CN111091699B - 一种基于自组网模组及带计量运算的路灯断路器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于自组网模组及带计量运算的路灯断路器及方法，包括控制板、触摸式液晶显示器、漏电保护开关、负载端、自检单元、机械控制单元、自组网LoRa模块、电力载波模块和蓝牙模块；控制板上依次设置有通讯模组、电源处理模块、语音控制模块、采集模块、数据处理模块、数据存储模块、机械动作模块、人机交互接口。漏电保护开关通过双绞线连接负载端；所述控制板与触摸式液晶显示单元通过RS232连接，可实现多通讯模式切换，手机APP直连数据采集及授权后相关控制；塑料壳与控制板通过卡扣固定。本发明是集测量数字化、控制模块化、状态可视化、功能一体化、信息互动化功能于一体的电力断路器保护装置。

Description

一种基于自组网模组及带计量运算的路灯断路器及方法

技术领域

本发明属于低压断路器保护装置技术领域，具体涉及一种基于自组网模组及带计量运算的路灯断路器及方法。

背景技术

现在的配电系统要求断路器除了能通断电流实现电路控制和简单的短路、过载保护外，还要能提供隔离和安全保护功能，特别是在针对人身、设备安全与配电系统的可靠性方面都提出了新的要求。

在电工产品展览会和电器市场上，低压断路器保护装置随处可见，特别是小型断路器保护装置倍受青睐。小型断路器保护装置具有过载长延时、短路瞬动的二段保护功能，还可以与漏电器、测量、电操等模块单元配合使用。在低压配电系统中，常用它做终端开关或支路开关，取代了过去常用的熔断器和闸刀开关。

但是，目前的低压断路器保护装置功能欠缺，不能同时具备多种如控制、测量、事件报告、故障录波报告和计量功能于一体，需要与其他设备单元配合使用，给用户带来了一些不便。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种基于自组网模组及带计量运算的路灯断路器及方法，本发明是专为电力电网需求而创新设计的一种具有保护、显示、测量、控制和通讯的装置，它完全符合电力变电站要求的短路保护、过载保护、隔离和安全保护等功能，并实现了测量数字化、控制简单化、状态可视化、功能一体化、信息互动化的特征要求。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明解决技术问题采取下述技术方案来实现的：

一种基于自组网模组及带计量运算的路灯断路器，包括控制板，以及与控制板分别连接的触摸式液晶显示器、漏电保护开关、自组网LoRa模块、电力载波模块、蓝牙模块、自检单元和机械控制单元；

所述漏电保护开关接负载端、线路保护单元和零序过压保护单元；

所述机械控制单元接路灯断路器；

所述控制板上依次设置有通讯模组、电源处理模块、语音控制模块、采集模块、数据处理模块、报警模块、数据存储模块、机械动作模块和人机交互接口。

对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：

进一步，所述采集模块包括数据采集模块和计量采集模块，所述数据采集模块包括SF6气体压力数据采集、断路器油温采集和触头温度采集；

所述计量采集模块包括电流互感器双向取样单元和电压互感器取样单元。

进一步，数据采集模块和计量采集模块采集三相或单相电压、电流、功率、及电网频率、正向有功电能和反向有功电能。

进一步，所述机械动作模块包括闭锁遥控开入回路单元，闭锁遥控开入回路单元设有远方、就地、合闸、分闸和储能单元。

进一步，所述人机交互接口包括USB接口、RS485和RS4232接口。

进一步，所述自组网LoRa模块包括mcu、射频芯片和扩展接口；射频芯片与mcu连接，LoRa模块与LoRa模块之间通过射频芯片组网，LoRa模块与网关节点通过射频芯片组网。

本发明相应地给出了一种基于自组网模组及带计量运算的路灯断路器的诊断方法，包括如下步骤：

S1，路灯断路器首先进行自组网连接，其连接方式通过自组网LoRa终端模块、电力载波模块和蓝牙模块进行组网；

S2，组网完成后通过自检单元对断路器进行自诊断，并将诊断结果上传至控制中心；如果诊断断路器故障，则通过机械控制单元对断路器进行自我修复，修复完成后通过存储单元进行事件记录并将故障内容上报后台；

