CN201985621U

CN201985621U - 一种供电回路监控装置及***

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Publication number: CN201985621U
Application number: CN2010205652672U
Authority: CN
Inventors: 吕纪文
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2020-10-18

Abstract

本实用新型提供了一种供电回路监控装置及***，其中供电回路监控装置包括电能测量单元，微处理器，本地通信单元，负荷控制单元；其中供电回路监控***包括包括如前所述的复数个监控装置、数据处理装置和远端设备，监控装置安装于每一个供电回路或者供电子回路中，独立控制每一个供电回路或者供电子回路，并与数据处理单元通信，将监控装置的数据发送给数据处理单元，接收数据处理单元控制供电回路或者供电子回路的控制指令；数据处理装置，对监控装置采集的数据进行统计分析，将统计分析的结果发送给远端设备，并获取所述远端设备的控制指令。通过本实用新型实施例结合网络化的集中控制管理可以使得供电线路更加安全可靠，避免不必要的断电或者火灾隐情。

Description

一种供电回路监控装置及***

技术领域

本实用新型涉及电气安全领域，特别是关于一种供电回路监控装置及***。

背景技术

目前国内外还没有成熟在用的实时用电能耗监测***，这本身是智能电网低压用电侧需要重点投资建设的主要内容。以往的用电能耗监测其主要手段就是通过获取电能表在一段时间(往往是以月为单位)范围内所记录的有功电能消耗来完成，很显然这种通过抄读电能表来获取能耗数据的方式具有实时性差、成本高等一系列缺点。

目前开始出现的“用电分项计量***”均是采用大量安装电能表，并通过有线(RS485/PLC)或无线(Zigbee/GPRS)来远程读取用电数据实现部分实时与分项计量。

上述***的缺点如下：

大量加装电能表进行分项计量，成本高、大量功能闲置；目前工业/商业/民用建筑基本采取嵌入墙体的配电箱进行供电回路管理，由于电表自身体积大，在每个回路上安装分项计量电表在工程改造施工中基本无法实现；实时获取数据难度大，通信链路的改造与使用维护成本高、在保障众多通信节点数据实时性的前提下***自身能耗大，与节能减排的初衷相悖；难以实现对每个监测回路的下行控制。

另一方面，目前国内外所有的低压电气防火监测***全部都是建立在以低压配电柜为核心的集中式电气防火监测。其方法的核心内容就是过载保护，实时监测配电柜所有供电回路的出线电流、母线温度是否超出设计安全允许的数值，实时监测配电柜所有供电回路出线与入线的电流差(剩余电流)是否超出安全允许的数值(漏电保护)。这种方法的缺点非常突出：

尽管中/大型建筑的配电柜有多个供电回路输出，其每一个供电回路也往往还是要为许多个更细分的子回路供电，其回路中的电流依然非常大。当该回路中的某一个子回路出现过载或短路时并不一定会导致该回路的总电流的增长超出保护限值，因此，有可能无法实现应有的告警提示及动作保护；同理，每一个供电回路往往要为许多个更细分的子回路供电，其回路中的剩余电流受建筑自身结构、气候(干燥、阴雨)情况的综合影响往往具有较大的基数，且这一基数不固定，因此某一个子回路出现严重漏电并不一定会导致该回路的总剩余电流的增长超出保护限值，因此，同样有可能无法实现应有的告警提示及动作保护。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种供电回路监控装置及***，用于解决现有技术中对供电回路监控不准确，并且成本较高的问题。

本实用新型实施例为了解决现有技术中的问题，提供了一种供电回路监控装置，包括：

所述监控装置安装于每一供电回路或者子供电回路，其中包括电能测量单元，微处理器，本地通信单元，负荷控制单元；

所述电能测量单元，实时采集一供电回路或者子供电回路的电流、电压及剩余电流；

所述微处理器，与所述电能测量单元相连接，用于根据所述电流、电压的离散数值计算出供电回路输出的瞬时功率和平均功率，根据所述剩余电流计算出所述剩余电流的增幅变化率，并判断如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限，或者平均功率在一段时间内连续超过预先设定的平均功率门限，或者所述剩余电流的增幅变化率超过增幅变化门限，则控制所述负荷控制单元切断供电回路或者供电子回路；

