CN114726097A - 双芯模式的低压智能断路器装置 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例公开了一种双芯模式的低压智能断路器装置。该双芯模式的低压智能断路器装置包括：管理单元、保护单元、信号采集单元和电源系统，其中，管理单元，包括：管理芯片、通信接口模块、控制接口模块、指示交互模块、拓扑识别模块和时钟模块；保护单元，包括：保护芯片、保护接口模块、测温模块和存储模块；信号采集单元，包括：电压测量模块和电流测量模块；电源系统，包括：自生电源和辅助电源；管理单元与保护单元通信连接；信号采集单元通过电路分别与管理单元和保护单元连接；自生电源为保护单元供电，辅助电源为管理单元、保护单元供电。该实施方式在管理单元失效时，依然可以及时对断路器进行保护。

Description

双芯模式的低压智能断路器装置
技术领域
本公开的实施例涉及电路领域，具体涉及一种双芯模式的低压智能断路器装置。
背景技术
随着电网的数字化转型，台区的数字化改造工作的不断深入，对台区各类端设备的智能化程度提出了更高要求。断路器作为低压台区的关键端设备，对台区精益化管理、低压配网供电服务能力提升发挥着重要的作用。合理部署低压智能断路器是实现台区深度感知、提升用户体验、优化运营的关键环节，也是建设配电物联网的重要手段。目前，对于断路器的管控，通常采用的方式为：采用单处理器的模式对断路器进行管控，以及进行故障识别。
然而，采用上述方式通常会存在以下技术问题：
第一，当单处理器失效时(断电或损坏)，无法及时对断路器进行保护；
第二，当单处理器失效时(断电或损坏)，无法及时判断处理器失效的原因，导致无法及时对断路器进行保护，容易造成断路器的损坏。
发明内容
本公开的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本公开的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。
本公开的一些实施例提出了双芯模式的低压智能断路器装置，来解决以上背景技术部分提到的技术问题中的一项或多项。
本公开的一些实施例提供了一种双芯模式的低压智能断路器装置，该双芯模式的低压智能断路器装置包括：管理单元、保护单元、信号采集单元和电源系统，其中，上述管理单元，包括：管理芯片、通信接口模块、控制接口模块、指示交互模块、拓扑识别模块和时钟模块；上述保护单元，包括：保护芯片、保护接口模块、测温模块和存储模块；上述信号采集单元，包括：电压测量模块和电流测量模块；上述电源系统，包括：自生电源和辅助电源；上述管理单元与上述保护单元通信连接；上述信号采集单元通过电路分别与上述管理单元和上述保护单元连接；上述自生电源为上述保护单元供电，上述辅助电源为上述管理单元、上述保护单元供电。
可选地，上述管理芯片包括：计量芯片和主控芯片；以及上述计量芯片与上述主控芯片通信连接；上述计量芯片被配置成：接收上述信号采集单元采集的电压信号和电流信号，以及根据所接收的电压信号和电流信号，进行电路解析。
可选地，上述管理芯片包括：只读存储器和闪存存储器；上述只读存储器和上述闪存存储器均用于记录上述管理单元处理后的数据。
可选地，上述电源系统还包括：后备电源；以及上述后备电源被配置成：在上述辅助电源电量不足时，为上述管理单元、上述保护单元和上述信号采集单元供电。
可选地，上述电压测量模块包括电压测量互感器；上述电流测量模块包括电流测量互感器和电流保护互感器。
可选地，上述电压测量互感器用于采集电压信号；上述电流测量互感器和上述电流保护互感器分别用于采集电流信号。
可选地，上述信号采集单元通过与上述管理单元连接的电路将所采集的电压信号和电流信号发送至上述管理单元；上述信号采集单元通过与上述保护单元连接的电路将所采集的电流信号发送至上述保护单元。
