CN106292562A - 一种10kv电网线路感应式取电断路器远程监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种10KV电网线路感应式取电断路器远程监控系统，包括断路器模块、取电模块、控制模块、监测模块和通信模块，所述取电模块对高压线路进行取电并储能；所述控制模块包括控制机构和执行机构；所述监测模块包括电网线路监测和断路器状态监测，所述通信模块将监测到的信息发送出去并接受远程的控制指令。能够在户外交流电停电的情况下，利用储能装置快速切换，把故障信息及时发送到上一级监控平台，并能够在满足复电的条件下通过远程控制实现安全送电，最大限度的减少停电时间，解决了普通柱上开关长期暴露在户外造成的故障率高，可靠性差问题，经济效益和优质服务社会效益明显，提高了生产管理水平。

Description

一种 10KV 电网线路感应式取电断路器远程监控系统

技术领域

本发明涉及断路器技术领域，具体涉及一种10KV电网线路感应式取电断路器远程监控系统。

背景技术

配电网自动化作为建设“坚强智能电网”的重要组成部分，其作用也越来越重要。其智能配电网是以配电网高效自动化技术为基础，通过应用和融合先进的测量和传感技术、控制技术、计算机和网络技术、信息与通讯技术，利用智能化的开关设备、配电终端设备，在坚强电网架构和双向通信的物理以及各种集成应用功能可视软件支持下，允许可再生能源和分布式发电单元的大量接入和微网运行及相互参与，以实现配电网在正常情况下的自愈控制，最终为电力用户提供安全、可靠、优质服务。

要实现配电网自动化、智能化，其中重要的终端设备自动化、智能化显得尤为重要，在配网自动化系统的建设中，自动化装置的低压电源问题一直是配网线路升级改造的一大瓶颈。常规方案用电磁式电压互感器取电，在工程实施中需要单独吊装、接线，既增加工程施工量，又容易出现接线错误。也有些方案是利用高压电流互感器、或者太阳能电池板取电，但这种方案在实际使用中可能受天气及负荷变化的影响，电源供给不稳定、可靠性差、不能与开关实现一体化安装，工程实用化差。

在10kV配网自动化系统的建设中，自动化装置的低压电源问题常规方案有：1、电磁式电压互感器取电。该方法在工程实施中需要单独吊装、接线，既增加工程施工量，又容易出现接线错误。2、利用高压电流互感器、或者太阳能电池板取电。这种方案在实际使用中可能受天气及负荷变化的影响，电源供给不稳定。3、激光取能。这种供电方式由于成本比较高，在配电网中应用受到限制。4、线圈取电。这种方式大多采用闭合取电线圈，在一些已建成的配电网改造中，需要先将线路断开，再安装闭合取电线圈并不实用，限制了线圈取电方式的应用。

目前普通柱上开关均由普通开关、控制器、电源变压器（电容器、光电互感器等）构成，这种模式开关，电源变压器一、二次接线盒、控制器的控制接线全部暴露在户外严寒、酷热、大风、雷雨期间故障率高，可靠性差。在进行线路检修时，需要人工手动分合闸，自动化程度低，难以达到智能电网的基本要求。目前10KV线路停电后，包括一些由于天气、通道原因在内造成的瞬时故障时，也必须进行人为巡查来确定故障点及故障类型进行故障排查，然后进行手动重合闸，恢复供电，这种故障处理模式的缺点是处理故障时间较长，经济效益和社会效益（优质服务）不匹配，限制了配网自动化的发展。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种10KV电网线路感应式取电断路器远程监控系统，可以实现断路器的自取能供电，实现断路器的远程监控。

一种10KV电网线路感应式取电断路器远程监控系统，包括断路器模块、取电模块、控制模块、监测模块和通信模块，所述断路器模块包括底座和所述底座上方的三相真空灭弧室，所述三相真空灭弧室一侧设置支架，所述支架上设置转轴，所述转轴上设置隔离刀闸；所述取电模块对高压线路进行取电并储能；所述控制模块包括控制机构和执行机构；所述监测模块包括电网线路监测和断路器状态监测，所述通信模块将监测到的信息发送出去并接受远程的控制指令。

