专利名称：路灯专用型远程无线控制多重保护节电系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种路灯专用型远程无线控制多重保护节电系统，适用于城市路灯照明节能控制，属于路灯节能设备。
背景技术：
随着城市规模不断扩大，路灯数量增多，路灯控制管理也已经发展为以计算机为核心的自动化、网络化的管理水平。路灯节电、节能设备也得到了广泛的应用。
中国专利公开了一种"智能多重保护自动节电器"(专利号
ZL200820076248.6)，它由主回路和自动控制电路组成；主回路包括节电电抗器、第一空气幵关、第二空气开并、检修旁路空气开关、联锁接触器、节电回路接触器、自动旁路接触器；自动控制电路由检测电路、模数变换器、中央处理器、执行电路、显示电路、控制开关及预置输入电路、声光报警电路组成。上述自动节电器的缺点是检修回路不能自动切换、需要手动切换；无功补偿系统不能根据线路上的无功功率自动补偿，节电效果不佳；不能进行远程无线控制及通讯。发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术中的缺点，而提供一种具有远程无线控制及通讯、节电效果更加明显、保护完善、控制方便的路灯专用型远程无线控制多重保护节电系统。本实用新型解决其技术问题采用如下技术方案本实用新型由负载检测单元、通讯单元、移动报警终端、电压及电流传感器电路、自动控制及执行电路、第一空气断路器、节电主回路、自动旁路回路、检修旁路回路、电流互感器、无功自动补偿电路组成；实时检测路灯工作状态的负载检测单元通过无线通讯与通讯单元相连接，通讯单元通过GPRS网络与工控中心通讯，工控中心通过GPRS网络与移动报警终端通讯；所述通讯单元与所述自动控制及执行电路的通讯接口双向连接；所述第一空气断路器的输入端接三相交
流电源的A相、B相、C相、及零线N，第一空气断路器的输出端分
别经节电主回路，自动旁路回路、检测旁路回路接负载；
所述自动控制及执行电路的输入端接电压及电流传感器电路的
输出端，其输出端分别接所述节电主回路、自动旁路回路、检修旁路
回路及无功自动补偿电路的控制端，自动控制及执行电路的电源端接
第一空气断路器的输出端；电压及电流传感器电路的电源端接第一空
气断路器的输出端；
所述无功自动补偿电路的输入端接所述电流互感器的输出端，其
输出端分别接节电主回路和自动旁路回路的共用输出端；无功自动补
偿电路的电源端接第一空气断路器的输出端。本实用新型的有益效果如下
(1) 本系统的节电电抗器采用高导磁材料制作铁芯，自损极小、重量轻、体积小，可抑制三相电压不平衡，克服高次谐波。
(2) 检修旁路回路的设置能够保证PLC故障时自动切断节电主回路，导通检修旁路回路，保证路灯正常点亮，无需人工切换自动完成。
(3) 本系统中运用无功自动补偿技术，根据线路情况自动把线路功率因数补偿到用户的设定值，改善了负载运行环境，节电效果更加明显。
(4) 本系统使用GPRS网络，不仅实现了所有远程站之间或远程站和工控中心之间低成本的双向数据通讯。工控中心也可远程控制本系统工作。
(5) 移动报警终端体积小，可以随身携带，当路灯故障时能够报警提醒用户，并能显示故障路灯地址，实时了解路灯系统运行情况。
(6) 本系统可保存控制参数，可脱离工控中心独立长期自动运行，且保留手动控制功能，操作人员可以直接拨动手动开关，控制接触器通断。
(7) 本系统具有完善的保护措施，PLC预置过电流自动旁路保护电流值，预置欠电压自动旁路保护电压值。当线路电压、电流达到预设值时，自动切换到自动旁路回路运行。
(8)由于本系统采用PLC作为中央处理单元，比现有技术节电 器更加稳定可靠，反应快，软件的各参数如保护值、延时值更方便修 改设定，以适应不同现场、不同客户的要求。
