CN209659012U - 一种物联网低压智能断路器及其物联系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种物联网低压智能断路器及其物联系统，断路器包括数据采集模块、智能处理模块、合分控制模块，以及物联网通信模块，数据采集模块用于采集线路中的电压、电流、剩余电流以及进出线连接点的温度参数，并以数字量形式发送至智能处理模块，智能处理模块对接收到的运行参数值进行运算和比较，以判断线路是否出现过流、短路、漏电、温度故障，并向合分控制模块传输合分闸控制指令，以控制断路器开关进行合分闸，智能处理模块通过物联网通信模块与配电变压器监测终端联网，完成远程数据采集以及控制断路器远程合分闸。该智能断路器是对传统机械式断路器智能化的进一步升级，能够进行物联网通信，无需布线，有利于低压配电网的物联网化。

Description

一种物联网低压智能断路器及其物联系统

技术领域

本实用新型涉及低压电力智能设备的技术领域，尤其是涉及一种物联网低压智能断路器及其物联系统。

背景技术

为了能够适应电网容量的不断增大，低压配电与控制系统日益复杂化，对低压电器产品的性能和结构提出了更高的要求。要打造智能电网，必定离不开作为电网基础的低压配电系统与低压电器元件的智能化，断路器作为低压电器元件的核心，其智能化已经成了低压电器产业发展的趋势。

低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，简称断路器。它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等组合。

低压智能断路器一般具备本地通信功能，通常采用RS485、MODBUS现场总线等技术实现短距离、本地化、简单的数据通信，用于人工就地读取设备采集的电气量数据和对智能断路器设备的配置操作等，无法实现对电网的运行状态的实时监测和控制。

而低压配电网具有网络分布式、低压设备多、运行环境复杂等特点，这些给低压配电网设备的智能化监测、自动化运维水平带来了一定的挑战。

实用新型内容

本实用新型的目的之一是提供一种物联网低压智能断路器，是对传统机械式断路器智能化的进一步升级，能够进行物联网通信，无需布线，有利于低压配电网的物联网化。

本实用新型的上述实用新型目的之一是通过以下技术方案得以实现的：一种物联网低压智能断路器，包括数据采集模块、智能处理模块、合分控制模块，以及物联网通信模块，所述数据采集模块用于采集线路中的电压、电流、剩余电流，以及进出线连接点的温度参数，并以数字量形式发送至智能处理模块，所述智能处理模块对接收到的电压、电流、剩余电流以及进出线连接点的温度参数值进行运算和比较，以判断线路是否出现过流、短路、漏电、温度异常故障，并向所述合分控制模块传输合分闸控制指令，所述合分控制模块根据接收到的合分闸控制指令控制断路器开关进行合分闸，所述智能处理模块通过物联网通信模块与配电变压器监测终端联网，完成远程数据采集以及控制断路器远程合分闸。

本实用新型进一步设置为：所述数据采集模块包括三个用于采集A、B、C三相电压和电流的电压传感器、电流传感器、八个安装于四相进线和出线连接点上用于采集主电路四相进线和出线连接点温度的温度传感器、一个用于检测主电路的剩余电流的剩余电流传感器，以及调理电路和A/D转换器，各个传感器采集到的电压、电流、剩余电流，以及进出线连接点的温度参数分别经过调理电路、A/D转换器，并以数字量形式发送至智能处理模块。

本实用新型进一步设置为：所述合分控制模块包括合分闸控制电路以及机械操动机构，当接收到所述智能处理模块发出的合分闸控制指令时，合分闸控制电路控制机械操动机构动作，从而对断路器进行分闸、合闸操作。

本实用新型进一步设置为：所述物联网通信模块为与智能处理模块电性连接的可插拔式独立模块。

本实用新型进一步设置为：所述物联网通信模块包括载波通信模块。

本实用新型进一步设置为：所述载波通信模块包括数字调制解调电路、模拟前端电路和耦合电路，所述数字调制解调电路对外连接智能处理模块接口，模拟前端电路与所述数字调制解调电路连接，所述耦合电路连接模拟前端电路与电力线。