可选地，上述保护单元用于在监测到异常参数时，断开上述断路器的电路连接；上述保护单元还用于将所采集的上述断路器的电路信息发送至上述管理单元；上述管理单元用于将保护上述断路器的各个参数发送至上述保护单元。
可选地，上述管理单元、上述保护单元、上述信号采集单元的安装形式均为可插拔形式。
本公开的上述各个实施例具有如下有益效果：通过本公开的一些实施例的双芯模式的低压智能断路器装置，在单处理器失效时，可以及时对断路器进行保护。具体来说，无法及时对断路器进行保护的原因在于：当单处理器失效时(断电或损坏)，无法及时对断路器进行保护。基于此，本公开的一些实施例的双芯模式的低压智能断路器装置，将管理功能和保护功能区分开，设计了管理单元和保护单元分别对断路器进行管控。首先，设计的管理单元包括：管理芯片、通信接口模块、控制接口模块、指示交互模块、拓扑识别模块和时钟模块。由此，可以利用管理单元完成对断路器的数据采集、数据管理、通信管理、输入输出控制、数据运算等操作。然后，设计的保护单元可以包括保护芯片、保护接口模块、测温模块和存储模块。上述管理单元与上述保护单元通信连接。由此，使得管理单元与保护单元可以进行信息互通，实现保护事件、录波数据、实时数据、参数等信息的互传。此外，利用设定的电源系统所包括的自生电源和辅助电源，分别为管理单元和保护单元供电，使得在管理单元(单处理器)失效时，依然可以利用保护单元实现对断路器的电流保护功能，包括长延时保护、短延时保护、瞬动保护和漏电保护。
附图说明
结合附图并参考以下具体实施方式，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。
图1是根据本公开的一些实施例的双芯模式的低压智能断路器装置的一个结构示意图；
图2是根据本公开的信号采集单元一个实施例的结构设计示意图；
图3是根据本公开的电源系统一个实施例的工作流程设计示意图；
图4是根据本公开的管理芯片一个实施例的结构设计示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。
另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
本公开实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
请参见图1，其示出了本公开提供的双芯模式的低压智能断路器装置的一个实施例的结构示意图。如图1所示，本公开提供的双芯模式的低压智能断路器装置可以包括：管理单元1、保护单元2、信号采集单元3和电源系统4。
在一些实施例中，上述管理单元1，包括：管理芯片、通信接口模块、控制接口模块、指示交互模块、拓扑识别模块和时钟模块。这里，管理芯片可以是SCMB9005芯片。这里，通信接口模块可以是指通信接口(communication interface)，可以包括上行通信接口和下行通信接口。这里，控制接口模块可以是指主机控制接口，用于控制断路器分合闸操作的接口。这里，指示交互模块可以是指LED指示以及按键交互模块(例如，LED指示灯、按键)。这里，拓扑识别模块可以指具有拓扑识别的芯片，可以对所接收的电压信号和电流信号进行拓扑识别。这里，时钟模块可以是指R8025 AC时钟芯片，可以实现断路器的时钟召唤和对时功能。实践中，上述管理单元1还设计了10～13个通用输入/输出口(GPIO)功能。这里，10～13个通用输入/输出口(GPIO)的功能设计如下：1、按键输入模块(GPIO)设计“合闸”、“分闸”控制操作按键，以及“重合闸”、“蓝牙”投退功能按键等，满足对断路器进行人机交互的功能需求；2、LED指示模块设计系统运行灯、告警灯、故障灯等，能够直观的观察当前设备状态；3、设计分合闸输出控制功能以及对分合闸的状态进行输入监测，从而通过管理芯片能直接控制断路器的分合闸以及确认分合闸操作是否成功。