图l为本实用新型的原理框图2为节电主回路、自动旁路回路、检修旁路回路的电路原理图； 图3为自动控制及执行电路的电路原理图4为电压及电流传感器电路及无功自动补偿控制器电路的电 路原理图。
具体实施方式
由图1-4所示的实施例可知，它由负载检测单元、通讯单元、移 动报警终端、电压及电流传感器电路、自动控制及执行电路、第一空 气断路器、节电主回路、自动旁路回路、检修旁路回路、电流互感器、 无功自动补偿电路组成；实时检测路灯工作状态的负载检测单元通过 无线通讯与通讯单元相连接，通讯单元通过GPRS网络与工控中心通 讯，工控中心通过GPRS网络与移动报警终端通讯；所述通讯单元与 所述自动控制及执行电路的通讯接口双向连接；所述第一空气断路器 的输入端接三相交流电源的A相、B相、C相、及零线N,第一空气 断路器的输出端分别经节电主回路，自动旁路回路、检测旁路回路接 负载；
所述自动控制及执行电路的输入端接电压及电流传感器电路的 输出端，其输出端分别接所述节电主回路、自动旁路回路、检修旁路 回路及无功自动补偿电路的控制端，自动控制及执行电路的电源端接 第一空气断路器的输出端；电压及电流传感器电路的电源端接第一空 气断路器的输出端；
所述无功自动补偿电路的输入端接所述电流互感器的输出端，其 输出端分别接节电主回路和自动旁路回路的共用输出端；无功自动补 偿电路的电源端接第一空气断路器的输出端。
所述负载检测单元采用数据采集数传模块，其型号为SRWF-102(生产厂家为上海桑锐电子科技有限公司)；
所述通讯单元TD由调制解调器TJQ、收发器SFQ组成；调制解 调器TJQ的RS232 口通过电缆PC/PPI与所述自动控制及执行电路 ZKZL中的控制器PLC的RS232 口相连接；收发器SFQ通过电缆与调 制解调器TJQ的天线接口相连接，调制解调器TJQ的型号为SINAUT MD720-3;收发器SFQ的型号为ANT794-掘R;所述移动报警终端采用 手机。
所述自动控制及执行电路ZKZL由控制器PLC、模数转换器A/D， 接触器CP1-PC8、继电器J1、转换开关NK1-服2、按钮开关SB1-SB2、 指示灯HD1-HD5组成；接触器CP1-CP8的一端分别依次接控制器PLC 的Q0.0-Q0.5端、Q1.0端、Ql. l端，它们的另一端均接第一空气断 路器QF1的输出端零线N'，指示灯HD1-HD4分别依次与接触器CP1、 CP4-CP6并联；继电器Jl接在控制器PLC的QO. 7端与所述零线N' 端之间，指示灯HD5与继电器J1并联；控制器PLC的电源端N端接 所述零线N'端；控制器PLC的电源端L1端经单相空气断路器QF5 接第一空气断路器QF1的输出端A'相；
按钮开关SB1-SB2的一端分别接控制器PLC的10. O端和10. 1端， 它们的另一端均接控制器PLC的L+端；转换开关NK1-NK2的一端分 别接控制器PLC的II. 0端和II. 1端，它们的另一端相接控制器PLC 的L+端；
接触器CP6、 CP5、 CP2、 CP1、 CP4、 CP3的常开触点CP6-2、 CP5-2、 CP2-2、 CP1-2、 CP4-2、 CP3-2的一端分别依次接控制器PLC的 10. 2-10. 7端，它们的另一端均接控制器PLC的L+端；
控制器PLC与模数转换器A/D为插接连接，控制器PLC的型号为 西门子CPU224,模数转换器A/D的型号为EM231;控制器PLC的1M 端、2M端、M端并接后与模数转换器A/D的M端相连接；控制器PLC 的M端与所述调制解器TJQ的OV端相连接；模数转换器AD的C+端 与C-端相连接，并且其D+端与D-端相连。
