CN110726872A - 一种智能分接线端子排 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种智能分接线端子排，包括两部分；一次部分包括底座壳体，以及固定在其内通过相线金属排相连的相线输入接线端和多个相线输出接线端、通过零线金属排相连的零线输入接线端和多个零线输出接线端、多个电流传感器、电源接口和电流采集接口；二次部分包括顶盖壳体，以及固定在其内的电源、电压传感器、AD采集电路、MCU、物联网通信模块、同步对时/定位模块、RAM、RTC、LED显示灯、与一次部分对应的两类接口；两电源接口相连实现二次部分的电源供应及对一次部分供电侧电压的采集，两电流采集接口相连实现对一次部分各出线电流的采集。本智能分接线端子排可快速替换原有接线端子或母线排，便于后期二次部分更换及维护。

Description

一种智能分接线端子排

技术领域

本发明属于低压配电设备技术领域，特别涉及一种智能分接线端子排。

背景技术

目前在低压配电台区范围内普遍依靠计量箱内的电表进行用电信息的采集，传统计量箱内分接线端子排仅起到分配电能的作用。但电表以采集电量信息作为主要任务，缺乏对末端电压、电流曲线、电能质量、电压电流波形等数据的采集，且实时性、灵活性较差，难以适应运维检修对于数据质量及数据实时性的要求。此外，目前用户电表仅能依靠电力线载波检测该用户电表位于哪一变压器下，所具有的拓扑信息远不能满足实际需要，如缺少各电表与相应计量箱及其端子排母线的隶属关系，导致一旦发生用户停电故障，难以快速判断故障区域。

为了克服上述问题，已有方案通过对现有电表进行功能升级，增加面向运维检修的非计量功能的应用，但其问题在于需要大量更换已有电表，且各电表电压采集存在重复，通信、计算资源存在重复以及难以有效利用问题，且存在改造困难、投入难度大、更新换代灵活性差的问题。

另外，低压配电台区范围内低压配电箱的母线也仅起到分配电能的作用，不具备电压电流采集、通信等智能化功能。目前已有相关设备通过在低压配电箱内增加电压、电流采集的低压监测终端二次设备进行配电箱母线电压及各出线电流的采集，但其同样存在二次电压电流测量线路复杂导致的安装、运维、检修等不简洁，不美观、可靠性降低、测量精度降低等问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提供一种智能分接线端子排。该智能分接线端子排集电流分配、电压电流监测和通信等多重功能于一体，可适应运维检修对于采集数据质量及实时性的要求，且具有安装方便、便于后期维护等优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种智能分接线端子排，其特征在于，包括可拆卸连接的一次部分和二次部分；

所述一次部分包括底座壳体，以及固定在底座壳体内通过相线金属排相连的相线输入接线端和多个相线输出接线端、通过零线金属排相连的零线输入接线端和多个零线输出接线端、多个电流传感器、带电可擦可编程只读存储器、一次部分电源接口、一次部分电流采集接口和一次部分只读存储器接口；所述相线输入接线端和零线输入接线端分别通过位于底座壳体表面的相应输入接线孔接入供电侧，相线输入接线端和零线输入接线端还分别通过相应金属排与一次部分电源接口相连；各相线输出接线端或与各相线输出接线端对应的零线输出接线端分别通过位于底座壳体表面的输出接线孔套接相应的一个所述电流传感器，各相线输出接线端和各零线输出接线端分别与用电侧相应的相线和零线相连；各电流传感器均与一次部分电流采集接口相连，用于将采集的各用电侧电流信号转化为弱电流信号；所述带电可擦可编程只读存储器与一次部分只读存储器接口相连，用于存储所述智能分接线端子排自身的拓扑信息；

