CN107959349A - 一种智能柱上开关及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于涉及一种智能柱上开关及控制系统，电力自动化技术领域。该智能柱上开关，包括：壳体和设置于壳体内彼此绝缘的开关本体和控制终端。所述控制终端包括：信息采集装置、开关锁、采样电路、电源电路、控制器、无线通信单元和报警器。控制器用于对无线通信单元接收到的无线信号进行预处理，得到预处理信息，并判断预处理信息中是否包含有第一信息，在为是时，将第一信息与预存储的身份信息库进行匹配，在匹配成功时，进行与无线信号中所携带的控制指令相对应的操作。该智能柱上开关能基于管理人员远程发送的控制指令，实现开闸或合闸、调整整定参数等操作，简化了现场维护工作量，最大限度地降低了操作安全隐患。

Description

一种智能柱上开关及控制系统

技术领域

本发明属于电力自动化技术领域，具体涉及一种智能柱上开关及控制系统。

背景技术

国内配电网中，架空线上安装有一定数量的柱上开关。日常维护过程中，传统柱上开关，需要维护人员爬杆至柱上开关处进行开、合闸操作。而对于目前的智能化柱上开关，虽配置有控制箱，但考虑到就地操作方便和安全，控制箱一般都远离开关的安装位置，通过一根两端配有航空插头的几米到十来米长的电缆连接起来，控制箱的电源也是由一台或两台电压互感器通过电缆连接到控制箱实现供电以及电压数据的采集。但是检修维护人员仍然需要爬杆至柱上开关的控制箱处进行相关的操作。并且，这种结构在加工生产制造后形成开关本体、控制箱、电源PT、连接电缆等多个不同的独立组件、配件，导致安装、调试工作不仅繁重复杂，也容易发生差错，使设备损坏、工期延误导致供电的损失。此外，这类柱上开关操作较复杂，且需要确保设备有效的接地，存在严重的安全隐患，为此，急需研发一种非接触式的，安全系数高的无线遥控装置，可方便的读取电网的实时电流数据及柱上开关的各种状态量，也可整定柱上开关的参数，并可进行远距离的分合闸操作，简化现场维护工作量，最大限度地降低操作安全隐患。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种智能柱上开关及控制系统，以有效地改善上述问题。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例提供了一种智能柱上开关，包括：壳体和设置于壳体内彼此绝缘的开关本体和控制终端，所述控制终端与所述开关本体连接。所述控制终端包括：信息采集装置、开关锁、采样电路、电源电路、控制器、无线通信单元和报警器。所述控制器分别与所述无线通信单元、所述采样电路、所述信息采集装置、所述开关锁和报警器连接。所述电源电路分别与所述控制器、所述无线通信单元、所述信息采集装置、所述开关锁和所述报警器连接。所述信息采集装置和所述开关锁均设置于所述壳体上。所述控制器用于对所述无线通信单元接收到的无线信号进行预处理，得到预处理信息，并判断所述预处理信息中是否包含有第一信息，在为是时，将所述第一信息与预存储的身份信息库进行匹配，在匹配成功时，进行与所述无线信号中所携带的控制指令相对应的操作，其中，所述第一信息包含有发送所述无线信号的发送者的身份信息；以及还用于将所述信息采集装置所采集的信息与预先存储有权限人员的身份信息进行匹配，在匹配成功时，控制所述开关锁开启。

在本发明较佳的实施例中，所述采样电路包括：阻容分压器和电流互感器，所述电流互感器用于采集电流，所述阻容分压器用于采集电压，所述电流互感器和所述阻容分压器均与所述控制器连接，其中，所述阻容分压器包括：N个低压电容和N+1个低压电阻，所述N个低压电容与所述N+1个低压电阻相互交错串联，形成阻容串，且所述阻容串的两端均为所述低压电阻。

在本发明较佳的实施例中，所述控制终端还包括：第一信号调理电路，所述采样电路经所述第一信号调理电路与所述控制终端连接。

在本发明较佳的实施例中，所述第一信号调理电路包括：第一滤波电路和第一放大电路，所述第一放大电路分别与所述滤波电路和所述采样电路连接，所述滤波电路与所述控制器连接。

