CN206480975U - 一种数字式一体化智能环网柜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种数字式一体化智能环网柜，包括可采集母线电压的母线PT单元、可作为环网柜电缆网络节点的一路电源进线的环进单元、可用于环网出线且末端连接用户负载的馈出单元、可作为环网柜电缆网络节点的电源出线且连接下一个环网柜的环出单元、上行可接收配电主站系统下发的命令且下行可接收处理光数字信号的站所终端、智能组件以及可将AC220V电压转换成DC48/DC24V工作和操作电源的电源模块。本实用新型解决了强弱信号间的干扰问题及模拟量信号衰减的问题，从而提高了一体化智能环网柜产品性能及安全稳定运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及输配电装置领域，特别是涉及一种智能环网柜。
背景技术
环网柜广泛应用于电缆网络的重要节点上，作为配电网主干线重要的分段、联络、分界、分支节点，起到对配电网线路的运行监视和对故障线路的快速判断、定位、隔离和恢复供电的作用，在电力系统输配电中环网柜成为配电网中不可或缺的产品，直接关系到电网的安全性和可靠性。如何更好的提高环网柜在安全性、可靠性、小型化、智能化、创新性、环保性等方面的功能及性能，是大家竞相研究的课题。
环网柜由环进环出单元、馈线单元、母线PT(电压互感器)单元和站所终端(DTU)单元组成，然而，目前市场上的一体化智能环网柜还是分开独立设计的，环网柜本体(环进环出单元、馈线单元、母线PT单元)由一次厂家设计，站所终端由二次厂家设计，二者之间通过航空接插件及电缆线连接起来，组成一体化智能环网柜，这种独立设计，分开供货后再组装并不是严格意义上的一体化智能环网柜，在实际使用过程中存在很多问题：
1、作为站所终端要将环网柜本体的二次信号通过航插及电缆引进来，不但信号线接头多，航插焊接工作量较大，易出错，而且同一信号存在不同的引用，导致了信号的重复采集，可靠性差。
2、安装于环网柜本体里面的电压互感器及电流互感器所采集的电压电流信号通过航插及电缆线传输到站所终端，环网柜本体到站所终端的电缆线一般在7米以上，由于航插及电缆线存在阻抗，对传递到站所终端的电压电流信号有一定的衰减，特别是计量和测量用的电流信号，要求精度高(0.2S级和0.5级)，长距离的电缆传输导致电流信号测量不准确，误差范围大，达不到所需的精度要求。
3、环网柜本体与站所终端之间传递的信号有控制量(AC220V/DC220V/DC48V/DC24V等)、状态量(24V)、模拟量等，环网柜间隔单元多，每一间隔单元中不同的信号通过环网柜本体一个37芯航插及电缆线统一传输到站所终端，强电弱电都集中在一根航插电缆线上，信号之间存在干扰，特别是控制信号与状态信号之间相互干扰导致状态信号误采、漏采，控制信号与状态信号的干扰也直接影响模拟量的采集精度。
因此，目前市场上的一体化智能环网柜并没有实现真正意义上的一体化及智能化，严重影响一体化智能环网柜的产品性能，甚至影响配电网的安全运行。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种数字式一体化智能环网柜，解决了强弱信号间的干扰问题及模拟量信号衰减的问题。
一种数字式一体化智能环网柜，包括可采集母线电压的母线PT单元、可作为环网柜电缆网络节点的一路电源进线的环进单元、可用于环网出线且末端连接用户负载的馈出单元、可作为环网柜电缆网络节点的电源出线且连接下一个环网柜的环出单元、上行可接收配电主站系统下发的命令且下行可接收处理光数字信号的站所终端、智能组件以及可将AC220V电压转换成DC48/DC24V工作和操作电源的电源模块；
