CN218770605U - 开关柜 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种开关柜，包括开关柜本体、采集模块和上位机，采集模块设置在所述开关柜本体的内部，用以收集开关柜本体的数据；上位机与所述开关柜本体分体设置，并且与所述采集模块电连接，用于对所述采集模块所收集的数据进行分析与诊断，因此，只需要对现有的开关柜做出较小的改动，即可实现开关柜在线监测功能。

Description

开关柜

技术领域

本实用新型涉及开关柜技术领域，特别涉及一种开关柜。

背景技术

目前，传统的高低压开关柜的在线监测和智能诊断技术已成为开关柜故障诊断和预测的重要手段，传统制造的开关柜一般都没有设置状态监测分析装置，因此一般需要对传统的开关柜进行改动安装相应的监测分析装置，但由于开关柜内的各电气部件彼此之间存在着复杂的电气连接，对开关柜的任何一个部件的改动都可能影响其他部件的功能，因此如何采集内部的状态数据是目前业界面临的一个问题。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种开关柜，使得开关柜具备在线检测功能，并且对开关柜内部的结构改动少。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种开关柜，包括：开关柜本体；采集模块，设置在所述开关柜本体的内部，用以收集开关柜本体的数据；上位机，与所述开关柜本体分体设置，并且与所述采集模块电连接，用于对所述采集模块所收集的数据进行分析与诊断。

在本申请的一些实施例中，所述上位机设置有接口，所述采集模块与所述接口相连。

在本申请的一些实施例中，所述开关柜本体的内部设有断路器和防跳控制板；所述采集模块包括电流采集单元，所述电流采集单元集成在所述防跳控制板上，所述断路器的分闸线圈电流、合闸线圈电流、储能电机电流和底盘车的电机电流接入所述电流采集单元。

在本申请的一些实施例中，所述断路器的主轴上设置有角位移传感器，所述角位移传感器与所述电流采集单元连接。

在本申请的一些实施例中，所述开关柜本体的内部还设有母线和电缆；所述采集模块还包括温度检测单元，所述断路器的触臂、所述断路器的触头、所述母线的搭接处及所述电缆的搭接处分别设置有所述温度检测单元。

在本申请的一些实施例中，所述开关柜本体的内部设有低压室，所述接口包括第一接口；所述开关柜还包括无线接收模块，所述无线接收模块与所述第一接口电连接，所述无线接收模块设置在所述低压室内，所述电流采集单元和温度检测单元均与所述无线接收模块无线连接。

在本申请的一些实施例中，所述开关柜本体的内部还设有接地开关电机，所述接地开关电机上设置有接地开关电流传感器，断路器的主回路电流上设置有主回路电流传感器；所述开关柜还包括扩展模块，所述扩展模块设置在所述低压室内，所述扩展模块与所述无线接收模块串行连接，所述接地开关电流传感器和所述主回路电流传感器均连接在所述扩展模块上。

在本申请的一些实施例中，所述扩展模块还包括用于检测断路器开、闭次数的开入量检测单元，所述开入量检测单元通过导线电连接所述断路器的回路以获取电流信号。

在本申请的一些实施例中，所述开关柜本体内部设有断路器和接地开关；所述接口还包括第二接口；所述采集模块包括可视化检测单元，所述可视化检测单元包括用于对开关柜本体内的断路器的工作状态进行监测的第一摄像头以及用于对开关柜本体内的接地开关的分合闸状态进行监测的第二摄像头，第一摄像头和第二摄像头均连接于所述第二接口上；所述接口还包括第三接口；所述采集模块包括局放监测单元，所述局放监测单元设置在开关柜本体上，所述局放监测单元与所述第三接口连接；所述开关柜本体包含有母线室；所述接口还包括第四接口；所述采集模块包括弧光采集单元，所述弧光采集单元安装在开关柜本体的母线室内，所述弧光采集单元与所述第四接口连接。

在本申请的一些实施例中，所述开关柜还包括人机交互装置，所述人机交互装置与所述上位机通过网线连接，所述上位机与所述人机交互装置之间能够相互传输数据；所述上位机布置在所述开关柜本体的外侧周围。

