專利名稱：一種用于戶外柱上開關(guān)的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種控制系統(tǒng)，尤其涉及一種用于戶外柱上開關(guān)的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
國內(nèi)的中壓(10kV、20kV)配電網(wǎng)中，架空線路大量存在，隨著智能化電網(wǎng)建設(shè)的不斷推進(jìn)，如何將相對復(fù)雜的中壓架空線路設(shè)備納入智能化監(jiān)控管理的范疇成為智能化配電網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵問題。為了有效地保護(hù)中壓配電線路，隔離故障點，配電線路中經(jīng)常需要安裝一些戶外柱上開關(guān)，戶外柱上開關(guān)上的保護(hù)器也應(yīng)運而生。這類保護(hù)器的保護(hù)原理一般來說主要基于電路上的電流或功率超過一定的限度時，自動切斷電源來達(dá)到保護(hù)下級負(fù)載及供電線路的目的，確保配電網(wǎng)在電流過載時不被燒毀。同時，在配網(wǎng)中加入控制器后，還可以用于故障隔離和手拉手供電控制。在配電網(wǎng)發(fā)生故障時，可以對故障進(jìn)行隔離，把故障區(qū)域從電網(wǎng)中隔離出去。在故障區(qū)域被隔離后，戶外柱上開關(guān)在手拉手供電切換節(jié)點將正常區(qū)域的供電線路與其他環(huán)網(wǎng)連接，確保正常供電，盡量減小故障影響范圍，降低停電損失?？梢哉f，戶外柱上開關(guān)及其控制器的廣泛使用，對于配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。然而就目前而言，在現(xiàn)有的戶外柱上開關(guān)及其控制器的日常使用和維護(hù)過程中， 存在以下問題1)操作安全性傳統(tǒng)戶外柱上開關(guān)及其控制器需要維護(hù)人員用爬桿或利用特種車輛的云梯提升的方式進(jìn)行維護(hù)，屬于接觸性維護(hù)，是帶電操作，這需要確保設(shè)備的有效接地，否則存在嚴(yán)重的安全隱患；另外，特種車輛數(shù)量有限，而各班組還有大量的工作需要用到，特別在迎峰度夏和特殊保電階段，很難做到及時到位，這也影響了戶外柱上開關(guān)的維護(hù)及時性和配電網(wǎng)的運行可靠性；2)操作簡易性傳統(tǒng)的戶外柱上開關(guān)控制器操作繁瑣，通過撥碼開關(guān)整定數(shù)據(jù)不直觀，容易操作錯誤而影響配電線路的正常運行，給用戶的生產(chǎn)生活帶來影響；3)故障分析傳統(tǒng)的戶外柱上開關(guān)控制器無法紀(jì)錄故障時的波形數(shù)據(jù)，因此無法實現(xiàn)故障的回溯分析，也就無法針對性的對配電線路的建設(shè)和運行進(jìn)行優(yōu)化。4)缺乏遠(yuǎn)程通信接口 由于遠(yuǎn)程通信接口的缺失，設(shè)備無法在遠(yuǎn)端進(jìn)行操作，柱上開關(guān)僅能起到故障保護(hù)功能，無法實現(xiàn)手拉手供電，故障隔離后的非故障區(qū)域無法自動恢復(fù)供電，柱上開關(guān)對于配網(wǎng)建設(shè)的意義因此大打折扣。隨著配電網(wǎng)建設(shè)的進(jìn)行，電網(wǎng)的規(guī)模在不斷擴大，復(fù)雜程度也在日益提高，與此同時，用戶對供電可靠性和電能質(zhì)量的要求也越來越高，這些都要求供電公司以更高標(biāo)準(zhǔn)和更快的速度維護(hù)處理配電網(wǎng)發(fā)生的故障。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種用于戶外柱上開關(guān)的控制系統(tǒng)，它操作簡單，界面友善，功能齊全，能實現(xiàn)對戶外柱上開關(guān)的遠(yuǎn)程控制，保證維修人員安全。同時，它具有的故障錄波功能方便維護(hù)人員查找故障原因。