本實(shí)用新型涉及輸配電裝置領(lǐng)域，特別是涉及一種智能環(huán)網(wǎng)柜。

背景技術(shù)：

環(huán)網(wǎng)柜廣泛應(yīng)用于電纜網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)上，作為配電網(wǎng)主干線重要的分段、聯(lián)絡(luò)、分界、分支節(jié)點(diǎn)，起到對(duì)配電網(wǎng)線路的運(yùn)行監(jiān)視和對(duì)故障線路的快速判斷、定位、隔離和恢復(fù)供電的作用，在電力系統(tǒng)輸配電中環(huán)網(wǎng)柜成為配電網(wǎng)中不可或缺的產(chǎn)品，直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全性和可靠性。如何更好的提高環(huán)網(wǎng)柜在安全性、可靠性、小型化、智能化、創(chuàng)新性、環(huán)保性等方面的功能及性能，是大家競(jìng)相研究的課題。

環(huán)網(wǎng)柜由環(huán)進(jìn)環(huán)出單元、饋線單元、母線PT(電壓互感器)單元和站所終端(DTU)單元組成，然而，目前市場(chǎng)上的一體化智能環(huán)網(wǎng)柜還是分開(kāi)獨(dú)立設(shè)計(jì)的，環(huán)網(wǎng)柜本體(環(huán)進(jìn)環(huán)出單元、饋線單元、母線PT單元)由一次廠家設(shè)計(jì)，站所終端由二次廠家設(shè)計(jì)，二者之間通過(guò)航空接插件及電纜線連接起來(lái)，組成一體化智能環(huán)網(wǎng)柜，這種獨(dú)立設(shè)計(jì)，分開(kāi)供貨后再組裝并不是嚴(yán)格意義上的一體化智能環(huán)網(wǎng)柜，在實(shí)際使用過(guò)程中存在很多問(wèn)題：

1、作為站所終端要將環(huán)網(wǎng)柜本體的二次信號(hào)通過(guò)航插及電纜引進(jìn)來(lái)，不但信號(hào)線接頭多，航插焊接工作量較大，易出錯(cuò)，而且同一信號(hào)存在不同的引用，導(dǎo)致了信號(hào)的重復(fù)采集，可靠性差。

2、安裝于環(huán)網(wǎng)柜本體里面的電壓互感器及電流互感器所采集的電壓電流信號(hào)通過(guò)航插及電纜線傳輸?shù)秸舅K端，環(huán)網(wǎng)柜本體到站所終端的電纜線一般在7米以上，由于航插及電纜線存在阻抗，對(duì)傳遞到站所終端的電壓電流信號(hào)有一定的衰減，特別是計(jì)量和測(cè)量用的電流信號(hào)，要求精度高(0.2S級(jí)和0.5級(jí))，長(zhǎng)距離的電纜傳輸導(dǎo)致電流信號(hào)測(cè)量不準(zhǔn)確，誤差范圍大，達(dá)不到所需的精度要求。

3、環(huán)網(wǎng)柜本體與站所終端之間傳遞的信號(hào)有控制量(AC220V/DC220V/DC48V/DC24V等)、狀態(tài)量(24V)、模擬量等，環(huán)網(wǎng)柜間隔單元多，每一間隔單元中不同的信號(hào)通過(guò)環(huán)網(wǎng)柜本體一個(gè)37芯航插及電纜線統(tǒng)一傳輸?shù)秸舅K端，強(qiáng)電弱電都集中在一根航插電纜線上，信號(hào)之間存在干擾，特別是控制信號(hào)與狀態(tài)信號(hào)之間相互干擾導(dǎo)致?tīng)顟B(tài)信號(hào)誤采、漏采，控制信號(hào)與狀態(tài)信號(hào)的干擾也直接影響模擬量的采集精度。

因此，目前市場(chǎng)上的一體化智能環(huán)網(wǎng)柜并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)真正意義上的一體化及智能化，嚴(yán)重影響一體化智能環(huán)網(wǎng)柜的產(chǎn)品性能，甚至影響配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種數(shù)字式一體化智能環(huán)網(wǎng)柜，解決了強(qiáng)弱信號(hào)間的干擾問(wèn)題及模擬量信號(hào)衰減的問(wèn)題。