所述本地通信单元，与所述微处理器相连接，用于将所述监控装置的数据发送给远端设备，并接收远端设备发出的控制供电回路或者供电子回路的控制指令并将其传送给所述微处理器。

根据本实用新型实施例所述的一种供电回路监控装置的一个进一步的方面，所述电能测量单元还用于采集供电回路或者子供电回路的温度，所述微处理器判断所述温度是否超过预先设定的温度门限，如果超过则控制所述负荷控制单元切断供电回路或者供电子回路。

根据本实用新型实施例所述的一种供电回路监控装置的再一个进一步的方面，还包括显示/告警单元，用于根据所述微处理器的指令输出告警信息。

根据本实用新型实施例所述的一种供电回路监控装置的另一个进一步的方面，所述微处理器为***集成芯片。

根据本实用新型实施例所述的一种供电回路监控装置的另一个进一步的方面，所述本地通信单元通过通信总线向所述远端设备发送数据。

本实用新型实施例还提供了一种供电回路监控***，包括如前所述的复数个监控装置，数据处理装置和远端设备，其中所述数据处理装置包括：

本地通信单元，处理单元，远程通信单元；

所述本地通信单元，与复数个监控装置通过本地总线相连接；所述处理单元，连接于所述本地通信单元和远程通信单元之间；所述远程通信单元与远端设备相连接；

所述监控装置安装于每一个供电回路或者供电子回路中，与所述数据处理装置相连接。

根据本实用新型实施例所述的一种供电回路监控***的一个进一步的方面，所述远程通信单元与3相供电回路相连接。

根据本实用新型实施例所述的再一种供电回路监控***的一个进一步的方面，所述数据处理装置还包括显示单元和告警单元，分别与所述处理单元相连接。

通过本实用新型实施例，通过在每个供电回路和供电子回路中的独立控制，并且结合网络化的集中控制管理可以使得供电线路更加安全可靠，避免不必要的断电或者火灾隐情。

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所示为本实用新型实施例一种供电电路中的监控装置结构示意图；

图2所示为本实用新型一种供电电路中的监控装置具体结构示意图；

图3所示为本实用新型实施例一种数据处理装置的结构示意图；

图4所示为本实用新型实施例一种数据处理装置与监控装置的结构示意图；

图5所示为本实用新型实施例一种供电回路监控***的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示为本实用新型实施例一种供电回路中的监控装置结构示意图。

所述监控装置安装于每一供电回路或者子供电回路，其中包括电能测量单元101，微处理器102，本地通信单元103，负荷控制单元104。

所述电能测量单元101，实时采集一供电回路或者子供电回路的电流、电压及剩余电流。

所述微处理器102，用于根据所述电流、电压的离散数值计算出供电回路输出的瞬时功率和平均功率，根据所述剩余电流计算出所述剩余电流的增幅变化率，并判断如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限，或者平均功率在一段时间内连续超过预先设定的平均功率门限，或者所述剩余电流的增幅变化率超过增幅变化门限，则控制负荷控制单元104切断供电回路或者供电子回路。

所述瞬时功率是指将所述电流的离散数值和电压的离散数值相乘，在第一预定时间内累积运算以获得所述瞬时功率；所述平均功率是指将所述电流的离散数值和电压的离散数值相乘，在第二预定时间内累积运算，以获得平均功率。

其中增幅变化率(L)是当前采样周期内剩余电流有效值(I_T)与上一采样周期内剩余电流有效值(I_T-1)之差除以采样周期(T)：L＝(I_T-I_T-1)/T；其中，剩余电流有效值的计算公式：

