CN214900341U - 一种馈电及监控单元 - Google Patents

Abstract

一种馈电及监控单元：采用在金属外壳中设置至少两路输出的导电通路，在每一条输出支路上设置支路开关，在导电通路连接支路开关的靠近电源输入的方向上设置电流采集器的方式。便于对非智能化馈电单元进行升级改造，充分利用原有设备，减少投资成本，同时能升级获得遥调、遥信、遥控、遥测的智能化改造要求。

Description

一种馈电及监控单元

技术领域

本实用新型涉及通信领域，具体涉及一种馈电及监控单元。

背景技术

随着通信系统智能化的发展，馈电的需求日益增多，如何实现小尺寸，低成本，易于集成化成为业界研发的方向。同时，如何实现分时、分户、分电源种类控制，实现备电电压、时长控制，分户、分电源种类的电量统计等个性化智能化的需求亦已成为重要研究课题。

铁塔公司智能化改造项目面临老旧设备升级改造问题，在选择改造方案时，亟需一种电动开关，支持在满足预定升级功能的前提下，减少设备改造量，节省工时，减少投资总成本等方面，有着迫切的需求。

实用新型内容

基于上述背景，本实用新型的目的是要解决如下问题：

采用在金属外壳中设置至少两路输出的导电通路，在每一条输出支路上设置支路开关，在导电通路连接支路开关的靠近电源输入的方向上设置电流采集器的方式。便于对非智能化馈电单元进行升级改造，充分利用原有设备，减少投资成本，同时能升级获得遥调、遥信、遥控、遥测的智能化改造要求。

本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：

如图1-图3所示，一种馈电及监控单元：包括金属外壳10，金属外壳10中设置至少两条支路输出的导电通路11，在每一条输出支路上设置支路开关12，在导电通路11连接支路开关12的靠近电源输入的方向上直接或间接设置电流采集器13。 优选的，电流采集器13为锰铜电阻、磁传感器中的至少一种。 优选的，电流采集器13的输出信号传递给支路监测装置14，支路监测装置14包括支路监测模块14-1、支路通信模块14-2、支路电源模块14-3。优选的，在电流采集器13靠近或远离电源输入的方向上设置支路遥控装置15。 优选的，包括支路监控装置16，支路监控装置16包括支路遥控装置15、支路监测装置14。

优选的，支路开关12包括支开过流保护模块12-1。

优选的，支路开关12包括支路遥控模块12-2。 优选的，支路开关12包括操作手柄12-3，操作手柄12-3为按钮式、拨扭式中的至少一种。 优选的，包括主开关17、干路监测装置18。 优选的，导电通路11进线连接处设置电源输入端子19，电源输入端子19用于连接开关电源、蓄电池和/或油机的输出。

优选的，锰铜电阻在温度变化±60℃时，其阻值变化率不超过0.5%。

优选的，包括防雷模块20。

优选的，包括集控模组21。

优选的，集控模组21包括集控人机交互模块21-1、集控电源模块21-2、集控通信模块21-3、集控遥控模块21-4。

优选的，集控电源模块21-2为支路监测装置14、集控模组21中的至少一个提供工作电源。

优选的，包括数据终端22。

优选的，支路通信模块14-2、集控通信模块21-3、数据终端22采用无线通信和/或有线通信方式，无线通信包括4G、5G、WIFI、BLE、ZigBee、NB-IoT和LoRa等通信方式中的至少一种，有线通信包括HPLC、PLC、RS485、LAN、CAN、DeviceNet和Profibus等通信方式中的至少一种。

优选的，集控人机交互模块21-1包括计量脉冲灯。

优选的，支路遥控装置15、支路遥控模块12-2采用双稳态电磁铁、电机与减速器、单稳态电磁铁、继电器中的至少一种。

本实用新型的有益效果如下：

1. 一种馈电及监控单元，采用在金属外壳中设置至少两路输出的导电通路，在所述每一条输出支路上设置支路开关，在所述导电通路连接所述支路开关的靠近电源输入的方向上设置电流采集器的方式。便于对非智能化馈电单元进行升级改造，充分利用原有设备，减少投资成本，同时能升级获得遥调、遥信、遥控、遥测的智能化改造要求。

