CN212008850U - 智能化一二次融合柱上断路器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能化一二次融合柱上断路器，包括真空断路器、传感器组、传感器汇集单元和边缘物联代理模块，还包括用于将真空断路器所在高压线路的高压电转换成供给传感器组、传感器汇集单元和边缘物联代理模块的直流电的高压取电单元。本实用新型将传感器、传感器汇集单元与FTU相结合，实现断路器运行状态的实时监测和信息汇总，并可利用FTU实现故障诊断和检测，为配电网线路智能判断、分析、故障定位、故障隔离及非故障区域供电恢复等操作奠定基础，降低了维护成本，提高了供电可靠性。

Description

智能化一二次融合柱上断路器

技术领域

本实用新型涉及一种柱上开关设备，尤其是一种智能化一二次融合柱上断路器。

背景技术

10kV柱上断路器是配电自动化的主要开关设备，具有安装数量多、分布广、自然和电磁环境复杂的特点，其安全性和可靠性直接影响用电客户，关系到国民生产的正常运行和经济、社会的稳定。

目前，由于柱上断路器不具备采集、检测功能，因此配电网柱上开关的检修工作主要是：定期进行预防性试验，根据试验的结果来判断设备的运行状态，从而确定是否可以继续运行。随着配网线路设备的增多，用户对供电可靠性要求越来越高，传统的试验与诊断方法维护成本高、供电可靠性低的问题日益突出。

实用新型内容

本实用新型提出了一种智能化一二次融合柱上断路器，其目的是：实时采集断路器的状态并进行汇总和检测，降低维护成本，提高供电可靠性。

本实用新型技术方案如下：

一种智能化一二次融合柱上断路器，包括真空断路器，还包括传感器组、传感器汇集单元和边缘物联代理模块；

所述传感器组包括电压传感器、电流传感器、振动传感器、温度传感器和压力传感器；

所述电压传感器用于检测高压线路的电压；

所述电流传感器包括用于检测高压线路的电流的第一传感器和用于采集真空断路器回路电流的第二传感器；

所述振动传感器安装在真空断路器内部，用于采集分合闸时的振动信号；

所述温度传感器为无线传感器，用于检测真空断路器内部的温度以及外部的环境温度；

所述压力传感器用于检测真空断路器中绝缘气体介质的压力；

所述传感器汇集单元用于将各传感器采集的信号转换为数字信号并传输给边缘物联代理模块进行计算；

所述边缘物联代理模块为FTU；

所述智能化一二次融合柱上断路器还包括用于将真空断路器所在高压线路的高压电转换成供给传感器组、传感器汇集单元和边缘物联代理模块的直流电的高压取电单元。

作为本装置的进一步改进：所述高压取电单元包括与所述高压线路相连接的电容分压电路，还包括整流滤波单元、蓄电池和直流变压器；所述电容分压电路依次通过整流滤波单元及蓄电池与直流变压器的输入端相连接，所述直流变压器的输出端与直流用电设备相连接。

作为本装置的进一步改进：所述传感器汇集单元集成在真空断路器的壳体内部或安装在真空断路器的旁侧。

作为本装置的进一步改进：还包括用于安装在电线杆上的支架，所述真空断路器、传感器组及传感器汇集单元均安装在支架上，所述边缘物联代理模块直接安装在电线杆上并位于支架的下方；所述边缘物联代理模块通过线缆与传感器汇集单元、真空断路器以及高压取电单元分别相连接。

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：（1）本实用新型将传感器、传感器汇集单元与FTU相结合，实现断路器运行状态的实时监测和信息汇总，并可利用FTU实现故障诊断和检测，为配电网线路智能判断、分析、故障定位、故障隔离及非故障区域供电恢复等操作奠定基础，降低了维护成本，提高了供电可靠性；（2）传感器汇集单元可以将各传感器输入的模拟量转换为符合IEC61850规范的数字量输出，通过标准化通讯通道、统一通讯协议、规范的数据模型传输至边缘物联代理，实现设备的即插即用，减少终端配置和调试的工作；（3）利用高压取电单元直接将高压电转换为直流电，结构简单，部署方便。