本实用新型进一步设置为：所述智能处理模块还包括液晶显示模块和电源模块，以用于对电压、电流、温度以及剩余电流信息进行显示，所述电源模块用于为智能断路器中的合分控制模块、智能处理模块中的微处理器、数据采集模块，以及物联网通信模块提供所需电源。

本实用新型进一步设置为：所述智能处理模块还包括就地通信模块，其为智能处理模块的RS485通信接口，以实现就地监测。

本实用新型的目的之二是提供一种物联网低压智能断路器物联系统，利用电力线载波通信网络，能够与物联网低压智能断路器形成互联，系统无需布线、方法简单、传输安全可靠，实现了对低压配电网设备的数据全采集和状态全感知，为系统智能分析和控制提供决策依据，提高了电力运维效率。

本实用新型的上述实用新型目的之二是通过以下技术方案得以实现的：一种物联网低压智能断路器物联系统，包括多个物联网低压智能断路器、至少一个配电变压器监测终端，所述至少一个配电变压器监测终端安装于台区配电变压器侧，所述多个物联网低压智能断路器分布在低压电网的节点上，所述至少一个配电变压器监测终端与多个物联网低压智能断路器通过物联网通信模块进行通信。

本实用新型进一步设置为：所述低压电网的节点包括低压配电线路的分支箱、电表箱、用户户内漏电保护盒。

综上所述，本实用新型的有益技术效果为：

1.本实用新型提出物联网低压智能断路器，在传统机械式断路器智能化基础上，附加了物联网通信功能，采用载波通信，不需要单独进行电缆铺设，实现了低压配电网物联网化，实现低压配电网的智能化监测、自动化运维管理；

2.本实用新型的物联网通信采用低压电力线载波（PLC）通信方式，实现了通信与低压智能断路器电力二次设备的一体化，减少了设备体积，降低了设备成本；

3.本实用新型充分利用电力线路资源，无需布线，大大减少了通信网建设成本，通信技术成熟、可靠，系统部署灵活，安装使用安全、方便实施。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种物联网低压智能断路器的系统功能结构图。

图2为本实用新型提出的一种物联网低压智能断路器的结构图。

图3为本实用新型提出的低压电力线载波通信（PLC）单元电路原理构成。

图4为本实用新型提出的一种物联网低压智能断路器物联系统的系统示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型提出的一种物联网低压智能断路器的系统功能构成图。图2本实用新型提出的一种物联网低压智能断路器的结构图。如图1和图2所示，物联网低压智能断路器包括数据采集模块、智能处理模块、物联网通信模块、合分控制模块。

其中，数据采集模块主要包括电压传感器、电流传感器、温度传感器、剩余电流传感器、调理电路，以及A/D转换器，用以实时采集电网电压、电流、进出线连接点温度，以及电网主电路的剩余电流（触点、漏电等接地故障电流）等参数，并以数字量形式提供给智能处理模块，以进行分析处理，从而控制智能断路器进行合分闸。其中电压传感器、电流传感器可以设置有三个，用于采集A、B、C三相电压和电流；温度传感器可以为触头温度传感器，其可以设置有八个，八个温度传感器分别安装在A、B、C、N四相的进线连接点和出线连接点上。此温度传感器可以选择数字温度传感器，用于采集四相进线和出线连接点的温度，并对其进行实时监测。剩余电流传感器用于检测主电路的剩余电流，杜绝漏电引引发的危险，剩余电流传感器采用空心式的环形互感器，安装在三相四线的空气开关出线的下端。

