CN2805177Y - 智能型变电站用低压交流电源柜及智能控制器 - Google Patents

Abstract

一种智能型变电站用低压交流电源柜和智能控制器，电源柜内设有自动转换开关和至少两只断路开关，各断路开关的输出端分别连接在自动转换开关的各输入端上，各断路开关的输入端用于分别连接各站用电源，自动转换开关的输出端用于与负载连接，机柜内还设有电压监测模块、智能控制器和电量监测模块；智能控制器内包括单片机、与单片机连接的显示模块和输入模块。本实用新型采用单片机进行控制，自动化程度高，通讯功能强，将单片机、输入模块和显示模块集成在一起，集成度高，回路设计简单，即插即用，运行可靠，维护方便，同时还具有防误操作和零序电流保护功能，最大限度保证了系统的安全可靠运行。

Description

智能型变电站用低压交流电源柜及智能控制器

技术领域

本实用新型涉及低压交流电源柜，尤其涉及一种智能型变电站用低压交流电源柜及其内部所采用的一种智能控制器。

背景技术

目前，传统型变电站用低压交流电源柜通常有两种结构组成，一种变电站用低压交流电源柜由：机柜、刀闸、断路器、电流互感器、电压表、电流表、万能转换开关、指示灯、连接母线组装而成；另一种由机柜、刀开、接触器、中间继电器、时间继电器、电流互感器、电压表、电流表、万能转换开关、指示灯、连接母线组装而成。上述两种结构的变电站站用低压交流电源柜，由于所采用的刀闸或刀开无法实现自动转换，接触器触点抖动、发热、氧化、粘住，因此不能实现机械电气双闭锁，容易发生两路电源“碰撞”故障，且继电器回路复杂、故障率高、可靠性差、自动化程度低，不能实现远程通信，无法满足变电站综合自动化系统的要求。

而现有的智能型变电站用低压交流电源柜由机柜、自动转换开关、两只断路器、可编程控制器、显示操作模块、电量监测模块、电压监测模块、中间继电器和万能转换开关组成，这种结构的变电站用低压交流电源柜，虽然具备了基本的智能要求，如远程通讯、事件记录等，但电路结构复杂、操作维护不方便、工作可靠性差，而且无防误操作、无短路保护，无法保证电力系统的安全可靠运行。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：克服现有的智能型变电站用低压交流电源柜电路结构复杂、工作可靠性差等缺陷，提供一种智能型变电站用低压交流电源柜和智能控制器，不但实现电源柜的机械电气双闭锁、自动切换的智能控制，同时简化电路结构，提高工作可靠性，进一步保证电力系统的安全可靠运行。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案为：

这种智能型变电站用低压交流电源柜，包括机柜，机柜内设有自动转换开关和至少两只断路开关，所述各断路开关的输出端分别连接在自动转换开关的各输入端上，各断路开关的输入端用于分别连接各站用电源，自动转换开关的输出端用于与负载连接，所述机柜内还设有电压监测模块、选择开关和智能控制器；

所述各断路开关的输入端和自动转换开关的输出端分别通过一电压监测模块连接到所述的智能控制器，由电压监测模块分别检测输入输出电源是否正常，并输入到所述的智能控制器进行处理；

所述各断路开关的输入端分别通过所述的选择开关并接自动转换开关和智能控制器，由选择开关选择电源驱动所述的自动转换开关和智能控制器工作。

所述智能控制器与自动转换开关连接，智能控制器内包括单片机、与单片机连接的显示模块和输入模块，输入模块用于输入控制信号给所述的单片机，显示模块用于对输入信息及状态信息进行显示，单片机对接收到的信号进行处理，输出信号控制自动转换开关的切换。

为进一步优化上述技术方案，所述机柜内还设有电量监测模块，所述各断路开关的输入端还分别通过所述的选择开关并接入电量监测模块，由选择开关选择电源，驱动所述的电量监测模块工作；

所述的电量监测模块直接与所述自动转换开关的输出端并接，对输出电压进行监测；所述的电量监测模块还通过电流互感器与所述自动转换开关的输出端并接，对输出电流进行监测；电量监测模块与所述的智能控制器连接。