所述智能组件安装于环网柜每个间隔单元的电缆室左上端，智能组件包括可接收模拟量信号和状态量信号的数据采集模块、可输出控制量信号对环网柜每个间隔单元进行分合闸操作的控制输出模块、可进行数据处理的CPU模块、可将站所终端的CPU模块中的电数字信号和光数字信号进行相互转换并双向传输的光电转换模块、可为智能组件提供工作电源的电源模块。
本实用新型所述的数字式一体化智能环网柜，其中，所述母线PT单元内设有可采集母线三相电压并用于电压测量、计量、保护和供电的三相电压互感器，三相电压互感器通过接插件或电源线为智能组件及环网柜每个间隔单元提供操作电源和工作电源。
本实用新型所述的数字式一体化智能环网柜，其中，所述环网柜每个间隔单元内均设有可实时采集线路三相电流值并通过接插件传递给智能组件的电流互感器。
本实用新型所述的数字式一体化智能环网柜，其中，所述站所终端的上行通过通信模块与配电主站系统连接，接收配电主站系统下发的遥测、遥信、遥控及定值整定命令；站所终端的下行接收环网柜每个间隔单元中的智能组件的光数字信号，进行光数字信号的处理、计算、分析、输出及存储。
本实用新型所述的数字式一体化智能环网柜，其中，所述智能组件中的CPU模块采用型号为STM32f407VG的DSC芯片；智能组件的控制信号输出侧和电源信号的输入侧均设有TLP112光耦隔离；所述光电转换模块中的光电转换器的型号为HTB-3100A/B-25KM，接口类型为RJ-45，符合IEC802.3及IEEE802.3u协议标准，工作电源为DC5V，传输速率可达10/100Mbps，最大传输距离为20000米。
本实用新型所述的数字式一体化智能环网柜，其中，所述智能组件通过电源线获取来自电源模块的DC48/DC24V工作进线电源。
本实用新型所述的数字式一体化智能环网柜，其中，所述智能组件将光数字信号通过光缆传递给站所终端，信号传输遵循IEC61850-5-104标准规约。
本实用新型所述的数字式一体化智能环网柜，其中，所述模拟量信号包括电压信号、电流信号、温度信号和湿度信号；所述状态量信号包括环网柜的分位信号、合位信号和储能位置信号；所述控制量信号包括分闸信号和合闸信号；所述信号之间通过不同接线端子相互隔离。
本实用新型所述的数字式一体化智能环网柜，其中，所述母线PT单元由负荷开关/隔离开关、熔断器、避雷器、电压互感器、带电显示器组成；所述环进单元由负荷开关/接地开关、避雷器、电流互感器、带电显示器组成；所述馈出单元由断路器、隔离/接地开关、避雷器、电流互感器、带电显示器组成；所述环出单元由负荷开关/接地开关、避雷器、电流互感器、带电显示器组成。
本实用新型所述的数字式一体化智能环网柜，其中，所述母线PT单元、环进单元、馈出单元、环出单元和站所终端由左至右依次排列、相互紧靠放置；所述电源模块位于母线PT单元的上层，所述三相电压互感器位于母线PT单元的下层；电流互感器位于环网柜每个间隔单元的下层。
本实用新型数字式一体化智能环网柜与现有技术相比，其突出效果在于：
(1)针对目前一体化智能环网柜存在的问题，本实用新型根据一体化智能环网柜实际运行情况和影响一体化智能环网柜运行的根本原因出发，对一体化智能环网柜进行进一步深度融合，在环网柜本体内部每一间隔单元都安装一个智能组件，每一间隔单元里所有的状态量、控制量、模拟量通过智能组件进行集中处理，统一转化为光数字信号传递给站所终端；
(2)站所终端与环网柜本体之间不再有航插及电缆线，每一间隔单元只有一根三芯传递光数字信号的光缆及一根两芯的电源线，这样不仅简化了接线，对环网柜每一间隔单元内部所有的信号通过智能组件统一处理后转变为唯一的光数字信号传递到站所终端，解决了强弱信号间的干扰问题及模拟量信号衰减的问题，从而提高了一体化智能环网柜产品性能及安全稳定运行。