所述二次部分包括顶盖壳体，以及固定在顶盖壳体内的电源、电压传感器、AD采集电路、微控制器、物联网通信模块、同步对时/定位模块、随机存取存储器、实时时钟、LED显示灯、二次部分电源接口、二次部分电流采集接口和二次部分只读存储器接口，一次部分和二次部分之间分别通过其内的电源接口、电流采集接口和只读存储器接口传输电压信号、电流信号和智能分接线端子排自身的拓扑信息；所述电源依次通过二次电源接口和一次电源接口与所述相线金属排和零线金属排相连，用于获得供电并在供电侧故障时向二次部分内各器件供电；所述AD采集电路包括AD采集芯片和两个采样电阻，AD采集芯片通过第一采样电阻与二次部分电流采集接口相连，并通过第二采样电阻和所述电压传感器与二次部分电源接口相连，分别用于将获取的各用电侧弱电流信号和供电侧电压模拟信号转换成相应的电压数字信号并传输至微控制器；所述实时时钟与微控制器相连，用于提供当前时间信息；所述同步对时/定位模块与所述微控制器相连，用于校正所述实时时钟的时间信息并提供所述智能分接线端子排的地理位置信息；所述微控制器用于控制所述AD采集芯片的采集频率，对AD采样芯片传输的电压数字信号进行处理并结合当前时间和地理位置信息来提取各相基波电压/电流有效值和谐波电压/电流有效值，并计算全波电压/电流有效值、正序电压/电流有效值、负序电压/电流有效值、零序电压/电流有效值、有功功率、无功功率和用电侧电量冻结值信息，此外，若出现供电故障则对其原因进行分析；所述微控制器与二次部分存储器接口连接，用于读取带电可擦可编程只读存储器中存储的智能分接线端子排自身的拓扑信息，微控制器通过所述物联网通信模块实现与外部的通信，并通过所述随机存取存储器进行内存的扩容；所述LED显示灯与微控制器相连，用于显示所述智能分接线端子排的工作状态。

进一步地，与所述相线输入接线端相连的相线金属排为单相、两相或三相。

进一步地，在所述底座壳体或顶盖壳体上还贴设有设备铭牌标签及二维码，用于实现所述智能分接线端子排铭牌及身份信息的可视化和便捷获取；所述一次部分中的带电可擦可编程只读存储器中存储有设备铭牌标签及二维码的电子信息。

本发明的特点及有益效果：

本发明通过对计量箱内的分接线端子或配电箱内母线排进行改造，使得端子排具有智能化，包括可快速获取分接线端子排自身的拓扑信息，可对停电故障进行分析并上传。在不影响电表等正常工作的前提下可快速替换原有接线端子或母线排，将需要定期更换和无需定期更换的部件采用分体式设计，便于后期维护。通过本发明的智能分接线端子排使得位于低压配电台区范围内的电表能克服运检、用户服务、新能源接入等一系列复杂的挑战。

附图说明

图1是本发明实施例的一种智能分接线端子排的整体结构示意图。

图2(a)、(b)分别为本发明实施例中一次部分和二次部分中电源接口和电流采集接口的连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明的技术方案详细说明如下：

参见图1，本发明实施例提出的一种智能分接线端子排，用于计量箱，包括采用分体式设计的一次部分和二次部分，两者之间通过螺栓实现可拆卸连接。其中，

一次部分包括底座壳体，以及固定在底座壳体内通过相线金属排相连的相线输入接线端和多个(如图中所示2个)相线输出接线端、通过零线金属排相连的零线输入接线端和多个零线输出接线端(如图中所示2个)、多个电流传感器、带电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、一次电源接口、一次电流采集接口和一次部分EEPROM接口，每个相线输出接线端分别与一个零线输出接线端相对应；相线输入接线端和零线输入接线端分别通过位于底座壳体表面的相线输入接线孔和零线输入接线孔接入供电侧(如220V/380V市电)；各相线输出接线端或与各相线输出接线端对应的零线输出接线端分别通过位于底座壳体表面的输出接线孔套接相应的一个所述电流传感器，各相线输出接线端和各零线输出接线端分别与各用电侧(如用户电表)的相线和零线相连，也即本智能分接线端子排中，设置的相线输出接线端、零线输出接线端和电流传感器的个数均相等；各电流传感器均与一次电流采集接口相连，用于将采集的各用电侧电流信号转化为弱电流信号；EEPROM与一次部分EEPROM接口相连，用于存储本智能分接线端子排自身的拓扑信息；

