CN115833372A - 一种配电柜安全管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种配电柜安全管理系统，涉及配电技术领域，包括：数据监控终端、数字监控中心和移动管理端；监控终端用于采集配电柜内的电能信息和环境信息，并通过安全保护装置对配电柜电路和环境进行保护；数字监控中心用于接收所述数据监控终端加密上传的监控信息，并对配电柜的运行状态、周期进行分析管理，及下发控制参数信息；移动管理端用于工作人员对配电柜的监控信息进行无线查看，本发明可以对配电柜的运行状态进行实时监测，在配电柜运行异常时及时进行预警。

Description

一种配电柜安全管理系统

技术领域

本发明涉及配电技术领域，具体涉及到一种配电柜安全管理系统。

背景技术

配电柜是配电系统的末级设备。其主要由各种低压开关电器、控制电器、保护电器、指示仪表以及载流导体等组成。大部分的配电柜都是被配置在室外，而外界的天气状况、外力破坏等因素可能会造成设备停运或故障。为保证配电柜的安全运行，需要进行巡视检查，但人工巡检成本较高、且容易造成主观误差。现有的智能配电柜系统，仅能满足单一的电力配电安全，不能对工作人员身份进行验证以及对过热、火灾、恶意损坏等情况进行及时监测上报，存在安全风险。

综上所述，如何克服上述缺陷，是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本方案针对上文提到的问题和需求，提出一种配电柜安全管理系统，其由于采取了如下技术方案而能够解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种配电柜安全管理系统，包括：数据监控终端、数字监控中心和移动管理端；

所述数据监控终端安装在配电柜内，所述数据监控终端用于采集配电柜内的电能信息和环境信息，并通过安全保护装置对配电柜电路和环境进行保护；

所述数字监控中心与所述数据监控终端相连接，所述数字监控中心用于接收所述数据监控终端加密上传的监控信息，并对配电柜的运行状态、周期进行分析管理，及下发控制参数信息；

所述移动管理端与所述数字监控中心通过无线网络连接，所述移动管理端用于工作人员对配电柜的监控信息进行无线查看。

进一步地，所述数据监控终端包括信息检测模块、主控制模块和驱动执行模块，所述信息检测模块用于采集配电柜内温度、湿度、电压电流信号、火灾信息和震动信息，并将检测信息发送至所述主控制模块，所述主控制模块依据信息判断结果控制所述驱动执行模块驱动安全保护装置对配电柜电路和环境进行保护；

所述主控制模块包括微控制器、交互模块和通信模块，所述交互模块和所述微控制器电连接，所述微控制器用于根据接收的检测信息判断对应的故障分类，根据故障分类输出对应的控制信号至所述驱动执行模块，所述交互模块用于对工作人员身份进行验证，并接收或显示合法用户的操作参数信息，所述通信模块由有线模块、无线模块和加密模块组成，所述通信模块用于微控制器与所述信息检测模块、驱动执行模块以及数字监控中心进行数据通信；

所述驱动执行模块包括继电器控制模块，所述继电器控制模块与所述微控制器电连接，所述继电器控制模块用于执行切换回路和断开电源操作，以及对所述安全保护装置进行驱动控制。

更进一步地，所述信息检测模块包括温度检测模块、异常检测模块、生物传感器和电压电流检测模块；

所述温度检测模块包括多组贴片式温度传感器，所述温度检测模块用于检测配电柜内的开关触点位置或接线点的温度和湿度信息；

所述异常检测模块用于检测柜内环境信息、配电柜内器件的晃动情况、位置移动信息，以及配电柜内现场状态画面，所述异常检测模块包括震动传感器、噪声传感器、烟雾传感器、火焰传感器、GPS模块、粉尘传感器和视觉传感器；

所述生物传感器用于检测是否有小动物进入配电柜；

所述电压电流检测模块包括互感器采样电路、三相电能计量芯片，所述三相电能计量芯片与所述互感器采样电路相连接，所述互感器采样电路用于采集主路和各支路的电流电压信号，并将采集的信号发送至所述微控制器，所述微控制器读取多路进线以及出线的三相基波、谐波、全波测量模式下的电能数据，进而判断是否出现用电异常。

