用户隔离开关，使得具有最大相序电流值下的用户负载切换至具有最小相序电流值下的用户负载。

3.根据权利要求2所述的电力用户分界负荷开关，其特征在于：所述CPU进一步被配置成根据控制输出端控制所述用户隔离开关的动作来控制所述的电网配电负荷侧配网负荷开关的相序切换。

4.根据权利要求3所述的电力用户分界负荷开关，其特征在于：所述配网负荷开关包括第一相序开关和与之串联的第二相序开关，使得电网配电负荷侧中第一相序可向第二相序、或者第三相序向第一相序切换。

5.根据权利要求4所述的电力用户分界负荷开关，其特征在于：所述第一、第二相序开关分别设有相线连接端和公共连接端，其中：所述第一相序开关的相线连接端各自连接至电网配电负荷侧输电线两相线；所述第二相序开关的相线连接端各自连接至所述电网配电负荷侧输电线第三相线和第一相序开关的公共连接端；所述第二相序开关的公共连接端连接至ELPT的初级绕组侧。

6.根据权利要求2所述的电力用户分界负荷开关，其特征在于：进一步包括过流接地保护器，其被配置成连接于所述用户隔离开关与电气板CPU之间，根据所述CPU判断所述零序电流值大于预设阈值的时间阈值，从而进行过电流接地保护动作。