一種數(shù)字式一體化智能環(huán)網(wǎng)柜，包括可采集母線電壓的母線PT單元、可作為環(huán)網(wǎng)柜電纜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的一路電源進(jìn)線的環(huán)進(jìn)單元、可用于環(huán)網(wǎng)出線且末端連接用戶負(fù)載的饋出單元、可作為環(huán)網(wǎng)柜電纜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電源出線且連接下一個(gè)環(huán)網(wǎng)柜的環(huán)出單元、上行可接收配電主站系統(tǒng)下發(fā)的命令且下行可接收處理光數(shù)字信號(hào)的站所終端、智能組件以及可將AC220V電壓轉(zhuǎn)換成DC48/DC24V工作和操作電源的電源模塊；

所述智能組件安裝于環(huán)網(wǎng)柜每個(gè)間隔單元的電纜室左上端，智能組件包括可接收模擬量信號(hào)和狀態(tài)量信號(hào)的數(shù)據(jù)采集模塊、可輸出控制量信號(hào)對(duì)環(huán)網(wǎng)柜每個(gè)間隔單元進(jìn)行分合閘操作的控制輸出模塊、可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的CPU模塊、可將站所終端的CPU模塊中的電數(shù)字信號(hào)和光數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換并雙向傳輸?shù)墓怆娹D(zhuǎn)換模塊、可為智能組件提供工作電源的電源模塊。

本實(shí)用新型所述的數(shù)字式一體化智能環(huán)網(wǎng)柜，其中，所述母線PT單元內(nèi)設(shè)有可采集母線三相電壓并用于電壓測(cè)量、計(jì)量、保護(hù)和供電的三相電壓互感器，三相電壓互感器通過(guò)接插件或電源線為智能組件及環(huán)網(wǎng)柜每個(gè)間隔單元提供操作電源和工作電源。

本實(shí)用新型所述的數(shù)字式一體化智能環(huán)網(wǎng)柜，其中，所述環(huán)網(wǎng)柜每個(gè)間隔單元內(nèi)均設(shè)有可實(shí)時(shí)采集線路三相電流值并通過(guò)接插件傳遞給智能組件的電流互感器。

本實(shí)用新型所述的數(shù)字式一體化智能環(huán)網(wǎng)柜，其中，所述站所終端的上行通過(guò)通信模塊與配電主站系統(tǒng)連接，接收配電主站系統(tǒng)下發(fā)的遙測(cè)、遙信、遙控及定值整定命令；站所終端的下行接收環(huán)網(wǎng)柜每個(gè)間隔單元中的智能組件的光數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行光數(shù)字信號(hào)的處理、計(jì)算、分析、輸出及存儲(chǔ)。

本實(shí)用新型所述的數(shù)字式一體化智能環(huán)網(wǎng)柜，其中，所述智能組件中的CPU模塊采用型號(hào)為STM32f407VG的DSC芯片；智能組件的控制信號(hào)輸出側(cè)和電源信號(hào)的輸入側(cè)均設(shè)有TLP112光耦隔離；所述光電轉(zhuǎn)換模塊中的光電轉(zhuǎn)換器的型號(hào)為HTB-3100A/B-25KM，接口類型為RJ-45，符合IEC802.3及IEEE802.3u協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，工作電源為DC5V，傳輸速率可達(dá)10/100Mbps，最大傳輸距離為20000米。

本實(shí)用新型所述的數(shù)字式一體化智能環(huán)網(wǎng)柜，其中，所述智能組件通過(guò)電源線獲取來(lái)自電源模塊的DC48/DC24V工作進(jìn)線電源。

本實(shí)用新型所述的數(shù)字式一體化智能環(huán)網(wǎng)柜，其中，所述智能組件將光數(shù)字信號(hào)通過(guò)光纜傳遞給站所終端，信號(hào)傳輸遵循IEC61850-5-104標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約。

本實(shí)用新型所述的數(shù)字式一體化智能環(huán)網(wǎng)柜，其中，所述模擬量信號(hào)包括電壓信號(hào)、電流信號(hào)、溫度信號(hào)和濕度信號(hào)；所述狀態(tài)量信號(hào)包括環(huán)網(wǎng)柜的分位信號(hào)、合位信號(hào)和儲(chǔ)能位置信號(hào)；所述控制量信號(hào)包括分閘信號(hào)和合閘信號(hào)；所述信號(hào)之間通過(guò)不同接線端子相互隔離。