所述选择开关采用中间继电器，并由中间继电器进行电源转换后，驱动所述的自动转换开关、智能控制器或电量监测模块工作。

所述的智能控制器通过另外的中间继电器设置与远方报警装置连接的接口。

所述的电量监测模块采用RS485接口与所述的智能控制器连接，并通过该RS485接口直接与远方计算机系统连接。

所述各断路开关的输入端与所连接的各中间继电器之间，以及自动转换开关的输出端与所连接的中间继电器之间分别设有保险管。

所述各断路开关的输入端及自动转换开关上分别设有站用电工作指示灯。

相应的一种智能型变电站用低压交流电源柜用智能控制器，该智能控制器包括盒体，盒体内设有单片机，以及与单片机连接的显示模块和输入模块；

所述单片机的输入接口用于与电压监测模块连接，使单片机接收电压监测信号；单片机对接收到的信号进行处理，并通过单片机的输出接口输出用于进行自动转换开关切换的控制信号；

所述的输入模块用于从外部输入控制信号给所述的单片机；

所述的显示模块用于对输入信息及状态信息进行显示。

为进一步优化上述技术方案，所述单片机上还连接有看门狗电路或时钟存储器。所述的单片机输入接口还包括零序电流保护动作信号输入接口，用于接收零序电流保护动作信号到单片机，由单片机输出控制信号给自动转换开关进行动作。

本实用新型的有益效果为：本实用新型针对现有变电站用低压交流电源柜存在的不足，智能控制器全部采用工业级器件、模块化软件和现场可编程技术，整机可靠性高，自动化程度高，通讯能力强(带RS485通讯接口)。采用单片机进行控制，将单片机、输入模块和显示模块集成在一起，集成度高，回路设计简单，即插即用，运行可靠，维护方便。显示模块采用全中文显示界面，简明方便，可通过友好的人机对话，要求操作确认，从而防止误操作；同时还采用零序电流保护动作信号监测，防止了越级跳闸、故障扩大等事故的出现，最大限度保证了系统的安全可靠运行。

所采用的自动转换开关具有机械电气双闭锁功能，彻底避免了两路电源“碰撞”；自动转换开关的本体为特殊抗湿热材料全密封结构，避免了触点氧化和弧光外泄。智能电力仪表能测量母线上所有电气参数，包括三相电压、电流、频率、有功、无功、电度、功率因数、最大值等，并带有RS485通讯接口，可直接接入变电站综合自动化控制系统。

本实用新型设计科学、合理，结构简单、线路简洁，整机可靠性高，自动化程度高，即插即用，维护方便，能实现机械电气双闭锁、自动切换和远程通讯功能，尤其能实现防误操作和零序电流保护，从根本上保证了电源的安全可靠切换，可方便地实现多电量的集中监测，并可根据用户需要接入远程综合自动化控制系统中，便于在无人值班变电站实现无人值守。

附图说明

图1为本实用新型低压交流电源柜电路原理示意图；

图2为本实用新型智能控制器结构原理示意图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明：

如图1所示，本实用新型智能型变电站用低压交流电源柜，包括机柜，机柜内设有自动转换开关ATS和至少两只断路开关1QS和2QS(这里以采用两只断路开关为例)，各断路开关的输出端分别连接在自动转换开关ATS的各输入端上，各断路开关的输入端用于分别连接各站用电源，自动转换开关的输出端用于与负载连接，机柜内还设有电压监测模块(采用电压继电器1KU、2KU、3KU)、智能控制器SZK和电量监测模块(采用智能电力仪表IPM)；

各断路开关的输入端1QS和2QS和自动转换开关ATS的输出端分别通过一电压监测模块1KU、2KU、3KU连接到智能控制器SZK，由电压监测模块1KU、2KU、3KU分别检测输入输出电源是否正常，并输入到智能控制器SZK进行处理；

机柜内还设有一选择开关(采用中间继电器KM)，各断路开关1QS和2QS的输入端分别通过中间继电器KM并接入自动转换开关ATS、智能控制器SZK和电量监测模块IPM，由中间继电器KM选择电源并进行电源转换后，驱动自动转换开关、智能控制器和电量监测模块工作。

自动转换开关ATS的输出端一方面直接与电量监测模块IPM并接，对输出电压进行监测；另一方面，自动转换开关ATS的输出端还通过电流互感器与电量监测模块IPM并接，对输出电流进行监测，从而对整个输出电量进行监测；

智能控制器SZK还直接与自动转换开关ATS连接，智能控制器SZK内包括单片机、与单片机连接的显示模块和输入模块，输入模块用于输入控制信号给所述的单片机，显示模块用于对输入信息及状态信息进行显示，单片机对接收到的信号进行处理，输出信号控制自动转换开关ATS的切换。

