CN209747953U - 一种带有自检装置的配电柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种带有自检装置的配电柜，包括柜体和与柜体连接的柜门，所述柜体内设有监控控制板和电源板；所述电源板平行设置在监控控制板的下面；监控控制板上设有控制模块和与控制模块连接的报警模块和检测模块，所述控制模块连接有信号采集模块；电源板上设有电源模块和备用电源，该配电柜还设有显示模块，显示模块与控制模块连接，所述显示模块设置在柜体上柜门的上端；所述控制模块包括ARM单片机和FPGA模块，ARM单片机和FPGA模块连接，报警模块和检测模块分别与ARM单片机连接，信号采集模块和显示模块与FPGA模块连接。

Description

一种带有自检装置的配电柜

技术领域

本发明涉及供电技术领域，具体涉及一种带有自检装置的配电柜。

背景技术

配电柜是指带有低压负荷的配电场所，主要是为低压用户配送电能，配电柜使用在负荷比较分散、回路较少的场合，配电柜本身不具有断电的装置，当遇到串连线路的时候，容易使得设备短路发生火灾，目前，随着电力的发展，配电柜在生活中已经越来越普及，配电柜作为电缆网路的主要开关设备，多用于工业园区、居民社区和商业中心等。配电柜内通常设置有多个元器件，当配电柜运行时，无法从外部得知配电柜内各个元器件及运行环境的情况。

在实际应用中大部分的配电柜监控采用远程连接进行监控，运维人员通过远程界面或者远程报警设备对配电室内的运行状态进行监控。若配电柜内监控设备的电源出现故障不能及时采集数据或将监控数据传输到控制端，不能及时对配电柜进行故障预警。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种带有自检装置的配电柜，以解决上述技术问题。

本实用新型的技术方案是：

一种带有自检装置的配电柜，包括柜体和与柜体连接的柜门，所述柜体内设有监控控制板和电源板；所述电源板平行设置在监控控制板的下面；电源板与监控控制板平行设置方便配电柜通风散热。

监控控制板上设有控制模块和与控制模块连接的报警模块和检测模块，所述控制模块连接有信号采集模块；

电源板上设有电源模块和备用电源，电源模块用于给监控控制板供电；电源模块还通过充电电路与备用电源连接；

检测模块与电源模块连接，用于检测电源模块的输出电压信号；检测模块检测到电源模块过压/欠压或故障时输出信息到控制模块，控制模块控制使用备用电源给监控控制板供电。

该配电柜还设有显示模块，显示模块与控制模块连接，所述显示模块设置在柜体上柜门的上端；显示模块用于实时显示信号采集模块采集的电压电流及温度等信息，方便工巡查人员查看。

所述控制模块包括ARM单片机和FPGA模块，ARM单片机和FPGA模块连接，报警模块和检测模块分别与ARM单片机连接，信号采集模块和显示模块与FPGA模块连接。

优选地，ARM单片机通过开关控制电路与备用电源连接，使检测模块检测到电源模块异常时控制备用电源给监控控制板供电。

优选地，电源模块包括整流滤波模块和升降压转换模块，整流滤波模块的输入端连接到外部的交流电，整流滤波模块的输出端通过升降压转换模块给监控控制板供电；整流滤波模块的输出端还通过充电电路与备用电源连接；

整流滤波模块的输出端还与检测模块的输入端连接，检测模块的输出端连接到ARM 单片机。

优选地，升降压转换模块输出电压包括5v、15v、24v；

升降压转换模块15v输出端通过电压反向器输出-15v。

优选地，检测模块包括电源控制器，整流滤波模块依次通过串联连接的第八电阻、第九电阻和稳压二极管接地；第八电阻和第九电阻的连接点通过第十电阻接地，第八电阻和第九电阻的连接点连接到电源控制器的第一电压输入端，第九电阻和稳压二极管阴极的连接点通过第二电容接地，第九电阻和稳压二极管阴极的连接点连接到电源控制器的第二电压输入端；电源控制器的输出端连接到ARM单片机。通过采集第九电阻的电压差判断电源模块输出的电压信号是否正常并输出信息到ARM单片机，ARM单片机控制备用电源进行供电，同时控制报警模块进行电源故障预警。