實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是一種用于戶外柱上開關(guān)的控制系統(tǒng)，無線連接一上位機，實現(xiàn)對電網(wǎng)上的戶外柱上開關(guān)的控制，所述控制系統(tǒng)包括微處理器、與該微處理器分別連接的電源單元、采樣運放單元、波形錄制單元、無線通信單元、人機界面和控制輸出單元，其中所述采樣運放單元從電網(wǎng)采集模擬信號，并將該模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送給所述微處理器；所述微處理器接收所述數(shù)字信號并進(jìn)行故障判定，如故障則輸出一控制信號給所述控制輸出單元；所述控制輸出單元連接所述戶外柱上開關(guān)，接收所述微處理器的控制信號，驅(qū)動所述戶外柱上開關(guān)脫扣分閘；所述波形錄制單元記錄故障前所述模擬信號的10個周波的波形；所述無線通信單元實現(xiàn)所述控制系統(tǒng)與所述上位機的無線通訊。上述的用于戶外柱上開關(guān)的控制系統(tǒng)，其中，所述電源單元包括電源電路和外設(shè)電源，所述外設(shè)電源通過電源電路連接所述微處理器，所述電源電路還連接所述電網(wǎng)上的電壓互感器。上述的用于戶外柱上開關(guān)的控制系統(tǒng)，其中，所述外設(shè)電源為鉛酸電池。上述的用于戶外柱上開關(guān)的控制系統(tǒng)，其中，所述采樣運放單元包括相接的采樣電路和運算放大電路，所述運算放大電路連接所述微處理器，其中，所述采樣電路包括依次連接的CT傳感器、抗混疊濾波電路和A/D (模數(shù)轉(zhuǎn)換)采樣，所述A/D采樣連接所述運算放大電路。上述的用于戶外柱上開關(guān)的控制系統(tǒng)，其中，所述無線通信單元包括433M無線模塊和GPRS (通用分組無線服務(wù)技術(shù))模塊，所述433M無線模塊和GPRS模塊分別和所述微處理器相連。上述的用于戶外柱上開關(guān)的控制系統(tǒng)，其中，所述控制輸出單元包括相連的繼電器和光電隔離元件，其中，所述繼電器連接所述微處理器，所述光電隔離元件連接所述戶外柱上開關(guān)。上述的用于戶外柱上開關(guān)的控制系統(tǒng)，其中，所述采樣運放單元采集的模擬信號為電網(wǎng)的A，B，C三相電流信號。本實用新型的有益效果是1)本實用新型采用GPRS和433M小無線通信方式并存的無線通信模式，具有實用性。2)本實用新型操作安全，不用像傳統(tǒng)的產(chǎn)品那樣需要爬桿來進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和開合閘操作，只需通過無線通信單元即可完成這些操作。3)本實用新型操作簡單，對戶外柱上開關(guān)參數(shù)的設(shè)置相當(dāng)直觀，比起傳統(tǒng)的撥碼開關(guān)等界面更加友善，而且大大地減少了誤操作的可能性。4)本實用新型配有高效、大容量的鉛酸電池，保證在所帶線路停電的情況下，能提供DCMV電源維持工作，并且能在電池電源和從電壓互感器得到的電源之間進(jìn)行相當(dāng)智能地切換，這樣既保護(hù)了電池的使用壽命，又有效的保證了控制的可靠性。[0030]5)本實用新型加入了故障錄波功能，記載了故障前10個周波的波形，維護(hù)人員可以根據(jù)波形分析故障類型，方便查找故障原因。6)本實用新型功能強大，具有重合、涌流、反時限、定時限(定時限有過流、延時速斷、速斷)保護(hù)、小電流接地、分合閘故障保護(hù)、二次重合閉鎖和故障記錄等功能。

圖1是本實用新型的用于戶外柱上開關(guān)的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型的采樣運放單元的工作流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施例作詳細(xì)說明。