有益效果：本申请的开关柜包括开关柜本体和上位机，上位机与开关柜本体分体设置，开关柜本体内部设置有采集模块，采集模块与上位机之间电连接，因此，只需要对现有的开关柜做出较小的改动，即可实现开关柜在线监测功能。

附图说明

图1是开关柜除去上位机的结构上示意图。

图2是开关柜的连接结构示意图一。

图3是开关柜的连接结构示意图二。

图4是断路器的连接示意框图。

主要元件符号说明：10、开关柜本体；101、母线室；102、低压室；103、断路器室；104、电缆室；20、断路器；30、无线接收模块；41、防跳控制板；411、外接口；412、扩展接口；42、分闸线圈电流传感器；43、合闸线圈电流传感器；44、储能电机电流传感器；45、底盘车电机电流传感器；46、角位移传感器；50、扩展模块；51、主回路电流传感器；52、接地开关电流传感器；53、开入量检测单元；54、弧光采集单元；55、局放监测单元；56、可视化检测单元；61、无线温度传感器；70、上位机；80、母线；90、人机交互装置。

具体实施方式

本实用新型提供一种开关柜，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型的保护范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参阅图1-3，一种开关柜，包括开关柜本体10、采集模块和上位机70，采集模块设置在开关柜本体10的内部，用以收集开关柜本体10的数据；上位机70与开关柜本体10分体设置，并且与采集模块电连接，用于对采集模块所收集的数据进行分析与诊断，因此，通过采集模块收集开关柜本体10的数据，并且上传至上位机70，然后通过上位机70进行分析与诊断，实现开关柜的在线检测功能。

其中，上位机70与开关柜本体10分体设置，上位机70设置在开关柜本体10的外侧，因此，只需要对现有的开关柜做出较小的改动，即可实现开关柜具有在线监测功能。

详细的，上位机70设置在开关柜本体10的外侧周围，使得上位机70与开关柜本体10除用于连接的电线和网线外，两者为位置独立的主体，因此，不需要对开关柜本体10内部进行过多改进，即可实现对开关柜进行在线检测。另外的实施例中，上位机70固定在开关柜本体10的顶面的外侧；或者上位机70固定在开关柜本体10的侧壁的外侧。

在一实施例中，上位机70设置有接口，采集模块与接口相连，即采集模块通过网线或无线连接在上位机70上相应的接口上，实现采集模块与上位机70之间的连接。

参阅图1，具体地，开关柜本体10的内部设置有断路器室103、低压室102、电缆室104和母线室101；断路器室103内设置有断路器20和防跳控制板41，低压室102内设置有接地开关以及连接地线的绝缘子，母线室101内设置有母线80，电缆设置在电缆室104。母线80与断路器20的触臂连接，接地开关与断路器20的接地端电线连接，电线通过绝缘子固定在开关柜本体10上。

参阅图1、图2和图4，在一些实施例中，开关柜本体10的内部设有断路器20和防跳控制板41；采集模块包括电流采集单元，电流采集单元集成在防跳控制板41上，断路器20的分闸线圈电流、合闸线圈电流、储能电机电流和底盘车的电机电流接入电流采集单元，以实现对断路器20电流信号的收集。其中，电流采集单元集成在防跳控制板41上，节约了成本，缩短了改装造成的停电时间。

详细的，防跳控制板41上设置有外接口411，断路器20的分闸线圈电流传感器42、合闸线圈电流传感器43和储能电机电流传感器44接入相应的外接口411上，然后外接口411与电流采集单元电连接。防跳控制板41还包括多个扩展接口412，底盘车电机电流传感器45通过扩展接口412接入电流采集单元，以采集底盘车电机电流。

对采集电流的采集器优选但不限于是板载霍尔电流传感器，采集单元包括4个板载霍尔电流传感器，4个板载霍尔电流传感器相应与接入分闸线圈电流、合闸线圈电流和储能电机电流的三个外接口411和接入底盘车电机电流的一扩展接口412连接，相应采集分闸线圈电流、合闸线圈电流、储能电机电流和底盘车电机电流。