2. 实现宽温度范围内高精度计量功能，采用一阶电阻温度系数不大于+10，二阶电阻温度系数不小于-0.25的锰铜电阻，实现超宽温度范围-40℃到80℃高精度直流计量的功能。

3. 至少两个支路监测装置组成支路监测模组，一体化设计便于模数化增加或减少与之匹配的支路开关，便于统一接口的位置和形状，提高安装效率，提高信息联通的可靠性，提高抗电磁干扰的能力。

4. 人机交互模块上设置有光脉冲校准接口，便于计量维修校准。

5. 集控模组能对导电通路干路及各个分支路进行单独遥控控制，实现分时、分户、分电源种类控制，实现备电电压、时长控制，分户、分电源种类的电量统计，支持本地/远程，自动/手动模式。

6. 支路监测装置、支路监控装置与插入式支路开关无缝对接，无需增加额外接线，集成化程度高，节省安装工时成本，便于维护更换。

7.增加了对干路计量数据的监测，在集控模组的集控微处理器内部进行干路计量数据与各支路计量数据对比运算，进而可获得计量失准、线损分析等增强应用，提高设备的附加值。同时，增加了对干路的保护和控制，能够提供馈电监控单元外壳内部主电路短路的保护；还可增加馈电单元整机紧急下电的操作，提高了应对紧急情况的处置措施。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：具有支路监测功能的馈电监控单元示意图

图2：具有支路监控功能的馈电监控单元示意图

图3：具有干路和支路监控功能的馈电监控单元示意图

图4：具有支路监控功能的馈电监控单元结构示意图

图5：一种电机式支路监控装置结构示意图

图6：一种双稳态电磁铁式支路监控装置结构示意图

图7：具有支路监控功能的馈电监控单元结构示意图二（隐藏部分支路遥控装置15）

图8：一种支路遥控装置结构示意图

图9：具有支路监控功能的馈电监控单元结构示意图三（隐藏部分支路遥控装置15）

图10：一种板载式支路遥控装置结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。本实用新型决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本实用新型的精神的前提下覆盖了元素、部件的任何修改、替换和改进。

图1为具有支路监测功能的馈电监控单元示意图。该实施例所展示的一种馈电监控单元，包括金属外壳10，以及置于金属外壳10内的导电通路11、至少两路支路开关12、至少两路电流采集器13、至少两路支路监测装置14、防雷模块20、集控模组21及数据终端22。所述金属外壳10中设置至少两条支路输出的导电通路11，在所述每一条输出支路上设置支路开关12，在所述导电通路11连接所述支路开关12的靠近电源输入的方向上直接或间接设置电流采集器13。

所述电流采集器13为锰铜电阻、磁传感器中的至少一种。当采用锰铜电阻时，直接接入导电通路中；当采用磁传感器时，紧贴或套在导电通路

在所述电流采集器13靠近或远离电源输入的方向上设置支路遥控装置15。所述支路遥控装置15采用双稳态电磁铁，如图6、10所示，电机与减速器，如图5所示、单稳态电磁铁、继电器 中的至少一种。

所述锰铜电阻设计为在温度变化±60℃时，其阻值变化率不超过0.5%。针对一般的直流电能表，通常安装在室内环境，温度变化范围为-5℃到40℃。温度变化差值小，很容易在此温度范围内满足计量精度的要求。单所述断路器安装环境非常苛刻，除了环境条件好的室内环境，还有工业环境、室外环境也需要满足计量精度的要求。温度变化差值大，从--40℃到80℃，温差跨度120℃。这样恶劣的安装环境需要对锰铜电阻16的一阶电阻温度系数及二阶电阻温度系数有严格的要求，才能满足预定的精度要求。例如若满足全温范围内1级计量精度，需锰铜电阻16电阻值变化率不超0.5%，常温下计量精度校验到至少0.5%的精度，才能满足全温范围内1级计量精度。在此情况要求下，锰铜电阻16一阶电阻温度系数不大于+10，二阶电阻温度系数不小于-0.25。所述锰铜电阻设计为承受所述微型断路器极限短路分断电流的i²t无熔化，考虑到直流微型断路器要承担短路的情况，所以所述锰铜电阻的截面设计要非常细致，必须满足在极限短路条件下，所述直流断路器分断全过程的i²t能量通过锰铜电阻16后，由于瞬间能量非常大，因此要求不能有熔化现象发生。