請參閱圖1和圖2，本實用新型的用于戶外柱上開關(guān)的控制系統(tǒng)，無線連接一上位機8，實現(xiàn)對電網(wǎng)(圖中未示)上的戶外柱上開關(guān)10的控制，所述控制系統(tǒng)包括微處理器 1、與該微處理器1分別連接的電源單元2、采樣運放單元3、波形錄制單元4、無線通信單元 5、人機界面6和控制輸出單元7，其中在本實施例中，微處理器1選用型號為LPC1766的單片機芯片，完成對所述控制系統(tǒng)的控制及對各類數(shù)據(jù)、信號的分析處理；電源單元2給所述控制系統(tǒng)供電；采樣運放單元3從電網(wǎng)(圖中未示)采集模擬信號，并將該模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送給微處理器1，該模擬信號為電網(wǎng)的A，B，C三相電流信號；無線通信單元5實現(xiàn)所述控制系統(tǒng)與上位機8的無線通訊；波形錄制單元4記載了故障前A，B, C三相電流信號10個周波的波形，通過上位機8可以讀取拷貝該10個周期的波形數(shù)據(jù)，維護(hù)人員可以根據(jù)波形分析故障類型，方便查找故障原因；控制輸出單元7接收微處理器1的控制信號，當(dāng)故障時驅(qū)動戶外柱上開關(guān)10脫扣分閘；人機界面6實現(xiàn)人機交互，直接完成對所述控制系統(tǒng)的相關(guān)操作和對其運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。具體地說，電源單元2包括電源電路21和外設(shè)電源22，外設(shè)電源22通過電源電路 21連接微處理器1，其中電源電路21包括變壓器(圖中未示)、整流電路(圖中未示)和逆變電路(圖中未示)；外設(shè)電源22為高效、大容量的鉛酸電池，提供所述控制系統(tǒng)所需的DCMV(直流電MV電壓)，并且可以經(jīng)電源電路21中的逆變電路產(chǎn)生用于柱上開關(guān)的AV220V(交流電 220V電壓)；電源電路21還接收電網(wǎng)上的電壓互感器9提供的AV220V，并經(jīng)電源電路21中的變壓器和整流電路得到所述控制系統(tǒng)所需的DC24V ；當(dāng)外設(shè)電源22的電壓低于保護(hù)值時，電源電路21自動斷開外設(shè)電源22，這樣很好的保護(hù)外設(shè)電源22的使用壽命；當(dāng)電網(wǎng)上的電壓互感器9得電且電壓大于缺省值的80%時，戶外柱上開關(guān)10的控制電源由電壓互感器9提供。當(dāng)電網(wǎng)上的電壓互感器9的電壓小于缺省值的80%時，戶外柱上開關(guān)10的控制電源由外設(shè)電源22供電；這樣既保護(hù)了外設(shè)電源22的使用壽命，又有效的保證了控制的可靠性。請參閱圖2，為采樣運放單元3的工作流程圖，具體地說，采樣運放單元3包括相接的采樣電路31和運算放大電路32，運算放大電路32連接微處理器1，采樣電路31包括依次連接的CT傳感器311、抗混疊濾波電路312和A/D采樣313， 其中CT傳感器311利用電磁感應(yīng)原理，通過檢測導(dǎo)線電流產(chǎn)生的電磁場，將電網(wǎng)輸出的交流信號線性變換為數(shù)字系統(tǒng)可處理的信號，并起到與電網(wǎng)隔離的作用；抗混疊濾波電路312由低通濾波器組成，由于CT傳感器311輸出的信號具有的高頻干擾在采樣后可能造成混疊效應(yīng)，所以在進(jìn)入A/D采樣313之前先進(jìn)入抗混疊濾波電路 312進(jìn)行濾波，使得該信號頻譜限制在奈奎斯特頻率以下。本實用新型需要采集A，B，C三相電流信號，由于戶外柱上開關(guān)10的正常工作電流和故障電流相差可能達(dá)到幾十倍，為了確保在故障電流時采樣不飽和，而且正常工作時又保持較高的精度，采樣運放單元3對A，B, C三相中的每一相電流信號均采用兩路信號調(diào)理采集電路一路采用高倍放大，另一路采用低倍放大。具體地說，無線通信單元5包括與微處理器1分別相連的433M無線模塊(圖中未示)和GPRS模塊(圖中未示)，本實用新型兼容433M小無線和GPRS兩種通信方式，可以與上位機8無線連接，從而實現(xiàn)對戶外柱上開關(guān)10的遠(yuǎn)程控制。具體地說，控制輸出單元7包括相連的繼電器(圖中未示)和光電隔離元件(圖中未示)，當(dāng)故障時，繼電器接收微處理器1傳遞過來的控制信號，通過光電隔離元件控制戶外柱上開關(guān)的合閘。