进一步的，所述取电模块包括取电电容，所述取电电容输入端连接电网线路，所述取电电容输出端经变压器一次侧接地，所述变压器的二次侧连接储能电源。

进一步的，所述控制机构包括控制器A、编码器和驱动芯片，所述执行机构包括步进电机，所述步进电机通过传动机构与所述转轴连接，所述驱动芯片与步进电机连接，所述驱动芯片采用ULN2003D，所述编码器设置在步进电机旋转轴上。

进一步的，所述控制机构还包括控制器B，电网线路监测是电网线路经过电流监测电路与所述控制器B连接，断路器状态监测是断路器内部线路经过电流监测电路与所述控制器B连接，所述电流监测电路包括依次连接的高压电流互感器、低压电流互感器、滤波电路、A/D转换电路和放大电路。

进一步的，所述通信模块包括GPRS无线数传模块，所述GPRS无线数传模块采用DTP_S09。

进一步的，所述GPRS无线数传模块通过RS-485接口电路与控制器A连接，所述GPRS无线数传模块通过RS-485接口电路与控制器B连接。

进一步的，所述取电模块还包括与变压器并联的变压器保护电路。

本发明提供了一种10KV电网线路感应式取电断路器远程监控系统，包括断路器模块、取电模块、控制模块、监测模块和通信模块，所述断路器模块包括底座和所述底座上方的三相真空灭弧室，所述三相真空灭弧室一侧设置支架，所述支架上设置转轴，转轴采用绝缘材料，避免线路发生短路，所述转轴上设置三个隔离刀闸；所述取电模块对高压线路进行取电并储能；所述控制模块包括控制机构和执行机构；所述监测模块包括电网线路监测和断路器状态监测，所述通信模块将监测到的信息发送出去并接受远程的控制指令。断路器模块是断路器的主体，控制模块对断路器进行控制，控制断路器的刀闸动作与否，取电模块从电网线路直接取电供各个模块内部设备的使用，不会受到天气的影响，电源的供给非常稳定，且取得多余的电能进行存储，在电网出现事故停电时依然能对电网及断路器进行监测。监测模块负责电网线路的电流监测以及断路器是否动作进行监测，并通过控制模块将监测信息由通信模块远程发射出去，通信模块还负责远程的指令接收，控制断路器的动作。

所述取电模块包括取电电容，所述取电电容输入端连接电网线路，所述取电电容输出端经变压器一次侧接地，所述变压器的二次侧连接储能电源。本发明取电模块采用电容取电，与传统的电压互感器取电、电磁取电相比体积较小，安装、维护以及更换方便，供电更加稳定。变压器将取电电容侧的高压电进行降压变换后通过储能电源进行存储，储能电源包括蓄电池和DC/DC电源模块，蓄电池驱动大电流设备，如驱动机构，DC/DC电源模块则负责对控制机构的各种芯片供电。

所述控制机构包括控制器A、编码器和驱动芯片，所述执行机构包括步进电机，所述步进电机通过传动机构与所述转轴连接，所述驱动芯片与步进电机连接，所述驱动芯片采用ULN2003D，所述编码器设置在步进电机旋转轴上。编码器对步进电机的转速、方向、角度进行采集，反馈至控制器A，控制器A控制步进电机的转动情况，形成一个闭合控制的系统，可以完美做到对步进电机的控制，而步进电机是对转轴提供动力，隔离刀闸设置在转轴上，间接控制隔离刀闸的关短与否，而对步进电机的转速、方向、角度的控制可以实现隔离刀闸的精确控制，避免隔离刀闸动作太快损坏三相真空灭弧室。