S3，通过自检单元自检完成后，通过数据采集单元和计量单元完成数据采集并计量运算；

S4，数据采集完成后通过数据处理单元进行数据分析处理包括能耗分析、能耗重点分析、路灯能耗排名分析；

S5，数据分析处理完成后经过报警模块进行异常预警，即提供路灯多能设备异常启停、过载及短路危险事件预警及路灯容量超限预警；

S6，负荷调节，策略优化实时研判台区负荷，实现新能源就地消纳，达到削峰填谷短时间负荷较大变化。

进一步，所述步骤S2，控制板通过机械控制单元连接路灯断路器用于接收远方遥控命令进行断路器的分闸、合闸控制操作；

机械控制单元中的机械动作模块连接一个“闭锁遥控”的开入回路，将外部的“远方/就地”切换开关位置接点接入该回路，实现对远方遥控操作的闭锁；

当切换到“就地”位置时，由通讯模组发来的遥控分闸和遥控合闸命令被禁止执行；

当切换到“远方”位置时，由通讯发来的遥控分闸和遥控合闸命令被允许执行；

装置开入回路默认接入的是“就地”位置接点，当实际接入的是“远方”位置接点时，可以将定值项中的“闭锁遥控开入取反”控制字投入，实现相同的闭锁功能。

进一步，所述触摸式液晶显示单元包括主界面、参数设置界面、触头温度显示界面、地址设置界面、实时温度监控曲线界面、历史曲线界面和报警显示界面。

进一步，所述语音控制模块连接有喇叭，实时提示报警信息。

本发明与已有的技术相比具有以下有益效果：

本发明广泛适用于大型的电厂、煤矿、钢铁、冶金以及小区和变电站等使用于380V户内外供电照明及路灯中，适用断路器等相关电气设备的主保护或后备保护，是一种全新、快速、安全、有效的保护切断供电装置。

其特点在于：

1、本发明视窗界面十分美观、清晰、各种状态一目了然，动态模拟显示断路器分/合、接地刀分/合、储能和未储能状态、触头温度和断路器油温显示以及报警提示，显示内容随功能变换。

2、本发明面向变电站断路器自动化的整体设计，融保护、测量、控制、通讯功能为一体，大大减少了用户现场的安装和调试工作量。

3、本发明为双总线结构，向下连接各种传感器，向上可通过人机交互接口连接上位机信息交互平台。

4、主控设备采用高速处理器和高精度采样芯片、具备高可靠的电磁兼容性能。

5、友好的人机交互界面，全汉化菜单式操作，用户操作更方便。

6、整个装置外观采用立体、美观、绝缘的塑料绝缘材料，有效的保护了人身和电力设备的安全。

7、整个装置集多种通信LORA、HPLC、蓝牙于一体，实现多种方式互联互通，完成相关数据交互，并对电路能耗进行计量统计计算上报，具有故障自诊断主动上报功能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是本发明路灯断路器内部结构；

图2是本发明路灯断路器主控板框架；

图3是发明路灯断路器内部工作流程图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明的一种基于自组网模组及带计量运算的路灯断路器，包括控制板，以及与控制板分别连接的触摸式液晶显示器、漏电保护开关、自组网LoRa模块、电力载波模块、蓝牙模块、自检单元和机械控制单元；其中，漏电保护开关接负载端、线路保护单元和零序过压保护单元；机械控制单元接路灯断路器。

其中，自组网LoRa模块包括mcu、射频芯片和扩展接口；射频芯片与mcu连接，LoRa模块与LoRa模块之间通过射频芯片组网，LoRa模块与网关节点通过射频芯片组网。

电力载波模块，用于提供半双工通信功能，可以在电力线上实现局域通信。从而实现通过电力信号传输采集到的数据信息。

蓝牙模块，通过其内部的微控制器(MCU)运行蓝牙无线通信协议，提供蓝牙查询、匹配、连接、数据传输的功能，并通过建立无线链路与手机APP蓝牙构成蓝牙微网，同手机APP直接和断路器实现相互通信的能力。