实践中，上述管理单元1还设计了1路总线(I2C)、2路异步收发传输器(USART)、3路异步收发传输器。其中，1路总线连接时钟模块R8025 AC实现断路器的时钟召唤和对时功能。2路异步收发传输器设计为TTL电平分别与保护单元2在硬件上直连进行通信以及预留作为程序开发的调试串口。3路异步收发传输器分别连接符合电网相关标准和规范的可插拔单相高速电力线载波模块、485通信芯片和蓝牙通信模块，满足断路器通过载波模块与融合终端进行远程通信、远程升级的功能需求，以及通过485通信芯片和蓝牙通信模块进行本地维护、本地升级的功能需求。
在一些实施例中，上述保护单元2，包括：保护芯片、保护接口模块、测温模块和存储模块。这里，保护芯片可以是STM32F103芯片。这里，保护接口模块可以是指保护单元2的主机控制接口，用于控制断路器分合闸操作的接口。这里，测温模块可以是指测量断路器的温度的芯片。例如，测温模块可以是单总线温度测量芯片DS18B20。从而，可以实现断路器的控制器超温、母排或触头温度监测的自诊断功能和温度保护功能。存储模块可以是指用于存储预先设置的保护断路器的各个参数的存储器。这里，存储模块可以是EEPROM存储器。从而，满足断路器的参数和保护定值的存储功能、存储器故障识别的自诊断功能需求。
在实际的运行过程中，信号采样单元3可以将电流信号输入至保护单元2的模数转换器中；保护单元2通过输出驱动执行机构控制的断路器分合闸操作并对分合闸状态进行监测。
保护单元2的相关内容作为本公开的一个发明点，由此解决了背景技术提及的技术问题二“当但处理器失效时(断电或损坏)，无法及时判断处理器失效的原因，导致无法及时对断路器进行保护，容易造成断路器的损坏”。导致无法及时对断路器进行保护，容易造成断路器的损坏的原因在于：当但处理器失效时(断电或损坏)，无法及时判断处理器失效的原因，导致无法及时对断路器进行保护，容易造成断路器的损坏。如果解决了上述因素，就能达到减少断路器的损坏的效果。为了达到这一效果，本公开通过设定的保护单元可以在管理单元(处理器)失效时，及时通过电压采样电路、电流测量互感器和电流保护互感器监测断路器的线路状态，以保证在断路器出现故障时，及时监测并形成对断路器的电流保护和温度保护。诸如，长延时保护、短延时保护、瞬动保护和漏电保护等。从而，提高了断路器的稳定性和可靠性。
如图2所示，在一些实施例中，上述信号采集单元3，包括：电压测量模块和电流测量模块。这里，电压测量模块可以包括电压采样电路和电压测量互感器。这里，电流测量模块可以包括电流采样电路、电流测量互感器和电流保护互感器。这里，电压测量互感器用于采集断路器线路上的电压信号。电流测量互感器和电流保护互感器均用于采集断路器线路上的电流信号。这里，电流测量互感器所采集的电流信号发送给管理单元1。电流保护互感器所采集的电流信号发送给保护单元2。实践中，上述电压测量互感器用于采集电压信号。上述电流测量互感器和上述电流保护互感器分别用于采集电流信号。
由此，为保护单元2设定独有的互感器(电流保护互感器)，可以使得保护单元2不受断路器其它部分的影响，可以脱离管理单元1独立运行，即使管理单元1失效，保护单元2仍可以对断路器形成保护。
可选地，上述信号采集单元3通过与上述管理单元1连接的电路将所采集的电压信号和电流信号发送至上述管理单元1。
可选地，上述信号采集单元3通过与上述保护单元2连接的电路将所采集的电流信号发送至上述保护单元2。
可选地，上述保护单元2用于在监测到异常参数时，断开断路器的电路连接。实践中，保护单元2在监测到异常参数(例如，测温装置检测到断路器的温度大于预设的温度阈值)时，可以控制上述断路器的分合闸进行分闸。这里，异常参数可以是指断路器运行时的异常参数，可以包括但不限于：温度异常值(温度不在规定范围内)、电压异常值(电压不在规定范围内)、电流异常值(电流不在规定范围内)。