所述支路开关12包括操作手柄12-3，所述操作手柄12-3为按钮式、拨扭式 中的至少一种。

所述导电通路11进线连接处设置电源输入端子19，所述电源输入端子19用于连接开关电源、蓄电池和/或油机的输出。

所述支路监测装置14包括支路监测模块14-1、支路通信模块14-2和支路电源模块14-3。各支路监测装置14组合为支路监测模组，便于集中布置。

所述支路开关12包括支开过流保护模块12-1和支开遥控模块12-2。所述支路遥控模块12-2采用采用双稳态电磁铁，如图6、10所示，电机与减速器，如图5所示，单稳态电磁铁、继电器 中的至少一种。

所述集控模块21包括集控人机交互模块21-1、集控电源模块21-2、集控通信模块21-3、集控遥控模块21-4和集控微处理器21-5。

如图1所示，同一导电通路11上的所述支路开关12的主电路与电流采集模块13连接；所述支路开关12的支开过流保护模块12-1实时检测对应支路11的主电路电流并实现基于实时电流的过电流保护功能；所述支路开关12的支开遥控模块12-2与所述集控模组21的集控遥控模块21-4连接，用于向集控模组21传递支路开关状态信息，并其接收遥控信号执行合分闸动作。

所述集控遥控模块21-4向支开遥控模块12-2传递的控制信号，包括但不限于驱动电压、节点/电平信号或数字通信信号，优选的为驱动电压控制；所述支开遥控模块12-2向集控遥控模块21-4传递的状态信号，包括但不限于节点/电平信号或数字通信信号，优选的为电平信号。

远程控制功能包括自动模式和手动模式，自动模式在断路器处于分闸状态，接收到合闸指令，直接合闸到位。手动模式在断路器处于分闸状态，接收到合闸指令，不直接重合闸到位，由手柄完成合闸。具有定时合分闸功能，通过远程设置定时时间，例如时间间隔以分为单位，范围：0-1439，发送0代表切除定时分/合闸功能。到达设定时间后自动分/合闸。具有闭锁功能，例如遥控闭锁：执行手动分闸操作后，则远程遥控分合闸功能自动闭锁；手动合闸后解除。

所述电流采集模块13采集主电路的电流，并将信号输出给对应的支路监测装置14的支路监测模块14-1，支路监测模块14-1根据支路电流信号及电压信号实时计算并存储电流、电压、功率、电量等计量数据；支路监测装置14的支路通信模块14-2与所述支路监测模块14-1连接，读取对应支路的电流、电压、功率和电量等计量数据，并以通信的方式向集控模组21发送这些数据，集控模组21的集控通信模块21-3接收这些数据，经过协议转换后，再发送给数据终端22，通过数据终端22向馈电监控单元外部传送。

所述支路通信模块14-2与所述集控通信模块21-3之间采用内部总线方式通信，优选如RS485总线方式，其通信协议为电信备电设备协议或内部协议；所述集控通信模块21-3与数据终端22之间采用有线方式通信，优选如LAN等，通信协议采用电信备电设备协议；所述数据终端22与外部设备之间通信，采用有线或无线方式，优选如LAN、Wi-Fi、4G等。

所述集控模组21还包括集控人机交互模块21-1，就地输出显示上述各支路及干路的电流、电压、功率、电量等计量数据以及各支路开关合分闸状态，就地输入进行通信地址设置、时间设置等参数，就地控制各支路开关合分闸操作。所述集控人机交互模块21-1包括计量脉冲灯，作为光脉冲校准接口，便于计量维修校准。