优选地，开关控制电路包括光电耦合器和继电器，所述光电耦合器的输入端通过第十一电阻连接到5v，光电耦合器的控制端连接到ARM单片机，光电耦合器的输出端连接到继电器线圈的一端，继电器线圈的另一端通过第二十一电阻连接到24v，继电器常开触点的一端连接到备用电源的负极，备用电源的正极连接到监控控制板的电源正极输入端，监控控制板的电源负极输入端连接到继电器常开触点的另一端。

优选地，显示模块包括数模转换器和显示单元，FPGA模块通过数模转换器与显示单元连接。

优选地，所述数模转换器的数字输入端连接到FPGA模块，数模转换器的第一输出端连接有第一放大器的负输入端，数模转换器的第二输出端与数模转换器的接地端连接；数模转换器的电压输入端连接到15v；数模转换器的电压基准输入端与15v连接；

第一放大器的正输入端接地，第一放大器的正电源端连接15v，第一放大器的负电源端连接到-15v，第一放大器的输出端连接到数模转换器的电阻反馈端；第一放大器的输出端还通过第一电阻连接有第二放大器的正输入端，第二放大器的负输入端通过第二电阻接地；第二放大器的正电源端连接15v，第二放大器的负电源端连接到-15v；第二放大器的输出端连接通过第三电阻连接有三极管的基极，三极管的集电极通过串联连接的电位器和第四电阻连接到第二放大器的正输入端，三极管的集电极还通过第五电阻连接到第二放大器的负输入端；三极管的发射极连接到电源模块24v；第四电阻和电位器的连接点通过第六电阻连接到显示单元。

24v电源可以同时给输出电路供电，FPGA模块把处理后的信号采集模块采集的信号输送到数模转换器，数模转换器的型号可以根据需要选择有上述引脚功能的数模转换器，信号经过数模转换器转换成模拟信号传输到第一放大器，电压放大输出，再经过第二放大器完成V/I转换，得到4-20mA形式的电流输出到显示单元进行显示，这里的第一放大器和第二放大器可以根据需要选择有上述引脚功能的LM74系列的放大器。

信号采集模块采集的信息经AD转换芯片将信号传输至FPGA模块进行数据处理，处理后的数据传输至ARM单片机进行进一步是否达到设定阈值进行报警故障预警。

优选地，配电柜体上还设有状态指示灯，所述状态指示灯与ARM单片机连接；

状态指示灯包括电源指示灯、运行状态指示灯和报警指示灯；

电源指示灯和运行状态指示灯分别与ARM单片机连接，报警指示灯通过报警电路与 ARM单片机连接。

电源指示灯用于指示电源的状态，运行状态指示灯，设有两种状态设备运行正常绿灯之时，若信号采集模块采集到的信息有任一信息异常，运行状态指示灯红灯指示。

优选地，该配电柜还设有通信模块，ARM单片机与通信模块连接，用于将采集的信息传输到远程控制平台。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：配电柜内将电源板与监控控制板平行设置方便配电柜通风散热，24v电源可以同时给输出电路供电，FPGA模块把处理后的信号采集模块采集的信号输送到数模转换器，信号经过数模转换器转换成模拟信号传输到第一放大器，电压放大输出，再经过第二放大器完成V/I转换，得到4-20mA形式的电流输出到显示单元进行显示，使巡检人员更直观的得到配电柜工作及状态参数，信号采集模块采集的信息经AD转换芯片将信号传输至FPGA模块进行数据处理，处理后的数据传输至ARM单片机进行进一步是否达到设定阈值进行报警故障预警。通过ARM单片机和 FPGA模块结合实现预警数据的高速运算缩短反应时间，降低故障发生。检测模块检测到电源模块过压/欠压或故障时输出信息到ARM单片机，ARM单片机控制使用备用电源给监控控制板供电，保证监控设备的供电安全。该配电柜还设有通信模块，ARM单片机与通信模块连接，用于将采集的信息传输到远程控制平台进行远程控制报警。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为一种带有自检装置的配电柜结构示意图；