智能控制器SZK通过中间继电器(K1、K2、K3、K4、K5、K6)设置与远方报警装置连接的接口，电量监测模块采用RS485接口与智能控制器SZK连接，并通过该RS485接口直接与远方计算机系统连接。

各断路开关的输入端与所连接的各中间继电器之间，以及自动转换开关的输出端与所连接的中间继电器之间分别设有保险管(1FUc、1FUb、1Fua，2FUc、2FUb、2Fua，3FUc、3FUb、3FUa)。各断路开关的输入端及自动转换开关上分别设有站用电工作指示灯(1HW、2HW、1HR、2HR)。

如图2所示，本实用新型智能控制器，包括盒体，盒体内设有单片机(采用P89V51RD2FA单片机)，以及与单片机连接的显示模块(采用液晶显示屏LM16032)和输入模块(即键盘)；单片机的输入接口用于与电压监测模块连接，使单片机接收电压监测信号；单片机对接收到的信号进行处理，并通过单片机的输出接口输出用于进行自动转换开关切换的控制信号；输入模块用于从外部输入控制信号给所述的单片机；显示模块用于对输入信息及状态信息进行显示。单片机上还连接有看门狗电路(X5043)或时钟存储器(DS1644)。单片机输入接口还包括零序电流保护动作信号输入接口，用于接收零序电流保护动作信号到单片机，由单片机输出控制信号给自动转换开关进行动作。

下面具体结合图1进行说明：

从图1可以清楚地看到智能型变电站用低压交流电源柜由断路开关1QS、2QS，自动转换开关ATS，工控机智能控制器SZK，智能电力仪表IPM，电压继电器1KU、2KU、3KU，中间继电器KM、K1、K2、K3、K4、K5、K6，指示灯1HW、2HW、1HR、2HR组成。上述器件安装在一面防护等级为IP40的金属机柜内。

自动转换开关ATS采用法国溯高美SIRCOVER-VE型ATS自动转换开关，其具有机械电气双闭锁功能，彻底避免了两路电源“碰撞”；自动转换开关的本体为特殊抗湿热材料全密封结构，避免了触点氧化和弧光外泄。智能电力仪表IPM采用法国溯高美DIRIS AP型智能电量监测模块；电压继电器1KU、2KU、3KU采用M3PRC-4W型电压继电器；中间继电器KM、K1、K2、K3、K4、K5、K6采用OMRON的MK3P-I型中间继电器。

各部件间具体连接结构如下：与站用电一连接的功能接口1N端直接连接到电压继电器1KU的N端，同时连接到中间继电器KM的7端，与站用电一连接的接口1C、1B、1A端分别经保险管1FUc、1FUb、1FUa连到电压继电器1KU的B、Y、R端，1B端另经保险管1FU接中间继电器KM的5端，与站用电一连接的接口1N、1C、1B、1A各连线同时经断路开关1QS接自动转换开关ATS的1N、1R、1S、1T端；与站用电二连接的接口2N端直接连接到电压继电器2KU的2N端，同时连接到中间继电器KM的6、2端，与站用电二连接的接口2C、2B、2A端分别经保险管2FUc、2FUb、2FUa连接到电压继电器2KU的B、Y、R端，2B端另经保险管2FU接中间继电器KM的10、4端；指示灯1HW跨接在中间继电器KM的7、5端，指示灯2HW跨接在中间继电器KM的6、2和10、4端；与市电二连接的接口2N、2C、2B、2A各连线同时经断路开关2QS接自动转换开关ATS的2N、2R、2S、2T端。中间继电器KM的1端一路并接自动转换开关ATS的102、402、404端和智能电力仪表IPM的A端，另一路并接工控机智能控制器SZK的L、Q16端；中间继电器KM的3端一路并接自动转换开关ATS的103端和智能电力仪表IPM的X端，同时经指示灯1HR和2HR分别接入自动转换开关ATS的403和405端；另一路并接工控机智能控制器的N端和中间继电器K1、K2、K3、K4、K5、K6。电压继电器1KU、2KU、3KU的15端分别接工控机智能控制器的I3、I4、I5端，电压继电器1KU、2KU、3KU的18端和自动转换开关ATS的302端并接入工控机智能控制器的I17端。自动转换开关ATS的202、203、204、205端分别接工控机智能控制器SZK的Q1、Q2、Q0、Q4端，自动转换开关ATS的303、304、305端分别接工控机智能控制器SZK的I0、I1、I2端；自动转换开关ATS的N、U、V、W端为电源柜的电源输出端接口，其N端并接入智能电力仪表IPM的Vn端和电压继电器3KU的N端，U、V、W端分别经电流互感器LHc、LHb、LHa接智能电力仪表IPM的相应I1、I2端，同时并分别经保险管3FUc、3FUb、3FUa接入智能电力仪表IPM的Vc、Vb、Va端和电压继电器3KU的B、Y、R端，智能电力仪表IPM的RS485接口端(+、-)接入工控机智能控制器的通讯线(A+、B-)，并直接设置远程通讯的接口。工控机智能控制器SZK的输出端Q17、Q19、Q21、Q23、Q13、Q15分别通过中间继电器K1、K2、K3、K4、K5、K6设置去远方报警装置连接的接口。

