CN210490552U - 一种基于LoRa技术的低压智能断路器故障监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于LoRa技术的低压智能断路器故障监控系统,包括单片机、LORA模块、故障监控模块以及脱扣器，故障监控模块与断路器以及单片机连接，LORA模块与单片机以及告警模块连接，单片机与脱扣器连接。本实用新型通过单片机、故障监控模块以及脱扣器，能够快速的对出现异常的断路器进行检测与安全处理，通过LORA模块对低压智能断路器进行遥调、遥测、遥信、遥控“四遥”功能，满足新型智能断路器通信化、智能化的要求。

Description

一种基于LoRa技术的低压智能断路器故障监控系统

技术领域

本实用新型涉及电力及自动化领域，具体涉及一种基于LoRa技术的低压智能断路器故障监控系统。

背景技术

低压断路器是低压电网、电力系统中应用广泛，同时非常重要的开关控制电器之一。在输配电控制、承载和关合运行电流、保护电网和保障用电设备安全运行方面低压断路器担负着重要职责。随着我国智能电网的发展，对低压断路器提出了较高的要求，使低压断路器向智能方向发展。

现有的智能控制器一般包括外接分合闸模块、参数采集模块、WIFI通信模块、CAN通信模块和直流电源。其中，此智能控制器的核心是放在了WIFI通信模块上，通过外接服务器，用手机来进行操作。但此智能控制器只适用于家用的断路器，因为一般的低压断路器都是在工业领域使用，而工业环境比较复杂，常常会有空间干扰。而且常常工业用的低压智能断路器常常是采用级联的方式，并不是单一的用WIFI通讯模块控制就能解决的。而工业级的智能断路器一般采用微处理器作为核心，包括塑壳断路器、微处理器单元和操控按键组，微处理器单元上设有电流检测模块、电压检测模块、电源通断模块、无线模块、通信协议转换器和PWM控制器。外围还有液晶显示屏、报警模块、设置模块、语音提醒模块、存储模块、计算模块等等。但此类方案只对断路器中电流和电压进行检测，对容易出故障的如断路器温度和断路器误动作进行判断，另外此智能断路器只给出了无线模块，并没有给出无线模块的具体操作方式，其实像WiFi、Zigbee等方式并不适用于电磁环境复杂的工业环境。

本实用新型提出一种带故障监控功能的LoRa技术低压智能断路器。LoRa是一种超长距低功耗数据传输技术，是一种物理层调制方式的广域网通信技术，它具有满足长距离传输、低功耗、低成本等特点，LoRa技术融合了工业级通信中的扩频调制技术、前向纠错技术和信号处理技术，抗干扰能力强。

实用新型内容

本实用新型目的在提供一种基于LoRa技术的低压智能断路器故障监控系统，以解决现有技术中存在的技术缺陷。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于LoRa技术的低压智能断路器故障监控系统，包括单片机、LORA模块、故障监控模块以及脱扣器，故障监控模块与断路器以及单片机连接，LORA模块与单片机以及告警模块连接，单片机与脱扣器连接。

优选地，LORA模块包括射频芯片、时钟电路、射频开关、发射电路、接收电路以及SMA天线，射频芯片分别与发射电路、接收电路以及单片机连接，射频开关分别与发射电路、接收电路、SMA天线以及单片机连接。

优选地，单片机为STM32F103RCT6。

优选地，故障监控模块包括温度监控单元，温度监控单元包括分压电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3、开关管S1以及温度传感器PT100，温度传感器PT100一端接地，另一端接开关管S1的A端；分压电阻R1一端接基准电压，另一端接开关管S1的B端以及分压电阻R2的一端；分压电阻R2的另一端接开关管S1的C端以及分压电阻R3的一端，分压电阻R3的另一端接单片机的第二引脚。

优选地，故障监控模块还包括电压电流互感器，电压电流互感器与单片机连接。

优选地，故障监控模块还包括告警模块，告警模块与单片机连接。

优选地，脱扣器包括分励脱扣器和欠压脱扣器。

本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型通过单片机、故障监控模块以及脱扣器，能够快速的对出现异常的断路器进行检测与安全处理，通过LORA模块对低压智能断路器进行遥调、遥测、遥信、遥控“四遥”功能，满足新型智能断路器通信化、智能化的要求。

2、本实用新型设计用单片机STM32F103RCT6作为低压智能断路器的故障监控控制器，对断路器内部的电流信号、电压信号、断路器温度、断路器机械状态、系统电源状态、分励脱扣器状态以及欠压脱扣器状态都进行实时监控，对断路器每个常见故障进行了分析，保障整个智能断路器的安全性。

3、本实用新型采用新型的物联网技术LoRa，能够满足长距离传输，具有低功耗、低成本等特点；LoRa技术融合了工业级通信中的扩频调制技术、前向纠错技术和信号处理技术，抗干扰能力强，适合智能断路器所处的复杂工业环境。

下面将参照附图，对本实用新型作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型优选实施例提供的低压智能断路器故障监控系统的总体结构图；

图2为本实用新型优选实施例提供的低压智能断路器故障监控系统的温度监控单元及电压电流互感器结构框图；

图3为本实用新型优选实施例提供的单片机芯片结构图；

图4为本实用新型优选实施例提供的压智能断路器的LoRa技术功能框图。

其中，1、单片机；2、LORA模块；3、故障监控模块；4、脱扣器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1，本实用新型提供了一种基于LoRa技术的低压智能断路器故障监控系统，包括单片机1、LORA模块2、故障监控模块3以及脱扣器4，故障监控模块3与断路器以及单片机1连接，LORA模块2与单片机1以及告警模块连接，单片机1与脱扣器4连接。