本實(shí)用新型所述的數(shù)字式一體化智能環(huán)網(wǎng)柜，其中，所述母線PT單元由負(fù)荷開(kāi)關(guān)/隔離開(kāi)關(guān)、熔斷器、避雷器、電壓互感器、帶電顯示器組成；所述環(huán)進(jìn)單元由負(fù)荷開(kāi)關(guān)/接地開(kāi)關(guān)、避雷器、電流互感器、帶電顯示器組成；所述饋出單元由斷路器、隔離/接地開(kāi)關(guān)、避雷器、電流互感器、帶電顯示器組成；所述環(huán)出單元由負(fù)荷開(kāi)關(guān)/接地開(kāi)關(guān)、避雷器、電流互感器、帶電顯示器組成。

本實(shí)用新型所述的數(shù)字式一體化智能環(huán)網(wǎng)柜，其中，所述母線PT單元、環(huán)進(jìn)單元、饋出單元、環(huán)出單元和站所終端由左至右依次排列、相互緊靠放置；所述電源模塊位于母線PT單元的上層，所述三相電壓互感器位于母線PT單元的下層；電流互感器位于環(huán)網(wǎng)柜每個(gè)間隔單元的下層。

本實(shí)用新型數(shù)字式一體化智能環(huán)網(wǎng)柜與現(xiàn)有技術(shù)相比，其突出效果在于：

(1)針對(duì)目前一體化智能環(huán)網(wǎng)柜存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型根據(jù)一體化智能環(huán)網(wǎng)柜實(shí)際運(yùn)行情況和影響一體化智能環(huán)網(wǎng)柜運(yùn)行的根本原因出發(fā)，對(duì)一體化智能環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行進(jìn)一步深度融合，在環(huán)網(wǎng)柜本體內(nèi)部每一間隔單元都安裝一個(gè)智能組件，每一間隔單元里所有的狀態(tài)量、控制量、模擬量通過(guò)智能組件進(jìn)行集中處理，統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為光數(shù)字信號(hào)傳遞給站所終端；

(2)站所終端與環(huán)網(wǎng)柜本體之間不再有航插及電纜線，每一間隔單元只有一根三芯傳遞光數(shù)字信號(hào)的光纜及一根兩芯的電源線，這樣不僅簡(jiǎn)化了接線，對(duì)環(huán)網(wǎng)柜每一間隔單元內(nèi)部所有的信號(hào)通過(guò)智能組件統(tǒng)一處理后轉(zhuǎn)變?yōu)槲ㄒ坏墓鈹?shù)字信號(hào)傳遞到站所終端，解決了強(qiáng)弱信號(hào)間的干擾問(wèn)題及模擬量信號(hào)衰減的問(wèn)題，從而提高了一體化智能環(huán)網(wǎng)柜產(chǎn)品性能及安全穩(wěn)定運(yùn)行。

(3)環(huán)網(wǎng)柜各間隔單元的部件位置緊密，安裝簡(jiǎn)潔方便，接線距離短，避免了信號(hào)間的相互干擾和衰減情況。

下面結(jié)合附圖說(shuō)明和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型所述的數(shù)字式一體化智能環(huán)網(wǎng)柜作進(jìn)一步說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型數(shù)字式一體化智能環(huán)網(wǎng)柜的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型數(shù)字式一體化智能環(huán)網(wǎng)柜的原理示意圖；

圖3為本實(shí)用新型數(shù)字式一體化智能環(huán)網(wǎng)柜的信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸?shù)氖疽鈭D。

具體實(shí)施方式

結(jié)合圖1所示，數(shù)字式一體化智能環(huán)網(wǎng)柜，包括可采集母線電壓的母線PT單元1、可作為環(huán)網(wǎng)柜電纜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的一路電源進(jìn)線的環(huán)進(jìn)單元2、可用于環(huán)網(wǎng)出線且末端連接用戶負(fù)載的饋出單元3、可作為環(huán)網(wǎng)柜電纜網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電源出線且連接下一個(gè)環(huán)網(wǎng)柜的環(huán)出單元4、上行可接收配電主站系統(tǒng)下發(fā)的命令且下行可接收處理光數(shù)字信號(hào)的站所終端5、智能組件6以及可將AC220V電壓轉(zhuǎn)換成DC48/DC24V工作和操作電源的電源模塊9；