二次部分包括顶盖壳体，以及固定在顶盖壳体内的电源、电压传感器、AD采集电路、微控制器(MCU)、物联网通信模块、同步对时/定位模块、RAM(随机存取存储器)、RTC(实时时钟)、LED显示灯、二次电源接口、二次电流采集接口和二次部分EEPROM接口，一次部分和二次部分之间分别通过其内的电源接口、电流采集接口和EEPROM接口传输电压信号、电流信号和智能分接线端子排自身的拓扑信息。其中，电源依次通过二次电源接口和一次电源接口与相线金属排和零线金属排相连，用于获得供电并在供电侧故障时向二次部分内各器件供电；AD采集电路包括AD采集芯片和两个采样电阻，AD采集芯片通过第一采样电阻与二次电流采集接口相连，并通过第二采样电阻和电压传感器与二次电源接口相连，分别用于将获取的各用电侧弱电流信号和供电侧电压模拟信号转换成相应的电压数字信号并传输至MCU；RTC与MCU相连，用于提供当前时间信息；同步对时/定位模块与MCU相连，用于校正RTC的时间信息并提供本智能分接线端子排的地理位置信息；MCU用于控制AD采集芯片的采集频率，对AD采样芯片传输的电压数字信号进行处理并结合当前时间和地理位置信息来提取各相基波电压/电流有效值和谐波电压/电流有效值，由此计算出全波电压/电流有效值、正序电压/电流有效值、负序电压/电流有效值、零序电压/电流有效值、有功功率、无功功率和用电侧电量冻结值信息，若出现供电故障则MCU对其原因进行分析，MCU与二次部分EEPROM接口连接，用于读取EEPROM中存储有本智能分接线端子排自身的拓扑信息，MCU通过物联网通信模块实现与外部的通信，并通过RAM进行内存的扩容；LED显示灯与MCU相连，用于显示本智能分接线端子排的工作状态。

本发明实施例各组成部件的具体实现方式及功能分别为：

本实施例的智能分接线端子排安装于计量箱内，一次部分和二次部分内的底座壳体和顶盖壳体主要用于其内各部件的安装及位置固定，底座壳体内主要用于容纳无需更换的电器件，顶盖壳体主要用于容纳存在定期更换需求的电子器件，本实施例的底座壳体和顶盖壳体之间通过角部的螺栓进行可拆卸连接，两者均采用绝缘材料制成共同构成一个长方形壳体，满足支撑强度要求。

一次部分电源接口和二次部分电源接口、一次部分电流采集接口和二次部分电流采集接口、一次部分只读存储器接口和二次部分只读存储器接口之间分别通过相应的接插件连接；其中，电源接口相连，用于实现二次部分的电源供应及二次部分对一次部分供电侧电压的采集；电流采集接口相连，用于实现二次部分对一次部分各出线电流的采集；EEPROM接口相连，用于实现本智能分接线端子排自身拓扑信息的传输。本实施例中，电源接口、电流采集接口之间的连接关系参见图2中(a)、(b)，各电源接口均分别包括相线端口(如图中2(a)中所示连接A、B、C三相的相线端口)和零线端口(如图2(a)中所示连接N线的零线端口)，其中，相线端口个数与通过相线金属排接入的供电侧相线数相同；各电流采集接口均分别包括多路出线电流信号端口，出线电流端口数与本智能分接线端子排内安装的电流传感器个数相同，每个电流传感器分别接入对应的一路出线电流端口中。

一次部分中：

相线金属排和零线金属排主要用于实现一次电流的分配，采用常规的金属排，其中，与相线输入接线端相连的相线金属排可选择单相、两相或三相，本实施例为单相。

各电流传感器主要用于将分配给相应用户电表的一次大电流信号转换为可实现AD采集的弱电电流信号并由电流采集接口传输至二次部分；本实施例的各电流传感器的结构相同，均采用API Technologies combines公司型号为5311的电流传感器。