(3)环网柜各间隔单元的部件位置紧密，安装简洁方便，接线距离短，避免了信号间的相互干扰和衰减情况。
下面结合附图说明和具体实施例对本实用新型所述的数字式一体化智能环网柜作进一步说明。
附图说明
图1为本实用新型数字式一体化智能环网柜的结构示意图；
图2为本实用新型数字式一体化智能环网柜的原理示意图；
图3为本实用新型数字式一体化智能环网柜的信号转换及传输的示意图。
具体实施方式
结合图1所示，数字式一体化智能环网柜，包括可采集母线电压的母线PT单元1、可作为环网柜电缆网络节点的一路电源进线的环进单元2、可用于环网出线且末端连接用户负载的馈出单元3、可作为环网柜电缆网络节点的电源出线且连接下一个环网柜的环出单元4、上行可接收配电主站系统下发的命令且下行可接收处理光数字信号的站所终端5、智能组件6以及可将AC220V电压转换成DC48/DC24V工作和操作电源的电源模块9；
智能组件6安装于环网柜每个间隔单元的电缆室左上端，智能组件6包括可接收模拟量信号和状态量信号的数据采集模块、可输出控制量信号对环网柜每个间隔单元进行分合闸操作的控制输出模块、可进行数据处理的CPU模块、可将站所终端5的CPU模块中的电数字信号和光数字信号进行相互转换并双向传输的光电转换模块、可为智能组件6提供工作电源的电源模块。模拟量信号包括电压信号、电流信号、温度信号和湿度信号；状态量信号包括环网柜的分位信号、合位信号和储能位置信号；控制量信号包括分闸信号和合闸信号；所述信号之间通过不同接线端子相互隔离。
母线PT单元1内设有可采集母线三相电压并用于电压测量、计量、保护和供电的三相电压互感器7，三相电压互感器7通过接插件或电源线为智能组件6及环网柜每个间隔单元提供操作电源和工作电源。
环网柜每个间隔单元内均设有可实时采集线路三相电流值并通过接插件传递给智能组件6的电流互感器8，用于计量、测量、保护。
站所终端5的上行通过通信模块与配电主站系统连接，接收配电主站系统下发的遥测、遥信、遥控及定值整定命令；站所终端5的下行接收环网柜每个间隔单元中的智能组件6的光数字信号，进行光数字信号的处理、计算、分析、输出及存储。
智能组件6中的CPU模块采用型号为STM32f407VG的DSC芯片；智能组件6的控制信号输出侧和电源信号的输入侧均设有TLP112光耦隔离；光电转换模块中的光电转换器的型号为HTB-3100A/B-25KM，接口类型为RJ-45，符合IEC802.3及IEEE802.3u协议标准，工作电源为DC5V，传输速率可达10/100Mbps，最大传输距离为20000米。智能组件6通过电源线10获取来自电源模块9的DC48/DC24V工作进线电源。智能组件6将光数字信号通过光缆11传递给站所终端5，信号传输遵循IEC61850-5-104标准规约。
其中，母线PT单元1由负荷开关/隔离开关、熔断器、避雷器、电压互感器、带电显示器组成，用于母线电压的测量、计量、保护和供电的作用，所有智能组件及环网柜每个间隔单元的操作电源，工作电源均由此获得。
环进单元2由负荷开关/接地开关、避雷器、电流互感器(计量/测量/保护)、带电显示器组成。
馈出单元3由断路器、隔离/接地开关、避雷器、电流互感器(计量/测量/保护)、带电显示器组成。
环出单元4由负荷开关/接地开关、避雷器、电流互感器(计量/测量/保护)、带电显示器组成。
母线PT单元1、环进单元2、馈出单元3、环出单元4和站所终端5由左至右依次排列、相互紧靠放置；电源模块9位于母线PT单元1的上层，所述三相电压互感器7位于母线PT单元1的下层；电流互感器8位于环网柜每个间隔单元的下层。