在本发明较佳的实施例中，所述第一滤波电路包括：第一电感和第一电容，所述第一电感的一端与所述第一放大电路连接，所述第一电容的一端与所述第一电感的另一端连接，所述第一电容的另一端接地，所述第一电感的另一端还与所述控制器连接。

在本发明较佳的实施例中，所述控制终端还包括：稳压电路，所述电源电路与所述稳压电路连接，所述稳压电路分别与所述控制器、所述无线通信单元、所述信息采集装置、所述开关锁和所述报警器连接。

在本发明较佳的实施例中，所述控制终端还包括：第二调理电路，所述信息采集装置经所述第二调理电路与所述控制器连接。

在本发明较佳的实施例中，所述无线通信单元为：3G或4G模块。

在本发明较佳的实施例中，所述控制器为单片机。

本发明实施例还提供了一种控制系统，包括：用户终端和上述的智能柱上开关，所述用户终端与所述控制终端连接，所述用户终端用于根据预设加密规则发送包含有控制指令和发送者的身份信息的无线信号给所述控制终端，以远程操控所述开关本体实现开闸或合闸、整定参数设置。

本发明实施例提供的智能柱上开关及控制系统，该智能柱上开关将控制终端和开关本体集成于一个壳体内，不仅减少了体积，而且减少了安装、调试的工序，进而减少了出错的概率。此外，该控制终端在接收到无线信号时，通过验证管理人员的身份，只有验证通过后才进行后续的操作，极大提高了设备运行过程中的安全性，避免了非法人员恶意篡改开关本体的状态或整定参数等所造成的损失。即当控制器接收到管理人员经无线通信单元发送的无线信号时，该控制器通过判断该无线信号中是否包含有表明发送者身份信息的第一信息，在为是时，将该第一信息与预先存储的身份信息进行匹配，只有在匹配成功时，才进行与之相应的后续操作，如，控制开关本体的状态(开闸或合闸)、整定参数的调整等。该智能柱上开关能基于管理人员远程发送的控制指令，实现开闸或合闸、调整整定参数等操作，安全系数高，结构简单，简化了现场维护工作量，最大限度地降低了操作安全隐患。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1示出了本发明实施例提供的一种智能柱上开关的结构示意图。

图2示出了本发明第一实施例提供的一种控制终端的结构框图。

图3示出了本发明第二实施例提供的一种控制终端的结构框图。

图4示出了本发明实施例提供的图3中的第一调理电路的电路原理图。

图5示出了本发明实施例提供的图3中的第二调理电路的电路原理图。

图6示出了本发明实施例提供的一种控制系统的结构框图。

图标：100－智能柱上开关；110－壳体；120－开关本体；130－控制终端；131－信息采集装置；132－开关锁；133－采样电路；134－控制器；135－无线通信单元；136－报警器；137－电源电路；138－第一调理电路；1381－第一放大电路；1382－第一滤波电路；139－第二调理电路；1391－第二放大电路；1392－第二滤波电路；200－控制系统；210－用户终端。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明实施例提供了一种智能柱上开关100，如图1所示。所述智能柱上开关100包括：壳体110和设置于壳体110内的开关本体120和控制终端130。

所述壳体110的形状可以是长方体形，包括箱体和箱门，所述箱门可以相对于箱体进行旋转，以实现箱门的打开或关闭。所述开关本体120和所述控制终端130均安装于该箱体内，且彼此绝缘，以保证用电安全。该控制终端130与所述开关本体120连接，用于控制该开关本体120的开/合闸、整定参数的调整，以及监测该架空配电线路的电流、电压等状态。该智能柱上开关100将控制终端130和开关本体120集成于一个壳体110内，不仅减少了体积，更为重要的是，不再是传统的柱上开关的开关设备和控制箱所采用的分离式安装结构，即开关设备为一个独立的组件，控制箱为一个独立的组件，分别安装在不同的位置，两者通过电缆连接构成柱上开关，从而导致安装、调试工作不仅繁重复杂，也容易发生差错，使设备损坏、工期延误导致供电的损失。

其中，作为一种实施方式，如图2所示，所述控制终端130包括：信息采集装置131、开关锁132、采样电路133、电源电路137、控制器134、无线通信单元135和报警器136。