图2为一种带有自检装置的配电柜连接框图；

图3为检测模块连接示意图；

图4为开关控制电路电路示意图；

图5为显示模块电路连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施方式。

实施例一

如图1-5所示，一种带有自检装置的配电柜，包括柜体1和与柜体1连接的柜门7，所述柜体1内设有监控控制板3和电源板4；所述电源板4平行设置在监控控制板3的下面；电源板4与监控控制板3平行设置方便配电柜通风散热。

监控控制板3上设有控制模块8和与控制模块8连接的报警模块16和检测模块13，所述控制模块8连接有信号采集模块10；

电源板4上设有电源模块12和备用电源11，电源模块12用于给监控控制板3供电；电源模块12还通过充电电路与备用电源11连接；

检测模块13与电源模块12连接，用于检测电源模块12的输出电压信号，检测模块13检测到电源模块12过压/欠压或故障时输出信息到控制模块8，控制模块8控制使用备用电源11给监控控制板3供电。

该配电柜还设有显示模块9，显示模块9与控制模块8连接，所述显示模块9设置在柜体上柜门的上端；显示模块9用于实时显示信号采集模块10采集的信息，方便工巡查人员查看。

所述控制模块8包括ARM单片机8.2和FPGA模块8.1，ARM单片机8.2和FPGA 模块8.1连接，报警模块16和检测模块13分别与ARM单片机8.2连接，信号采集模块 10和显示模块9分别与FPGA模块8.1连接。

ARM单片机8.2通过开关控制电路与备用电源11连接，使检测模块13检测到电源模块12异常时控制备用电源11给监控控制板3供电。

电源模块12包括整流滤波模块12.1和升降压转换模块12.2，整流滤波模块12.1的输入端连接到外部的交流电，整流滤波模块12.1的输出端通过升降压转换模块12.2给监控控制板3供电；整流滤波模块12.1的输出端还通过充电电路与备用电源11连接；这里所说的充电电路为本领域常用的电池充点电路即可。

整流滤波模块12.1包括整流桥，所述整流桥的输入端连接到市电，整流桥的输出端与检测模块13连接，整流桥的输出端通过整流二极管和电感线圈进行滤波,电感线圈的两端还设有滤波电容，整流桥的输出端经过滤波后给监控控制板3供电。

检测模块13的输出端连接到ARM单片机8.2。

升降压转换模块12.2输出电压包括5v、15v、24v；升降压转换模块为电压转换芯片，根据需要的电压输出选择合适的电压转换芯片。

电压转换芯片的15v输出端通过电压反向器输出-15v。

检测模块13包括电源控制器U2，整流滤波模块12.1依次通过串联连接的第八电阻R8、第九电阻R9和稳压二极管D2接地；第八电阻R8和第九电阻R9的连接点通过第十电阻R10接地，第八电阻R8和第九电阻R9的连接点连接到电源控制器U2的第一电压输入端，第九电阻R9和稳压二极管D2阴极的连接点通过第二电容C2接地，第九电阻 R9和稳压二极管D2阴极的连接点连接到电源控制器U2的第二电压输入端；电源控制器 U2的输出端连接到ARM单片机8.2。通过采集第九电阻R9的电压差判断电源模块12 输出的电压信号是否正常并输出信息到ARM单片机8.2，ARM单片机8.2控制备用电源 11进行供电，同时控制报警模块16进行电源故障预警。电源控制器可以采用型号为 LT4363系列控制器。

开关控制电路包括光电耦合器U1和继电器K1，所述光电耦合器U1的输入端通过第十一电阻R11连接到5v，光电耦合器U1的控制端连接到ARM单片机8.2，光电耦合器 U1的输出端连接到继电器K1线圈的一端，继电器K1线圈的另一端通过第十二电阻R12 连接到24v，继电器K1常开触点的一端连接到备用电源11的负极，备用电源11的正极连接到监控控制板3的电源正极输入端，监控控制板3的电源负极输入端连接到继电器 K1常开触点的另一端。

显示模块9包括数模转换器U3和显示单元9.1，FPGA模块8.1通过数模转换器U5 与显示单元9.1连接。

所述数模转换器U5的数字输入端连接到FPGA模块8.1，数模转换器U5的第一输出端连接有第一放大器U4的负输入端，数模转换器U5的第二输出端与数模转换器U5的接地端连接；数模转换器U5的电压输入端连接到15v；数模转换器U5的电压基准输入端与 15v连接；