智能组件6安装于环网柜每个间隔单元的电缆室左上端，此处安装空间大，靠近电流互感器与环网柜各间隔单元上部的操作机构，对于获取模拟量、状态量和控制量都很简洁方便，接线距离短，避免了信号间的相互干扰和衰减情况。
智能组件6包括：(1)数据采集模块：接收电流互感器、电压互感器和各种温湿度等传感器采集的电压电流和温湿度模拟量信号，接收微断开关采集的环网柜各种合位、分位、储能位置、低气压等状态信号。(2)控制输出模块：输出控制量信号对环网柜每个间隔单元进行分合闸操作。(3)CPU模块：主要进行数据的处理，将模拟量、状态量全部转换成电数字信号，同时接受馈线终端的控制命令，进行规约的解析及打包发送。(4)光电转换模块：将电数字信号转换成光数字信号传递给站所终端5，同时，将站所终端5的光数字信号转换成电数字信号传递给CPU模块。(5)电源模块：为智能组件6提供5V的工作电源。
结合图2所示，数字式一体化智能环网柜的工作原理为：
数字式一体化智能环网柜在传统的环网柜电缆室内部加装智能组件6，主要将环网柜每个间隔单元的状态量、电压互感器/电流互感器及各种传感器采集的模拟量转化为光数字信号，通过光缆将光数字信号传递给站所终端5，同时，接收站所终端5的光数字信号，光数字信号传输遵循IEC61850-5-104标准规约。
智能组件6里的CPU采用的型号为STM32f407VG的DSC芯片，芯片的内部资源很多，存储容量大，价格便宜，同时ARM芯片有以太网通信接口，也能产生PWM波，能快速处理和输出模拟量、数字量、控制量等。对控制信号输出、电源信号输入增加TLP112光耦隔离，保证输入输出信号的稳定性和抗干扰性。采用型号为HTB-3100A/B-25KM的光电转换器，接口类型为RJ-45，符合IEC802.3及IEEE802.3u协议标准，工作电源为DC5V，传输速率可达10/100Mbps，最大传输距离为20000米，工作温湿度完全符合电力行业对电力产品的环境温湿度要求。
结合图3所示，数字式一体化智能环网柜信号转换及传输：
智能组件6与环网柜每一间隔单元之间的源信号有模拟量(电压/电流/温度/湿度等)、状态量(分位/合位/储能等)和控制量(分闸/合闸)，这些源信号之间通过不同的接线端子相互隔离，不会产生不同信号之间的相互干扰。智能组件6中的CPU将源信号统一转换成唯一的电数字信号或将电数字信号转换成源信号中的控制量信号。智能组件6中的光电转换器及站所终端的光电转换器主要将电数字信号与光数字信号相互转换后进行双向传输，遵循IEC61850-5-104标准规约，最后站所终端5的CPU对电数字信号进行分析、处理、存储及应用。
以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种数字式一体化智能环网柜，其特征在于：包括可采集母线电压的母线PT单元(1)、可作为环网柜电缆网络节点的一路电源进线的环进单元(2)、可用于环网出线且末端连接用户负载的馈出单元(3)、可作为环网柜电缆网络节点的电源出线且连接下一个环网柜的环出单元(4)、上行可接收配电主站系统下发的命令且下行可接收处理光数字信号的站所终端(5)、智能组件(6)以及可将AC220V电压转换成DC48/DC24V工作和操作电源的电源模块(9)；
所述智能组件(6)安装于环网柜每个间隔单元的电缆室左上端，智能组件(6)包括可接收模拟量信号和状态量信号的数据采集模块、可输出控制量信号对环网柜每个间隔单元进行分合闸操作的控制输出模块、可进行数据处理的CPU模块、可将站所终端(5)的CPU模块中的电数字信号和光数字信号进行相互转换并双向传输的光电转换模块、可为智能组件(6)提供工作电源的电源模块。