控制器A采用AVR169单片机，是新一代RISC结构微控制器，具有高性能、低功耗、非易失性和CMOS技术等特点，AVR169还具有32个寄存器和丰富的指令集，带有四路8/9/10位PWM功能的16位定时器,8道的10位ADC,16KB可编程Flash,1KBSRAM，可以擦写10000次，接近1MIPS/MHZ的运行速度。编码器采用旋转编码器AS5040，AS5040是较小的10位多输出旋转磁性编码器, 是将现场传感霍尔(Hall)元件、A/D转换、数字信号处理和输出接口集成到单个芯片的系统级芯片，利用其包含的小磁体,可通过磁体的360度旋转探测1024个绝对位置，做到对步进电机转速、方向、角度的监测回馈。本发明将AS5040设置在步进电机的旋转轴上，就能感应出电机转过的角度与初始位置的夹角，计算出当前电机转动的速度、方向以及现在隔离刀闸的位置，在下一个采样周期到来时,AS5040旋转编码器测得的速度信号及位置反馈信号通过AS5040接口反馈到AVR169单片机，形成一个闭环的控制系统，做到对隔离刀闸的精确操控。

步进电机的运行需要驱动芯片，本发明采用ULN2003D，其是高耐压、大电流达林顿系列,由七个硅NPN达林顿管组成。 该电路的特点如下: ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路 直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据，可直接驱动继电器工作，对步进电机进行控制。具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等优点。

所述控制机构还包括控制器B，电网线路监测是电网线路经过电流监测电路与所述控制器B连接，断路器状态监测是断路器内部线路经过电流监测电路与所述控制器B连接，所述电流监测电路包括高压电流互感器、低压电流互感器、滤波电路、A/D转换电路和放大电路。控制器B负责接收电网线路监测信息和断路器状态监测信息，判断电网的运行质量以及断路器的工作状态，其实现是依靠电流监测电路对电网线路和断路器内部线路进行电流监测。电流监测电路是通过电流互感器获得电流信息，并将电流通过低压电流互感器将电流降低至滤波电路可以接收的数值，对电流的干扰进行滤波，并通过A/D转换电路将模拟量转换成数字量，再通过放大电路对信号进行加强，保证信号的电流大小符合控制器B的接收范围，完成对电网线路和断路器状态的信息采集。

所述通信模块包括GPRS无线数传模块，所述GPRS无线数传模块采用DTP_S09，通信模块与控制器A和控制器B连接，实现电网线路和断路器状态信息的发送和远程控制指令的接收，通信模块采用GPRS无线数传模块，内嵌GSM/GPRS核心单元的无线Modem，具有完备的电源管理系统，标准的串行数据接口，外观小巧，软件接口简单易用。本发明采用的是DTP_S09模块，采用模块化设计，内置16位微处理器控制，内嵌GPRS单元模块，实现数据的远程传输。

所述GPRS无线数传模块通过RS-485接口电路与控制器A连接，所述GPRS无线数传模块通过RS-485接口电路与控制器B连接，RS-485可以实现主机带动多个从机，便于所述GPRS无线数传模块与所述控制器A和所述控制器B的连接。

所述取电模块还包括与变压器并联的变压器保护电路，负责对变压器进行保护，防止雷击、过载等损坏设备。

本发明的有益效果是：

1、采用电机旋转控制隔离刀闸，采用闭合的控制系统对隔离刀闸的移动速度、位置和方向进行精确控制，减少了人工成本，降低了危险性。

2、能够在户外交流电停电的情况下，利用储能装置快速切换，把故障信息及时发送到上一级监控平台，并能够在满足复电的条件下通过远程控制实现安全送电，最大限度的减少停电时间，解决了普通柱上开关长期暴露在户外造成的故障率高，可靠性差问题，经济效益和优质服务社会效益明显，同时为配网运行自动化和专业化提供了有效的辅助手段，提高了生产管理水平。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步描述：