第一放大器U4的正输入端接地，第一放大器U4的正电源端连接15v，第一放大器U4的负电源端连接到-15v，第一放大器U4的输出端连接到数模转换器U5的电阻反馈端；第一放大器U4的输出端还通过第一电阻R1连接有第二放大器U3的正输入端，第二放大器U3的负输入端通过第二电阻R2接地；第二放大器U3的正电源端连接15v，第二放大器U3的负电源端连接到-15v；第二放大器U3的输出端连接通过第三电阻R3连接有三极管Q1的基极，三极管Q1的集电极通过串联连接的电位器W1和第四电阻R4连接到第二放大器U3的正输入端，三极管Q1的集电极还通过第五电阻R5连接到第二放大器U3的负输入端；三极管Q1的发射极连接到电源模块24v；第四电阻R4和电位器W1的连接点通过第六电阻R6连接到显示单元9.1。

24v电源可以同时给输出电路供电，FPGA模块8.1把处理后的信号采集模块10采集的信号输送到数模转换器U5，数模转换器U5的型号可以根据需要选择有上述引脚功能的数模转换器，信号经过数模转换器U5转换成模拟信号传输到第一放大器U4，电压放大输出，再经过第二放大器U3完成V/I转换，得到4-20mA形式的电流输出到显示单元9.1 进行显示，这里的第一放大器U4和第二放大器U3可以根据需要选择有上述引脚功能的 LM74系列的放大器。

信号采集模块10采集的信息经AD转换芯片将信号传输至FPGA模块8.1进行数据处理，处理后的数据传输至ARM单片机8.2进行进一步是否达到设定阈值进行报警故障预警。

配电柜体1上还设有状态指示灯5，所述状态指示灯5与ARM单片机8.2连接；

状态指示灯5包括电源指示灯、运行状态指示灯和报警指示灯；

电源指示灯和运行状态指示灯分别与ARM单片机8.2连接，报警指示灯通过报警电路与ARM单片机8.2连接。

电源指示灯用于指示电源的状态，运行状态指示灯，设有两种状态设备运行正常绿灯之时，若信号采集模块采集到的信息有任一信息异常，运行状态指示灯红灯指示。

配电柜底部还设有绝缘垫6，防止配电柜移动时损伤地面，还具有与地隔离的防漏电伤人。

该配电柜还设有通信模块14，ARM单片机8.2与通信模块14连接，用于将采集的信息传输到远程控制平台。

配电柜内将电源板4与监控控制板3平行设置方便配电柜通风散热，24v电源可以同时给输出电路供电，FPGA模块8.1把处理后的信号采集模块10采集的信号输送到数模转换器U5，信号经过数模转换器U5转换成模拟信号传输到第一放大器U4，电压放大输出，再经过第二放大器U3完成V/I转换，得到4-20mA形式的电流输出到显示单元9.1 进行显示，使巡检人员更直观的得到配电柜工作及状态参数，信号采集模块10采集的信息经AD转换芯片将信号传输至FPGA模块8.1进行数据处理，处理后的数据传输至ARM 单片机8.2进行进一步是否达到设定阈值进行报警故障预警。通过ARM单片机8.2和 FPGA模块8.1结合实现预警数据的高速运算缩短反应时间，降低故障发生。检测模块13 检测到电源模块12过压/欠压或故障时输出信息到ARM单片机8.2，ARM单片机8.2控制使用备用电源11给监控控制板3供电，保证监控设备的供电安全。该配电柜还设有通信模块14，ARM单片机8.2与通信模块14连接，用于将采集的信息传输到远程控制平台进行远程控制报警。这里的FPGA模块可以选择型号为EPF10K30E的PFGA芯片；ARM 单片机采用SAA7750型号单片机。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种带有自检装置的配电柜，其特征在于，包括柜体和与柜体连接的柜门，所述柜体内设有监控控制板和电源板；所述电源板平行设置在监控控制板的下面；监控控制板上设有控制模块和与控制模块连接的报警模块和检测模块，所述控制模块连接有信号采集模块；