更进一步地，所述交互模块包括状态指示灯、触摸显示模块和智能锁模块；

所述状态指示灯用于指示自动控制状态，所述状态指示灯包括双色LED灯，所述自动控制状态包括普通运行状态和故障状态；

所述触摸显示模块用于接收用户输入的操作指令信息和显示当前配电柜的参数信息；

所述智能锁模块用于对工作人员身份进行验证，所述智能锁模块包括IC卡识别模块、人脸验证模块、语音提醒模块和电子锁模块，所述IC卡识别模块用于验证身份IC卡信息，验证成功后，由所述语音提醒模块提醒工作人员进行人脸验证，并在人脸验证完成后提醒用户验证结果，所述人脸验证模块将验证结果发送至所述微控制器，由所述微控制器控制电子锁模块进行开锁动作。

更进一步地，所述安全保护装置包括降温除湿单元、消防控制单元和报警单元；

当配电柜内温度范围高于预设温度值时或配电柜内湿度范围高于预设湿度值时，所述降温除湿单元根据驱动控制模块的控制信息驱动排风扇工作；

所述消防控制单元包括接触器组和断路器组，当检测到火警信号时，所述微控制器发送控制信号至所述消防控制单元，进而通过控制接触器组和断路器组的通断来控制供电电路和排风扇驱动回路的通断；

所述报警单元用于在发生异常进行自动报警，所述报警单元包括智能报警器、SD卡和图像采集器，所述智能报警器与所述驱动控制模块电连接，所述SD卡和所述图像采集器均与所述微控制器电连接，当检测到异常信息时，所述微控制器通过所述驱动控制模块驱动所述智能报警器进行报警，并将所述图像采集器采集的图像信息和报警信息存储至所述SD卡。

更进一步地,所述安全保护装置还包括限流模块，所述限流模块包括限流器，所述限流器用于对线路进行限流，所述限流器设置在各供电支路上。

更进一步地，所述数字监控中心包括运行管理模块、周期分析模块和远程管理模块；

所述运行管理模块用于对配电柜的运行状态进行监测管理，所述运行管理模块包括数据整理模块和异常信息记录模块，所述数据整理模块用于对各数据监控终端上传的监控信息进行分类整理，所述分类整理过程包括：对各数据监控终端进行编号，根据编号对上传的监控信息进行初级分类存储；将所述监控信息包含的电能数据、震动数据、噪声数据、火灾参数数据、粉尘数据和生物数据分别与对应的安全阈值进行比较，若检测数据均小于安全阈值，则判定监控配电柜的运行状态合格，若检测数据至少有一项大于安全阈值，则判定监控配电柜的运行状态不合格，并将判定结果发送至所述异常信息记录模块，由所述异常信息记录将异常状态时间、参数和编号进行记录；

所述周期分析模块用于对监测分析周期进行设定和分析监测分析周期内配电柜的浮动状态；

所述远程管理模块用于管理人员下发控制参数信息至所述数据监控终端，对所述数据监控终端的自动控制参数和工作人员信息进行更新修改。

更进一步地，所述周期分析模块与所述运行管理模块相连接，所述周期分析模块包括周期预设模块和数据分析模块，所述周期预设模块用于用户设定监测分析周期，所述数据分析模块与所述周期预设模块相连接，所述数据分析模块用于将同一采集时刻的检测数据值进行加权求和计算得到综合分析指标，对设定的监测分析周期内的综合分析指标求取平均值，作为第一参考值，对设定的监测分析周期内的第一参考值求取方差值，作为第二参考值，将所述第一参考值和所述第二参考值进行加权求和得到浮动值，并将所述浮动值与预设阈值进行比较，当所述浮动值大于所述预设阈值时，判定对应配电柜在检测分析周期内运行不稳定，将对应配电柜的本周期状态记为浮动状态，否则记为标准状态。