其中，控制板左边连接漏电保护开关右边连接显示器；漏电保护开关与负载端通过双绞线连接；控制板与触摸式液晶显示单元通过RS232连接；塑料壳与控制板通过卡扣固定。

漏电保护开关用以对低压电网直接触电和间接触电进行有效保护,也可以作为三相电动机的缺相保护。包括线路保护测控单元和零序过电压告警单元，线路保护测控单元一般设置速断保护、二段式电流保护、三相一次重合闸和后加速保护以及过负荷保护，每个保护通过控制字可投入和退出，为了增大电流速断保护范围，可引入电压闭锁元件，构成电压闭锁过流保护，其中各段电流保护的电压闭锁元件可单独投退，零序过电压告警单元中零序电压由外部PT的开口三角电压3U0输入，当零序电压大于定值时，保护装置发出主动上报告警信号；

触摸式液晶显示单元包括主界面、参数设置界面、触头温度显示界面、地址设置界面、实时温度监控曲线界面、历史曲线界面和报警显示界面。液晶触摸显示屏采用3.5寸中文液晶触摸显示器，友好的人机界面，全汉化菜单式操作，用户操作更方便。

控制板通过机械控制单元连接路灯断路器用于接收远方遥控命令进行断路器的分闸、合闸控制操作。

机械控制单元中的机械动作模块连接一个名称为“闭锁遥控”的开入回路，可以将外部的“远方/就地”切换开关位置接点接入该回路，来实现对远方遥控操作的闭锁；当切换到“就地”位置时，由通讯发来的遥控分闸和遥控合闸命令被禁止执行，当切换到“远方”位置时，由通讯发来的遥控分闸和遥控合闸命令被允许执行。装置开入回路默认接入的是“就地”位置接点，当实际接入的是“远方”位置接点时，可以将定值项中的“闭锁遥控开入取反”控制字投入，从而实现相同的闭锁功能。

保护定值的修改、保护功能的投退均可由远方遥控进行。

如图2所示，控制板上依次设置有通讯模组、电源处理模块、语音控制模块、采集模块、数据处理模块、报警模块、数据存储模块、机械动作模块和人机交互接口。其中，采集模块包括数据采集模块和计量采集模块，数据采集模块包括SF6气体压力数据采集、断路器油温采集和触头温度采集；计量采集模块包括电流互感器双向取样单元和电压互感器取样单元。数据采集模块和计量采集模块采集三相或单相电压、电流、功率、及电网频率、正向有功电能和反向有功电能。机械动作模块包括闭锁遥控开入回路单元，闭锁遥控开入回路单元设有远方、就地、合闸、分闸和储能单元。人机交互接口包括USB接口、RS485和RS4232接口。

其中，电源处理模块具有反接保护功能。语音控制模块连接有喇叭，可实时提示报警信息。

下面通过图1、图2并结合图3，给出本发明的路灯断路器内部工作流程，包括如下步骤：

S1，路灯断路器首先进行自组网连接，其连接方式通过图1的自组网LoRa终端模块、电力载波模块和蓝牙模块进行组网；

S2，组网完成后通过图1的自检单元对断路器进行自诊断，并将诊断结果上传至控制中心；如果诊断断路器故障则通过机械控制单元对断路器进行自我修复，修复完成后通过图2的存储单元进行事件记录并将故障内容上报后台。

事件记录包括事件报告记录功能、动作事件报告和故障录波功能，事件报告记录功能，可以将发生的重要事件生成报告保存，装置失电后报告不丢失。事件的存放采用循环方式，即有最新事件报告保存时，最老的事件自动被删除。动作事件报告的内容为装置发生保护动作的保护类型、保护动作的发生时间、以及保护动作时刻的故障量数据(存储最多16条记录)。

故障滤波功能可以将系统发生故障时的故障量进行录波保存，录波数据为8个周波的实时采样数据。录波数据可以由通讯接口传送到上位机监控系统，在监控系统软件中可以显示录波数据和波形。装置可以保存最近4次保护装置发生动作的故障录波报告，装置电源关闭后录波数据不丢失。