所述集控模组21还包括集控电源模块21-2，集控电源模块21-2与干路主电路连接，将主电路电压转换为集控模组21内部个模块工作电源；同时集控电源模块21-2与各支路检测模块14的支路电源模块14-3连接并向其供电；所述各支路监测模块14的支路电源模块14-3再将所述集控电源模块21-4输入的电压转换为支路监测模块14内部各功能模块所需的工作电源。

所述集控模组21还包括集控微处理器21-5，用于控制上述内部其他模块功能的执行。所述集控微处理器21-5根据通信连接的支路监测装置14的物理地址或通信分类字段，统计出特定分组的总电流、电压、功率、电量等计量数据。便于进行分户统计核对使用。同时，所述集控微处理器21-5根据通信连接的支路开关的物理地址，进行有针对性的分时、分支路控制，结合所述数据终端22的指令，进一步实现分时、分户、分电源种类控制，实现备电电压、时长控制，分户、分电源种类的电量统计。

所述馈电监控单元还包括防雷模块20，用于吸收干路与各支路上出现的浪涌电压，保护主电路及与主电路直接相连的功能模块免受过电压的危害。

图2、图4至图10，为具有支路监控功能的馈电监控单元示意图。该实施例所展示的一种馈电监控单元，包括金属外壳10，以及置于金属外壳10内的导电通路11、至少两路支路开关12、至少两路支路监控装置16、防雷模块20、集控模组21及数据终端22。

所述支路监控装置16包括电流采集器13、支路监测装置14和支路遥控装置15以及与所述支路遥控装置15关联的机械触头；所述检测装置14包括支路监测模块14-1、支路通信模块14-2和支路电源模块14-3。

所述支路开关12包括支开过流保护模块12-1。

所述集控模块21包括集控人机交互模块21-1、集控电源模块21-2、集控通信模块21-3、集控遥控模块21-4和集控微处理器21-5。

如图2所示，同一导电通路11上的支路开关12、支路监控装置16主电路连接；所述支路开关12的支开过流保护模块12-1实时检测对应支路11的主电路电流并实现基于实时电流的过电流保护功能。

所述支路监控装置16的电流采集器13采集主电路电流，并输出电流信号至所述支路监测模块14-1，支路监测模块14-1根据检测到的电流信号、电压信号计算电流、电压、功率和电量等计量数据并存储；所述支路监测模块还通过节点信号或数字电平信号检测对应支路11的支路开关12的合状态；支路监测装置14的支路通信模块14-2与所述支路监测模块14-1连接，读取对应支路的电流、电压、功率和电量等计量数据以及支路开关12的状态信息，并以通信的方式向集控模组21发送这些数据，集控模组21的集控通信模块21-3接收这些数据，经过协议转换后，再发送给数据终端22，通过数据终端22向馈电监控单元外部传送。

所述支路通信模块14-2与所述集控通信模块21-3之间采用内部总线方式通信，优选如RS485总线方式，其通信协议为电信备电设备协议或内部协议；所述集控通信模块21-3与数据终端22之间采用有线方式通信，优选如LAN等，通信协议采用电信备电设备协议；所述数据终端22与外部设备之间通信，采用有线或无线方式，优选如LAN、Wi-Fi、4G等。所述支路通信模块14-2、集控通信模块21-3、数据终端22采用无线通信和/或有线通信方式，所述无线通信包括4G、5G、WIFI、BLE、ZigBee、NB-IoT和LoRa等通信方式中的至少一种，所述有线通信包括HPLC、PLC、RS485、LAN、CAN、DeviceNet和Profibus等通信方式中的至少一种。

所述支路监控装置16的支路遥控装置15与所述集控模组21的集控遥控模块21-4连接；所述支路遥控装置15根据集控遥控模块21-4的控制信号动作，并带动关联的触头打开与闭合，完成对应导电通路11的通断控制；所述支路遥控装置15检测所述关联触头的状态，并传递给集控遥控模块21-4。