智能处理模块包括微处理器，微处理器将从数据采集模块接收来的电压、电流、温度以及剩余电流的数字量信息与预设值进行比较、判断，并且根据比较、判断结果输出合分闸控制指令，合分控制模块接收合分闸控制指令对断路器进行报警、合分闸操作。智能处理模块能够实现过流保护、漏电保护、短路保护，以及温度保护等保护功能，当电网运行参数（电流、电压、温度，剩余电流等）发生异常时，合分控制模块能够实现告警、分闸，同时，通过物联网通信模块，也能够远程向合分控制模块输入控制指令，从而实现远方合闸以及远方跳闸功能。

合分控制模块包括合分闸控制电路以及机械操动机构，当接收到合分闸控制指令时，合分闸控制电路控制机械操动机构动作，从而对智能断路器进行分闸、合闸操作。

另外，智能处理模块还具有拓扑识别功能，其能够利用低压载波通信信道与低压网络拓扑的物理对应关系，提取通信节点之间相互通信的载波信噪比信息，并且结合相别信息得到低压配电台区的网络拓扑关系，完成户变对应关系识别。

智能处理模块还包括还包括液晶显示模块，其与微处理器连接，用于对电压、电流、温度以及剩余电流信息进行显示，以及用于获取控制指令。

智能处理模块还包括电源模块以及就地通信模块，就地通信模块可以是智能处理模块的RS485接口，以实现就地监测。电源模块，其将线路中的交流电转换为断路器所需要的直流电，为智能断路器中的合分控制模块、微处理器、数据采集模块，以及物联网通信模块，以及其它模块提供所需电源。

当然，此外，还可根据需要加装无线通单元以及各种检测单元，以扩大物理网低压智能断路器的智能化功能。

物联网通信模块可以采用可插拔式独立模块，包括但不限于载波通信模块、NB-loT模块，在本实施例中，以低压电力线载波通信（PLC）为例。图3为本实用新型提出的低压电力线载波通信（PLC）模块电路原理构成。如图3所示，载波通信模块（PLC）主要由数字调制解调电路、模拟前端电路和耦合电路组成。数字调制解调电路对外与智能处理模块接口连接，接收智能处理模块发出的数据，通过调制编码将数据信号变换为高频（40-500kHz）载波信号，通过模拟前端电路功率放大发送出去；数字调制解调电路同时接收从电力线通道接收的高频载波模拟信号，经过解调、解码处理还原为数字信号发送智能处理模块接收。模拟前端电路主要完成高频载波信号的发送放大、接收放大、接收滤波等模拟信号处理。耦合电路与电力线相接，完成载波电路与电力线通道的隔离、阻抗匹配等。

图4为本实用新型提出的一种物联网低压智能断路器物联系统的系统示意图。如图4所示，该物联网低压智能断路器物联系统主要包括三大部分：物联网低压智能断路器、低压PLC网络、配电变压器监测终端（系统主站），采用典型的点-多点的分布式系统。

系统基于PLC通信实现，至少一个配电变压器监测终端安装在台区配电变压器侧，多个物联网低压智能断路器分布在低压电网，多个物联网低压智能断路器通过载波通信模块（PLC）与配电变压器监测终端进行通信。

具体的，配电变压器监测终端（TTU）是一种集供电信息采集、低压设备状态监测及通信组网、就地化处理控制功能于一体的二次设备，其一般安装在低压配电台区的配电房（室），一个台区安装一台。物联网低压智能断路器一般安装在低压配电线路分支箱、电表箱、用户户内漏电保护盒等关键节点，多个节点分散安装。

配电变压器监测终端作为系统主站，与多个分布在低压配电网的物联网低压智能断路器通过载波通信（PLC）构成低压配电物联网系统，从而收集物联网低压智能断路器监测的电网运行参数、状态信息，分析处理各种运行数据，判断低压配电网运行状态，就地处理控制低压电网运行。

本实用新型在常规的低压智能断路器上增加低压电力线载波通信功能，使得智能断路器具有物联网通信功能，从而可以方便的实现与配电变压器监测终端的互联互通，上传智能断路器监测的低压配电运行参数及状态数据，接收配电变压器监测终端下发的命令，控制低压配电网运行，实现了低压配电网的智能化、自动化运维管理；重要的是，在低压智能断路器上通过载波通信模块，充分利用电力线路资源，无需布线，大大减少了通信网建设成本，通信技术成熟、可靠，系统部署灵活，安装使用安全、方便实施