于所述电压及电流传感器电路由电流互感器CTX1-CTX3、电压转 换开关KV、电流转换开关KA、电压表V、电流表A、电度表DDB组成；电压转换开关KV的输入端分别接第一空气断路QF1的输出端A'相、 B'相、C'相，电压转换开关KV的输出端接电压表V，电压表V的 输出端V01-V02分别接模数转换器A/D的B+端、B-端；
所述电度表DDB的输入端2脚、5脚、8脚分别依次接所述A' 相、B'相、C'相，电流表DDB的输入端10脚与ll脚并接后接所述 的N'相；电流表DDB的输出端1脚、4脚、7脚分别依次经电流互 感器CTXl-CTX3接电流转换开关KA的输入端，电流转换开关KA的输 出端接电流表A，电流表A的输出端A01-A02分别接模数转换器A/D 的A+端、A-端，模数转换器A/D的A+端与RA端相连接；电流互感器 CTXl-CTX3分别套在所述A'相、B'相、C'相的相线上。
所述节电主回路由接触器CP2-CP8的常开触点CP2-1——CP8-1， 节电电抗器DKQ组成；所述节电电抗器DKQ的输入端IN经常开触点 CP7-1接所述A'相、B'相、C'相，节电电抗器DKQ的输出端OUT 依次经常开触点CP2-1、常开触点CP8-1接负载FZ，负载FZ的零线 端N接所述N'相；
节电电抗器DKQ的RA1端、RB1端、RC1端依次经常开触点CP5-1、 常开触点CP4-1接所述N'相，并且节电电抗器DKQ的RA1端、RBI 端、RC1端依次经常开触点CP3-1接节电电抗器DKQ的输出端OUT; 节电电抗器DKQ的RA2端、RB2端、RC2端依次经常开触点CP6-1、 常开触点CP4-1接所述的N'相；常开触点CP3-1与常开触点CP4-1
为机械互锁联动触点，即当一个闭合时，另一个断开。
所述自动旁路回路由常开触点CP7-1、常开触点CP1-1、常开触 点CP8-1组成；所述A'相、B'相、C'相依次经常开触点CP7-1、 常开触点CP1-1、常开触点CP8-1接负载FZ的A相、B相、C相。
所述检修旁路回路由接触器CP9、继电器Jl的常闭触点Jl-2、 蜂鸣器FQ1、指示灯HD6组成；所述A'相、B'相、C'相经接触器 CP9的常开触点CP9-1接负载FZ的A相、B相、C相；接触器CP9与 常闭触点J1-2串联后接在A'相、与所述零线N'之间，指示灯HD6 与蜂鸣器FQ1并联后再与接触器CP9并联。
所述无功自动补偿电路由无功补偿控制器电路和无功补偿电容器组电路DRZ组成；无功补偿控制器电路由无功补偿控制器WBQ、继 电器Jl的常开触点Jl-1、接触器CP10-CP12、热保护器FR1-FR3的 常闭触点FR1-1——FR3-1组成；无功补偿控制器WBQ的电源端Ub、 Uc分别接所述的C'相、相，其V端经常开触点Jl-l接所述A' 相，其输入端la端和In端接电流互感器CTX4，电流互感器CTX4套 在所述A'相的相线上；接触器CP10-CP12分别与常闭触点FR1-FR3 串联后分别接在无功补偿控制器WBQ的输出端1脚-3脚与所述N'相 之间；无功补偿控制器WBQ的型号为JKL5CF-12;
所述无功补偿电容器组电路DRZ由电容器组CI-C3、热保护器 FR1-FR3、接触器CP10-CP12的常开触点CP10-1——CP12-1、第二至 第四空气断路器QF2-QF4组成；每个电容器组由三个电容接成三角形 接法；三个电容器组分别组成三路结构相同的补偿电路，其中第一路 电容补偿电路的结构如下电容组C1依次经热保护器FR1、常开触 点CP10-1、第二空气断路器QF2接于常开触点CP2-1与常开触点 CP8-1的节点处；其它两路电容补偿电路也接于上述节点处。
本实施例的工作过程如下(参见图2-4):
1、节电状态工作过程(1)启动过程转换开关NK1闭合(节