智能組件6安裝于環(huán)網(wǎng)柜每個(gè)間隔單元的電纜室左上端，智能組件6包括可接收模擬量信號(hào)和狀態(tài)量信號(hào)的數(shù)據(jù)采集模塊、可輸出控制量信號(hào)對(duì)環(huán)網(wǎng)柜每個(gè)間隔單元進(jìn)行分合閘操作的控制輸出模塊、可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的CPU模塊、可將站所終端5的CPU模塊中的電數(shù)字信號(hào)和光數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換并雙向傳輸?shù)墓怆娹D(zhuǎn)換模塊、可為智能組件6提供工作電源的電源模塊。模擬量信號(hào)包括電壓信號(hào)、電流信號(hào)、溫度信號(hào)和濕度信號(hào)；狀態(tài)量信號(hào)包括環(huán)網(wǎng)柜的分位信號(hào)、合位信號(hào)和儲(chǔ)能位置信號(hào)；控制量信號(hào)包括分閘信號(hào)和合閘信號(hào)；所述信號(hào)之間通過(guò)不同接線端子相互隔離。

母線PT單元1內(nèi)設(shè)有可采集母線三相電壓并用于電壓測(cè)量、計(jì)量、保護(hù)和供電的三相電壓互感器7，三相電壓互感器7通過(guò)接插件或電源線為智能組件6及環(huán)網(wǎng)柜每個(gè)間隔單元提供操作電源和工作電源。

環(huán)網(wǎng)柜每個(gè)間隔單元內(nèi)均設(shè)有可實(shí)時(shí)采集線路三相電流值并通過(guò)接插件傳遞給智能組件6的電流互感器8，用于計(jì)量、測(cè)量、保護(hù)。

站所終端5的上行通過(guò)通信模塊與配電主站系統(tǒng)連接，接收配電主站系統(tǒng)下發(fā)的遙測(cè)、遙信、遙控及定值整定命令；站所終端5的下行接收環(huán)網(wǎng)柜每個(gè)間隔單元中的智能組件6的光數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行光數(shù)字信號(hào)的處理、計(jì)算、分析、輸出及存儲(chǔ)。

智能組件6中的CPU模塊采用型號(hào)為STM32f407VG的DSC芯片；智能組件6的控制信號(hào)輸出側(cè)和電源信號(hào)的輸入側(cè)均設(shè)有TLP112光耦隔離；光電轉(zhuǎn)換模塊中的光電轉(zhuǎn)換器的型號(hào)為HTB-3100A/B-25KM，接口類型為RJ-45，符合IEC802.3及IEEE802.3u協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，工作電源為DC5V，傳輸速率可達(dá)10/100Mbps，最大傳輸距離為20000米。智能組件6通過(guò)電源線10獲取來(lái)自電源模塊9的DC48/DC24V工作進(jìn)線電源。智能組件6將光數(shù)字信號(hào)通過(guò)光纜11傳遞給站所終端5，信號(hào)傳輸遵循IEC61850-5-104標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約。

其中，母線PT單元1由負(fù)荷開(kāi)關(guān)/隔離開(kāi)關(guān)、熔斷器、避雷器、電壓互感器、帶電顯示器組成，用于母線電壓的測(cè)量、計(jì)量、保護(hù)和供電的作用，所有智能組件及環(huán)網(wǎng)柜每個(gè)間隔單元的操作電源，工作電源均由此獲得。

環(huán)進(jìn)單元2由負(fù)荷開(kāi)關(guān)/接地開(kāi)關(guān)、避雷器、電流互感器(計(jì)量/測(cè)量/保護(hù))、帶電顯示器組成。

饋出單元3由斷路器、隔離/接地開(kāi)關(guān)、避雷器、電流互感器(計(jì)量/測(cè)量/保護(hù))、帶電顯示器組成。

環(huán)出單元4由負(fù)荷開(kāi)關(guān)/接地開(kāi)關(guān)、避雷器、電流互感器(計(jì)量/測(cè)量/保護(hù))、帶電顯示器組成。

母線PT單元1、環(huán)進(jìn)單元2、饋出單元3、環(huán)出單元4和站所終端5由左至右依次排列、相互緊靠放置；電源模塊9位于母線PT單元1的上層，所述三相電壓互感器7位于母線PT單元1的下層；電流互感器8位于環(huán)網(wǎng)柜每個(gè)間隔單元的下層。