电源板上设有电源模块和备用电源，电源模块用于给监控控制板供电；电源模块还通过充电电路与备用电源连接；

检测模块与电源模块连接，用于检测电源模块的输出电压信号，检测模块与控制模块连接；

该配电柜还设有显示模块，显示模块与控制模块连接，所述显示模块设置在柜体上柜门的上端；

所述控制模块包括ARM单片机和FPGA模块，ARM单片机和FPGA模块连接，报警模块和检测模块分别与ARM单片机连接，信号采集模块和显示模块与FPGA模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种带有自检装置的配电柜，其特征在于，ARM单片机通过开关控制电路与备用电源连接，使检测模块检测到电源模块异常时控制备用电源给监控控制板供电。

3.根据权利要求2所述的一种带有自检装置的配电柜，其特征在于，电源模块包括整流滤波模块和升降压转换模块，整流滤波模块的输入端连接到外部的交流电，整流滤波模块的输出端通过升降压转换模块给监控控制板供电；整流滤波模块的输出端还通过充电电路与备用电源连接；

整流滤波模块的输出端还与检测模块的输入端连接，检测模块的输出端连接到ARM单片机。

4.根据权利要求3所述的一种带有自检装置的配电柜，其特征在于，升降压转换模块输出电压包括5v、15v、24v；

升降压转换模块15v输出端通过电压反向器输出-15v。

5.根据权利要求3所述的一种带有自检装置的配电柜，其特征在于，检测模块包括电源控制器，整流滤波模块依次通过串联连接的第八电阻、第九电阻和稳压二极管接地；第八电阻和第九电阻的连接点通过第十电阻接地，第八电阻和第九电阻的连接点连接到电源控制器的第一电压输入端，第九电阻和稳压二极管阴极的连接点通过第二电容接地，第九电阻和稳压二极管阴极的连接点连接到电源控制器的第二电压输入端；电源控制器的输出端连接到ARM单片机。

6.根据权利要求5所述的一种带有自检装置的配电柜，其特征在于，开关控制电路包括光电耦合器和继电器，所述光电耦合器的输入端通过第十一电阻连接到5v，光电耦合器的控制端连接到ARM单片机，光电耦合器的输出端连接到继电器线圈的一端，继电器线圈的另一端通过第二十一电阻连接到24v，继电器常开触点的一端连接到备用电源的负极，备用电源的正极连接到监控控制板的电源正极输入端，监控控制板的电源负极输入端连接到继电器常开触点的另一端。

7.根据权利要求1所述的一种带有自检装置的配电柜，其特征在于，显示模块包括数模转换器和显示单元，FPGA模块通过数模转换器与显示单元连接。

8.根据权利要求7所述的一种带有自检装置的配电柜，其特征在于，所述数模转换器的数字输入端连接到FPGA模块，数模转换器的第一输出端连接有第一放大器的负输入端，数模转换器的第二输出端与数模转换器的接地端连接；数模转换器的电压输入端连接到15v；数模转换器的电压基准输入端与15v连接；

第一放大器的正输入端接地，第一放大器的正电源端连接15v，第一放大器的负电源端连接到-15v，第一放大器的输出端连接到数模转换器的电阻反馈端；第一放大器的输出端还通过第一电阻连接有第二放大器的正输入端，第二放大器的负输入端通过第二电阻接地；第二放大器的正电源端连接15v，第二放大器的负电源端连接到-15v；第二放大器的输出端连接通过第三电阻连接有三极管的基极，三极管的集电极通过串联连接的电位器和第四电阻连接到第二放大器的正输入端，三极管的集电极还通过第五电阻连接到第二放大器的负输入端；三极管的发射极连接到电源模块24v；第四电阻和电位器的连接点通过第六电阻连接到显示单元。

9.根据权利要求3所述的一种带有自检装置的配电柜，其特征在于，配电柜体上还设有状态指示灯，所述状态指示灯与ARM单片机连接；

状态指示灯包括电源指示灯、运行状态指示灯和报警指示灯；

电源指示灯和运行状态指示灯分别与ARM单片机连接，报警指示灯通过报警电路与ARM单片机连接。

10.根据权利要求3所述的一种带有自检装置的配电柜，其特征在于，该配电柜还设有通信模块，ARM单片机与通信模块连接，用于将采集的信息传输到远程控制平台。