EEPROM与一次部分EEPROM接口相连，用于存储智能分接线端子排自身的拓扑信息，该信息在智能分接线端子排出厂时已进行存储，主要包括相线输入接线端编号、相线金属排编号、零线输入接线端编号、零线金属排编号、相线输出接线端编号、零线输出接线端编号、电流传感器编号、电流采集接口的端口编号、电源接口的端口编号，相线输入接线端编号和相线金属排编号相对应，零线输入接线端编号和零线金属排编号相对应；拓扑信息还包括相线金属排编号与相线输出接线端编号的连接映射关系、所述相线输出接线端编号与零线输出接线端编号的连接映射关系、所述相线输出接线端编号与电流传感器编号的连接映射关系、所述零线输出接线端编号与电流传感器编号的连接映射关系、所述电流传感器与电流采集接口的端口编号的连接映射关系、所述相线金属排与电源接口的端口编号的连接映射关系。本实施例的EEPROM采用ROHM Semiconductor公司的BR93G46-3A芯片。

二次部分中：

电源包括相连接的超级电容和二次电源电路，二次电源电路通过二次电源接口、一次电源接口以及相应的金属排和输入接线端实现与供电侧的连接。当供电侧正常工作时，由供电侧(市电)以及一次部分、二次部分内的电源接口向二次部分内各电器件供电，电源处于充电状态；当出现供电侧停电时间时，超级电容通过二次电源电路放电为整个二次部分提供电源，MCU根据此时电压电流值情况判断停电事件为真，则将停电事件通过物联网通信模块上传。本实施例中，超级电容选用40F 3V的电容器；二次电路电源选用220V转为±12V、5V及3.3V的开关电源模块。

电压传感器用于将通过一次电源接口和二次电源接口传输的一次强电电压信号转换为可AD采集的弱电电压信号，本实施例的电压传感器采用型号为ZMPT107的微型电压互感器。

AD采集电路包括AD采集芯片和与该芯片输入侧相连的两个采样电阻，经过二次电流采集接口传输的各用户弱电电流信号通过第一采样电阻转换为AD采样芯片可采集的电压模拟信号；经过电压传感器传输的弱电电压信号通过第一采样电阻进行阻抗匹配转化为AD采样芯片可采集的电压模拟信号；AD采样芯片分别将各路电压模拟信号转换为电压数字信号后传输至MCU中进行相应处理。本实施例中，AD采样芯片采用12位高速、低功耗转换器ADS7822。

RTC用于提供当前的时间信息，选用M41T82的实时时钟芯片。

同步对时/定位模块用于校准RTC提供的当前时间信息，同时提供本智能分接线端子排所在的地理位置信息。本实施例采用型号为NEO-6M的GPS模块。

RAM用于对MCU的内存进行扩容，本实施例采用型号为IS62WVS2568FBLL-20NLI的静态随机存取存储器。

LED显示灯主要实现本智能分接线端子排重要工作状态的显示，包括通信状态、电源状态和设备状态等；如当LED显示灯以黄色常亮时，表示通信正常，黄色灭时，表示通信中断；当LED显示灯以红灯方式闪烁时，表明设备工作正常，红色常亮时，表示设备故障；当LED显示灯以绿灯常亮时，表示电源处于放电状态，绿灯灭时，表示电源处于充电状态。

物联网通信部件主要实现本智能分接线端子排中MCU与外部控制端的通信，将MCU处理得到的相关信息进行上传，便于后续的管理。

MCU主要用于对本智能分接线端子排实现外设管理及相应的数据处理，同时与上述AD采集芯片、同步对时/定位模块、物联网通信模块、RAM、二次部分EEPROM接口、RTC、LED显示灯连接。此外，MCU还依次通过两个EEPROM接口读取EEPROM内存储的智能分接线端子排自身的拓扑信息，通过读取EEPROM出厂携带的拓扑信息即可获取各母线与相应出线的拓扑连接关系，无需进行额外识别。MCU进行的数据处理主要包括：根据AD采样芯片传输的电压数字信号进行快速傅里叶变换，提取出各相基波电压有效值、基波电流有效值、50次内谐波电压有效值、50次内谐波电流有效值，由此计算出全波电压有效值、全波电流有效值、正序电压有效值、负序电压有效值、零序电压有效值、正序电流有效值、负序电流有效值、零序电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数、电量冻结值等结果(具体计算方法均可通过本领域的常规技术手段实现)。当发生停电故障时，MCU对该故障进行分析并利用物联网通信模块进行上传，MCU对供电故障原因进行分析包括以下几种情况：