其中，为了避免非法人员通过调节该开关本体120的开/合闸状态，修改整定参数，以及调整该控制终端130的状态等操作，损害社会公共利益等，该壳体110上还设置有开关锁132，例如，电磁锁，以使箱门和箱体锁死。其中，该开关锁132与控制器134连接，当接收到控制器134发送的开启指令时，该开关锁132断电，此时，权限人员可以开启箱门。

所述信息采集装置131设置于该壳体110上，可以是设置于该箱门上，也可以是设置于该箱体的顶端。用于采集管理人员的身份信息，并将采集的信息发送给控制器134。为了提高该智能柱上开关100的安全性，当管理人员在开启该箱门时，需要验证该管理人员的权限，即该箱门只对有权限的人员开启。其中，该信息采集装置131可以是采集管理人员的指纹信息、虹膜信息、图像信息等。例如，若是采集指纹信息时，此时该信息采集装置131可以是指纹采集器，若是采集虹膜信息，此时该信息采集装置131可以是虹膜识别装置，若是采集图像信息，此时该信息采集装置131可以是摄像头。

所述采样电路133用于采集杆上一次电路工作信号，并将采集的数据信息发送给控制器134。本实施例中，优选地，该采样电路133用于采集杆上一次电路的电流、电压等信息。一种可选的实施方式，该采样电路133包括：电流互感器和阻容分压器。其中，电流互感器用于采集杆上一次电路的电流信息，并将其传输给控制器134。该阻容分压器用于采集杆上一次电路的电压信息，并将其传输给控制器134。

其中，所述阻容分压器包括：N个低压电容和N+1个低压电阻，所述N个低压电容与所述N+1个低压电阻相互交错串联，形成阻容串，且所述阻容串的两端均为所述低压电阻，即按照低压电阻、低压电容、低压电阻、低压电容……低压电容、低压电阻的依次串联形成阻容串。相对于云母电容来说，该低压电容绝缘阻抗高，自愈性强等，可以进一步提高采样的精度。

其中，可以根据单个低压电阻的耐压、功率，单个低压电容的耐压、容值等相关参数以及所接入电网的电压来决定低压电阻以及低压电容的数量。

所述控制器134用于根据该采样电路133实时采集的数据对该架空配电线路的状态进行监测，并通过无线通信单元135将该数据发送给外围设备，以便管理者能实时获知该数据，并根据该数据调整策略，例如，若该数据异常时，通过控制该控制终端130以使开关本体120处于开闸状态，避免损坏；以及根据该数据调整开关本体120的整定参数，例如，修改开关本体120的短路参数、短路保护灵敏度、过载参数等参数，以适应实际使用的需求。同时，该控制器134还用于将所述信息采集装置131所采集的信息与预先存储有权限人员的身份信息进行匹配，在匹配成功时，控制所述开关锁132开启，以使箱门开启，以便当前人员对该智能柱上开关100进行维修、参数调整、检验、调试等操作。当所述信息采集装置131所采集的信息与预先存储有权限人员的身份信息不匹配，即匹配失败时，该控制器134还用于控制报警器136进行报警或者通过无线通信单元135将预先设置的报警提示信息发送至外围设备，以使相关人员及时发现异常从而给盗电者一种震慑力。

其中，当管理人员采用远程的方式对该开关本体120进行调整(调整整定参数、开闸或合闸)时，该控制器134在接收到经无线通信单元135传输的无线信息后，对接收到的无线信号进行预处理，例如，解调、译码等处理，得到预处理信息，并判断该预处理信息中是否包含有第一信息，在为是时，将第一信息与预存储的身份信息库进行匹配，在匹配成功时，进行与所述无线信号中所携带的控制指令相对应的操作，极大地提高了系统运行的安全性，避免非法人员通过外围设备远程操控该智能柱上开关100，损害用户、公共利益等风险的产生。其中，所述第一信息包含有发送所述无线信号的发送者的身份信息。

其中，上述的预先存储有权限人员的身份信息可以是指纹信息，也可以是虹膜信息，还可以是图像信息等。

其中，当该无线信号中不包含有第一信息，或将第一信息与预存储的身份信息库进行匹配，在匹配成功时，该控制器134还可以通过无线通信单元135将异常信息发送至外围设备，以使相关人员及时发现异常。

