專利名稱：一種用于戶外柱上開關的控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
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的控制系統(tǒng)。
背景技術：
國內的中壓(10kV、20kV)配電網中，架空線路大量存在，隨著智能化電網建設的不斷推進，如何將相對復雜的中壓架空線路設備納入智能化監(jiān)控管理的范疇成為智能化配電網建設的關鍵問題。為了有效地保護中壓配電線路，隔離故障點，配電線路中經常需要安裝一些戶外柱上開關，戶外柱上開關上的保護器也應運而生。這類保護器的保護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，自動切斷電源來達到保護下級負載及供電線路的目的，確保配電網在電流過載時不被燒毀。同時，在配網中加入控制器后，還可以用于故障隔離和手拉手供電控制。在配電網發(fā)生故障時，可以對故障進行隔離，把故障區(qū)域從電網中隔離出去。在故障區(qū)域被隔離后，戶外柱上開關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，戶外柱上開關及其控制器的廣泛使用，對于配電網的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。然而就目前而言，在現(xiàn)有的戶外柱上開關及其控制器的日常使用和維護過程中， 存在以下問題1)操作安全性傳統(tǒng)戶外柱上開關及其控制器需要維護人員用爬桿或利用特種車輛的云梯提升的方式進行維護，屬于接觸性維護，是帶電操作，這需要確保設備的有效接地，否則存在嚴重的安全隱患；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的維護及時性和配電網的運行可靠性；2)操作簡易性傳統(tǒng)的戶外柱上開關控制器操作繁瑣，通過撥碼開關整定數(shù)據(jù)不直觀，容易操作錯誤而影響配電線路的正常運行，給用戶的生產生活帶來影響；3)故障分析傳統(tǒng)的戶外柱上開關控制器無法紀錄故障時的波形數(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和運行進行優(yōu)化。4)缺乏遠程通信接口 由于遠程通信接口的缺失，設備無法在遠端進行操作，柱上開關僅能起到故障保護功能，無法實現(xiàn)手拉手供電，故障隔離后的非故障區(qū)域無法自動恢復供電，柱上開關對于配網建設的意義因此大打折扣。隨著配電網建設的進行，電網的規(guī)模在不斷擴大，復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量的要求也越來越高，這些都要求供電公司以更高標準和更快的速度維護處理配電網發(fā)生的故障。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺陷而提供一種用于戶外柱上開關的控制系統(tǒng)，它操作簡單，界面友善，功能齊全，能實現(xiàn)對戶外柱上開關的遠程控制，保證維修人員安全。同時，它具有的故障錄波功能方便維護人員查找故障原因。實現(xiàn)上述目的的技術方案是一種用于戶外柱上開關的控制系統(tǒng)，無線連接一上位機，實現(xiàn)對電網上的戶外柱上開關的控制，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采集模擬信號，并將該模擬信號轉換為數(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，接收所述微處理器的控制信號，驅動所述戶外柱上開關脫扣分閘；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的控制系統(tǒng)，其中，所述電源單元包括電源電路和外設電源，所述外設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上的電壓互感器。上述的用于戶外柱上開關的控制系統(tǒng)，其中，所述外設電源為鉛酸電池。上述的用于戶外柱上開關的控制系統(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 (通用分組無線服務技術)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。上述的用于戶外柱上開關的控制系統(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)的產品那樣需要爬桿來進行參數(shù)設置和開合閘操作，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，對戶外柱上開關參數(shù)的設置相當直觀，比起傳統(tǒng)的撥碼開關等界面更加友善，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行相當智能地切換，這樣既保護了電池的使用壽命，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、小電流接地、分合閘故障保護、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的控制系統(tǒng)的結構示意圖；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
以下結合附圖對本實用新型的具體實施例作詳細說明。請參閱圖1和圖2，本實用新型的用于戶外柱上開關的控制系統(tǒng)，無線連接一上位機8，實現(xiàn)對電網(圖中未示)上的戶外柱上開關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(圖中未示)采集模擬信號，并將該模擬信號轉換為數(shù)字信號傳送給微處理器1，該模擬信號為電網的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，當故障時驅動戶外柱上開關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)的相關操作和對其運行狀態(tài)進行監(jiān)視。具體地說，電源單元2包括電源電路21和外設電源22，外設電源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)，并且可以經電源電路21中的逆變電路產生用于柱上開關的AV220V(交流電 220V電壓)；電源電路21還接收電網上的電壓互感器9提供的AV220V，并經電源電路21中的變壓器和整流電路得到所述控制系統(tǒng)所需的DC24V ；當外設電源22的電壓低于保護值時，電源電路21自動斷開外設電源22，這樣很好的保護外設電源22的使用壽命；當電網上的電壓互感器9得電且電壓大于缺省值的80%時，戶外柱上開關10的控制電源由電壓互感器9提供。當電網上的電壓互感器9的電壓小于缺省值的80%時，戶外柱上開關10的控制電源由外設電源22供電；這樣既保護了外設電源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利用電磁感應原理，通過檢測導線電流產生的電磁場，將電網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，所以在進入A/D采樣313之前先進入抗混疊濾波電路 312進行濾波，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10的正常工作電流和故障電流相差可能達到幾十倍，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10的遠程控制。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的合閘。繼電器具有電平轉換的功能，同時繼電器的開啟或閉合會產生很強的電磁干擾，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該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，若仍保持，則確認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實時采集電網的模擬信號，并經過濾波、 A/D轉換、運放等得到所需的數(shù)字信號，該數(shù)字信號經由微處理器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動戶外柱上開關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操作和運行狀態(tài)進行監(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口 TMS320F28335浮點DSP高速采樣應算芯片和 LPC1766單片機控制芯片相結合的新型高壓開關控制裝置，能快速穩(wěn)定的完成對高壓開關的監(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)的產品那樣需要爬桿來進行參數(shù)設置和開合閘操作，只需通過無線通信單元即可完成這些操作；操作簡單，對戶外柱上開關參數(shù)的設置相當直觀，比起傳統(tǒng)的撥碼開關等界面更加友善，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行相當智能地切換，這樣既保護了電池的使用壽命，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、 小電流接地、分合閘故障保護、二次重合閉鎖和故障記錄等功能。以上結合附圖實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域中普通技術人員可根據(jù)上述說明對本實用新型做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節(jié)不應構成對本實用新型的限定，本實用新型將以所附權利要求書界定的范圍作為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種用于戶外柱上開關的控制系統(tǒng)，無線連接一上位機，實現(xiàn)對電網上的戶外柱上開關的控制，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采集模擬信號，并將該模擬信號轉換為數(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，接收所述微處理器的控制信號，驅動所述戶外柱上開關脫扣分閘；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)權利要求1所述的用于戶外柱上開關的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述電源單元包括電源電路和外設電源，所述外設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上的電壓互感器。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于戶外柱上開關的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述外設電源為鉛酸電池。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的用于戶外柱上開關的控制系統(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)權利要求1所述的用于戶外柱上開關的控制系統(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)權利要求1所述的用于戶外柱上開關的控制系統(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。
7.根據(jù)權利要求1所述的用于戶外柱上開關的控制系統(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的模擬信號轉換為數(shù)字信號并傳給所述微處理器；所述微處理器進行故障判定，如故障則輸出控制信號給所述控制輸出單元以驅動戶外柱上開關脫扣分閘；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)對戶外柱上開關的遠程控制，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