CN112583123A - 智能塑壳断路器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种智能塑壳断路器，该断路器包括：脉冲电流通信单元，用于生成脉冲电流信号；计量单元，与电表通信连接，用于发送脉冲电流信号至电表和接收电表的反馈信号；中央处理器单元，与脉冲电流通信单元和计量单元通信连接，用于发送脉冲电流信号并根据反馈信号确定用电数据和工作状态数据。该断路器中，脉冲电流通信单元生成脉冲电流信号，脉冲电流信号通过中央处理器单元和计量单元发送至电表，然后接收上述电表的反馈信号并发送至中央处理器单元，中央处理器单元根据上述反馈信号确定用电数据和工作状态数据，无需外接设备，即可实现用电数据采集及设备工作状态的监测功能，解决了现有技术中监测台区的运行状态需要外接设备的问题。

Description

智能塑壳断路器

技术领域

本申请涉及配电网监测技术领域，具体而言，涉及一种智能塑壳断路器。

背景技术

断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置，其中塑壳断路器能够在电流超过跳脱设定后自动切断电流，塑壳指的是用塑料绝缘体作为装置的外壳，用来隔离导体之间以及接地金属部分，其辅助触点、欠电压脱扣器以及分励脱扣器等多采用模块化。塑壳断路器广泛应用于低压台区、各种机械设备的电源控制和用电终端的控制和保护中，是一种可对正常负荷电流、过负荷电流和短路电流进行接通和分断操作的开关电器。

电力公司为了提高计量和采集业务的精益化管理水平、提升客户优质服务水平、提高数据资产利用价值，逐渐发现低压台区电力线拓扑仅实现逻辑拓扑功能，只掌握电力网络的中心节点和用户节点，对上述节点间连接关系不清。由于即插即用的特点造成了其网络物理拓扑极其混乱；缺失分级监测功能，造成低压台区出现故障和异常能量消耗时，不能准确定位故障点，影响了抢修进度，为了用户带来了许多不便。

目前的塑壳断路器操作机构都是模拟式的操作，不具备低压台区电力网络物理拓扑识别功能，通信功能或者采用RS485和Modbus-RTU协议。

传统的塑壳断路器不具备低压台区电力网络物理拓扑识别功能，计量、HPLC通信和脉冲电流通信功能。无法提供低压台区电力网络物理拓扑数据、不具备计量箱管理、窃电预警、停电事件上报、线损分析研判、端子温度检测、故障自动诊断等功能，也无法对塑壳断路器相关电路进行数据测量和数据记录的功能。如果实现想要具备以上功能以及具备对相关电路进行数据测量和数据记录的功能，则需外接过量设备，造成成本太高、体积过大，安装不便。

在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解，因此，背景技术中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种智能塑壳断路器，以解决现有技术中监测台区的运行状态需要外接设备的问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种智能塑壳断路器，包括：脉冲电流通信单元，用于生成脉冲电流信号；计量单元，与电表通信连接，用于发送所述脉冲电流信号至所述电表和接收所述电表的反馈信号；中央处理器单元，与所述脉冲电流通信单元和所述计量单元通信连接，用于发送所述脉冲电流信号并根据所述反馈信号确定用电数据和工作状态数据。

可选地，所述智能塑壳断路器还包括：HPLC通信单元，与集中器和所述中央处理器单元通信连接，用于接收所述集中器的指令信号并将所述指令信号发送至所述脉冲电流通信单元。

可选地，所述智能塑壳断路器还包括：RS-485通信单元，与所述中央处理器单元通信连接，用于接收所述用电数据和所述工作状态数据；存储器，与所述RS-485通信单元通信连接，用于存储所述用电数据和所述工作状态数据。

可选地，所述工作状态数据包括电压、电流、电量、有功功率和功率因数。

可选地，所述HPLC通信单元还用于上传所述用电数据和所述工作状态数据至所述集中器。

可选地，所述中央处理器单元还用于根据所述工作状态数据确定设备故障。

可选地，所述计量单元的采样频率为1～10HZ。

在本发明实施例中，上述智能塑壳断路器中，脉冲电流通信单元生成脉冲电流信号，脉冲电流信号通过中央处理器单元和计量单元发送至电表，然后接收上述电表的反馈信号并发送至中央处理器单元，中央处理器单元根据上述反馈信号确定用电数据和工作状态数据，无需外接设备，即可实现用电数据采集及设备工作状态的监测功能，减小了配电网设备体积和成本，解决了现有技术中监测台区的运行状态需要外接设备的问题。

