本發(fā)明涉及電力設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種用于配網(wǎng)線路柱上開關(guān)的智能控制終端。

背景技術(shù)：

配電網(wǎng)帶電作業(yè)工作因線間距離短、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工環(huán)境復(fù)雜、人員素質(zhì)參差不齊等因素，存在諸多安全隱患，不能滿足電力用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求。為了提高供電可靠性和送電率，需要以配電自動(dòng)化為基礎(chǔ)，通過電網(wǎng)上電氣設(shè)備的配合盡量做到使用戶感覺不到故障影響。然而，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展以及電力系統(tǒng)中配網(wǎng)運(yùn)行要求的提高，功能單一的一次設(shè)備在配電網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中日益顯示出其不便之處，因而從配電網(wǎng)系統(tǒng)的全局著眼，開發(fā)基于節(jié)點(diǎn)（終端）的智能一體化開關(guān)已勢(shì)在必行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)合理、可以自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)故障判別處理、遠(yuǎn)程管理的與配網(wǎng)線路中柱上開關(guān)配套的智能控制終端。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的具體方案為：

一種用于配網(wǎng)線路柱上開關(guān)的智能控制終端，包括MCU，MCU分別連接有信號(hào)采集模塊、開關(guān)量輸入輸出模塊、遙控模塊、顯示模塊和移動(dòng)通信模塊，取柱上開關(guān)上的互感器為一級(jí)互感器，所述信號(hào)采集模塊的采集端設(shè)置有二級(jí)互感器，二級(jí)互感器的一次側(cè)與一級(jí)互感器的二次側(cè)相連接，二級(jí)互感器的二次側(cè)依此通過運(yùn)算放大器和濾波器與MCU的A/D轉(zhuǎn)換引腳相連接；所述開關(guān)量輸入輸出模塊由開出裝置和開入裝置組成，其中開出裝置包括兩個(gè)繼電器，繼電器與MCU的I/O口和柱上開關(guān)相連接用于控制柱上開關(guān)分、合閘操作，所述開入裝置與MCU的I/O口相連接用于檢測(cè)控制終端的開關(guān)狀態(tài)、儲(chǔ)能狀態(tài)和遠(yuǎn)方操作方式；所述遙控模塊通過無(wú)線收發(fā)裝置與MCU相連接；所述MCU還連接有矩陣鍵盤；所述MCU通過移動(dòng)通信模塊與手持終端相連接。

所述一級(jí)互感器和二級(jí)互感器均由三相電流互感器、零序電流互感器和電壓互感器組成，其中三相電流互感器用于采集三相電流信號(hào)，零序電流互感器用于采集零序電流信號(hào)，電壓互感器用于采集電壓信號(hào)。

所述信號(hào)采集模塊的電路結(jié)構(gòu)為：所述二級(jí)互感器CT1的二次側(cè)的兩端之間并聯(lián)有一個(gè)雙向二極管TVS2、一個(gè)采樣電阻R23和一個(gè)電容C21；所述二級(jí)互感器CT1的二次側(cè)的一端在接入1.6V穩(wěn)定電壓之后與運(yùn)算放大器D的輸入端12相連接，二級(jí)互感器CT1的二次側(cè)的另一端接定值電阻R7、定值電阻R19和滑動(dòng)變阻器R20組成的放大電路，且定值電阻R7的電流流出端還與運(yùn)算放大器D的輸入端13相連接；所述滑動(dòng)變阻器R20的電流流出端與運(yùn)算放大器D的輸出端14連接后再接一個(gè)定值電阻R12，定值電阻R12的電流流出端為V_out端并且與MCU的A/D轉(zhuǎn)換引腳相連接；所述定值電阻R19的電流流入端和滑動(dòng)變阻器R20的電流流出端之間還連接有電容C15和定值電阻R15組成的補(bǔ)償電路；所述運(yùn)算放大器D的輸入電壓為5V；所述定值電阻R12的電流流出端還通過電容C7接地，R12和C7組成RC濾波器，濾除高頻信號(hào)。

所述開入裝置和開出裝置均通過光電隔離裝置與MCU相連接。

所述遙控模塊上設(shè)置有四個(gè)按鍵。

所述遠(yuǎn)方操作方式包括手持終端操作方式和遙控操作方式。

所述手持終端為手機(jī)。

有益效果：

1、本發(fā)明能夠自動(dòng)采集線路電壓、電流及開關(guān)狀態(tài)信息，自動(dòng)故障判別和處理，自動(dòng)識(shí)別線路短路和接地故障類型，完成線路故障監(jiān)測(cè)、隔離及非故障區(qū)段恢復(fù)供電功能，提高實(shí)時(shí)性和可靠性；