智能型变电站站用低交流电源柜的工作原理和过程：通过工控机智能控制器SZK监测两路电源进线的状态和控制自动转换开关ATS的自动切换，来实现在双电源进线的条件下保证输出母线不间断供电；通过智能控制器的显示模块友好的人机对话界面，要求采用输入模块进行操作确认，从而防止误操作；并通过监测零序电流动作保护信号，来保证不扩大故障、不越级跳闸，最大限度保证了系统的安全可靠运行。根据具体情况可设定六种运行模式：

一、模式0，停止供电。工控机智能控制器SZK控制自动转换开关ATS固定闭合到0位，即同时断开站用电一和站用电二，此时负载母线不带电，停止供电；

二、模式1，固定站用电一供电。工控机智能控制器SZK控制自动转换开关ATS固定闭合到I位，由站用电一对负载母线供电；同时监测1#零序电流保护动作信号，若保护动作，立即进入模式0，封锁键盘，发出1#零序电流保护动作报警，待故障修复后，重新投入。

三、模式2，固定站用电二供电。工控机智能控制器SZK控制自动转换开关ATS固定闭合到II位，由站用电二对负载母线供电；同时监测2#零序电流保护动作信号，若保护动作，立即进入模式0，封锁键盘，发出2#零序电流保护动作报警，待故障修复后，重新投入。

四、模式3，备自投，站用电一为主供电源，站用电二备用。工控机智能控制器SZK若检测到站用电一正常，控制自动转换开关ATS闭合到I位，由站用电一对负载母线供电；否则控制自动转换开关ATS闭合到II位，由站用电二对负载母线供电；若检测到站用电一恢复正常，则控制自动转换开关ATS闭合到I位，重新由站用电一对负载母线供电；由站用电一供电时监测1#零序电流保护动作信号，由站用电二供电时监测2#零序电流保护动作信号，若保护动作，立即进入模式0，同时封锁键盘，发出相应的(1#或2#)零序电流保护动作报警，待故障修复后，重新投入。

五、模式4，备自投，站用电二为主供电源，站用电一备用。工控机智能控制器SZK若检测到站用电二正常，控制自动转换开关ATS闭合到II位，由站用电二对负载母线供电；否则控制自动转换开关ATS闭合到I位，由站用电一对负载母线供电；若检测到站用电二恢复正常，则控制自动转换开关ATS闭合到II位，重新由站用电二对负载母线供电；由站用电一供电时监测1#零序电流保护动作信号，由站用电二供电时监测2#零序电流保护动作信号，若保护动作，立即进入模式0，同时封锁键盘，发出相应的(1#或2#)零序电流保护动作报警，待故障修复后，重新投入。

六、模式5，无主备切换。工控机智能控制器SZK若检测到站用电一正常，控制自动转换开关ATS闭合到I位，由站用电一对负载母线供电；由站用电一对负载母线供电时，只要站用电一正常，维持ATS开关状态永不切换，直到检测到站用电一异常，则控制自动转换开关ATS闭合到II位，由站用电二对负载母线供电；由站用电二对负载母线供电时，只要站用电二正常，维持ATS开关状态永不切换，直到检测到站用电二异常，则控制自动转换开关ATS闭合到I位，由站用电一对负载母线供电；由站用电一供电时监测1#零序电流保护动作信号，由站用电二供电时监测2#零序电流保护动作信号，若保护动作，立即进入模式0，同时封锁键盘，发出相应的(1#或2#)零序电流保护动作报警，待故障修复后，重新投入。

通过工控机智能控制器SZK面板上输入模块的功能键选择本地或远程控制。选择本地控制时，上述六种工作模式通过工控机智能控制器SZK面板上的功能键M0、M1、M2、M3、M4、M5设定，并通过确认键接受执行，否则无效；选择远程控制时，工作模式由上位计算机设定。