其中，i_n为某一采样点的电流，N采样点的总数。

计算瞬时功率时，将所述电流的离散数值和电压的离散数值相乘，在第一预定时间内累积运算获得瞬时功率，例如在20mS内累加20次乘积的结果，其中每1mS获取一次离散数值的电流和电压；计算平均功率时，将所述电流的离散数值和电压的离散数值，在第二预定时间内累积运算，获得平均功率，例如在10S内累加10000次乘积的结果。

所述微处理器102判断所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率报警门限或者平均功率在一段时间内连续超过预先设定的平均功率报警门限，则还可以输出用户提示信息，以提示用户当前用电回路的状况，提醒用户检查电力线路，这样可以使得供电回路更加安全，其中作为在该监控装置中还可以包括显示单元105，例如LCD显示屏或者LED显示屏；告警单元106，例如灯光报警器，蜂鸣器等输出设备，用于向用户提示信息。

所述本地通信单元103，用于将所述监控装置的数据发送给远端设备，并接收远端设备发出的控制供电回路或者供电子回路的控制指令，并将其传送给所述微处理器102。其中控制指令包括设置瞬时峰值功率门限的参数，平均功率门限参数，增幅变化门限参数，还包括直接控制负荷控制单元104通断供电回路或者供电子回路的控制命令。

作为本实用新型实施例的一个优选的实施例，所述电能测量单元101还用于采集每一供电回路或者子供电回路的温度，所述微处理器102判断所述温度是否超过预先设定的温度门限，如果超过则控制负荷控制单元104切断供电回路或者供电子回路。通过本实施例可以尽量避免供电回路线路温度过高导致的火灾隐患。

上述的电能测量单元101还可以用来对供电回路或者供电子回路中的电能消耗进行准确的监测(瞬时功率对时间的积分就是电能量)，从而使得远端设备可以准确的监测该远端设备所控制的所有供电回路或者供电子回路的电能消耗，利用该监测结果可以进一步对电能供应进行控制，以便于进行整个电网的分析、控制。

通过上述实施例，电能测量采集节点可以实时监测每个供电回路或者子供电回路，区分开了瞬时功率和平均功率可以分辨供电回路中大功率用电设备启动造成的瞬时功率增大，此时根据对平均功率的分析(平均功率小于平均功率门限)可以保证用电回路不会被切断，如果出现短路造成的瞬时功率急剧增大，同时伴随回路输出电压的大幅度跌落，可以在很短的时间内(例如20mS内)迅速识别出短路故障，快速切断供电回路；并且可以通过对剩余电流增幅变化率的判断实现准确的识别危险性的漏电，区分***漏电，并且避免了由于天气或者环境的变化引起的***漏电超过门限值而导致的错误断电现象。

如图2所示为本实用新型一种供电回路中的监控装置具体结构示意图。

包括采集单元201，电压互感器202，电流互感器203，零序互感器204，测温单元205，***集成(System On Chip，SOC)芯片206，显示/告警单元207，本地通信单元208。由于使用了***集成芯片作为微处理器以进行计算或者判断控制等操作，相比较现有技术中的智能电表等设备成本更低，并且体积更小可以安装于每一个供电回路或者供电子回路中。

在图中电流互感器203串联于供电回路中的火线，电压互感器202并联于供电回路中的火线与零线之间，零序互感器204采集连接于火线与零线，测温单元205安装于供电回路的线路中，用于采集供电回路线路的温度；所述采集单元201接收所述电压互感器202，电流互感器203，零序互感器204和测温单元205的采集结果，所述采集单元201将上述采集结果发送给***集成芯片206，由该***集成芯片206根据所述电流、电压的离散数值计算出供电回路输出的瞬时功率和平均功率，根据所述剩余电流计算出所述剩余电流的增幅变化率，并判断如果所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限，或者平均功率超过预先设定的平均功率门限，或者所述剩余电流的增幅变化率超过增幅变化门限，或者测温单元205的检测结果超过温度门限，当超过某个门限值则可以向显示/告警单元207 输出相应的告警信息，例如当平均功率超过平均功率门限则输出供电回路中包括有大功率用电设备，该设备启动时的瞬时功率很大，用户需要注意，或者供电回路线路的温度超过温度门限，则输出线路过热的报警信息，并控制供电回路中的负荷控制单元(图未示)切断供电回路。