可选地，上述保护单元2还用于将所采集的上述断路器的电路信息发送至上述管理单元1。这里，电路信息可以是指监测到的异常参数。
可选地，上述管理单元1用于将保护上述断路器的各个参数发送至上述保护单元2。这里，保护上述断路器的各个参数可以是指断路器在工作时，各个线路和模块运行的阈值。例如，保护上述断路器的各个参数可以包括但不限于：温度阈值(断路器的最大运行时的温度)、电流阈值(最大电流)、电压阈值(最大电压)等
从而，便于管理单元1与外界的维修终端进行交互，以通知维修人员对断路器进行维修。最后，管理单元1可以将保护上述断路器的各个参数发送至上述保护单元2。从而，可以实现保护事件、参数等信息的互传。
在一些实施例中，上述电源系统4，包括：自生电源和辅助电源。其中，上述自生电源为上述保护单元2供电，上述辅助电源为上述管理单元1、上述保护单元2供电。可选地，电源系统4还包括后备电源。其中，上述后备电源被配置成：在上述辅助电源电量不足时，为上述管理单元1、上述保护单元2供电。
如图3所示，设计的电源系统4的工作流程图，上述自生电源支持电流取电，为上述保护单元2供电。即，上述保护单元2通过电流取电互感器从上述自生电源中感应取电(自生电源由保护单元2中的交流电流通过电流取电互感器感应取电)。这里，图3中的DC12V表示直流电12V。AC/DC表示交流输入/直流输出。DC/DC表示将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压。
如图3所示，上述辅助电源同时为管理单元1和保护单元2供电。此外，辅助电源在正常工作时还需要负责后备电源的充电工作。
如图3所示，在上述辅助电源电量不足时，上述后备电源为断路器供电。即，在上述辅助电源电量不足时，上述后备电源为管理单元1和保护单元2供电。上述后备电源可以是一个超级电容。
从而，当辅助电源供电不足或消失后，后备电源能保证掉电前系统的电量数据、停电事件保存不丢失。
在一些实施例中，上述管理单元1与上述保护单元2通信连接；上述信号采集单元3通过电路分别与上述管理单元1和上述保护单元2连接。
在一些实施例中，上述管理单元1、保护单元2、信号采集单元3的安装形式均为可插拔形式。即，管理单元1、保护单元2、信号采集单元3可随时进行更换。由此，可以使得对断路器的维修更加方便，提升了断路器的使用时长。
本公开的上述各个实施例具有如下有益效果：通过本公开的一些实施例的双芯模式的低压智能断路器装置，在单处理器失效时，可以及时对断路器进行保护。具体来说，无法及时对断路器进行保护的原因在于：当单处理器失效时(断电或损坏)，无法及时对断路器进行保护。基于此，本公开的一些实施例的双芯模式的低压智能断路器装置，将管理功能和保护功能区分开，设计了管理单元和保护单元分别对断路器进行管控。首先，设计的管理单元包括：管理芯片、通信接口模块、控制接口模块、指示交互模块、拓扑识别模块和时钟模块。由此，可以利用管理单元完成对断路器的数据采集、数据管理、通信管理、输入输出控制、数据运算等操作。然后，设计的保护单元可以包括保护芯片、保护接口模块、测温模块和存储模块。上述管理单元与上述保护单元通信连接。由此，使得管理单元与保护单元可以进行信息互通，实现保护事件、录波数据、实时数据、参数等信息的互传。此外，利用设定的电源系统所包括的自生电源和辅助电源，分别为管理单元和保护单元供电，使得在管理单元(单处理器)失效时，依然可以利用保护单元实现对断路器的电流保护功能，包括长延时保护、短延时保护、瞬动保护和漏电保护。
继续参见图4，其示出了本公开提供的双芯模式的低压智能断路器装置的管理芯片一个实施例的结构设计示意图。