S3，通过图1的自检单元自检完成后过图2进行数据采集并计量运算，此部分是通过数据采集单元和计量单元来完成。

数据采集单元可实时采集测量断路器油温、断路器触头温度和SF6气体压力数值。

计量单元通过双向电压互感器取样单元和双向电流互感器取样单元来进行数据采样，采样的数据包括三相(单相)电压、三相(单相)电流、功率、功率因素及电网频率，能计量正向有功电能、反向有功电能，并可以据此设置组合有功，有功电能量按相应的时段分别累计、存储总、尖、峰、平、谷电能量。

S4，数据采集完成后通过图2数据处理单元进行数据分析处理包括能耗分析、能耗重点分析、路灯能耗排名分析等服务；

S5，数据分析处理完成后经过图2的报警模块进行异常预警，即提供路灯多能设备异常启停、过载及短路等危险事件预警及路灯容量超限预警服务。最后可以负荷调节，策略优化实时研判台区负荷，实现新能源就地消纳；达到削峰填谷短时间负荷较大变化，储能设备能减小对电网的冲击。

同时，用户也可以操作外部的遥控功能，图1中的控制板通过机械控制单元连接路灯断路器用于接收远方遥控命令进行断路器的分闸、合闸控制操作。

机械控制单元中的图2的机械动作模块连接一个名称为“闭锁遥控”的开入回路，可以将外部的“远方/就地”切换开关位置接点接入该回路，来实现对远方遥控操作的闭锁；当切换到“就地”位置时，由通讯发来的遥控分闸和遥控合闸命令被禁止执行，当切换到“远方”位置时，由通讯发来的遥控分闸和遥控合闸命令被允许执行。装置开入回路默认接入的是“就地”位置接点，当实际接入的是“远方”位置接点时，可以将定值项中的“闭锁遥控开入取反”控制字投入，从而实现相同的闭锁功能。

保护定值的修改、保护功能的投退均可由远方遥控进行。

本发明工作原理及功能如下：

本发明以ARM系统为核心，采用模块化设计，内部程序使用多优先级中断服务机制，提高了控制的实时性。装置功能单元采用一体化设计，各功能模块相互联系，由MODBUS通讯装置统一进行数据传输。通过主控制板采集包括断路器油温、触头温度、开关量状态(分闸、合闸、储能、远方和就地)采集和操作控制，并将之与报警模块连接，用喇叭提醒用户进行相应的操作。用户通过自组网模块组网完成数据传输，也可用电力线实现数据传输，还可以手机APP和小断路器进行直接蓝牙连接互动，实现数据查看授权后相关动作。

本发明具有下述功能：

1、保护功能

本保护装置适用于380V及以下电压等级的发电厂及变电站的各种型号的断路器。

本保护装置工作电源交直流通用，工作电压范围为85V～265V(AC或DC)；

本综合保护装置还配置了独立的防跳回路。防跳回路分为DC220V、DC110V、AC220V等多个版本，可以满足各种现场的控制电源类型。

2、塑料壳绝缘保护

本保护装置采用外形美观、绝缘保护性能高的塑料外壳。

3、测量功能

本保护装置可实时采集测量断路器油温、断路器触头温度和SF6气体压力数值。

本保护装置设有11路开关量接口，开入量电源为装置自身输出的直流DC48V电源。可用于采集断路器位置接点、刀闸位置接点、保护压板接点、外部闭锁接点等开关量。

4、控制功能

本保护装置可接收远方遥控命令进行断路器的分闸、合闸控制操作。

保护定值的修改、保护功能的投退均可由远方遥控进行。

5、事件报告功能

本保护装置具有事件报告记录功能，可以将发生的重要事件生成报告保存，装置失电后报告不丢失。事件的存放采用循环方式，即有最新事件报告保存时，最老的事件自动被删除。

动作事件报告的内容为装置发生保护动作的保护类型、保护动作的发生时间、以及保护动作时刻的故障量数据。(存储最多16条记录)

6、故障录波功能

本保护装置具有故障录波功能，可以将系统发生故障时的故障量进行录波保存，录波数据为8个周波的实时采样数据。录波数据可以由通讯接口传送到上位机监控系统，在监控系统软件中可以显示录波数据和波形。装置可以保存最近4次保护装置发生动作的故障录波报告，装置电源关闭后录波数据不丢失。