其中，为了便于理解上述的过程，可以以打包发送文件的方式进行举例说明，上述的第一信息可以形象比喻为，打包发送时的加密密码，而预存储的身份信息库可以形象比喻为预定的密码，而这一过程好比，接收到压缩文件后，首先判断该压缩密码是否为加密的压缩密码(是否包含有第一信息)，在为是时，采用预定的密码去解密(将第一信息与预先存储有权限人员的身份信息进行匹配)，是解压成功时，才可以进行相应的操作。

其中，所述控制器134可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。该控制器134可以是但不限于通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessingUnit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignalProcessing，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该控制器134也可以是任何常规的处理器等。本实施例中，优选地，该控制器134为单片机，例如为STM32系列的单片机，例如STM32F103C8T6、STM32F103VET6等型号。

所述报警器136与所述控制器134连接，用于在故障工况下发出报警提示。进一步地，当所述信息采集装置131所采集的信息与预先存储有权限人员的身份信息不匹配，即匹配失败时，该报警器136便根据控制器134发送的指令进行报警，其中，该报警的方式可以是声音提示，也可以是信号灯闪烁提示，或者两者的结合等。于本实施例中，所述报警器136可以是声光报警器，也可以是蜂鸣器，还可以是警示灯，或者由蜂鸣器和警示灯组成的报警装置。在此不作进一步限定。

线通信单元与所述控制器134连接，用于与外围设备进行通信，例如将外围设备发送的无线信号发送给控制器134，以及将控制器134发送的数据信息发送给外围设备。其中，该无线通信单元135可以是3G模块、4G模块、5G模块、LoRa通信模块或其他满足要求的无线传输模块。于本实施例中，优选地，所述无线通信单元135可以为3G模块，例如，可以是SIM6320C、CEM631、CEM600、WIDEM8800、FWP103、K3G、WM9881等型号的3G模块。其中，外围设备包括但不限于手机、电脑等。

所述电源电路137分别与所述控制器134、所述无线通信单元135、所述信息采集装置131、所述开关锁132和所述报警器136连接，为这些元件正常工作时提供所需的电压。为了避免因电源电路137输出的电压不稳定，作为一种可选的实施方式，该控制终端130还包括：稳压电路(图中未示出)。该稳压电路与电源电路137的输出连接，用于稳压。即所述稳压电路将稳压后的电压分别输送给所述控制器134、所述无线通信单元135、所述信息采集装置131、所述开关锁132和所述报警器136，为其供电。其中，该电源电路137可以是有外部的开关电源供电。

作为一种实施方式，如图3所示，该控制终端130还可以包括：第一调理电路138和第二调理电路139。

所述第一调理电路138用于对采样电路133所采集的信号进行调理，如，滤波、放大等处理，并将其调理后的信号输送给控制器134，即所述采样电路133经所述第一信号调理电路与所述控制终端130连接。本实施例中，如图4所示，优选地，该所述第一信号调理电路包括：第一滤波电路1382和第一放大电路1381。

所述第一放大电路1381分别与所述第一滤波电路1382和所述采样电路133连接，用于将采样电路133所采集的信号放大，于本实施例中，优选地，所述第一放大电路1381包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一放大器U1。其中，图中的CT1和CT2用于连接采样电路133的输出端，即电流互感器的输出端，即阻容分压器的两端均与该CT1和CT2连接。

所述第一滤波电路1382用于滤除经第一放大电路1381放大后的信号中的冗余信息，于本实施例中，优选地，该第一滤波电路1382为LC滤波电路，进一步地，该第一滤波电路1382包括：第一电感L1和第一电容C1。所述第一电感L1的一端与所述第一放大电路1381连接，所述第一电容C1的一端与所述第一电感L1的另一端连接，所述第一电容C1的另一端接地，所述第一电感L1的另一端还与所述控制器134连接。

所述第二调理电路139用于对信息采集装置131所采集的信号进行调理，如，滤波、放大等处理，并将其调理后的信号输送给控制器134，即所述信息采集装置131经所述第二调理电路139与所述控制器134连接。于本实施中，优选地，如图5所述，该第二调理电路139包括：第二放大电路1391和第二滤波电路1392。

所述第二放大电路1391用于将信息采集装置131所采集的信号放大，优选地，所述第二放大电路1391包括：第三电容C3、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第二放大器U2。