附图说明

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

图1示出了根据本申请的一种实施例的智能塑壳断路器的示意图；

图2示出了根据本申请的一种低压台区的配电网的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等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，以便这里描述的本申请的实施例。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，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。

正如背景技术中所说的，现有技术中监测台区的运行状态需要外接设备，为了解决上述问题，本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种智能塑壳断路器。

根据本申请的实施例，提供了一种智能塑壳断路器。

图1是根据本申请实施例的智能塑壳断路器的示意图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

脉冲电流通信单元，用于生成脉冲电流信号；

计量单元，与电表通信连接，用于发送上述脉冲电流信号至上述电表和接收上述电表的反馈信号；

中央处理器单元，与上述脉冲电流通信单元和上述计量单元通信连接，用于发送上述脉冲电流信号并根据上述反馈信号确定用电数据和工作状态数据。

上述智能塑壳断路器中，脉冲电流通信单元生成脉冲电流信号，脉冲电流信号通过中央处理器单元和计量单元发送至电表，然后接收上述电表的反馈信号并发送至中央处理器单元，中央处理器单元根据上述反馈信号确定用电数据和工作状态数据，无需外接设备，即可实现用电数据采集及设备工作状态的监测功能，减小了配电网设备体积和成本，解决了现有技术中监测台区的运行状态需要外接设备的问题。

需要说明的是，中央处理器单元采用GD32F405RGT6芯片，该芯片采用Cortex-M4ARM内核，主频高达168MHz.该芯片共144个引脚，体积小，运算及接口资源丰富，包括多达4个USART、2个UART、3个SPI、3个快速I2C、2个I2S,1个SDIO、1个10/100M快速以太网媒体存取控制器(MAC)等，可提供Device、HOST、OTG等多种传输模式。将对外调试接口连接产品对外接插件上，可实现塑壳断路器程序升级及调试功能。中央处理器单元采用基于频域切片小波变换多参量特征提取算法，对脉冲电流信号进行一步处理，以确保正确地收到电表地址。

本申请的一种实施例中，如图1所示，上述智能塑壳断路器还包括HPLC通信单元，上述HPLC通信单元与集中器和上述中央处理器单元通信连接，上述HPLC通信单元用于接收上述集中器的指令信号并将上述指令信号发送至上述脉冲电流通信单元。具体地，上述HPLC通信单元将集中器的指令信号发送至脉冲电流通信单元，脉冲电流通信单元根据指令产生指定频率和指定幅值的脉冲电流信号。中央处理器单元通过UART串口与HPLC通信单元进行通信，实现与HPLC芯片的数据收发功能。

需要说明的是，如图2所示，低压台区的配电网包括集中器、变压器、断路器和电表，变压器通过三相四线对集中器和电表供电，断路器设置在供电线路上，以保证用电安全。上述智能变压器还具有低压台区物理拓扑识别功能，首先，完成户变关系识别，采用基于HPLC通信单元的台区识别功能；其次，进行分支识别，采用脉冲电流方法。HPLC通信单元和塑壳断路器的载波芯片可以在接收到集中器的指令信号后产生指定频率和幅值的脉冲电流信号，无需更改已有的产品结构或者增加硬件模块；最后，进行表箱识别，将脉冲电流与大数据算法相结合，在HPLC通信单元脉冲电流信号，将电表地址进行编码映射处理，塑壳断路器采用基于频域切片小波变换多参量特征提取算法提取脉冲电流信号，解码表地址，实现表箱内电表识别。

本申请的一种实施例中，如图1所示，上述智能塑壳断路器还包括RS-485通信单元和存储器，其中，上述RS-485通信单元与上述中央处理器单元通信连接，上述RS-485通信单元用于接收上述用电数据和上述工作状态数据；上述存储器与上述RS-485通信单元通信连接，上述存储器用于存储上述用电数据和上述工作状态数据。具体地，上述RS-485通信单元接收中央处理器单元的上述用电数据和上述工作状态数据，并将其发送至存储器进行存储。