情况一，当检测到电源接口各相失去电压，并检测到某相线输出接线孔电流存在突然增大的故障电流，且故障电流发生后该相线输出接线孔电流消失为零时，表明与该相线输出接线孔连接的用电侧用户内部出现短路故障，并引起了所述智能分接线端子排上级跳闸；

情况二，当检测到电源接口各相失去电压，且未检测到相线输出接线孔存在突然增大的故障电流时，表明目前供电侧出现停电故障；

情况三，当检测到电源接口电压正常，并检测到某相线输出接线孔电流存在突然增大的故障电流，且故障电流发生后该相线输出接口电流消失为零时，表明与该相线输出接线孔连接的用电侧用户内部出现短路故障，并引起了所述智能分接线端子排的下级跳闸；

情况四，当检测到检测到所述电源接口电压正常，并检测到某相线输出接线孔电流突然消失为零，并未检测到该相线输出接线孔较大的故障电流，表明用电侧用户欠费跳闸或用户主动切除负载。

本实施例的MCU采用型号为STM32F103VET6的微控制器单片机，在其上利用本领域常规的编程技术实现MCU相应的功能。

进一步地，在底座壳体或顶盖壳体上还贴设有设备铭牌标签及二维码，用于实现本智能分接线端子排铭牌及身份信息的可视化和便捷获取；一次部分中的EEPROM中存储有设备铭牌标签及二维码的电子信息。

以上对本发明所提出的智能分接线端子排进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，这些改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种智能分接线端子排，其特征在于，包括可拆卸连接的一次部分和二次部分；

所述一次部分包括底座壳体，以及固定在底座壳体内通过相线金属排相连的相线输入接线端和多个相线输出接线端、通过零线金属排相连的零线输入接线端和多个零线输出接线端、多个电流传感器、带电可擦可编程只读存储器、一次部分电源接口、一次部分电流采集接口和一次部分只读存储器接口；所述相线输入接线端和零线输入接线端分别通过位于底座壳体表面的相应输入接线孔接入供电侧，相线输入接线端和零线输入接线端还分别通过相应金属排与一次部分电源接口相连；各相线输出接线端或与各相线输出接线端对应的零线输出接线端分别通过位于底座壳体表面的输出接线孔套接相应的一个所述电流传感器，各相线输出接线端和各零线输出接线端分别与用电侧相应的相线和零线相连；各电流传感器均与一次部分电流采集接口相连，用于将采集的各用电侧电流信号转化为弱电流信号；所述带电可擦可编程只读存储器与一次部分只读存储器接口相连，用于存储所述智能分接线端子排自身的拓扑信息；