利用本实用新型，一台设备独立运行，可实现双电源输入单母线输出的供电运行方式；两台设备并列运行，可实现双电源输入单母线分段输出的供电运行方式。

本实用新型可自动进行告警(站用电异常、母线电压异常、零序电流保护动作报警等)事件记录和开关变位(0位到I位、I位到0位、0位到II位、II位到0位、I位到II位、II位到I位等)事件记录，并通过RS485上传到综合自动化控制网的上位计算机。

本实用新型通过智能电力仪表，可实现负载母线上所有电气参数(包括三相电压、三相电流、频率、有功、无功、电度、功率因数等)的巡检和就地显示，并通过RS485上传到综合自动化网的上位计算机。

本领域技术人员不脱离本实用新型的实质和精神，可以有多种变形方案实现本实用新型，以上所述仅为本实用新型较佳可行的实施例而已，并非因此局限本实用新型的权利范围，凡运用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本实用新型的权利范围之内。

Claims (10)

1、一种智能型变电站用低压交流电源柜，包括机柜，机柜内设有自动转换开关和至少两只断路开关，所述各断路开关的输出端分别连接在自动转换开关的各输入端上，各断路开关的输入端用于分别连接各站用电源，自动转换开关的输出端用于与负载连接，其特征在于：所述机柜内还设有电压监测模块、选择开关和智能控制器；

所述各断路开关的输入端和自动转换开关的输出端分别通过一电压监测模块连接到所述的智能控制器，由电压监测模块分别检测输入输出电源是否正常，并输入到所述的智能控制器进行处理；

所述各断路开关的输入端分别通过所述的选择开关并接自动转换开关和智能控制器，由选择开关选择电源驱动所述的自动转换开关和智能控制器工作。

所述智能控制器与自动转换开关连接，智能控制器内包括单片机、与单片机连接的显示模块和输入模块，输入模块用于输入控制信号给所述的单片机，显示模块用于对输入信息及状态信息进行显示，单片机对接收到的信号进行处理，输出信号控制自动转换开关的切换。

2、根据权利要求1所述的智能型变电站用低压交流电源柜，其特征在于：所述机柜内还设有电量监测模块，所述各断路开关的输入端还分别通过所述的选择开关并接入电量监测模块，由选择开关选择电源，驱动所述的电量监测模块工作；

所述的电量监测模块直接与所述自动转换开关的输出端并接，对输出电压进行监测；所述的电量监测模块还通过电流互感器与所述自动转换开关的输出端并接，对输出电流进行监测；电量监测模块与所述的智能控制器连接。

3、根据权利要求1或2所述的智能型变电站用低压交流电源柜，其特征在于：所述选择开关采用中间继电器，并由中间继电器进行电源转换后，驱动所述的自动转换开关、智能控制器或电量监测模块工作。

4、根据权利要求3所述的智能型变电站用低压交流电源柜，其特征在于：所述的智能控制器通过另外的中间继电器设置与远方报警装置连接的接口。

5、根据权利要求3所述的智能型变电站用低压交流电源柜，其特征在于：所述的电量监测模块采用RS485接口与所述的智能控制器连接，并通过该RS485接口直接与远方计算机系统连接。

6、根据权利要求3所述的智能型变电站用低压交流电源柜，其特征在于：所述各断路开关的输入端与所连接的各中间继电器之间，以及自动转换开关的输出端与所连接的中间继电器之间分别设有保险管。

7、根据权利要求3所述的智能型变电站用低压交流电源柜，其特征在于：所述各断路开关的输入端及自动转换开关上分别设有站用电工作指示灯。

8、一种智能型变电站用低压交流电源柜用智能控制器，其特征在于：该智能控制器包括盒体，盒体内设有单片机，以及与单片机连接的显示模块和输入模块；

所述单片机的输入接口用于与电压监测模块连接，使单片机接收电压监测信号；单片机对接收到的信号进行处理，并通过单片机的输出接口输出用于进行自动转换开关切换的控制信号；

所述的输入模块用于从外部输入控制信号给所述的单片机；

所述的显示模块用于对输入信息及状态信息进行显示。

9、根据权利要求8所述的智能型变电站用低压交流电源柜用智能控制器，其特征在于：所述单片机上还连接有看门狗电路或时钟存储器。

10、根据权利要求8或9所述的智能型变电站用低压交流电源柜用智能控制器，其特征在于：所述的单片机输入接口还包括零序电流保护动作信号输入接口，用于接收零序电流保护动作信号到单片机，由单片机输出控制信号给自动转换开关进行动作。

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