本实用新型通过利用电力线载波通信可以方便的实现一个低压配电台区所有物联网低压智能断路器联网，并与台区配电变压器监测终端互联，构建低压台区配电物联网实现低压配电网设备的数据全采集与状态全感知，为系统智能分析和控制提供决策依据，提高了电力运维效率。

本具体实施方式的实施例均为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种物联网低压智能断路器，其特征在于：包括数据采集模块、智能处理模块、合分控制模块，以及物联网通信模块，所述数据采集模块用于采集线路中的电压、电流、剩余电流，以及进出线连接点的温度参数，并以数字量形式发送至智能处理模块，所述智能处理模块对接收到的电压、电流、剩余电流以及进出线连接点的温度参数值进行运算和比较，以判断线路是否出现过流、短路、漏电、温度异常故障，并向所述合分控制模块传输合分闸控制指令，所述合分控制模块根据接收到的合分闸控制指令控制断路器开关进行合分闸，所述智能处理模块通过物联网通信模块与配电变压器监测终端联网，完成远程数据采集以及控制断路器远程合分闸。

2.根据权利要求1所述的物联网低压智能断路器，其特征在于：所述数据采集模块包括三个用于采集A、B、C三相电压和电流的电压传感器、电流传感器、八个安装于四相进线和出线连接点上用于采集主电路四相进线和出线连接点温度的温度传感器，以及一个用于检测主电路的剩余电流的剩余电流传感器，以及调理电路和A/D转换器，各个传感器采集到的电压、电流、剩余电流，以及进出线连接点的温度参数分别经过调理电路、A/D转换器，并以数字量形式发送至智能处理模块。

3.根据权利要求1所述的物联网低压智能断路器，其特征在于：所述合分控制模块包括合分闸控制电路以及机械操动机构，当接收到所述智能处理模块发出的合分闸控制指令时，合分闸控制电路控制机械操动机构动作，从而对断路器进行分闸、合闸操作。

4.根据权利要求1所述的物联网低压智能断路器，其特征在于：所述物联网通信模块为与智能处理模块电性连接的可插拔式独立模块。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的物联网低压智能断路器，其特征在于：所述物联网通信模块包括载波通信模块。

6.根据权利要求5所述的物联网低压智能断路器，其特征在于：所述载波通信模块包括数字调制解调电路、模拟前端电路和耦合电路，所述数字调制解调电路对外连接智能处理模块接口，模拟前端电路与所述数字调制解调电路连接，所述耦合电路连接模拟前端电路与电力线。

7.根据权利要求1所述的物联网低压智能断路器，其特征在于：所述智能处理模块还包括液晶显示模块和电源模块，以用于对电压、电流、温度以及剩余电流信息进行显示，所述电源模块用于为智能断路器中的合分控制模块、智能处理模块中的微处理器、数据采集模块，以及物联网通信模块提供所需电源。

8.根据权利要求1所述的物联网低压智能断路器，其特征在于：所述智能处理模块还包括就地通信模块，其为智能处理模块的RS485通信接口，以实现就地监测。

9.一种物联网低压智能断路器物联系统，其特征在于：包括多个如权利要求1-8任意一项所述的物联网低压智能断路器、至少一个配电变压器监测终端，所述至少一个配电变压器监测终端安装于台区配电变压器侧，所述多个物联网低压智能断路器分布在低压电网的节点上，所述至少一个配电变压器监测终端与多个物联网低压智能断路器通过物联网通信模块进行通信。

10.根据权利要求9所述的物联网低压智能断路器物联系统，其特征在于：所述低压电网的节点包括低压配电线路的分支箱、电表箱、用户户内漏电保护盒。