所述二次部分包括顶盖壳体，以及固定在顶盖壳体内的电源、电压传感器、AD采集电路、微控制器、物联网通信模块、同步对时/定位模块、随机存取存储器、实时时钟、LED显示灯、二次部分电源接口、二次部分电流采集接口和二次部分只读存储器接口，一次部分和二次部分之间分别通过其内的电源接口、电流采集接口和只读存储器接口传输电压信号、电流信号和智能分接线端子排自身的拓扑信息；所述电源依次通过二次电源接口和一次电源接口与所述相线金属排和零线金属排相连，用于获得供电并在供电侧故障时向二次部分内各器件供电；所述AD采集电路包括AD采集芯片和两个采样电阻，AD采集芯片通过第一采样电阻与二次部分电流采集接口相连，并通过第二采样电阻和所述电压传感器与二次部分电源接口相连，分别用于将获取的各用电侧弱电流信号和供电侧电压模拟信号转换成相应的电压数字信号并传输至微控制器；所述实时时钟与微控制器相连，用于提供当前时间信息；所述同步对时/定位模块与所述微控制器相连，用于校正所述实时时钟的时间信息并提供所述智能分接线端子排的地理位置信息；所述微控制器用于控制所述AD采集芯片的采集频率，对AD采样芯片传输的电压数字信号进行处理并结合当前时间和地理位置信息来提取各相基波电压/电流有效值和谐波电压/电流有效值，并计算全波电压/电流有效值、正序电压/电流有效值、负序电压/电流有效值、零序电压/电流有效值、有功功率、无功功率和用电侧电量冻结值信息，此外，若出现供电故障则对其原因进行分析；所述微控制器与二次部分存储器接口连接，用于读取带电可擦可编程只读存储器中存储的智能分接线端子排自身的拓扑信息，微控制器通过所述物联网通信模块实现与外部的通信，并通过所述随机存取存储器进行内存的扩容；所述LED显示灯与微控制器相连，用于显示所述智能分接线端子排的工作状态。

2.根据权利要求1所述的智能分接线端子排，其特征在于，与所述相线输入接线端相连的相线金属排为单相、两相或三相。

3.根据权利要求2所述的智能分接线端子排，其特征在于，所述一次部分电源接口和二次部分电源接口、一次部分电流采集接口和二次部分电流采集接口、一次部分只读存储器接口和二次部分只读存储器接口之间分别通过相应的接插件连接；各电源接口均分别包括相线端口和零线端口；各电流采集接口均分别包括多路出线电流信号端口。

4.根据权利要求1所述的智能分接线端子排，其特征在于，所述智能分接线端子排自身的拓扑信息在出厂时已存储于一次部分中的带电可擦可编程只读存储器中，拓扑信息包括相线输入接线端编号、相线金属排编号、零线输入接线端编号、零线金属排编号、相线输出接线端编号、零线输出接线端编号、电流传感器编号、电流采集接口的端口编号、电源接口的端口编号，所述相线输入接线端编号和相线金属排编号相对应，所述零线输入接线端编号和零线金属排编号相对应；拓扑信息还包括所述相线金属排编号与所述相线输出接线端编号的连接映射关系、所述相线输出接线端编号与零线输出接线端编号的连接映射关系、所述相线输出接线端编号与电流传感器编号的连接映射关系、所述零线输出接线端编号与电流传感器编号的连接映射关系、所述电流传感器与电流采集接口的端口编号的连接映射关系、所述相线金属排与电源接口的端口编号的连接映射关系。

5.根据权利要求1所述的智能分接线端子排，其特征在于，所述微控制器对供电故障原因进行分析包括以下几种情况：

当检测到电源接口各相失去电压，并检测到某相线输出接线孔电流存在突然增大的故障电流，且故障电流发生后该相线输出接线孔电流消失为零时，表明与该相线输出接线孔连接的用电侧用户内部出现短路故障，并引起了所述智能分接线端子排上级跳闸；

当检测到电源接口各相失去电压，且未检测到相线输出接线孔存在突然增大的故障电流时，表明目前供电侧出现停电故障；

当检测到电源接口电压正常，并检测到某相线输出接线孔电流存在突然增大的故障电流，且故障电流发生后该相线输出接口电流消失为零时，表明与该相线输出接线孔连接的用电侧用户内部出现短路故障，并引起了所述智能分接线端子排的下级跳闸；

当检测到检测到所述电源接口电压正常，并检测到某相线输出接线孔电流突然消失为零，并未检测到该相线输出接线孔较大的故障电流，表明用电侧用户欠费跳闸或用户主动切除负载。

6.根据权利要求1所述的智能分接线端子排，其特征在于，所述电源包括相连的超级电容和二次电源电路。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的智能分接线端子排，其特征在于，在所述底座壳体或顶盖壳体上还贴设有设备铭牌标签及二维码，用于实现所述智能分接线端子排铭牌及身份信息的可视化和便捷获取；所述一次部分中的带电可擦可编程只读存储器中存储有设备铭牌标签及二维码的电子信息。

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