附图说明

图1为本装置的电气原理结构示意图。

图2为高压取电单元的结构示意图。

图3为本装置的外形结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的技术方案：

如图1，一种智能化一二次融合柱上断路器，包括真空断路器10、传感器组、传感器汇集单元6和边缘物联代理模块7。

如图3，所述传感器汇集单元6集成在真空断路器10的壳体内部或安装在真空断路器10的旁侧。一二次融合柱上断路器还包括用于安装在电线杆上的三角形支架11，所述真空断路器10、传感器组及传感器汇集单元6均安装在支架11上，所述边缘物联代理模块7直接安装在电线杆上并位于支架11的下方；所述边缘物联代理模块7通过线缆12与传感器汇集单元6、真空断路器10以及高压取电单元9分别相连接。

如图1，所述传感器组用于电量参数的监测、操作机构机械特性的监测、断路器和环境温度参数的监测、SF6气体状态参数的监测。具体的，传感器组主要包括电压传感器1、电流传感器2、振动传感器3、温度传感器4和压力传感器5。

10kV线路的电压传感器用于检测高压线路的电压，安装在三相主回路。10kV线路的电流传感器用于检测高压线路的电流，安装于三相主回路。10kV线路的电压和电流参量采集采用电子式传感器，其输出为不大于10V的电压模拟量信号。非介入式的霍尔电流传感器则安装于真空断路器10操作机构的分合闸线圈回路和储能电机回路，用于采集回路电流。

所述振动传感器3安装在真空断路器10内部，用于采集分合闸时的振动信号。

所述温度传感器4为无线传感器，安装于断路器进出线铜排搭接处和箱体外，用于检测真空断路器10内部触头等部位的温度，还用于检测环境温度。

所述压力传感器5用于检测真空断路器10中绝缘气体SF6的压力，同时还可以实现气体温度、密度等数值的检测。

所述传感器汇集单元6用于将各传感器采集的信号转换为数字信号并传输给边缘物联代理模块7进行计算。传感器汇集单元6型号为WE6321N，可带电插拔，将各种采集量统一转换为数字信号。传感器汇集单元6与边缘物联代理模块7之间通信物理层的线缆12采用RS485铜线系统（屏蔽电缆），编码规则为曼彻斯特编码，传输速率5Mbit/s，链路层为IEC60870-5-1的FT3格式。

所述智能化一二次融合柱上断路器还包括用于将真空断路器10所在高压线路的高压电转换成供给传感器组、传感器汇集单元6和边缘物联代理模块7的直流电的高压取电单元9。

如图2，所述高压取电单元9包括与所述高压线路相连接的电容分压电路9-1，还包括整流滤波单元9-2、蓄电池9-3和直流变压器9-4；所述电容分压电路9-1依次通过整流滤波单元9-2及蓄电池9-3与直流变压器9-4的输入端相连接，所述直流变压器9-4的输出端与直流用电设备相连接。

所述边缘物联代理模块7为FTU，型号WE6615N，可与配电主站8进行通讯，还具备液晶显示的人机交互界面。除常规的检测、报警、控制功能之外， FTU内部还可以以微应用方式搭载标准化智能分析模型，包括但不限于：

(1)机械特性模型

机械特性模型用于柱上断路器的操作机构的故障预判，采用霍尔电流传感器2监测合/分闸线圈、储能电机电流，振动传感器3监测机构关键位置的振动信号，同时与正常模式下的电流、振动信号波形进行比较，实现对柱上断路器机械部件是否出现异常情况的判断。与控制/保护系统完全隔离，即便是故障情况下也不会对开关的正常运行操作产生任何影响。

(2)发热特性模型

基于负载变化的发热特性模型用于分析柱上断路器及隔离开关的运行状态，采用无线传输模式的温度传感器4，实时监测核心部位的运行状态，例如环境温度、断路器进出线触臂，实时监测基于负载的温升动态变化进而综合判断一次侧的连接是否可靠，有效避免故障发生和测温报警盲区。

(3)绝缘特性模型

绝缘特性模型用于分析柱上断路器的绝缘状态，采用温度和压力传感器5，通过先进的温度补偿算法，实时测量计算SF6绝缘气体的压力、温度、密度情况，进而及时反馈，做好主动预警。

(4)灭弧室电寿命模型

在真空断路器10使用数量迅速增长的同时, 由于其维护量小、检修周期长等特点, 容易忽略其存在的电寿命问题，而影响真空断路器10电寿命的主要因素是触头的电磨损，取决于开断时的燃弧能量，由燃弧电流和时间决定。灭弧室电寿命模型用于分析真空灭弧室的寿命预估，主要采用等效方法，通过测量开断电流与时间，采用特定算法计算开断电流加权值或电流时间累计值进而推算灭弧室的电器寿命。