电位置)，PLC输出使常开触点CP7-1、 CP8-1、 CP1-1吸合，当PLC 通过电流传感器检测到第一空气断器下的相线通过的电流达到预设 值时，常开触点CP3-1闭合，延时5分钟后CP2-1闭合，2秒钟后CPl-l 断开，CP5-l闭合，同进常开触点CP4-1接通、CP3-l断开(CP3-1、 CP4-1带机械互锁联动)，此时电路转至节电一档运行，状态指示灯 HD3显示(此时启动过程结束即节电电抗器DKQ进入一档运行状态)。 (2)无功自动补偿电路工作过程当电流互感器CTX4检测到第一空 气断路器QF1下A'相有电流通过时，无功自动补偿器WBQ自动检测 线路上的无功功率，当检测到电源的功率因数低于设定的功率因数值 时自动投入一组电容；当检测到电源的功率因数高于设定的功率因数 值时自动切除一组电容，例如用户将功率因数设定为0.95，此时电 容组C1与电容组C2已投入运行，若某时刻电路功率因数波动，电源 上功率因数下降到0.85，低于设定值0.95，则电容组C3投入运行；若某时刻电路功率因数波动，电源上功率因数上升到0.98，高于设 定值0.95，则切除电容组C3，使功率因数稳定在0.95。 (3)档位转 换过程当一档运行状态运行的设定的时间到达后，CP5-1断开，CP6-1 闭合，此时节电主回路工作在节电二档工作状态。根据需要节电电抗 器DKQ可以设置三个档位或更多档位，节电效果更加明显，但负载端 电压将会随着档位的提高而降低。(4)故障保护如果PLC得到检测 的电流测量值大于PLC内部预置的电流保护值，或电压测量值低于 PLC内部预值的电压保护值，经过延时5分钟，PLC将发出信号断开 CP4-1，接通CP3-1，同时常开触点CP1-1吸合，同时相应档位上的 常开触点CP5-1或CP6-l断开，两秒钟后，CP2-l失电断开，电路由 节电状态转至自动旁路回路状态，PLC通过通讯单元将故障信息通过 GPRS网络发送给工控中心，工控中心再通过GPRS网络把故障信息及 故障地址发送给移动报警终端，通知用户设备故障信息及故障设备的 地址。在节电状态或自动旁路回路状态运行中，如PLC自检出故障， 不能正常工作，则所有由PLC直接控制的接触器、继电器均断开，当 继电器Jl断开时其常闭触点J1-2闭合，接触器CP9得电，其常开触 点CP9-1闭合，此时自动由检修旁路回路给负载供电。检修状态下继 电器Jl断开时其常开触点Jl-1断开，此时无功自动补偿器WBQ虽能 检测线路功率因数但不能进行自动无功补偿。
2、 旁路状态工作过程当转换开关NK1断开时(旁路位置)，闭 合第一空气断路器QF1， PLC输出使常开触点CP7-1、 CP8-1、 CP卜1 吸合，电流经过常开触点CP1-1至负载工作，此时工作在自动旁路回 路状态，HD1点亮指示状态。无功自动补偿回路的工作过程同节电状 态时相同。
3、 当本节电系统与工控中心相连时，负载检测单元检测到有路 灯不工作时与工控中心通讯，工控中心将信息发送至移动报警终端， 报警显示故障路灯的地址提醒用户。
4、 当本节电系统工控与工控中心相连时，可与工控中心通讯， 工控中心可检测系统运行状态，显示系统运行参数，控制本系统的启 动、停止等工作。
权利要求1、路灯专用型远程无线控制多重保护节电系统，其特征在于它由负载检测单元、通讯单元、移动报警终端、电压及电流传感器电路、自动控制及执行电路、第一空气断路器、节电主回路、自动旁路回路、检修旁路回路、电流互感器、无功自动补偿电路组成；实时检测路灯工作状态的负载检测单元通过无线通讯与通讯单元相连接，通讯单元通过GPRS网络与工控中心通讯，工控中心通过GPRS网络与移动报警终端通讯；所述通讯单元与所述自动控制及执行电路的通讯接口双向连接；所述第一空气断路器的输入端接三相交流电源的A相、B相、C相、及零线N，第一空气断路器的输出端分别经节电主回路，自动旁路回路、检测旁路回路接负载；所述自动控制及执行电路的输入端接电压及电流传感器电路的输出端，其输出端分别接所述节电主回路、自动旁路回路、检修旁路回路及无功自动补偿电路的控制端，自动控制及执行电路的电源端接第一空气断路器的输出端；电压及电流传感器电路的电源端接第一空气断路器的输出端；所述无功自动补偿电路的输入端接所述电流互感器的输出端，其输出端分别接节电主回路和自动旁路回路的共用输出端；无功自动补偿电路的电源端接第一空气断路器的输出端。