所述集控遥控模块21-4向所述支路遥控装置12-1传递的控制信号，包括但不限于驱动电压、电平/节点控制信号、数字通信信号；所述支路遥控装置15向所述集控遥控模块21-4发送的关联触头状态信号包括但不限电平信号、数字通信信号；上述控制信号及状态信号优选的基于总线通信的数字通信信号。

所述集控模组21还包括集控人机交互模块21-1，就地输出显示上述各支路及干路的电流、电压、功率、电量等计量数据以及各支路开关合分闸状态，就地输入进行通信地址设置、时间设置等参数，就地控制各支路开关合分闸操作。

所述集控模组21还包括集控电源模块21-2，集控电源模块21-2与干路主电路连接，将主电路电压转换为集控模组21内部个模块工作电源；同时集控电源模块21-2与各支路检测模块14的支路电源模块14-3连接并向其供电；所述各支路监测模块14的支路电源模块14-3再将所述集控电源模块21-4输入的电压转换为支路监测模块14内部各功能模块所需的工作电源。

所述集控模组21还包括集控微处理器21-5，用于控制上述内部其他模块功能的执行。所述集控微处理器21-5根据通信连接的支路监测装置14的物理地址或通信分类字段，统计出特定分组的总电流、电压、功率、电量等计量数据。便于进行分户统计核对使用。同时，所述集控微处理器21-5根据通信连接的支路开关的物理地址，进行有针对性的分时、分支路控制，结合所述数据终端22的指令，进一步实现分时、分户、分电源种类控制，实现备电电压、时长控制，分户、分电源种类的电量统计。

所述馈电监控单元还包括防雷模块20，用于吸收干路与各支路上出现的浪涌电压，保护主电路及与主电路直接相连的功能模块免受过电压的危害。

所述支路遥控装置15为板载接线式，如图8、图10所示、插接接线式，如图5、图6、图8所示、螺钉固定接线式中的至少一种。

如图7、图8所示，所述支路遥控装置15的安装方式为所述支路遥控装置15的进线端采用板载式安装，所述支路遥控装置15的出线端为插接式安装，并与所述支路开关12插接安装并形成导电通路。

如图9、图10所示，所述支路遥控装置15的安装方式为所述支路遥控装置15的进线端、出线端均采用板载式安装，所述支路监测装置14上设置出线端，并与支路开关12插接安装并形成导电通路。

所述支路监控装置（16）、集控模组（21）设置在分体或整体的电子线路板上。

图3为具有干路和支路监测功能的馈电监控单元示意图。该实施例基于图1所示的实施例衍生，在图1所示实施例的基础上，增加了干路监测装置18和主开关17。

所述主开关17包括主开遥控模块。

所述干路监测装置18包括干路监测模块、干路通信模块和干路电源模块。

如图3所示，所述主开关17安装于干路主电路11上，所述主开遥控模块用于控制主开关17的合分闸，进而控制干路主电路11的接通与断开。所述主开关17的主开遥控模块与集控模组21的集控遥控模块21-4连接，用于向集控模组21传递干路开关状态信息，并其接收遥控信号执行合分闸操作。

所述集控遥控模块21-4向主开遥控模块传递的控制信号，包括但不限于驱动电压、节点/电平信号或数字通信信号，优选的为驱动电压控制；所述支开遥控模块向集控遥控模块21-4传递的状态信号，包括但不限于节点/电平信号或数字通信信号，优选的为电平信号。

所述干路监测模块检测干路的电流和电压信号，并计算干路的电流、电压、功率和电量等计量数据，并将上述数据发送给集控通信模块21-2。

所述干路监测装置18、集控通信模块21-2之间采用内部总线方式通信，优选如RS485总线方式，其通信协议为电信备电设备协议或内部协议。

该实施例与图1所示实施例相比，增加了对干路计量数据的监测，在集控模组21的集控微处理器21-5内部进行干路计量数据与各支路计量数据对比运算，进而可获得计量失准、线损分析等增强应用，提高设备的附加值。同时，增加了对干路的保护和控制，能够提供馈电监控单元外壳内部主电路短路的保护；还可增加馈电单元整机紧急下电的操作，提高了应对紧急情况的处置措施。