(5)综合评估模型

综合评估模型用于分析一二次融合柱上断路器的整体运行状态。该模型包含相电流、相电压、零序电流、零序电压基本数据采集分析，结合机械特性模型、发热特性模型、绝缘特性模型、灭弧室电寿命模型数据综合实现柱上断路器的状态的自感知、自诊断等综合研判功能。

(6)线损采集模型

线损采集模型实现高精度计量功能（精度0.5S级），计算正反向有功电量和四象限无功电量、功率因数，具备计量数据冻结功能，包括日冻结、功率方向改变时的冻结数据，支撑10kV分线线损精益化管理。

(7)接地故障判定模型（故障录波）

利用高精度的10kV电子式传感器记录线路发生单相接地故障时的零序电压和零序电流波形，使用暂态法、稳态法以及历史故障波形对比等多种方法，进行接地故障研判和精确定位。

(8)智能分布式FA模型

在配电网发生故障时，不需要配电自动化主站控制，只需要智能断路器之间通过相互通信和保护配合，供电服务恢复逻辑通过轮询相邻的馈线来识别馈线的实时拓扑结构，判断故障区段、隔离故障，恢复非故障区段供电。

各微应用之间相互独立。操作人员可以根据需要在FTU内集成不同的检测、分析模型，实现所需功能。

本装置既具有传统柱上断路器的功能，又可以借助物联传感器、边缘计算等技术，实现智能化监测、自我故障诊断等功能，就地分析和处理断路器的状态，完成相应的动作，实现状态检修，并遵照IEC61850规范由无线将信息上传到配网主站，具有投资少、维护工作量小、抗干扰能力强等优点，为实现智能配电网打下了坚实的基础。

Claims (4)

1.一种智能化一二次融合柱上断路器，包括真空断路器（10），其特征在于：还包括传感器组、传感器汇集单元（6）和边缘物联代理模块（7）；

所述传感器组包括电压传感器（1）、电流传感器（2）、振动传感器（3）、温度传感器（4）和压力传感器（5）；

所述电压传感器（1）用于检测高压线路的电压；

所述电流传感器（2）包括用于检测高压线路的电流的第一传感器和用于采集真空断路器（10）回路电流的第二传感器；

所述振动传感器（3）安装在真空断路器（10）内部，用于采集分合闸时的振动信号；

所述温度传感器（4）为无线传感器，用于检测真空断路器（10）内部的温度以及外部的环境温度；

所述压力传感器（5）用于检测真空断路器（10）中绝缘气体介质的压力；

所述传感器汇集单元（6）用于将各传感器采集的信号转换为数字信号并传输给边缘物联代理模块（7）进行计算；

所述边缘物联代理模块（7）为FTU；

所述智能化一二次融合柱上断路器还包括用于将真空断路器（10）所在高压线路的高压电转换成供给传感器组、传感器汇集单元（6）和边缘物联代理模块（7）的直流电的高压取电单元（9）。

2.如权利要求1所述的智能化一二次融合柱上断路器，其特征在于：所述高压取电单元（9）包括与所述高压线路相连接的电容分压电路（9-1），还包括整流滤波单元（9-2）、蓄电池（9-3）和直流变压器（9-4）；所述电容分压电路（9-1）依次通过整流滤波单元（9-2）及蓄电池（9-3）与直流变压器（9-4）的输入端相连接，所述直流变压器（9-4）的输出端与直流用电设备相连接。

3.如权利要求1或2所述的智能化一二次融合柱上断路器，其特征在于：所述传感器汇集单元（6）集成在真空断路器（10）的壳体内部或安装在真空断路器（10）的旁侧。

4.如权利要求3所述的智能化一二次融合柱上断路器，其特征在于：还包括用于安装在电线杆上的支架（11），所述真空断路器（10）、传感器组及传感器汇集单元（6）均安装在支架（11）上，所述边缘物联代理模块（7）直接安装在电线杆上并位于支架（11）的下方；所述边缘物联代理模块（7）通过线缆（12）与传感器汇集单元（6）、真空断路器（10）以及高压取电单元（9）分别相连接。

Images