图1是本发明断路器模块的结构示意图；

图2是本发明取电模块的系统结构图；

图3是本发明控制模块的系统结构图；

图4是本发明监测模块的工作流程图；

图5是本发明电流监测电路的工作流程图。

具体实施方式

实施例一

如图1、图2、图3、图4和图5所示：本发明提供了一种10KV电网线路感应式取电断路器远程监控系统，包括断路器模块、取电模块、控制模块、监测模块21和通信模块22，所述断路器模块包括底座2和所述底座2上方的三相真空灭弧室6，所述三相真空灭弧室6一侧设置支架7，所述支架7上设置转轴8，转轴8采用绝缘材料，避免线路发生短路，所述转轴8上设置隔离刀闸5；所述取电模块对高压线路进行取电并储能；所述控制模块包括控制机构15和执行机构17；所述监测模块21包括电网线路监测和断路器状态监测，所述通信模块22将监测到的信息发送出去并接受远程的控制指令。断路器模块是断路器的主体，控制模块对断路器进行控制，控制断路器的刀闸动作与否，取电模块从电网线路直接取电供各个模块内部设备的使用，不会受到天气的影响，电源的供给非常稳定，且取得多余的电能进行存储，在电网出现事故停电时依然能对电网及断路器进行监测。监测模块负责电网线路的电流监测以及断路器是否动作进行监测，并通过控制模块将监测信息由通信模块远程发射出去，通信模块还负责远程的指令接收，控制断路器的动作。

所述取电模块包括取电电容10，所述取电电容10输入端连接电网线路9，所述取电电容10输出端经变压器11一次侧接地，所述变压器11的二次侧连接储能电源30，所述储能电源30包括蓄电池12和DC/DC电源模块13。本发明取电模块采用电容取电，与传统的电压互感器取电、电磁取电相比体积较小，安装、维护以及更换方便，供电更加稳定。变压器将取电电容侧的高压电进行降压变换后通过储能电源进行存储，储能电源包括蓄电池和DC/DC电源模块，蓄电池驱动大电流设备，如驱动机构，DC/DC电源模块则负责对控制机构的各种芯片供电。

所述控制机构15包括控制器A19、编码器16和驱动芯片18，所述执行机构17包括步进电机1，所述步进电机1通过传动机构4与所述转轴8连接，所述驱动芯片18与步进电机1连接，所述驱动芯片18采用ULN2003D，所述编码器16设置在步进电机1的旋转轴3上。编码器对步进电机的转速、方向、角度进行采集，反馈至控制器A，控制器A控制步进电机的转动情况，形成一个闭合控制的系统，可以完美做到对步进电机的控制，而步进电机是对转轴提供动力，隔离刀闸设置在转轴上，间接控制隔离刀闸的关短与否，而对步进电机的转速、方向、角度的控制可以实现隔离刀闸的精确控制，避免隔离刀闸动作太快损坏三相真空灭弧室。

控制器A采用AVR169单片机，是新一代RISC结构微控制器，具有高性能、低功耗、非易失性和CMOS技术等特点，AVR169还具有32个寄存器和丰富的指令集，带有四路8/9/10位PWM功能的16位定时器,8道的10位ADC,16KB可编程Flash,1KBSRAM，可以擦写10000次，接近1MIPS/MHZ的运行速度。编码器采用旋转编码器AS5040，AS5040是较小的10位多输出旋转磁性编码器, 是将现场传感霍尔(Hall)元件、A/D转换、数字信号处理和输出接口集成到单个芯片的系统级芯片，利用其包含的小磁体,可通过磁体的360度旋转探测1024个绝对位置，做到对步进电机转速、方向、角度的监测回馈。本发明将AS5040设置在步进电机的旋转轴上，就能感应出电机转过的角度与初始位置的夹角，计算出当前电机转动的速度、方向以及现在隔离刀闸的位置，在下一个采样周期到来时,AS5040旋转编码器测得的速度信号及位置反馈信号通过AS5040接口反馈到AVR169单片机，形成一个闭环的控制系统，做到对隔离刀闸的精确操控。

步进电机的运行需要驱动芯片，本发明采用ULN2003D，其是高耐压、大电流达林顿系列,由七个硅NPN达林顿管组成。 该电路的特点如下: ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路 直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据，可直接驱动继电器工作，对步进电机进行控制。具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等优点。

所述控制机构15还包括控制器B20，电网线路监测是电网线路9经过电流监测电路23与所述控制器B20连接，断路器状态监测是断路器内部线路24经过电流监测电路23与所述控制器B20连接，所述电流监测电路23包括高压电流互感器25、低压电流互感器26、滤波电路27、A/D转换电路28和放大电路29。控制器B负责接收电网线路监测信息和断路器状态监测信息，判断电网的运行质量以及断路器的工作状态，其实现是依靠电流监测电路对电网线路和断路器内部线路进行电流监测。电流监测电路是通过电流互感器获得电流信息，并将电流通过低压电流互感器将电流降低至滤波电路可以接收的数值，对电流的干扰进行滤波，并通过A/D转换电路将模拟量转换成数字量，再通过放大电路对信号进行加强，保证信号的电流大小符合控制器B的接收范围，完成对电网线路和断路器状态的信息采集。