2、在信號(hào)采集模塊中設(shè)置1.6V穩(wěn)壓電源，能夠?qū)Σ杉降恼也ㄐ盘?hào)進(jìn)行抬升使電壓范圍轉(zhuǎn)換至0~3.3V，提高采樣精度；

3、信號(hào)采集模塊的放大倍數(shù)靈活可調(diào)，能夠通過滑動(dòng)變阻器進(jìn)行調(diào)整，適用范圍廣泛；

4、支持GPRS無(wú)線通信，提供包括遠(yuǎn)方操作方式和直接操作方式，使用更為靈活；

5、能夠根據(jù)不同柱上開關(guān)的類型和工作情況對(duì)預(yù)設(shè)參數(shù)靈活調(diào)整，適用范圍更加廣泛。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是MCU引腳示意圖；

圖3是三相電流信號(hào)采集模塊電路圖；

圖4是遙控模塊電路示意圖；

圖5是顯示模塊電路圖；

圖6是開出裝置電路圖；

圖7是開入裝置電路圖；

圖8是本發(fā)明控制流程圖。

具體實(shí)施方式

下面根據(jù)附圖具體說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。

如圖1所示，一種用于配網(wǎng)線路柱上開關(guān)的智能控制終端，包括MCU，MCU分別連接有信號(hào)采集模塊、開關(guān)量輸入輸出模塊、遙控模塊、顯示模塊和移動(dòng)通信模塊，取柱上開關(guān)上的互感器為一級(jí)互感器，所述信號(hào)采集模塊的采集端設(shè)置有二級(jí)互感器，二級(jí)互感器的一次側(cè)與一級(jí)互感器的二次側(cè)相連接，二級(jí)互感器的二次側(cè)依此通過運(yùn)算放大器和濾波器與MCU的A/D轉(zhuǎn)換引腳相連接；所述開關(guān)量輸入輸出模塊由開出裝置和開入裝置組成，其中開出裝置包括兩個(gè)繼電器，繼電器與MCU的I/O口和柱上開關(guān)相連接用于控制柱上開關(guān)分、合閘操作，所述開入裝置與MCU的I/O口相連接用于檢測(cè)控制終端的開關(guān)狀態(tài)、儲(chǔ)能狀態(tài)和遠(yuǎn)方操作方式；所述遙控模塊通過無(wú)線收發(fā)裝置與MCU相連接；所述MCU還連接有矩陣鍵盤；所述MCU通過移動(dòng)通信模塊與手持終端相連接。

所述一級(jí)互感器和二級(jí)互感器均由三相電流互感器、零序電流互感器和電壓互感器組成，其中三相電流互感器用于采集三相電流信號(hào)，零序電流互感器用于采集零序電流信號(hào)，電壓互感器用于采集電壓信號(hào)。

所述開入裝置和開出裝置均通過光電隔離裝置與MCU相連接，光電隔離裝置選擇為光耦。

所述遠(yuǎn)方操作方式包括手持終端操作方式和遙控操作方式。所述遙控模塊上設(shè)置有四個(gè)按鍵，用于通過遙控的方式對(duì)智能控制終端進(jìn)行操作。所述手持終端為手機(jī)，用于實(shí)時(shí)顯示柱上開關(guān)和智能控制終端的狀態(tài)。

所述MCU還連接有矩陣鍵盤，用于對(duì)智能控制裝置的各種預(yù)定義參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

所述智能控制終端對(duì)柱上開關(guān)的合閘和跳閘操作通過儲(chǔ)能電機(jī)驅(qū)動(dòng)，儲(chǔ)能電機(jī)由開出裝置的兩個(gè)繼電器控制。