断路器20的主轴上设置有角位移传感器46，角位移传感器46与电流采集单元连接。详细的，扩展接口412与用于检测断路器20的主轴的转动角度的角位移传感器46连接，实现用于检测断路器20的主轴的转动角度的角位移传感器46与电流采集单元之间的电连接，电流采集单元上包含有模数处理单元和处理器，模数处理单元将角位移传感器46采集到的模拟电压信号转换为数字信号。模数转换的数据输入至处理器，由处理器对数据进行处理。例如，处理器通过录波功能，记录合闸、分闸全过程的合闸、分闸线圈的电流-时间的电流波形，并针对电流波形进特征点提取算法分析，并将合闸线圈最大电流、合闸线圈最小电流、合闸线圈带电时间、平均动作电流、最大操作电流、最大储能电机电流、底盘车摇入摇出时间、最大底盘车电机电流等特征值，并将提取的特征值储存。又例如，处理器通过录波功能，记录合闸全过程的主轴角度波形，通过角度-行程转换模型将角度和波形转换为行程波形；然后针对行程波形进行特征点提取算法分析，提取例如总行程、最大行程、最小行程、合闸速度等用于机械特性分析的特征值，并将提取的特征值储存。

开关柜本体10的内部设有低压室102，上位机70的接口包括第一接口，开关柜还包括无线接收模块30，无线接收模块30与第一接口电连接，电流采集单元与无线接收模块30无线连接，无线接收模块30设置在低压室102内，以缩短无线接收模块30与电流采集单元之间的距离，提高两者之间传送信号的强度。

其中，由于电流采集单元通过无线接收模块30与上位机70电连接，因此，电流采集单元中存储的电流波形、行程波形和特征值能够发送至无线接收模块30上。处理单元将波形数据保存为标准的COMTRADE格式，将特征值数据保存为报告，并通过无线接收模块30的网口以IEC103的规约上传至上位机70的故障诊断***。上位机70的故障诊断***根据这些数据对断路器20进行监测、故障预警和寿命分析。无线接收模块30与上位机70的故障诊断***之间可通过有线通信方式传输信号。无线接收模块30与电流采集单元进行无线通信连接，不需要电线连接，保证了一次和二次的隔离，提高了安全性能。

在另一实施例中，开关柜还包括无线接收模块30，第一接口为无线接口，无线接收模块30与第一接口连接，电流采集单元与无线接收模块30无线连接，因此实现电流采集单元上位机70的连接，无线接收模块30可以设置在上位机70上或开关柜本体10的内部。

开关柜本体10的内部还设有接地开关电机，接地开关电机上设置有接地开关电流传感器52，断路器20的主回路电流上设置有主回路电流传感器51；开关柜还包括扩展模块50，扩展模块50与无线接收模块30串行连接，接地开关电流传感器52和主回路电流传感器51均连接在扩展模块50上。无线接收模块30对主回路电流传感器51和接地开关电流传感器52器采集到的数据进行处理和分析，生产电流波形图，提取断路器20开断电流、燃弧时间、电寿命、接地开关电机带电时间、最大接地开关电机电流等特征值，并将处理得到的波形图数据和特征值数据上传至上位机70的故障诊断***。

扩展模块50为一具有壳体的集成模块，主回路电流传感器51和接地开关电流传感器52可以位于扩展模块50的外部，通过连接线与扩展模块50的接口连接，当然，主回路电流传感器51和接地开关电流传感器52也可以位于扩展模块50的内部。主回路电流传感器51和接地开关电流传感器52为开口式霍尔电流传感器，使用开口式传感器接入相对应电流量采集主回路电流，采集接地开关电机电流，不用修改二次接线。

在上述无线接收模块30设置在低压室102内的实施例中，扩展模块50设置在低压室102内。

扩展模块50还包括用于检测断路器20开、闭次数的开入量检测单元53，开入量检测单元53通过导线连接断路器20的回路以获取电流信号。详细的，开入量检测单元53包括开入量检测接口、分压回路和开入量传感器，开入量检测接口通过导线连接断路器20回路以获取电流信号，开入量传感器设置在扩展模块50的内部，无线接收模块30通过接收光耦合传感器采集的开入量信息，可用于分析断路器20合分闸回路断线等开关量告警信号。开入量传感器为光耦合传感器，开入量传感器设置在扩展电路板上，可实现光电隔离。