2、 根据权利要求1所述的路灯专用型远程无线控制多重保护节电系统，其特征在于所述负载检测单元采用数据采集数传模块，其型号为SRWF-102;所述通讯单元TD由调制解调器TJQ、收发器SFQ组成；调制解调器TJQ的RS232 口通过电缆PC/PPI与所述自动控制及执行电路ZKZL中的控制器PLC的RS232 口相连接；收发器SFQ通过电缆与调制解调器TJQ的天线接口相连接，调制解调器TJQ的型号为SINAUTMD720-3;收发器SFQ的型号为ANT794-4MR;所述移动报警终端采用手机。
3、 根据权利要求2所述的路灯专用型远程无线控制多重保护节电系统，其特征在于所述自动控制及执行电路ZKZL由控制器PLC、模数转换器A/D，接触器CP1-PC8、继电器J1、转换开关NK1-NK2、按钮开关SB1-SB2、指示灯HD1-HD5组成；接触器CP1-CP8的一端分别依次接控制器PLC的Q0.0-Q0.5端、Q1.0端、Ql. 1端，它们的另一端均接第一空气断路器QF1的输出端零线N'，指示灯HD1-HD4分别依次与接触器CP1、 CP4-CP6并联；继电器Jl接在控制器PLC的Q0.7端与所述零线N'端之间，指示灯HD5与继电器J1并联；控制器PLC的电源端N端接所述零线N'端；控制器PLC的电源端L1端经单相空气断路器QF5接第一空气断路器QF1的输出端A'相；按钮开关SB1-SB2的一端分别接控制器PLC的10, 0端和10. 1端，它们的另一端均接控制器PLC的L+端；转换开关NK1-NK2的一端分别接控制器PLC的II. 0端和II. 1端，它们的另一端相接控制器PLC的L+端；接触器CP6、 CP5、 CP2、 CP1、 CP4、 CP3的常开触点CP6-2、 CP5-2、CP2-2、 CP1-2、 CP4-2、 CP3-2的一端分别依次接控制器PLC的10. 2-10. 7端，它们的另一端均接控制器PLC的L+端;控制器PLC与模数转换器A/D为插接连接，控制器PLC的型号为CPU224，模数转换器A/D的型号为EM231;控制器PLC的1M端、2M端、M端并接后与模数转换器A/D的M端相连接；控制器PLC的M端与所述调制解器TJQ的OV端相连接；模数转换器AD的C+端与C-端相连接，并且其D+端与D-端相连。
4、根据权利要求3所述的路灯专用型远程无线控制多重保护节电系统，其特征在于所述电压及电流传感器电路由电流互感器CTX1-CTX3、电压转换开关KV、电流转换开关KA、电压表V、电流表A、电度表DDB组成；电压转换开关KV的输入端分别接第一空气断路QF1的输出端A'相、B'相、C'相，电压转换开关KV的输出端接电压表V，电压表V的输出端V01-V02分别接模数转换器A/D的B+端、B-端；所述电度表DDB的输入端2脚、5脚、8脚分别依次接所述A'相、相、C'相，电流表DDB的输入端IO脚与ll脚并接后接所述的N'相；电流表DDB的输出端1脚、4脚、7脚分别依次经电流互感器CTXl-CTX3接电流转换开关KA的输入端，电流转换开关KA的输出端接电流表A，电流表A的输出端AOl-A02分别接模数转换器A/D的A+端、A-端，模数转换器A/D的A+端与RA端相连接；电流互感器CTXl-CTX3分别套在所述A'相、B'相、C'相的相线上。