在上述***集成芯片206进行判断时还可以包括，统计所述瞬时功率或平均功率的近门限时间，如果所述瞬时功率或平均功率近门限时间超过时间门限，则输出用户提示信息。其中，所述近门限时间是指所述瞬时功率在一预定的范围内小于瞬时峰值功率门限，上述状态的统计时间，例如小于瞬时峰值功率门限5％以内的统计时间达到整个统计时间的90％，则近门限时间超过所述时间门限；或者所述近门限时间是指所述平均功率在一预定的范围内小于平均功率门限，上述状态的统计时间，例如小于平均功率门限5％以内的统计时间达到整个统计时间的90％，则近门限时间超过所述时间门限。

作为进一步的实施例，当所述瞬时功率在第一预定范围内超过瞬时峰值功率门限，或者平均功率在第二预定范围内超过平均功率门限时，可以延迟一预定时间输出用户提示信息，所述第一预定范围可以大于瞬时峰值功率门限5％以内，或者所述第二预定范围可以大于平均功率门限5％以内，这样可以保证供电回路不会在出现可容忍范围内过载现象时就进行断电保护，保证了供电回路的稳定性和可靠性。另外，还可以当所述瞬时功率超过预先设定的瞬时峰值功率门限或者平均功率超过预先设定的平均功率门限后延迟0.5秒向断路执行机构发出断路控制信号，在这种情况中可以对过载保护进行延迟，以达到控制断路灵敏度，提高供电回路的可靠性。其中，瞬时峰值功率门限是指供电回路所能提供或负载所需的最大峰值功率；平均功率门限是指略大于正常工作状态下用电设备的功率门限，预设的平均功率门限可参考用电设备的额定功率或供电回路带载能力，以略大于所述用电设备的平均功率或供电回路带载能力为宜，并可以同时预设保护动作的延迟时间门限。

所述***集成芯片206还可以用于在任意时间间隔(时、日、月、年)为单位累计电能，并将这些数据存贮在***集成芯片206内部或外部的非易失性存储器(Flash或E2PROM)当中。

所述本地通信单元208可以将所述***集成芯片206中获得的采集结果、计算结果或者切断供电回路的命令传送给远端设备，或者接收远端设备发送给该***集成芯片206的控制指令，例如可以包括设置不同门限的参数，切断或者回复供电回路的控制指令等，其中可以采用通信总线方式向远端设备发送。

如图3所示为本实用新型实施例一种数据处理装置的结构示意图。

包括本地通信单元301，处理单元302，远程通信单元303。

所述本地通信单元301，与复数个监控装置相连接，用于与所述复数个监控装置相通信。

所述处理单元302，与所述本地通信单元301相连接，用于对位于不同供电回路或者供电子回路中的监控装置采集的数据进行统计分析，例如对指定时间间隔的实时数据进行累计，按相别进行合并处理，普通民用配电箱中通常只有一相，在办公楼中的配电箱中有三相，可以分别或者合并统计三相供电回路中的电能信息(其中电能信息是指瞬时功率随时间的累加)，以及告警门限比较判决等等。将所述统计分析的结果通过远程通信单元303发送给远端设备，并通过所述远程通信单元获取所述远端设备的控制指令。

其中作为优选的实施例，远程通信单元303由隔离/耦合电路、信号调理电路、调制/解调电路以及输出功率放大电路组成，用于接收(解调)其它远端设备，例如数据集中器，连接有有线、无线调制/解调器的电脑(手机或移动电脑)等设备。

在该数据处理装置中还可以包括显示单元由显示单元304(如LCD显示屏)和驱动电路组成，用于实时轮流显示每个监控装置的温度、功率负荷、累计输出电能与时间以及告警提示等各种信息。还可以包括告警单元305由喇叭、LED灯组成，用于异常状况时的声、光报警。