智能組件6安裝于環(huán)網(wǎng)柜每個(gè)間隔單元的電纜室左上端，此處安裝空間大，靠近電流互感器與環(huán)網(wǎng)柜各間隔單元上部的操作機(jī)構(gòu)，對(duì)于獲取模擬量、狀態(tài)量和控制量都很簡(jiǎn)潔方便，接線距離短，避免了信號(hào)間的相互干擾和衰減情況。

智能組件6包括：(1)數(shù)據(jù)采集模塊：接收電流互感器、電壓互感器和各種溫濕度等傳感器采集的電壓電流和溫濕度模擬量信號(hào)，接收微斷開(kāi)關(guān)采集的環(huán)網(wǎng)柜各種合位、分位、儲(chǔ)能位置、低氣壓等狀態(tài)信號(hào)。(2)控制輸出模塊：輸出控制量信號(hào)對(duì)環(huán)網(wǎng)柜每個(gè)間隔單元進(jìn)行分合閘操作。(3)CPU模塊：主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，將模擬量、狀態(tài)量全部轉(zhuǎn)換成電數(shù)字信號(hào)，同時(shí)接受饋線終端的控制命令，進(jìn)行規(guī)約的解析及打包發(fā)送。(4)光電轉(zhuǎn)換模塊：將電數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成光數(shù)字信號(hào)傳遞給站所終端5，同時(shí)，將站所終端5的光數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成電數(shù)字信號(hào)傳遞給CPU模塊。(5)電源模塊：為智能組件6提供5V的工作電源。

結(jié)合圖2所示，數(shù)字式一體化智能環(huán)網(wǎng)柜的工作原理為：

數(shù)字式一體化智能環(huán)網(wǎng)柜在傳統(tǒng)的環(huán)網(wǎng)柜電纜室內(nèi)部加裝智能組件6，主要將環(huán)網(wǎng)柜每個(gè)間隔單元的狀態(tài)量、電壓互感器/電流互感器及各種傳感器采集的模擬量轉(zhuǎn)化為光數(shù)字信號(hào)，通過(guò)光纜將光數(shù)字信號(hào)傳遞給站所終端5，同時(shí)，接收站所終端5的光數(shù)字信號(hào)，光數(shù)字信號(hào)傳輸遵循IEC61850-5-104標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約。

智能組件6里的CPU采用的型號(hào)為STM32f407VG的DSC芯片，芯片的內(nèi)部資源很多，存儲(chǔ)容量大，價(jià)格便宜，同時(shí)ARM芯片有以太網(wǎng)通信接口，也能產(chǎn)生PWM波，能快速處理和輸出模擬量、數(shù)字量、控制量等。對(duì)控制信號(hào)輸出、電源信號(hào)輸入增加TLP112光耦隔離，保證輸入輸出信號(hào)的穩(wěn)定性和抗干擾性。采用型號(hào)為HTB-3100A/B-25KM的光電轉(zhuǎn)換器，接口類型為RJ-45，符合IEC802.3及IEEE802.3u協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，工作電源為DC5V，傳輸速率可達(dá)10/100Mbps，最大傳輸距離為20000米，工作溫濕度完全符合電力行業(yè)對(duì)電力產(chǎn)品的環(huán)境溫濕度要求。

結(jié)合圖3所示，數(shù)字式一體化智能環(huán)網(wǎng)柜信號(hào)轉(zhuǎn)換及傳輸：

智能組件6與環(huán)網(wǎng)柜每一間隔單元之間的源信號(hào)有模擬量(電壓/電流/溫度/濕度等)、狀態(tài)量(分位/合位/儲(chǔ)能等)和控制量(分閘/合閘)，這些源信號(hào)之間通過(guò)不同的接線端子相互隔離，不會(huì)產(chǎn)生不同信號(hào)之間的相互干擾。智能組件6中的CPU將源信號(hào)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成唯一的電數(shù)字信號(hào)或?qū)㈦姅?shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成源信號(hào)中的控制量信號(hào)。智能組件6中的光電轉(zhuǎn)換器及站所終端的光電轉(zhuǎn)換器主要將電數(shù)字信號(hào)與光數(shù)字信號(hào)相互轉(zhuǎn)換后進(jìn)行雙向傳輸，遵循IEC61850-5-104標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約，最后站所終端5的CPU對(duì)電數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析、處理、存儲(chǔ)及應(yīng)用。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本實(shí)用新型的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。