从上述的技术方案可以看出，本发明的有益效果是：

1、通过数据监控终端的主控制模块可以实现配电柜内部元器件的自动控制，还可以通过通信模块与数字监控中心交互实现远程控制，由信息检测模块对低压配电柜内温度、噪音、灰尘、火焰和生物等信息能实时在线检测，并在温度过高时及时通风降温，有效防止事故发生，保障供电安全，且可对工作人员身份进行验证，能有效防止配电柜被非专业电工打开的安全风险。

2、对传递的监测信息加密，保障了信息安全，可以对电力系统的状态实时在线监测，同时保护单元的设置可以对电路进行很好的保护，减小了损失。节省人力和电力，降低电力运营成本。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，下文中将结合附图对实施本发明的最优实施例进行更详尽的描述，以便能容易地理解本发明的特征和优点。

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，下文将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。

图1为本发明一种配电柜安全管理系统的组成结构示意图。

图2为本发明中数字监控中心的组成结构示意图。

图3为本发明中数据监控终端的组成结构示意图。

图4为本发明中交互模块的组成结构示意图。

图5为本发明中安全保护装置的组成结构示意图。

具体实施方式

为了使得本发明的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

为了解决人工巡检成本较高、且容易造成主观误差，以及现有的智能配电柜系统，仅能满足单一的电力配电安全，不能对工作人员身份进行验证以及对过热、火灾、恶意损坏等情况进行及时监测上报，存在安全风险的问题，本申请提出了一种配电柜安全管理系统，如图1至图4所示，该系统包括：数据监控终端、数字监控中心和移动管理端。

所述数据监控终端安装在配电柜内，所述数据监控终端用于采集配电柜内的电能信息和环境信息，并通过安全保护装置对配电柜电路和环境进行保护。

具体地，所述数据监控终端包括信息检测模块、主控制模块和驱动执行模块，所述信息检测模块用于采集配电柜内温度、湿度、电压电流信号、火灾信息和震动信息，并将检测信息发送至所述主控制模块，所述主控制模块依据信息判断结果控制所述驱动执行模块驱动安全保护装置对配电柜电路和环境进行保护。

所述信息检测模块包括温度检测模块、异常检测模块、生物传感器和电压电流检测模块。所述温度检测模块包括多组贴片式温度传感器，所述温度检测模块用于检测配电柜内的开关触点位置或接线点的温度和湿度信息。所述异常检测模块用于检测柜内环境信息、配电柜内器件的晃动情况、位置移动信息，以及配电柜内现场状态画面，所述异常检测模块包括震动传感器、噪声传感器、烟雾传感器、火焰传感器、GPS模块、粉尘传感器和视觉传感器。所述生物传感器用于检测是否有小动物进入配电柜。所述电压电流检测模块包括互感器采样电路、三相电能计量芯片，所述三相电能计量芯片与所述互感器采样电路相连接，所述互感器采样电路用于采集主路和各支路的电流电压信号，并将采集的信号发送至所述微控制器，所述微控制器读取多路进线以及出线的三相基波、谐波、全波测量模式下的电能数据，进而判断是否出现用电异常。

所述主控制模块包括微控制器、交互模块和通信模块，所述交互模块和所述微控制器电连接，所述微控制器用于根据接收的检测信息判断对应的故障分类，根据故障分类输出对应的控制信号至所述驱动执行模块，所述交互模块用于对工作人员身份进行验证，并接收或显示合法用户的操作参数信息，所述通信模块由有线模块、无线模块和加密模块组成，所述通信模块用于微控制器与所述信息检测模块、驱动执行模块以及数字监控中心进行数据通信。所述有线模块包括由RS485模块和接线端子组成，所述无线模块包括无线数传模块和以太网模块。

在本实施例中，在基于满足现有配电控制功能的配电柜基础上，对配电柜的安全运行进行监测管理。

所述驱动执行模块包括继电器控制模块，所述继电器控制模块与所述微控制器电连接，所述继电器控制模块用于执行切换回路和断开电源操作，以及对所述安全保护装置进行驱动控制。