繼電器具有電平轉(zhuǎn)換的功能，同時繼電器的開啟或閉合會產(chǎn)生很強的電磁干擾，加入了光電隔離原件，減少電磁干擾的影響。具體地說，人機界面6由LED顯示、IXD顯示、設(shè)置按鍵、操作按鍵和通訊接口等組成。每個按鍵在硬件上都加有濾波消抖電路，保證了按鍵檢測的正確性；在軟件上則執(zhí)行了一個IOms左右的延時程序后在確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，若仍保持，則確認(rèn)該鍵仍處于閉合狀態(tài)，同理檢測釋放按鍵。本實用新型的工作原理采樣運放單元3實時采集電網(wǎng)的模擬信號，并經(jīng)過濾波、 A/D轉(zhuǎn)換、運放等得到所需的數(shù)字信號，該數(shù)字信號經(jīng)由微處理器1分析處理，判定是否故障，如果故障則由微處理器1發(fā)送控制信號給控制輸出單元7，控制輸出單元7中的繼電器高電平驅(qū)動戶外柱上開關(guān)10脫扣分閘，完成故障分閘。同時波形錄制單元4記錄并存儲故障前A，B，C三相電流信號10個周期的波形。人機界面6可直接完成對本實用新型的相關(guān)操作和運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，也可以在上位機8上，通過無線通信單元5實現(xiàn)對本實用新型的遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)分合閘操作、參數(shù)查詢與修改、查詢狀態(tài)及歷史階段記錄等功能，上位機8 可以是遠(yuǎn)程主站或者特制的移動終端。本實施例中，本實用新型采用了進(jìn)口 TMS320F28335浮點DSP高速采樣應(yīng)算芯片和 LPC1766單片機控制芯片相結(jié)合的新型高壓開關(guān)控制裝置，能快速穩(wěn)定的完成對高壓開關(guān)的監(jiān)控，高精度的PT51C002型采樣互感器和12位16通道AD采樣和快速DSP采樣控制芯片完成數(shù)據(jù)的采集。[0058]綜上所述，本實用新型操作安全，不用像傳統(tǒng)的產(chǎn)品那樣需要爬桿來進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和開合閘操作，只需通過無線通信單元即可完成這些操作；操作簡單，對戶外柱上開關(guān)參數(shù)的設(shè)置相當(dāng)直觀，比起傳統(tǒng)的撥碼開關(guān)等界面更加友善，而且大大地減少了誤操作的可能性；配有高效、大容量的鉛酸電池，保證在所帶線路停電的情況下，能提供DCMV電源維持工作，并且能在電池電源和從電壓互感器得到的電源之間進(jìn)行相當(dāng)智能地切換，這樣既保護(hù)了電池的使用壽命，又有效的保證了控制的可靠性；加入了故障錄波功能，記載了故障前10個周波的波形，維護(hù)人員可以根據(jù)波形分析故障類型，方便查找故障原因。同時，本實用新型功能強大，具有重合、涌流、反時限、定時限(定時限有過流、延時速斷、速斷)保護(hù)、 小電流接地、分合閘故障保護(hù)、二次重合閉鎖和故障記錄等功能。以上結(jié)合附圖實施例對本實用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員可根據(jù)上述說明對本實用新型做出種種變化例。因而，實施例中的某些細(xì)節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對本實用新型的限定，本實用新型將以所附權(quán)利要求書界定的范圍作為本實用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種用于戶外柱上開關(guān)的控制系統(tǒng)，無線連接一上位機，實現(xiàn)對電網(wǎng)上的戶外柱上開關(guān)的控制，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括微處理器、與該微處理器分別連接的電源單元、采樣運放單元、波形錄制單元、無線通信單元、人機界面和控制輸出單元，其中所述采樣運放單元從電網(wǎng)采集模擬信號，并將該模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送給所述微處理器；所述微處理器接收所述數(shù)字信號并進(jìn)行故障判定，如故障則輸出一控制信號給所述控制輸出單元；所述控制輸出單元連接所述戶外柱上開關(guān)，接收所述微處理器的控制信號，驅(qū)動所述戶外柱上開關(guān)脫扣分閘；所述波形錄制單元記錄故障前所述模擬信號的10個周波的波形；所述無線通信單元實現(xiàn)所述控制系統(tǒng)與所述上位機的無線通訊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于戶外柱上開關(guān)的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電源單元包括電源電路和外設(shè)電源，所述外設(shè)電源通過電源電路連接所述微處理器，其中所述電源電路還連接所述電網(wǎng)上的電壓互感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于戶外柱上開關(guān)的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述外設(shè)電源為鉛酸電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于戶外柱上開關(guān)的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣運放單元包括相接的采樣電路和運算放大電路，所述運算放大電路連接所述微處理器，其中，所述采樣電路包括依次連接的CT傳感器、抗混疊濾波電路和A/D采樣，所述A/D采樣連接所述運算放大電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于戶外柱上開關(guān)的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述無線通信單元包括433M無線模塊和GPRS模塊，所述433M無線模塊和GPRS模塊分別和所述微處理器相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于戶外柱上開關(guān)的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制輸出單元包括相連的繼電器和光電隔離元件，其中，所述繼電器連接所述微處理器，所述光電隔離元件連接所述戶外柱上開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于戶外柱上開關(guān)的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣運放單元采集的模擬信號為電網(wǎng)的A，B，C三相電流信號。
專利摘要本實用新型公開了一種用于戶外柱上開關(guān)的控制系統(tǒng)，包括微處理器、與該微處理器分別連接的電源單元、采樣運放單元、波形錄制單元、無線通信單元、人機界面和控制輸出單元，其中，所述無線通信單元實現(xiàn)所述控制系統(tǒng)與上位機的無線通訊；所述采樣運放單元將采集自電網(wǎng)的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并傳給所述微處理器；所述微處理器進(jìn)行故障判定，如故障則輸出控制信號給所述控制輸出單元以驅(qū)動戶外柱上開關(guān)脫扣分閘；所述波形錄制單元記錄故障前所述模擬信號的10個周波的波形；本實用新型操作簡單，界面友善，功能齊全，能實現(xiàn)對戶外柱上開關(guān)的遠(yuǎn)程控制，保證維修人員安全。同時，具有的故障錄波功能方便維護(hù)人員查找故障原因。
文檔編號H02J13/00GK202282646SQ20112042685
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者吳愛軍, 唐明瑜, 李亮, 陳華霖, 陳海昆, 馬明 申請人:上海市電力公司, 上海資和通信科技有限公司