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，本实用新型实施例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 (21)

1.一种馈电及监控单元，其特征在于，包括金属外壳（10），所述金属外壳（10）中设置至少两条支路输出的导电通路（11），在所述每一条支路上设置支路开关（12），在所述导电通路（11）连接所述支路开关（12）的靠近电源输入的方向上直接或间接设置电流采集器（13）。

2.根据权利要求1所述的馈电及监控单元，其特征在于，所述电流采集器（13）为锰铜电阻、磁传感器中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的馈电及监控单元，其特征在于，所述电流采集器（13）的输出信号传递给支路监测装置（14），所述支路监测装置（14）包括支路监测模块（14-1）、支路通信模块（14-2）、支路电源模块（14-3）。

4.根据权利要求1所述的馈电及监控单元，其特征在于，在所述电流采集器（13）靠近或远离电源输入的方向上设置支路遥控装置（15）。

5.根据权利要求4所述的馈电及监控单元，其特征在于，包括支路监控装置（16），所述支路监控装置（16）包括支路遥控装置（15）、支路监测装置（14）。

6.根据权利要求4所述的馈电及监控单元，其特征在于，所述支路开关（12）包括支开过流保护模块（12-1）。

7.根据权利要求6所述的馈电及监控单元，其特征在于，所述支路开关（12）包括支路遥控模块（12-2）。

8.根据权利要求6所述的馈电及监控单元，其特征在于，所述支路开关（12）包括操作手柄（12-3），所述操作手柄（12-3）为按钮式、拨扭式中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的馈电及监控单元，其特征在于，包括主开关（17）、干路监测装置（18）。

10.根据权利要求1所述的馈电及监控单元，其特征在于，所述导电通路（11）进线连接处设置电源输入端子（19），所述电源输入端子（19）用于连接开关电源、蓄电池和/或油机的输出。

11.根据权利要求2所述的馈电及监控单元，其特征在于，所述锰铜电阻在温度变化±60℃时，其阻值变化率不超过0.5%。

12.根据权利要求1所述的馈电及监控单元，其特征在于，包括防雷模块（20）。

13.根据权利要求1所述的馈电及监控单元，其特征在于，包括集控模组（21）。

14.根据权利要求13所述的馈电及监控单元，其特征在于，所述集控模组（21）包括集控人机交互模块（21-1）、集控电源模块（21-2）、集控通信模块（21-3）、集控遥控模块（21-4）。

15.根据权利要求14所述的馈电及监控单元，其特征在于，所述馈电及监控单元还包括支路监测装置（14），所述集控电源模块（21-2）为所述支路监测装置（14）、集控模组（21）中的至少一个提供工作电源。

16.根据权利要求14所述的馈电及监控单元，其特征在于，包括数据终端（22）。

17.根据权利要求16所述的馈电及监控单元，其特征在于，所述支路通信模块（14-2）、集控通信模块（21-3）、数据终端（22）采用无线通信和/或有线通信方式，所述无线通信包括4G、5G、WIFI、BLE、ZigBee、NB-IoT和LoRa通信方式中的至少一种，所述有线通信包括HPLC、PLC、RS485、LAN、CAN、DeviceNet和Profibus通信方式中的至少一种。

18.根据权利要求14所述的馈电及监控单元，其特征在于，所述集控人机交互模块（21-1）包括计量脉冲灯。

19.根据权利要求7所述的馈电及监控单元，其特征在于，所述支路遥控装置（15）、支路遥控模块（12-2）采用双稳态电磁铁、电机与减速器、单稳态电磁铁、继电器中的至少一种。

20.根据权利要求4所述的馈电及监控单元，其特征在于，所述支路遥控装置（15）为板载接线式、插接接线式、螺钉固定接线式中的至少一种。

21.根据权利要求13所述的馈电及监控单元，其特征在于，还包括支路监控装置（16），所述支路监控装置（16）、集控模组（21）设置在分体或整体的电子线路板上。

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