本發(fā)明的具體工作原理如下。

如圖2至圖7所示。所述信號(hào)采集模塊的電路結(jié)構(gòu)為：所述二級(jí)互感器CT1的二次側(cè)的兩端之間并聯(lián)有一個(gè)雙向二極管TVS2、一個(gè)采樣電阻R23和一個(gè)電容C21；所述二級(jí)互感器CT1的二次側(cè)的一端在接入1.6V穩(wěn)定電壓之后與運(yùn)算放大器D的輸入端12相連接，通過增加1.6V的穩(wěn)定電壓，能夠采集到正負(fù)信號(hào)并使其集中在0~3.3V之間，即輸出端為正時(shí)其值加上1.6V，輸出端為負(fù)時(shí)其值減去1.6V，輸出端電壓為0時(shí)其值為1.6V，提高了采集精度，防止出現(xiàn)負(fù)信號(hào)無(wú)法采集的情況出現(xiàn)。二級(jí)互感器CT1的二次側(cè)的另一端接定值電阻R7、定值電阻R19和滑動(dòng)變阻器R20組成的放大電路，放大倍數(shù)；且定值電阻R7的電流流出端還與運(yùn)算放大器D的輸入端13相連接；所述滑動(dòng)變阻器R20的電流流出端與運(yùn)算放大器D的輸出端14連接后再接一個(gè)定值電阻R12，定值電阻R12的電流流出端為V_out端并且與MCU的A/D轉(zhuǎn)換引腳相連接；所述定值電阻R19的電流流入端和滑動(dòng)變阻器R20的電流流出端之間還連接有電容C15和定值電阻R15組成的補(bǔ)償電路；所述運(yùn)算放大器D的輸入電壓為5V；所述定值電阻R12的電流流出端還通過電容C7接地，R12和C7組成RC濾波器，濾除高頻信號(hào)。具體的參數(shù)為：采樣電阻R23為100Ω，C21位100pF，R7位7.5kΩ，R19為20kΩ，R20的變化范圍是1k~30kΩ，R12為7.5kΩ，C15為100pF，R15為10kΩ。作為優(yōu)選，CT1采用ZMCT101B，運(yùn)算放大器D采用LM324AD。

所述一級(jí)互感器的二次側(cè)和二級(jí)互感器的一次側(cè)直接相連，所以在這兩側(cè)的電流或者電壓是相等的，因此取這兩側(cè)的三相電流為I_A、I_B、I_C，零序電流為I_O，電壓為U；取一級(jí)互感器的一次側(cè)三相電流為I_A1、I_B1、I_C1，零序電流為I_O1，電壓為U₁。因?yàn)镮_A、I_B、I_C、I_O和U的數(shù)值都比較小，因此增加運(yùn)算放大器將這幾個(gè)信號(hào)放大為0～3.3V的模擬信號(hào)。作為優(yōu)選，所述運(yùn)算放大器對(duì)I_A、I_B、I_C和I_O的放大倍數(shù)為5倍，對(duì)U的放大倍數(shù)為6倍。如圖所示，放大倍數(shù)可以通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R20進(jìn)行調(diào)整。具體的計(jì)算方法為：

。

其中V_OUTA、V_OUTB、V_OUTC、V_OUTO和V_OUTU為信號(hào)采集裝置輸出至MCU的A/D轉(zhuǎn)換引腳的電壓信號(hào)，1.6、0.25和0.012幾個(gè)參數(shù)由電路中的各個(gè)器件的參數(shù)計(jì)算得出，不再贅述。

根據(jù)一級(jí)互感器的二次側(cè)的參數(shù)I_A、I_B、I_C、I_O和U五路信號(hào)以及一級(jí)互感器的變比可以計(jì)算出一級(jí)互感器的一次側(cè)的參數(shù)，以Q₁表示一級(jí)三相電流互感器的變比，以Q₂表示一級(jí)零序電流互感器的變比，以Q₃表示一級(jí)電壓互感器的變比，則互感器的高壓側(cè)的參數(shù)分別表示為：I_A1=Q₁*I_A、I_B1=Q₁*I_B、I_C1=Q₁*I_C、I_O1=Q₂*I_O、U₁=Q₃*U。根據(jù)所選原件和使用環(huán)境，所述三個(gè)變比Q₁、Q₂和Q₃通過矩陣鍵盤進(jìn)行設(shè)置，并通過顯示裝置將變比數(shù)值存儲(chǔ)在MCU的存儲(chǔ)器中?？紤]到I_A、I_B、I_C、I_O和U五路信號(hào)在進(jìn)入MCU時(shí)均經(jīng)過放大，因此在確定變比Q₁、Q₂和Q₃的時(shí)候要考慮到放大倍數(shù)。