本实施例中的管理芯片101包括计量芯片和主控芯片。上述计量芯片与上述主控芯片通信连接。上述计量芯片被配置成：接收上述信号采集单元3采集的电压信号和电流信号，以及根据所接收的电压信号和电流信号，进行电路解析。这里，计量芯片可以是SC1186E芯片。这里，主控芯片可以是SCM402F芯片。这里，电路解析可以是指根据电压信号和电流信号进行过压、欠压、缺相等电路分析和线损分析。
本实施例中的管理芯片101包括只读存储器和闪存存储器。上述只读存储器和上述闪存存储器均用于记录上述管理单元处理后的数据。这里，只读存储器(EEPROM)和闪存存储器(FLASH)可以作为管理单元1的程序和数据存储空间。这里，只读存储器(EEPROM)和闪存存储器(FLASH)可以实现对管理单元1的保护事件记录、电能事件记录、参数变更事件记录的事件记录。
本公开的上述各个实施例具有如下有益效果：管理芯片101实现了数据采集、数据管理、通信管理、非电流保护功能(如过压、欠压、缺相、重合闸等)；此外，通过设定的专用通信接口(2路异步收发传输器)与保护单元2通信连接，实现了与保护单元2的协同，在硬件上可以直接相连，不需要经过电平转换就可以直接通信。利用计量芯片可以实现电路分析和线损分析。从而，实现保护事件、录波数据(电压信号和电流信号)、参数的信息互传。
以上描述仅为本公开的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种双芯模式的低压智能断路器装置，包括：管理单元、保护单元、信号采集单元和电源系统，其中，
所述管理单元，包括：管理芯片、通信接口模块、控制接口模块、指示交互模块、拓扑识别模块和时钟模块；
所述保护单元，包括：保护芯片、保护接口模块、测温模块和存储模块；
所述信号采集单元，包括：电压测量模块和电流测量模块；
所述电源系统，包括：自生电源和辅助电源；
所述管理单元与所述保护单元通信连接；所述信号采集单元通过电路分别与所述管理单元和所述保护单元连接；
所述自生电源为所述保护单元供电，所述辅助电源为所述管理单元、所述保护单元供电。
2.根据权利要求1所述的双芯模式的低压智能断路器装置，其中，所述管理芯片包括：计量芯片和主控芯片；以及
所述计量芯片与所述主控芯片通信连接；
所述计量芯片被配置成：接收所述信号采集单元采集的电压信号和电流信号，以及根据所接收的电压信号和电流信号，进行电路解析。
3.根据权利要求1所述的双芯模式的低压智能断路器装置，其中，所述管理芯片包括：只读存储器和闪存存储器；所述只读存储器和所述闪存存储器均用于记录所述管理单元处理后的数据。
4.根据权利要求1所述的双芯模式的低压智能断路器装置，其中，所述电源系统还包括：后备电源；以及
所述后备电源被配置成：在所述辅助电源电量不足时，为所述管理单元、所述保护单元和所述信号采集单元供电。
5.根据权利要求1所述的双芯模式的低压智能断路器装置，其中，所述电压测量模块包括电压测量互感器；所述电流测量模块包括电流测量互感器和电流保护互感器。
6.根据权利要求5所述的双芯模式的低压智能断路器装置，其中，所述电压测量互感器用于采集电压信号；所述电流测量互感器和所述电流保护互感器分别用于采集电流信号。
7.根据权利要求6所述的双芯模式的低压智能断路器装置，其中，所述信号采集单元通过与所述管理单元连接的电路将所采集的电压信号和电流信号发送至所述管理单元；
所述信号采集单元通过与所述保护单元连接的电路将所采集的电流信号发送至所述保护单元。
8.根据权利要求1所述的双芯模式的低压智能断路器装置，其中，所述保护单元用于在监测到异常参数时，断开所述断路器的电路连接；
所述保护单元还用于将所采集的所述断路器的电路信息发送至所述管理单元；
所述管理单元用于将保护所述断路器的各个参数发送至所述保护单元。
9.根据权利要求1-8之一所述的双芯模式的低压智能断路器装置，其中，所述管理单元、所述保护单元、所述信号采集单元的安装形式均为可插拔形式。
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