如果通过电力载波的方式与远端设备进行通信，可以同时将3相电力线路(A、B、C三相)连接到数据处理装置的远程通信单元303中，如图4所示，因此可以通过任意一相的电力线路与远端设备通信，这样可以提高远端设备对供电回路或者供电子回路控制的可靠性。

由于每个监控装置都是安装于某相电力线路的回路中，如果通过每个监控装置分别与远端设备相连接传送数据，成本过高，并且如果某一相的电力线路有问题会影响对监控装置与远端设备之间的通信，从而影响监控装置对供电回路或者供电子回路的通/断控制，通过上述的实施例，可以更加安全可靠的对供电回路或者供电子回路进行通/断控制，并且节省了与远端设备通信的成本。

如图5所示为本实用新型实施例一种供电回路监控***的结构示意图。

包括复数个如图1-2所描述的监控装置501，如图3所描述的数据处理装置502，远端设备503。

其中数据处理装置502可以接收远端设备503发送给该数据处理装置502以设置、控制或读取与该数据处理装置502相连接的监控装置501内部数据的命令，并将这些命令传递给所述监控装置501的微处理器单元。此外，数据处理装置502还可以用于将监控装置501中微处理器单元的应答信息以及上报的内部数据调制后向外发送，供其它远端设备503接收。不同通信技术构成的数据处理装置502与远端设备503之间的远程通信有着不同的应用瓶颈，例如光缆、双绞线均需要单独布线，尤其是在改造工程中，增加了布线难度和使用维护成本；无线通信具有免布线的优点，但无线通信受建筑的结构、材料和拓扑结构的影响较大，往往存在通信死角；电力线载波通信因用电设备和布控的监测节点本身就在供电线路上，具有免布线与无维护成本的优点，但电力线噪声环境复杂，尤其是我国部分地区供电线路设计不当，诸多用电设备杂乱无序的分布，使得这地区的载波通信效果不佳。因此，在选择耗电和防火监控装置或(和)监控组网***的通信方式时，可以根据具体情况选择基于不同通信技术的远程通信单元或(和)采用多种通信方式相结合的组网***，以达到最佳的实际应用效果。

所述远端设备503可以例如为数据集中器，连接有有线、无线调制/解调器的电脑(手机或移动电脑)等，该远端设备还可以通过有线网络或者无线网络等方式与服务器相连接，以构成网络化的供电回路控制***。通过上述的监控装置501对供电回路或者供电子回路中的电能消耗进行准确的监测，从而使得数据处理装置502可以准确的监测所控制的所有供电回路或者供电子回路的电能消耗，将该监测结果通过远端设备503反馈给服务器可以利用该监测结果可以进一步对电能供应进行控制，以便于进行整个电网的分析、控制；并且由于不用监控装置都与数据集中器或者服务器相连接，节省了远程通信的成本，并且解决了当某条电力线路通信故障时，数据处理单元可以通过其它两条电力线路中的任意一条与数据集中器通信。

目前推行的电能消耗监测***和电气防火监测***，是分别独立的两个体系，新建和改造时分别进行。本实用新型实施例采用在供电线路的节点上同时对耗电监测和电气防火监测所需的温度、电流、电压数据进行实时计量，将基于相同节点上相同部件同时采集的数据进行统计、分析，消除了数据来源之间因采集器件标准和精度不同而产生的误差，更准确；将两个***有机地集成起来，分别成为供电线路上综合监测***中的两个子部分，更有利于协调两个***的控制和管理、避免在同时控制时发生冲突，更智能；合并了两个原有独立***的绝大部分设备和装置，大幅度降低了成本，更经济；减少设备和元件的使用同时也降低了***所需的能耗，更节能、更环保。

通过同时计量电流、电压、温度等实时数据实现耗电、电气防火测控的监控装置中内置的负载控制单元，可独立或分组控制一个或多个供电回路上的终端用电设备，在安排合理电耗、保障安全、应对突发状况等诸多方面，具有重要意义。