在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換過程中，采樣頻率f_s頻設(shè)置為600Hz，則在50Hz的電路中，每個(gè)電源周期采樣12點(diǎn)。所述I_A1、I_B1、I_C1、I_O1和U₁五路參數(shù)分別存儲(chǔ)在I_A1[12]、I_B1[12]、I_C1[12]、I_O1[12]和U₁[12]五個(gè)數(shù)組中，利用這五個(gè)數(shù)組，分別與MCU的存儲(chǔ)器中預(yù)設(shè)的值進(jìn)行對(duì)比，得到柱上開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)，如果發(fā)生了故障，則通過MCU控制所述開出裝置的兩個(gè)繼電器K1和K2來(lái)控制柱上開關(guān)的連通狀態(tài)。K1、K2為一組常開繼電器，MCU通過I/O口P08、P09、P10與繼電器K1、K2相連接。當(dāng)將P08置低“0”，P09置高“1”，P10置低“0”時(shí)，K1繼電器啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)分界開關(guān)的合閘操作；當(dāng)P08置高“1”P09置低“0”P10置高“1”時(shí)，K2繼電器啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)分界開關(guān)的分閘操作。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)繼電器K1、K2的互鎖。所處理的故障類型、處理方式和觸發(fā)條件如表1所示。在表1中，三相電流I_A、I_B、I_C統(tǒng)一表示為Id，零序電流值表示為Ido。

表1

在跳閘之后，智能控制終端設(shè)置三次重合閘（即故障引起的柱上開關(guān)跳閘，經(jīng)過一段時(shí)間T后，嘗試自動(dòng)合閘），重合閘時(shí)間人為設(shè)定，通過矩陣鍵盤輸入，單位為毫秒ms。重合閘類型和時(shí)間如表2所示。其中時(shí)間T3>T2>T1，重合閘次數(shù)N由工作人員人為設(shè)定，通過矩陣鍵盤輸入。N為1時(shí)只進(jìn)行一次重合閘；N為2時(shí)，如果一次重合閘失敗，可進(jìn)行二次重合閘；N為3時(shí)可以進(jìn)行3次重合閘。

表2

所述開入裝置的開入量是指控制器外部經(jīng)過接插件引入控制器的觸點(diǎn)。以表示開關(guān)狀態(tài)的部分為例對(duì)儲(chǔ)能狀態(tài)和遠(yuǎn)方操作方式的檢測(cè)電路類似。其三個(gè)無(wú)源觸電分別與MCU的I/O口P00、P01和P02相連接，開入電源接DC220V遙信電源的負(fù)端。具體的檢測(cè)方式如表3所示，相應(yīng)開入量為常開節(jié)點(diǎn)時(shí)，光耦OC1的3引腳將MCU的I/O口上拉至高電平，也即與開入量相連的MCU的相應(yīng)引腳為高電平時(shí)，相應(yīng)開入量為常開狀態(tài)；相應(yīng)開入量為常閉節(jié)點(diǎn)時(shí)，光耦OC1的3引腳將對(duì)應(yīng)MCU的I/O口輸入低電平，也即與開入量相連的MCU的相應(yīng)引腳為低電平時(shí)，相應(yīng)開入量為常閉狀態(tài)。

表3

所述遙控模塊為遙控器，在遙控器上設(shè)置有四個(gè)按鍵A、B、C、D，分別對(duì)應(yīng)無(wú)線收發(fā)裝置上的四個(gè)數(shù)據(jù)位輸出腳D0、D1、D2、D3，四個(gè)數(shù)據(jù)位輸出腳D0、D1、D2、D3分別與MCU的I/O口（引腳P11、P12、P13、P16）相連接。遙控器的工作方式采用點(diǎn)動(dòng)輸出方式，數(shù)據(jù)位腳輸出的電平是瞬時(shí)的，而且和遙控器的發(fā)射端是否發(fā)射相對(duì)應(yīng)，有遙控信號(hào)時(shí)數(shù)據(jù)腳是高電平，遙控信號(hào)消失時(shí)數(shù)據(jù)腳立即恢復(fù)為低電平。按遙控器相應(yīng)按鍵發(fā)射信號(hào)，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)位就會(huì)輸出高電平，一松手就停止輸出，恢復(fù)低電平。通過遙控器控制柱上開關(guān)（即遙控的遠(yuǎn)方操作方式）的方法為：合閘操作：先按“A”后按“B”鍵解鎖，然后按“C”鍵合閘；跳閘操作：先按“A”后按“B”鍵解鎖，然后按“D”鍵跳閘。

所述顯示模塊為液晶顯示模塊，采用J12864中文字庫(kù)型液晶模塊，采用SPI串行連接方式。CS接MCU的I/O口P07；SID接MCU的SPI的數(shù)據(jù)段P06；CLK接MCU的SPI的時(shí)鐘端P04；RST接MCU的I/O口P18；LED_K接MCU的I/O口P15。

所述無(wú)線通信模塊支持GPRS模式，實(shí)現(xiàn)MCU和手機(jī)的連接，當(dāng)工作人員距離較遠(yuǎn)的時(shí)候，能夠通過手機(jī)控制柱上開關(guān)（即手機(jī)控制的遠(yuǎn)方操作模式）。

所述矩陣鍵盤為16鍵鍵盤，其接口芯片采用BC7277芯片，采用標(biāo)準(zhǔn)的SPI串口連接。

為了能夠生成完整的工作記錄，MCU還設(shè)計(jì)有生成工作日志的功能，以備隨時(shí)查看。

如圖8所示，在使用開始前，根據(jù)柱上開關(guān)的類型以及線路的具體情況（如電流、電壓等參數(shù)），由人工通過矩陣鍵盤進(jìn)行初始化，具體設(shè)定的參數(shù)為：速斷保護(hù)一次電流整定范圍Is，限時(shí)電流速斷保護(hù)一次電流整定值Ig，限時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作延時(shí)時(shí)間值Tg，定時(shí)電流速斷保護(hù)一次電流整定值If，定時(shí)電流速斷保護(hù)動(dòng)作延時(shí)時(shí)間值Tf，瞬時(shí)零序保護(hù)一次電流整定范圍Ix，限時(shí)零序速斷保護(hù)一次電流整定范圍Ip，限時(shí)零序速斷保護(hù)保護(hù)動(dòng)作延時(shí)時(shí)間值Tp，重合閘次數(shù)N，第一次重合時(shí)間T1，第二次重合時(shí)間T2，第三次重合時(shí)間T3。其中需要注意的是T1<T2<T3。初始化完成之后，本發(fā)明的工作流程如下。

步驟一、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相電流互感器檢測(cè)短路電流Id和零序電流互感器檢測(cè)零序電流Io。

對(duì)于Id，如果Id>Ig，則進(jìn)一步判斷Id與Is的關(guān)系，若Id<Is則啟動(dòng)限時(shí)電流速斷保護(hù)，經(jīng)過時(shí)延Tg后跳閘，若Id>Is則啟動(dòng)速斷保護(hù)并立即跳閘；如果Id≤Ig，則繼續(xù)監(jiān)測(cè)Id。

對(duì)于Io，如果Io>Ix，則進(jìn)一步判斷Id與Ip的關(guān)系，若Id>Ip則啟動(dòng)零序電流保護(hù)并經(jīng)過時(shí)延Tp后跳閘；如果Io≤Ip，則繼續(xù)監(jiān)測(cè)Io。

步驟二、在發(fā)生跳閘之后，儲(chǔ)能電機(jī)運(yùn)作儲(chǔ)合閘能，判斷重合閘次數(shù)N是否大于0，如果是則經(jīng)過時(shí)間延時(shí)T1后合閘并且儲(chǔ)能電機(jī)運(yùn)作儲(chǔ)跳閘能，如果合閘成功則返回至步驟一，如果合閘失敗則繼續(xù)判斷N是否大于1，如果是則經(jīng)過時(shí)間延時(shí)T2后合閘并且儲(chǔ)能電機(jī)運(yùn)作儲(chǔ)跳閘能，如果合閘成功則返回步驟一、合閘失敗則繼續(xù)判斷N是否大于2，如果是則經(jīng)過時(shí)間延時(shí)T3后合閘并且儲(chǔ)能電機(jī)運(yùn)作儲(chǔ)跳閘能，合閘成功則返回步驟一、合閘失敗則儲(chǔ)能電機(jī)運(yùn)作儲(chǔ)合閘能。在判斷N是否大于0、判斷N是否大于1和判斷N是否大于2三個(gè)過程中，如果結(jié)果為否的話都會(huì)使儲(chǔ)能電機(jī)運(yùn)作儲(chǔ)合閘能。

步驟三、結(jié)束。