7、计量功能

三相(单相)电压、三相(单相)电流、功率、功率因素及电网频率，正向有功电能、反向有功电能、分相双向计量、需量计量、功率因数计量、显示和远传实时电压、电流、功率等。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的，本领域的技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明的宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于自组网模组及带计量运算的路灯断路器的诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，路灯断路器首先进行自组网连接，其连接方式通过自组网LoRa终端模块、电力载波模块和蓝牙模块进行组网；

S2，组网完成后通过自检单元对断路器进行自诊断，并将诊断结果上传至控制中心；如果诊断断路器故障，则通过机械控制单元对断路器进行自我修复，修复完成后通过存储单元进行事件记录并将故障内容上报后台；

S3，通过数据采集单元和计量单元完成数据采集并计量运算；

S4，通过数据处理单元进行数据分析处理包括能耗分析、能耗重点分析、路灯能耗排名分析；

S5，经过报警模块进行异常预警，即提供路灯多能设备异常启停、过载及短路危险事件预警及路灯容量超限预警；

S6，负荷调节，策略优化实时研判台区负荷，实现新能源就地消纳，达到削峰填谷短时间负荷较大变化；

所述自组网LoRa模块包括mcu、射频芯片和扩展接口；射频芯片与mcu连接，LoRa模块与LoRa模块之间通过射频芯片组网，LoRa模块与网关节点通过射频芯片组网；

所述步骤S2，控制板通过机械控制单元连接路灯断路器用于接收远方遥控命令进行断路器的分闸、合闸控制操作；

机械控制单元中的机械动作模块连接一个“闭锁遥控”的开入回路，将外部的“远方/就地”切换开关位置接点接入该回路，实现对远方遥控操作的闭锁；

当切换到“就地”位置时，由通讯模组发来的遥控分闸和遥控合闸命令被禁止执行；

当切换到“远方”位置时，由通讯发来的遥控分闸和遥控合闸命令被允许执行；

装置开入回路默认接入的是“就地”位置接点，当实际接入的是“远方”位置接点时，可以将定值项中的“闭锁遥控开入取反”控制字投入，实现相同的闭锁功能。

2.一种权利要求1所述方法的基于自组网模组及带计量运算的路灯断路器，其特征在于，包括控制板，以及与控制板分别连接的触摸式液晶显示器、漏电保护开关、自组网LoRa模块、电力载波模块、蓝牙模块、自检单元和机械控制单元；

所述漏电保护开关接负载端、线路保护单元和零序过压保护单元；

所述机械控制单元接路灯断路器；

所述控制板上依次设置有通讯模组、电源处理模块、语音控制模块、采集模块、数据处理模块、报警模块、数据存储模块、机械动作模块和人机交互接口。

3.根据权利要求2所述的一种基于自组网模组及带计量运算的路灯断路器，其特征在于，所述采集模块包括数据采集模块和计量采集模块，所述数据采集模块包括SF6气体压力数据采集、断路器油温采集和触头温度采集；

所述计量采集模块包括电流互感器双向取样单元和电压互感器取样单元。

4.根据权利要求3所述的一种基于自组网模组及带计量运算的路灯断路器，其特征在于，数据采集模块和计量采集模块采集三相或单相电压、电流、功率、及电网频率、正向有功电能和反向有功电能。

5.根据权利要求2所述的一种基于自组网模组及带计量运算的路灯断路器，其特征在于，所述机械动作模块包括闭锁遥控开入回路单元，闭锁遥控开入回路单元设有远方、就地、合闸、分闸和储能单元。

6.根据权利要求2所述的一种基于自组网模组及带计量运算的路灯断路器，其特征在于，所述人机交互接口包括USB接口、RS485和RS4232接口。

7.根据权利要求2所述的一种基于自组网模组及带计量运算的路灯断路器，其特征在于，所述触摸式液晶显示器包括主界面、参数设置界面、触头温度显示界面、地址设置界面、实时温度监控曲线界面、历史曲线界面和报警显示界面。

8.根据权利要求2所述的一种基于自组网模组及带计量运算的路灯断路器，其特征在于，所述语音控制模块连接有喇叭，实时提示报警信息。

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