2.根据权利要求1所述的数字式一体化智能环网柜，其特征在于：所述母线PT单元(1)内设有可采集母线三相电压并用于电压测量、计量、保护和供电的三相电压互感器(7)，三相电压互感器(7)通过接插件或电源线为智能组件(6)及环网柜每个间隔单元提供操作电源和工作电源。
3.根据权利要求2所述的数字式一体化智能环网柜，其特征在于：所述环网柜每个间隔单元内均设有可实时采集线路三相电流值并通过接插件传递给智能组件(6)的电流互感器(8)。
4.根据权利要求3所述的数字式一体化智能环网柜，其特征在于：所述站所终端(5)的上行通过通信模块与配电主站系统连接，接收配电主站系统下发的遥测、遥信、遥控及定值整定命令；站所终端(5)的下行接收环网柜每个间隔单元中智能组件(6)的光数字信号，进行光数字信号的处理、计算、分析、输出及存储。
5.根据权利要求4所述的数字式一体化智能环网柜，其特征在于：所述智能组件(6)中的CPU模块采用型号为STM32f407VG的DSC芯片；智能组件(6)的控制信号输出侧和电源信号的输入侧均设有TLP112光耦隔离；所述光电转换模块中的光电转换器的型号为HTB-3100A/B-25KM，接口类型为RJ-45，符合IEC802.3及IEEE802.3u协议标准，工作电源为DC5V，传输速率可达10/100Mbps，最大传输距离为20000米。
6.根据权利要求5所述的数字式一体化智能环网柜，其特征在于：所述智能组件(6)通过电源线(10)获取来自电源模块(9)的DC48/DC24V工作进线电源。
7.根据权利要求6所述的数字式一体化智能环网柜，其特征在于：所述智能组件(6)将光数字信号通过光缆(11)传递给站所终端(5)，信号传输遵循IEC61850-5-104标准规约。
8.根据权利要求7所述的数字式一体化智能环网柜，其特征在于：所述模拟量信号包括电压信号、电流信号、温度信号和湿度信号；所述状态量信号包括环网柜的分位信号、合位信号和储能位置信号；所述控制量信号包括分闸信号和合闸信号；所述信号之间通过不同接线端子相互隔离。
9.根据权利要求8所述的数字式一体化智能环网柜，其特征在于：所述母线PT单元(1)由负荷开关/隔离开关、熔断器、避雷器、电压互感器、带电显示器组成；所述环进单元(2)由负荷开关/接地开关、避雷器、电流互感器、带电显示器组成；所述馈出单元(3)由断路器、隔离/接地开关、避雷器、电流互感器、带电显示器组成；所述环出单元(4)由负荷开关/接地开关、避雷器、电流互感器、带电显示器组成。
10.根据权利要求2-9任一项所述的数字式一体化智能环网柜，其特征在于：所述母线PT单元(1)、环进单元(2)、馈出单元(3)、环出单元(4)和站所终端(5)由左至右依次排列、相互紧靠放置；所述电源模块(9)位于母线PT单元(1)的上层，所述三相电压互感器(7)位于母线PT单元(1)的下层；电流互感器(8)位于环网柜每个间隔单元的下层。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN107482782A (zh) * | 2017-10-09 | 2017-12-15 | 瑞熙恩电气（珠海）有限公司 | 一种数字化监测的环网柜 |
| CN108132634A (zh) * | 2018-02-14 | 2018-06-08 | 北京清畅电力技术股份有限公司 | 一种环网柜负荷开关智能操控装置及控制方法 |
| CN117318300A (zh) * | 2023-09-28 | 2023-12-29 | 国网江苏省电力有限公司宿迁供电分公司 | 一种结构优化的全数字信息交互环网箱 |
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