5、 根据权利要求4所述的路灯专用型远程无线控制多重保护节电系统，其特征在于所述节电主回路由接触器CP2-CP8的常开触点CP2-1——CP8-1，节电电抗器DKQ组成；所述节电电抗器DKQ的输入端IN经常开触点CP7-1接所述A'相、B'相、C'相，节电电抗器DKQ的输出端OUT依次经常开触点CP2-1、常开触点CP8-1接负载FZ，负载FZ的零线端N接所述N'相；节电电抗器DKQ的RA1端、RB1端、RC1端依次经常开触点CP5-1、常开触点CP4-1接所述N'相，并且节电电抗器DKQ的RA1端、RB1端、RC1端依次经常开触点CP3-1接节电电抗器DKQ的输出端OUT;节电电抗器DKQ的RA2端、RB2端、RC2端依次经常开触点CP6-1、常开触点CP4-1接所述的N'相；常开触点CP3-1与常开触点CP4-1为机械互锁联动触点，即当一个闭合时，另一个断开。
6、 根据权利要求5所述的路灯专用型远程无线控制多重保护节电系统，其特征在于所述自动旁路回路由常开触点CP7-1、常开触点CP1-1、常开触点CP8-1组成；所述A'相、B'相、C'相依次经常开触点CP7-1、常开触点CP1-1、常开触点CP8-1接负载FZ的A相、B相、C相。
7、 根据权利要求6所述的路灯专用型远程无线控制多重保护节电系统，其特征在于所述检修旁路回路由接触器CP9、继电器Jl的常闭触点J1-2、蜂鸣器FQ1、指示灯HD6组成；所述A'相、B'相、C'相经接触器CP9的常幵触点CP9-1接负载FZ的A相、B相、C相；接触器CP9与常闭触点J1-2串联后接在A'相、与所述零线N'之间，指示灯HD6与蜂鸣器FQ1并联后再与接触器CP9并联。
8、 根据权利要求7所述的路灯专用型远程无线控制多重保护节电系统，其特征在于所述无功自动补偿电路由无功补偿控制器电路和无功补偿电容器组电路DRZ组成；无功补偿控制器电路由无功补偿控制器WBQ、继电器J1的常开触点Jl-1、接触器CP10-CP12、热保护器FR1-FR3的常闭触点FR1-1——FR3-1组成；无功补偿控制器WBQ的电源端Ub、lic分别接所述的C'相、B'相，其V端经常开触点Jl-l接所述A'相，其输入端Ia端和In端接电流互感器CTX4，电流互感器CTX4套在所述A'相的相线上；接触器CP10-CP12分别与常闭触点FR1-FR3串联后分别接在无功补偿控制器WBQ的输出端1脚-3脚与所述N'相之间；无功补偿控制器WBQ的型号为JKL5CF-12;所述无功补偿电容器组电路DRZ由电容器组C1-C3、热保护器FR1-FR3、接触器CP10-CP12的常开触点CP10-1——CP12-1、第二至第四空气断路器QF2-QF4组成；每个电容器组由三个电容接成三角形接法；三个电容器组分别组成三路结构相同的补偿电路，其中第一路电容补偿电路的结构如下电容组CI依次经热保护器FR1、常开触点CP10-1、第二空气断路器QF2接于常开触点CP2-1与常开触点CP8-1的节点处；其它两路电容补偿电路也接于上述节点处。
专利摘要本实用新型涉及一种路灯专用型远程无线控制多重保护节电系统，适用于城市路灯照明节能控制，属于路灯节能设备。本实用新型由负载检测单元、通讯单元、移动报警终端、电压及电流传感器电路、自动控制及执行电路、第一空气断路器、节电主回路、自动旁路回路、检修旁路回路、电流互感器、无功自动补偿电路组成。本实用新型的有益效果是具有远程无线控制及通讯、节电效果更加明显、保护完善、控制方便。
文档编号H02J3/18GK201430709SQ200920103519
公开日2010年3月24日 申请日期2009年7月1日 优先权日2009年7月1日
发明者邢建忠 申请人:邢建忠