安全的合理电能消费：当某一节点上的监控装置，接到执行预设或手动或远程经过授权验证的有效控制与命令时，首先查询***内相关节点的温度、电流数据，得到可执行分析结果后独立或与连接在此装置上的各种智能用电终端配合/联动，执行相关动作控制命令，在确保供电线路安全的前提下完成不同用电解决方案，满足使用者的不同需要(舒适需要、最低能耗需要等等)的最低能耗或最优能耗方案。例如：可以在波谷电价时执行最优用电方案，如：由监控装置、数据处理装置或者服务器控制开启洗衣机、电热水器、为插电式油电混合动力车的电池充电；在波峰电价执行最低用电方案，如：通过关闭部分空调设备来调高/低空调温度、通过关闭部分灯具来降低非工作区域照明亮度、开启分布式新能源发电***等等。上述的实施过程可以为，由服务器控制发送导通某个供电回路或者供电子回路的指令，由数据集中器接收该指令并发送给相应的数据处理装置，数据处理装置将所述指令传送给监控装置，监控装置根据控制指令实现供电回路的通/断；或者可以由用户在数据处理装置设置通/断供电回路的指令，当时间或者其它条件满足时，将设置的指令传送给相应的监控装置，监控装置根据指令通/断某个供电回路，其中如何定位监控装置可以根据现有的电力载波中的点位技术，或者根据监控装置和数据处理装置之间连接总线的定位技术实现定位功能，在此不再赘述。

预设即时异常报告消除潜在隐患：当某一节点上的监控装置，监测到供电回路的温度持续增高，有可能是该供电回路连接的用电设备严重超负荷或线路老化产生的漏电事故，当温度增高幅度达到预设阈值时，监控装置迅速按照预设方案发出告警，所在区域监控***进入戒备状态，并通知指定人员前来检查。

科学地应对突发状况：当数据处理装置监测到局部故障/险情时，发出声、光报警的同时通过通信单元报告监测中心、联系消防人员，并查询***内各个节点或区域中的监控装置相关数据，在全面评估的基础上执行预设或手动或远程的处置控制命令，快速有效地控制局部故障/险情蔓延，消除局部故障/险情的同时把损失降到最低水平。例如：某共办公楼的某层，发生严重短路或漏电事件，数据处理装置会迅速发现并准确定位，同时发出声、光报警，并通过远端通信单元报告监测中心、联系消防、管理人员，并按照预设方案切断险情所在局部区域内的所有相连供电线路。如果火灾监测***同时发现火情，则开启应急通道及应急照明***，相邻各区域监测控制***进入一级戒备状态，以事故现场为中心向周围区域逐级通报及进入各级预设戒备状态，等待消防人员赶到现场灭火。

科学地分析电气火灾发生的原因：通过查询数据集中器与数据服务器中的历史数据记录，检索负载电流或剩余电流异常增大的区域/位置及时间，定位电气火灾的源头和起因。有助于科学电能消费习惯的养成，对提高安全用电意识，促进在保证生产和生活发展基础上的节约能源、减少排放，具有深远的意义。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、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

1.一种供电回路监控装置，其特征在于包括，

监控装置安装于每一供电回路或者子供电回路，其中包括电能测量单元，微处理器，本地通信单元，负荷控制单元；

所述电能测量单元；所述微处理器，与所述电能测量单元相连接；所述本地通信单元，与所述微处理器相连接。

2.根据权利要求1所述的一种供电回路监控装置，其特征在于还包括，显示/告警单元。

3.根据权利要求1所述的一种供电回路监控装置，其特征在于，所述微处理器为***集成芯片。

4.一种供电回路监控***，其特征在于包括复数个如权利要求1-3任意一项所述的监控装置，数据处理装置和远端设备，其中所述数据处理装置包括：

本地通信单元，处理单元，远程通信单元；

5.根据权利要求4所述的一种供电回路监控***，其特征在于，所述远程通信单元与3相供电回路相连接。

6.根据权利要求4所述的一种供电回路监控***，其特征在于，所述数据处理装置还包括显示单元和告警单元，分别与所述处理单元相连接。