在一些实施例中，开关柜本体10的内部还设有母线80和电缆；采集模块还包括温度检测单元，断路器20的触臂、断路器20的触头、母线80的搭接处及电缆的搭接处分别设置有温度检测单元。其中，在断路器20触头处、触臂处、母线80搭接处、电缆搭接处分别设置用于监测断路器20触头、触臂、母线80搭接处、电缆搭接处的温度情况的多个无线温度传感器61，无线接收模块30与无线温度传感器61进行无线通信连接，以接收各无线温度传感器61采集的温度数据。其中无线温度传感器61可以直接嵌入到断路器20的触臂内，形成智能触臂，智能触臂的功能包括自供电和无线连接，免维护确保安全、稳定地长期工作。无线接收模块30与这些无线温度传感器61之间可通过Zigee、2.4G通信频段等通信方式进行通信连接。

开关柜本体10内部设有断路器20和接地开关；接口还包括第二接口；采集模块包括可视化检测单元56，可视化检测单元56安装于开关柜本体10内，以获取开关柜本体10内的工作状态画面，并将所收集的画面数据传送至故障诊断***。其中，通过可视化检测单元56的设置，并且上传至上位机70中，监控开关柜本体10工作状态的工作人员可以在站端或监控中心配置监控主机用于显示监控画面，进而通过画面直观地观察到开关柜本体10内的工作情况。

可视化检测单元56包括用于对开关柜本体10内的断路器20的工作状态进行监测的第一摄像头以及用于对开关柜本体10内的接地开关的分合闸状态进行监测的第二摄像头，第一摄像头和第二摄像头均连接于第二接口上。

详细的，断路器20的底盘车及接地开关位置监测功能主要实现开关柜本体10底盘车摇进摇出状态及接地开关分合状态的可视化监测，在开关柜本体10内安装内第一摄像头和第二摄像头，通过在开关柜本体10的手车室及接地开关的电缆室104合适位置分别安装第一摄像头和第二摄像头，实现开关柜本体10的底盘车摇进摇出及接地开关分合过程的可视化监测，可视化检测单元56通过网线接入上位机70，可在站端或监控中心配置监控主机用于显示监控画面。

优选的，第一摄像头和第二摄像头均支持移动探测功能，摄像头自带LED补光功能，以及支持RTSP远程调用指令，第三方***可以从上位机70中直接读取调用视频图像。

接口还包括第三接口；采集模块包括局放监测单元55，局放监测单元55安装于开关柜本体10上，用于对开关柜本体10周围的电信号信号进行检测，并将所收集的电信号数据传送至故障诊断***。局放监测单元55中的局部放电传感器能够检测开关柜本体10内的放电情况，例如，开关柜本体10内存在放电时，开关柜本体10内连接地线位置的周围会存在游离的电子，局部放电传感器通过检测电子的数量，以判定开关柜本体10的电泄漏情况。

详细的，局放监测单元55设置在开关柜本体10上，局放监测单元55与第三接口连接；局放监测单元55包括超声波局放传感器和地电波局放传感器中的一种。

开关柜本体10包含有母线室101；接口还包括第四接口；采集模块包括弧光采集单元54，以获取开关柜本体10内的弧光信号，并将所收集的弧光信号数据传送至故障诊断***。其中，当存在故障时，根据弧光采集单元54的信号，方便快速查找和处理故障、恢复供电。弧光采集单元54安装在开关柜本体10的母线室101内，弧光采集单元54与第四接口连接。

弧光采集单元54安装在开关柜本体10内，其中，结合上述的电流采集单元，将电流采集单元检测到的电流增量和弧光采集单元54检测的电弧光作为开关柜本体10故障诊断的两个判据，当同时检测到弧光和电流增量时***发出跳闸指令，当仅检测到弧光或者电流增量时发出报警信号，而不会发出跳闸指令。通过检测电弧光信号，采用检测弧光信号和过流闭锁的双重判据，可实现开关柜本体10在工作中的连续自检，充分保证开关柜本体10的安全性和可靠性。例如：具备断路器20失灵保护功能，在主断路器20拒动时，可发出跳闸指令，跳开上一断路器20，提高保护***的可靠性。又例如：通过弧光和电流判别，可对各段母线80实施有选择性的保护，适用于各种运行方式、且在各种运行方式下，保护不需作切换。