本实用新型会监控许多状态量，比如断路器机械状态、系统电源状态、分励脱扣器状态、欠压脱扣器状态等。本故障监控系统留出了开关量接口，开关量信号的输入STM32F103RCT6单片机1采用外部中断功能，只要具有外部中断功能的引脚上出现合适的电平跳变就会触发外部中断，并通过STM32F103RCT6单片机1判断并上传报警信息。本故障监控系统采用STM32F103RCT6单片机1作为核心处理器，故障监控模块3定期采集电流信号、电压信号、断路器温度、断路器机械状态、系统电源状态、分励脱扣器状态、欠压脱扣器状态。本实用新型会根据各相电流实时计算出电流有效值，判断是否需要启动长延时、短延时或瞬时动作保护，在达到动作要求后，输出信号给动作执行机构，并在保护动作执行后，输出报警、指示信号。本实用新型可以设定不同的电流整定值，选择不同范围的三段保护曲线。当出现瞬动电流过大、短路或过载等异常情况的时候，STM32F103RCT6单片机1就会发出故障检测输出的信号，根据电流值处于三段保护的范围区间决定执行相应的断路器脱扣动作。分励脱扣器以及欠压脱扣器已经根据使用者的要求自行进行添加。

优选地，LORA模块2包括射频芯片、时钟电路、射频开关、发射电路、接收电路以及SMA天线，射频芯片分别与发射电路、接收电路以及单片机1连接，射频开关分别与发射电路、接收电路、SMA天线以及单片机1连接。

参见图4，本实用新型LORA模块2由CPU、SX1278射频芯片、时钟电路、射频开关、发射电路、接收电路及SMA天线组成。CPU主要用于控制SX1278射频芯片和射频开关协调工作以及负责LORA模块2与外部单片机1异步串行通信。SX1278射频芯片主要用于处理射频信号，并完成信息的无线发送和接收。射频开关主要用于根据SX1278的收发状态，将SMA天线的功能在LORA模块2的收电路和发送电路之间进行相互切换。时钟电路主要用于为SX1278射频芯片提供稳定可靠的工作时钟。发射电路、接收电路及SMA天线主要用于长距离的无线通信。

优选地，单片机1为STM32F103RCT6。

STM32F103RCT6单片机1处理器可以进行更换，可以换成其他型号的单片机1或ARM处理器。

优选地，故障监控模块3包括温度监控单元，温度监控单元包括分压电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3、开关管S1以及温度传感器PT100，温度传感器PT100一端接地，另一端接开关管S1的A端；分压电阻R1一端接基准电压，另一端接开关管S1的B端以及分压电阻R2的一端；分压电阻R2的另一端接开关管S1的C端以及分压电阻R3的一端，分压电阻R3的另一端接单片机1的第二引脚。

参见图2和图3，温度监控系统会通过分压电阻、开关管、基准电压Vref和温度传感器PT100对智能断路器内部温度数据进行采集。数据经过A/D转换、滤波、放大等处理后，若超过预设报警阈值，STM32F103RCT6单片机1判断并上传报警信息，同时显示断路器报警实时值。

优选地，故障监控模块3还包括电压电流互感器，电压电流互感器与单片机1连接。

电压电流互感器定期采集电流信号、电压信号、系统电源状态，为单片机1作出判断提供数据基础。

优选地，故障监控模块还包括告警模块，告警模块与单片机1连接。

当断路器状态超过预设报警阈值，STM32F103RCT6单片机1判断并上传报警信息，同时显示断路器报警实时值。

优选地，脱扣器4包括分励脱扣器和欠压脱扣器。

断路器出现异常情况的时候，STM32F103RCT6单片机1就会发出故障检测输出的信号，根据电流值处于三段保护的范围区间决定执行相应的断路器脱扣动作。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于LoRa技术的低压智能断路器故障监控系统，其特征在于，包括单片机(1)、LORA模块(2)、故障监控模块(3)以及脱扣器(4)，所述故障监控模块(3)与断路器以及所述单片机(1)连接，所述LORA模块(2)与所述单片机(1)连接，所述单片机(1)与所述脱扣器(4)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于LoRa技术的低压智能断路器故障监控系统，其特征在于，所述LORA模块(2)包括射频芯片、时钟电路、射频开关、发射电路、接收电路以及SMA天线，所述射频芯片分别与所述发射电路、所述接收电路以及所述单片机(1)连接，所述射频开关分别与所述发射电路、所述接收电路、所述SMA天线以及所述单片机(1)连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于LoRa技术的低压智能断路器故障监控系统，其特征在于，所述单片机(1)为STM32F103RCT6。

4.根据权利要求3所述的一种基于LoRa技术的低压智能断路器故障监控系统，其特征在于，所述故障监控模块(3)包括温度监控单元，所述温度监控单元包括分压电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3、开关管S1以及温度传感器PT100，温度传感器PT100一端接地，另一端接开关管S1的A端；分压电阻R1一端接基准电压，另一端接开关管S1的B端以及分压电阻R2的一端；分压电阻R2的另一端接开关管S1的C端以及分压电阻R3的一端，分压电阻R3的另一端接单片机(1)的第二引脚。

5.根据权利要求1所述的一种基于LoRa技术的低压智能断路器故障监控系统，其特征在于，所述故障监控模块(3)还包括电压电流互感器，所述电压电流互感器与所述单片机(1)连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于LoRa技术的低压智能断路器故障监控系统，其特征在于，所述故障监控模块(3)还包括告警模块，所述告警模块与所述单片机(1)连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于LoRa技术的低压智能断路器故障监控系统，其特征在于，所述脱扣器(4)包括分励脱扣器和欠压脱扣器。

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