在本实施例中，微控制器对接收的检测数据进行比较判断，当判定发生异常情况时，对异常事件类型进行分类处理，当温度超标时，通过驱动执行模块控制排风扇降温，当电能数据异常时，通过控制接触器组和断路器组的通断来控制供电电路和排风扇驱动回路的通断，并由限流器用于对线路进行限流，当配电柜发生震动、噪音、粉尘含量高以及生物入侵或者外力破坏时，通过报警单元进行报警和图像信息采集，并及时上传报警信息和位置至远端监控中心，其中，烟雾传感器的型号为MQ-2，采用三相电能计量芯片的型号为RN8302B。

具体地，所述交互模块包括状态指示灯、触摸显示模块和智能锁模块；所述状态指示灯用于指示自动控制状态，所述状态指示灯包括双色LED灯，所述自动控制状态包括普通运行状态和故障状态；所述触摸显示模块用于接收用户输入的操作指令信息和显示当前配电柜的参数信息，触摸显示模块包括触摸显示屏；所述智能锁模块用于对工作人员身份进行验证，所述智能锁模块包括IC卡识别模块、人脸验证模块、语音提醒模块和电子锁模块，所述IC卡识别模块用于验证身份IC卡信息，验证成功后，由所述语音提醒模块提醒工作人员进行人脸验证，并在人脸验证完成后提醒用户验证结果，所述人脸验证模块将验证结果发送至所述微控制器，由所述微控制器控制电子锁模块进行开锁动作。交互模块便于工作人员对配电柜状态进行现场查看。语音提醒模块包括但不限于语音播放芯片和扬声器组成的语音播放装置。

在本实施例中，所述安全保护装置包括降温除湿单元、消防控制单元和报警单元；当配电柜内温度范围高于预设温度值时或配电柜内湿度范围高于预设湿度值时，所述降温除湿单元根据驱动控制模块的控制信息驱动排风扇工作；所述消防控制单元包括接触器组和断路器组，当检测到火警信号时，所述微控制器发送控制信号至所述消防控制单元，进而通过控制接触器组和断路器组的通断来控制供电电路和排风扇驱动回路的通断；所述报警单元用于在发生异常进行自动报警，所述报警单元包括智能报警器、SD卡和图像采集器，所述智能报警器与所述驱动控制模块电连接，所述SD卡和所述图像采集器均与所述微控制器电连接，当检测到异常信息时，所述微控制器通过所述驱动控制模块驱动所述智能报警器进行报警，并将所述图像采集器采集的图像信息和报警信息存储至所述SD卡。所述安全保护装置还包括限流模块，所述限流模块包括限流器，所述限流器用于对线路进行限流，所述限流器设置在各供电支路上。

所述数字监控中心与所述数据监控终端相连接，所述数字监控中心用于接收所述数据监控终端加密上传的监控信息，并对配电柜的运行状态、周期进行分析管理，及下发控制参数信息。所述数字监控中心包括运行管理模块、周期分析模块和远程管理模块。所述运行管理模块用于对配电柜的运行状态进行监测管理，所述运行管理模块包括数据整理模块和异常信息记录模块，所述数据整理模块用于对各数据监控终端上传的监控信息进行分类整理，所述分类整理过程包括：对各数据监控终端进行编号，根据编号对上传的监控信息进行初级分类存储；将所述监控信息包含的电能数据、震动数据、噪声数据、火灾参数数据、粉尘数据和生物数据分别与对应的安全阈值进行比较，若检测数据均小于安全阈值，则判定监控配电柜的运行状态合格，若检测数据至少有一项大于安全阈值，则判定监控配电柜的运行状态不合格，并将判定结果发送至所述异常信息记录模块，由所述异常信息记录将异常状态时间、参数和编号进行记录。所述周期分析模块用于对监测分析周期进行设定和分析监测分析周期内配电柜的浮动状态。所述远程管理模块用于管理人员下发控制参数信息至所述数据监控终端，对所述数据监控终端的自动控制参数和工作人员信息进行更新修改。