在一具体实施例中，无线接收模块30、可视化检测单56、局放监测单元55以及弧光采集单元54均通过网线与上位机70的对应的接口连接。

参阅图3，在一些实施例中，开关柜还包括人机交互装置90，人机交互装置90与上位机70连接，上位机70与人机交互装置90之间能够相互传输数据；使得诊断结论能够传送于人机交互装置90上，人机交互装置90上设置有用于输入反馈于上位机70的控制指令的输入端。人机交互装置90与上位机70之间的通过网线连接。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种开关柜，其特征在于，包括：

开关柜本体；

采集模块，设置在所述开关柜本体的内部，用以收集开关柜本体的数据；

上位机，与所述开关柜本体分体设置，上位机设置在开关柜本体的外侧，并且上位机与所述采集模块电连接，用于对所述采集模块所收集的数据进行分析与诊断；所述上位机设置有接口，所述采集模块与所述接口相连；

所述开关柜本体内部设有断路器和接地开关；所述接口还包括第二接口；所述采集模块包括可视化检测单元，所述可视化检测单元包括用于对开关柜本体内的断路器的工作状态进行监测的第一摄像头以及用于对开关柜本体内的接地开关的分合闸状态进行监测的第二摄像头，第一摄像头和第二摄像头均连接于所述第二接口上；

所述接口还包括第三接口；所述采集模块包括局放监测单元，所述局放监测单元设置在开关柜本体上，所述局放监测单元与所述第三接口连接；

所述开关柜本体包含有母线室；所述接口还包括第四接口；所述采集模块包括弧光采集单元，所述弧光采集单元安装在开关柜本体的母线室内，所述弧光采集单元与所述第四接口连接。

2.根据权利要求1所述的开关柜，其特征在于，所述开关柜本体的内部设有断路器和防跳控制板；

所述采集模块包括电流采集单元，所述电流采集单元集成在所述防跳控制板上，所述断路器的分闸线圈电流、合闸线圈电流、储能电机电流和底盘车的电机电流接入所述电流采集单元。

3.根据权利要求2所述的开关柜，其特征在于，所述断路器的主轴上设置有角位移传感器，所述角位移传感器与所述电流采集单元连接。

4.根据权利要求2或3所述的开关柜，其特征在于，所述开关柜本体的内部还设有母线和电缆；

所述采集模块还包括温度检测单元，所述断路器的触臂、所述断路器的触头、所述母线的搭接处及所述电缆的搭接处分别设置有所述温度检测单元。

5.根据权利要求4所述的开关柜，其特征在于，所述开关柜本体的内部设有低压室，所述接口包括第一接口；

所述开关柜还包括无线接收模块，所述无线接收模块与所述第一接口电连接，所述无线接收模块设置在所述低压室内，所述电流采集单元和温度检测单元均与所述无线接收模块无线连接。

6.根据权利要求5所述的开关柜，其特征在于，所述开关柜本体的内部还设有接地开关电机，所述接地开关电机上设置有接地开关电流传感器，所述断路器的主回路电流上设置有主回路电流传感器；

所述开关柜还包括扩展模块，所述扩展模块设置在所述低压室内，所述扩展模块与所述无线接收模块串行连接，所述接地开关电流传感器和所述主回路电流传感器均连接在所述扩展模块上。

7.根据权利要求6所述的开关柜，其特征在于，所述扩展模块还包括用于检测断路器开、闭次数的开入量检测单元，所述开入量检测单元通过导线电连接所述断路器的回路以获取电流信号。

8.根据权利要求1所述开关柜，其特征在于，所述开关柜还包括人机交互装置，所述人机交互装置与所述上位机通过网线连接，所述上位机与所述人机交互装置之间能够相互传输数据。

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