需要说明的是，上述用电数据和上述工作状态数据进行存储时，首先判断存储器中的待存储数据对应的存储区是否写满，将数据存储在可用扇区，否则擦除部分扇区以进行存储，例如，以15分钟为间隔，存储当前的状态数据，能够存储半年的事件记录数据，采用循环记录的方式，半年后，从存储器的初始位置写入；可根据命令将任意一天的事件记录上传，状态数据上传后，擦除相关大小的记录。

还需要说明的是，上述中央处理器单元还用于确定设备工作状态变化的时间点，并生成事件存储在存储器中，采用循环记录的方式存储该数据。当事件发生时，存储半年或者存储空间写满后，从存储器的初始位置写入，可根据命令上传任意一天的事件记录。例如，开始记录事件之前，上述计量单元首先初始化计量IC，台区设备进行初始化，采集工作状态数据，在电流大于零且当前设备状态为关机时，将设备状态变更为开机，并记录该事件，在电流大于工作电流阈值且当前设备状态为开机时，将设备状态变更为工作开始，并记录该事件，在电流小于工作电流阈值且当前设备状态为工作开始时，将设备状态变更为工作结束，并记录该事件，设备下电，将设备状态变更为关机，并记录该事件。

本申请的一种实施例中，上述工作状态数据包括电压、电流、电量、有功功率和功率因数。具体地，通过采集上述工作状态数据可以全面掌握台区设备的工作状态，当然，上述工作状态数据也限于此，本领域技术人员可以根据需要进行选择。

本申请的一种实施例中，上述HPLC通信单元还用于上传上述用电数据和上述工作状态数据至上述集中器。具体地，定期获取台区的工作状态数据和用电数据，以便于对台区的设备进行更新和维护。

本申请的一种实施例中，上述中央处理器单元还用于根据上述工作状态数据确定设备故障。具体地，上述中央处理器单元可以根据上述工作状态数据进行分析以确定配电网设备是否故障，并可以调取存储器存储的事件对故障进行分析和定位。

本申请的一种实施例中，上述计量单元的采样频率为1～10Hz。具体地，上述计量单元轮训采集计量数据，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的采样频率。例如，计量单元的采样频率为2Hz，即周期为500毫秒。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

本申请的智能塑壳断路器中，脉冲电流通信单元生成脉冲电流信号，脉冲电流信号通过中央处理器单元和计量单元发送至电表，然后接收上述电表的反馈信号并发送至中央处理器单元，中央处理器单元根据上述反馈信号确定用电数据和工作状态数据，无需外接设备，即可实现用电数据采集及设备工作状态的监测功能，减小了配电网设备体积和成本，解决了现有技术中监测台区的运行状态需要外接设备的问题，并且智能塑壳断路器可以进一步实现对HPLC通信、高精度交流采样、供电关系拓扑识别、计量箱管理、窃电预警、停电事件上报、线损分析研判、端子温度检测、故障自动诊断等功能。

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

Claims (7)

1.一种智能塑壳断路器，其特征在于，包括：

脉冲电流通信单元，用于生成脉冲电流信号；

计量单元，与电表通信连接，用于发送所述脉冲电流信号至所述电表和接收所述电表的反馈信号；

中央处理器单元，与所述脉冲电流通信单元和所述计量单元通信连接，用于发送所述脉冲电流信号并根据所述反馈信号确定用电数据和工作状态数据。

2.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述智能塑壳断路器还包括：

HPLC通信单元，与集中器和所述中央处理器单元通信连接，用于接收所述集中器的指令信号并将所述指令信号发送至所述脉冲电流通信单元。

3.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述智能塑壳断路器还包括：

RS-485通信单元，与所述中央处理器单元通信连接，用于接收所述用电数据和所述工作状态数据；

存储器，与所述RS-485通信单元通信连接，用于存储所述用电数据和所述工作状态数据。

4.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述工作状态数据包括电压、电流、电量、有功功率和功率因数。

5.根据权利要求2所述的断路器，其特征在于，所述HPLC通信单元还用于上传所述用电数据和所述工作状态数据至所述集中器。

6.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述中央处理器单元还用于根据所述工作状态数据确定设备故障。

7.根据权利要求1所述的断路器，其特征在于，所述计量单元的采样频率为1～10HZ。

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