具体地，所述周期分析模块与所述运行管理模块相连接，所述周期分析模块包括周期预设模块和数据分析模块，所述周期预设模块用于用户设定监测分析周期，所述数据分析模块与所述周期预设模块相连接，所述数据分析模块用于将同一采集时刻的检测数据值进行加权求和计算得到综合分析指标，对设定的监测分析周期内的综合分析指标求取平均值，作为第一参考值，对设定的监测分析周期内的第一参考值求取方差值，作为第二参考值，将所述第一参考值和所述第二参考值进行加权求和得到浮动值，并将所述浮动值与预设阈值进行比较，当所述浮动值大于所述预设阈值时，判定对应配电柜在检测分析周期内运行不稳定，将对应配电柜的本周期状态记为浮动状态，否则记为标准状态。

在本实施例中，所述数字监控中心的硬件由本地服务器和计算机等实现。

所述移动管理端与所述数字监控中心通过无线网络连接，所述移动管理端用于工作人员对配电柜的监控信息进行无线查看，移动管理端包括但不限于包含有控制APP的手持终端。

在本实施例中，工作人员可操控配电柜上的触摸屏，还可以从远端监控室计算机的WEB浏览器、查看现场状态信息，也可持APP手持终端现场进行巡视。

应当说明的是，本发明所述的实施方式仅仅是实现本发明的优选方式，对属于本发明整体构思，而仅仅是显而易见的改动，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种配电柜安全管理系统，其特征在于，包括：数据监控终端、数字监控中心和移动管理端；

所述数据监控终端安装在配电柜内，所述数据监控终端用于采集配电柜内的电能信息和环境信息，并通过安全保护装置对配电柜电路和环境进行保护；

所述数字监控中心与所述数据监控终端相连接，所述数字监控中心用于接收所述数据监控终端加密上传的监控信息，并对配电柜的运行状态、周期进行分析管理，及下发控制参数信息；

所述移动管理端与所述数字监控中心通过无线网络连接，所述移动管理端用于工作人员对配电柜的监控信息进行无线查看。

2.如权利要求1所述的配电柜安全管理系统，其特征在于，所述数据监控终端包括信息检测模块、主控制模块和驱动执行模块，所述信息检测模块用于采集配电柜内温度、湿度、电压电流信号、火灾信息和震动信息，并将检测信息发送至所述主控制模块，所述主控制模块依据信息判断结果控制所述驱动执行模块驱动安全保护装置对配电柜电路和环境进行保护；

所述主控制模块包括微控制器、交互模块和通信模块，所述交互模块和所述微控制器电连接，所述微控制器用于根据接收的检测信息判断对应的故障分类，根据故障分类输出对应的控制信号至所述驱动执行模块，所述交互模块用于对工作人员身份进行验证，并接收或显示合法用户的操作参数信息，所述通信模块由有线模块、无线模块和加密模块组成，所述通信模块用于微控制器与所述信息检测模块、驱动执行模块以及数字监控中心进行数据通信；

所述驱动执行模块包括继电器控制模块，所述继电器控制模块与所述微控制器电连接，所述继电器控制模块用于执行切换回路和断开电源操作，以及对所述安全保护装置进行驱动控制。

3.如权利要求2所述的配电柜安全管理系统，其特征在于，所述信息检测模块包括温度检测模块、异常检测模块、生物传感器和电压电流检测模块；

所述温度检测模块包括多组贴片式温度传感器，所述温度检测模块用于检测配电柜内的开关触点位置或接线点的温度和湿度信息；

所述异常检测模块用于检测柜内环境信息、配电柜内器件的晃动情况、位置移动信息，以及配电柜内现场状态画面，所述异常检测模块包括震动传感器、噪声传感器、烟雾传感器、火焰传感器、GPS模块、粉尘传感器和视觉传感器；

所述生物传感器用于检测是否有小动物进入配电柜；

所述电压电流检测模块包括互感器采样电路、三相电能计量芯片，所述三相电能计量芯片与所述互感器采样电路相连接，所述互感器采样电路用于采集主路和各支路的电流电压信号，并将采集的信号发送至所述微控制器，所述微控制器读取多路进线以及出线的三相基波、谐波、全波测量模式下的电能数据，进而判断是否出现用电异常。