所述通信模块22包括GPRS无线数传模块，所述GPRS无线数传模块采用DTP_S09，通信模块22与控制器A19和控制器B20连接，实现电网线路和断路器状态信息的发送和远程控制指令的接收，通信模块采用GPRS无线数传模块，内嵌GSM/GPRS核心单元的无线Modem，具有完备的电源管理系统，标准的串行数据接口，外观小巧，软件接口简单易用。本发明采用的是DTP_S09模块，采用模块化设计，内置16位微处理器控制，内嵌GPRS单元模块，实现数据的远程传输。

所述GPRS无线数传模块通过RS-485接口电路与控制器A19连接，所述GPRS无线数传模块通过RS-485接口电路与控制器B20连接，RS-485可以实现主机带动多个从机，便于所述GPRS无线数传模块与所述控制器A和所述控制器B的连接。

所述取电模块还包括与变压器11并联的变压器保护电路14，负责对变压器11进行保护，防止雷击、过载等损坏设备。

本发明的有益效果是：

3、采用电机旋转控制隔离刀闸，采用闭合的控制系统对隔离刀闸的移动速度、位置和方向进行精确控制，减少了人工成本，降低了危险性。

能够在户外交流电停电的情况下，利用储能装置快速切换，把故障信息及时发送到上一级监控平台，并能够在满足复电的条件下通过远程控制实现安全送电，最大限度的减少停电时间，解决了普通柱上开关长期暴露在户外造成的故障率高，可靠性差问题，经济效益和优质服务社会效益明显，同时为配网运行自动化和专业化提供了有效的辅助手段，提高了生产管理水平。

Claims (7)

1.一种10KV电网线路感应式取电断路器远程监控系统，其特征在于：包括断路器模块、取电模块、控制模块、监测模块和通信模块，所述断路器模块包括底座和所述底座上方的三相真空灭弧室，所述三相真空灭弧室一侧设置支架，所述支架上设置转轴，所述转轴上设置隔离刀闸；所述取电模块对高压线路进行取电并储能；所述控制模块包括控制机构和执行机构；所述监测模块包括电网线路监测和断路器状态监测，所述通信模块将监测到的信息发送出去并接收远程的控制指令。

2.如权利要求1所述的10KV电网线路感应式取电断路器远程监控系统，其特征在于：所述取电模块包括取电电容，所述取电电容输入端连接电网线路，所述取电电容输出端经变压器一次侧接地，所述变压器的二次侧连接储能电源。

3.如权利要求1所述的10KV电网线路感应式取电断路器远程监控系统，其特征在于：所述控制机构包括控制器A、编码器和驱动芯片，所述执行机构包括步进电机，所述步进电机通过传动机构与所述转轴连接，所述驱动芯片与所述步进电机连接，所述驱动芯片采用ULN2003D，所述编码器设置在所述步进电机的旋转轴上。

4.如权利要求3所述的10KV电网线路感应式取电断路器远程监控系统，其特征在于：所述控制机构还包括控制器B，电网线路监测是电网线路经过电流监测电路与所述控制器B连接，断路器状态监测是断路器内部线路经过电流监测电路与所述控制器B连接，所述电流监测电路包括依次连接的高压电流互感器、低压电流互感器、滤波电路、A/D转换电路和放大电路。

5.如权利要求1所述的10KV电网线路感应式取电断路器远程监控系统，其特征在于：所述通信模块包括GPRS无线数传模块，所述GPRS无线数传模块采用DTP_S09。

6.如权利要求5所述的10KV电网线路感应式取电断路器远程监控系统，其特征在于：所述GPRS无线数传模块通过RS-485接口电路与控制器A连接，所述GPRS无线数传模块通过RS-485接口电路与控制器B连接。

7.如权利要求2所述的10KV电网线路感应式取电断路器远程监控系统，其特征在于：所述取电模块还包括与变压器并联的变压器保护电路。