所述第二滤波电路1392用于滤除经第二放大电路1391放大后的信号中的冗余信息，优选地，该第二滤波电路1392为RC滤波电路，进一步地，所述第二滤波电路1392包括：第五电阻R5和第二电容C2。

本发明实施例还提供了一种控制系统200，如图6所示。该控制系统200包括：用户终端210和上述的智能柱上开关100。

所述用户终端210与所述智能柱上开关100中的控制终端130连接，进一步地，该用户终端210与控制终端130中的无线通信单元135连接。所述用户终端210用于根据预设加密规则发送包含有控制指令和发送者的身份信息的无线信号给所述控制终端130，以远程操控所述开关本体120实现开闸或合闸、整定参数设置。其中，加密规则可以对称加密规则，也可以是非对称加密规则。该用户终端210可以是个人电脑、平板电脑、手机等终端。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能柱上开关，其特征在于，包括：壳体和设置于壳体内彼此绝缘的开关本体和控制终端，所述控制终端与所述开关本体连接，所述控制终端包括：信息采集装置、开关锁、采样电路、电源电路、控制器、无线通信单元和报警器，所述控制器分别与所述无线通信单元、所述采样电路、所述信息采集装置、所述开关锁和报警器连接，所述电源电路分别与所述控制器、所述无线通信单元、所述信息采集装置、所述开关锁和所述报警器连接，所述信息采集装置和所述开关锁均设置于所述壳体上；

所述控制器用于对所述无线通信单元接收到的无线信号进行预处理，得到预处理信息，并判断所述预处理信息中是否包含有第一信息，在为是时，将所述第一信息与预存储的身份信息库进行匹配，在匹配成功时，进行与所述无线信号中所携带的控制指令相对应的操作，其中，所述第一信息包含有发送所述无线信号的发送者的身份信息；以及还用于将所述信息采集装置所采集的信息与预先存储有权限人员的身份信息进行匹配，在匹配成功时，控制所述开关锁开启。

2.根据权利要求1所述的智能柱上开关，其特征在于，所述采样电路包括：阻容分压器和电流互感器，所述电流互感器用于采集电流，所述阻容分压器用于采集电压，所述电流互感器和所述阻容分压器均与所述控制器连接，其中，所述阻容分压器包括：N个低压电容和N+1个低压电阻，所述N个低压电容与所述N+1个低压电阻相互交错串联，形成阻容串，且所述阻容串的两端均为所述低压电阻。

3.根据权利要求1所述的智能柱上开关，其特征在于，所述控制终端还包括：第一信号调理电路，所述采样电路经所述第一信号调理电路与所述控制终端连接。

4.根据权利要求3所述的智能柱上开关，其特征在于，所述第一信号调理电路包括：第一滤波电路和第一放大电路，所述第一放大电路分别与所述滤波电路和所述采样电路连接，所述滤波电路与所述控制器连接。

5.根据权利要求4所述的智能柱上开关，其特征在于，所述第一滤波电路包括：第一电感和第一电容，所述第一电感的一端与所述第一放大电路连接，所述第一电容的一端与所述第一电感的另一端连接，所述第一电容的另一端接地，所述第一电感的另一端还与所述控制器连接。

6.根据权利要求1－5任意一项所述的智能柱上开关，其特征在于，所述控制终端还包括：稳压电路，所述电源电路与所述稳压电路连接，所述稳压电路分别与所述控制器、所述无线通信单元、所述信息采集装置、所述开关锁和所述报警器连接。

7.根据权利要求6所述的智能柱上开关，其特征在于，所述控制终端还包括：第二调理电路，所述信息采集装置经所述第二调理电路与所述控制器连接。

8.根据权利要求1所述的智能柱上开关，其特征在于，所述无线通信单元为：3G或4G模块。

9.根据权利要求1所述的智能柱上开关，其特征在于，所述控制器为单片机。

10.一种控制系统，其特征在于，包括：用户终端和如权利要求1－9任意一项所述的智能柱上开关，所述用户终端与所述控制终端连接，所述用户终端用于根据预设加密规则发送包含有控制指令和发送者的身份信息的无线信号给所述控制终端，以远程操控所述开关本体实现开闸或合闸、整定参数设置。