4.如权利要求2所述的配电柜安全管理系统，其特征在于，所述交互模块包括状态指示灯、触摸显示模块和智能锁模块；

所述状态指示灯用于指示自动控制状态，所述状态指示灯包括双色LED灯，所述自动控制状态包括普通运行状态和故障状态；

所述触摸显示模块用于接收用户输入的操作指令信息和显示当前配电柜的参数信息；

所述智能锁模块用于对工作人员身份进行验证，所述智能锁模块包括IC卡识别模块、人脸验证模块、语音提醒模块和电子锁模块，所述IC卡识别模块用于验证身份IC卡信息，验证成功后，由所述语音提醒模块提醒工作人员进行人脸验证，并在人脸验证完成后提醒用户验证结果，所述人脸验证模块将验证结果发送至所述微控制器，由所述微控制器控制电子锁模块进行开锁动作。

5.如权利要求2所述的配电柜安全管理系统，其特征在于，所述安全保护装置包括降温除湿单元、消防控制单元和报警单元；

当配电柜内温度范围高于预设温度值时或配电柜内湿度范围高于预设湿度值时，所述降温除湿单元根据驱动控制模块的控制信息驱动排风扇工作；

所述消防控制单元包括接触器组和断路器组，当检测到火警信号时，所述微控制器发送控制信号至所述消防控制单元，进而通过控制接触器组和断路器组的通断来控制供电电路和排风扇驱动回路的通断；

所述报警单元用于在发生异常进行自动报警，所述报警单元包括智能报警器、SD卡和图像采集器，所述智能报警器与所述驱动控制模块电连接，所述SD卡和所述图像采集器均与所述微控制器电连接，当检测到异常信息时，所述微控制器通过所述驱动控制模块驱动所述智能报警器进行报警，并将所述图像采集器采集的图像信息和报警信息存储至所述SD卡。

6.如权利要求5所述的配电柜安全管理系统，其特征在于,所述安全保护装置还包括限流模块，所述限流模块包括限流器，所述限流器用于对线路进行限流，所述限流器设置在各供电支路上。

7.如权利要求6所述的配电柜安全管理系统，其特征在于，所述数字监控中心包括运行管理模块、周期分析模块和远程管理模块；

所述运行管理模块用于对配电柜的运行状态进行监测管理，所述运行管理模块包括数据整理模块和异常信息记录模块，所述数据整理模块用于对各数据监控终端上传的监控信息进行分类整理，所述分类整理过程包括：对各数据监控终端进行编号，根据编号对上传的监控信息进行初级分类存储；将所述监控信息包含的电能数据、震动数据、噪声数据、火灾参数数据、粉尘数据和生物数据分别与对应的安全阈值进行比较，若检测数据均小于安全阈值，则判定监控配电柜的运行状态合格，若检测数据至少有一项大于安全阈值，则判定监控配电柜的运行状态不合格，并将判定结果发送至所述异常信息记录模块，由所述异常信息记录将异常状态时间、参数和编号进行记录；

所述周期分析模块用于对监测分析周期进行设定和分析监测分析周期内配电柜的浮动状态；

所述远程管理模块用于管理人员下发控制参数信息至所述数据监控终端，对所述数据监控终端的自动控制参数和工作人员信息进行更新修改。

8.如权利要求7所述的配电柜安全管理系统，其特征在于，所述周期分析模块与所述运行管理模块相连接，所述周期分析模块包括周期预设模块和数据分析模块，所述周期预设模块用于用户设定监测分析周期，所述数据分析模块与所述周期预设模块相连接，所述数据分析模块用于将同一采集时刻的检测数据值进行加权求和计算得到综合分析指标，对设定的监测分析周期内的综合分析指标求取平均值，作为第一参考值，对设定的监测分析周期内的第一参考值求取方差值，作为第二参考值，将所述第一参考值和所述第二参考值进行加权求和得到浮动值，并将所述浮动值与预设阈值进行比较，当所述浮动值大于所述预设阈值时，判定对应配电柜在检测分析周期内运行不稳定，将对应配电柜的本周期状态记为浮动状态，否则记为标准状态。

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