一种数字式一体化智能柱上开关的制作方法

本实用新型涉及输配电开关装置领域，特别是涉及一种柱上开关。

背景技术：

柱上开关广泛应用于架空网络的重要节点上，作为配电网主干线重要的分段、联络、分界、分支节点，起到对配电网线路的运行监视和对故障线路的快速判断、定位、隔离和恢复供电的作用，在电力系统输配电中柱上开关成为配电网中不可或缺的产品，直接关系到电网的安全性和可靠性。

如何更好的提高柱上开关设备在安全性、可靠性、小型化、智能化、创新性、环保性等方面的功能及性能，是技术人员竞相研究的课题。

然而，目前市场上的一体化智能柱上开关还是分开独立设计的，主要包括柱上开关本体(由一次厂家设计)、馈线终端FTU(由二次厂家设计)、电源PT(由PT厂家设计)三部分独立构成，三者之间通过航空接插件及电缆线连接起来，组成一体化智能柱上开关，这种独立设计，分开供货后再组装并不是严格意义上的一体化智能柱上开关，在实际使用过程中存在很多问题：

1、作为馈线终端FTU要将柱上开关本体的二次信号通过航插及电缆引进来，不但信号线接头多，航插焊接工作量较大，易出错。而且同一信号存在不同的引用，导致了信号的重复采集，可靠性差。

2、安装于柱上开关本体里面的电流互感器采集的电流信号通过航插及电缆线传输到馈线终端，柱上开关本体到馈线终端FTU的电缆线一般在7米以上，由于航插及电缆线存在阻抗，对传递到馈线终端的电流信号有一定的衰减，虽然对柱上开关本体或馈线终端本身单独做电流精度检测实验时都在合理误差范围内(0.5％级)，但是，一旦通过对一体化柱上开关成套设备做检测时，测量准确度偏差较大，不符合检测的精度标准。

3、柱上开关本体与馈线终端FTU之间传递的信号有控制量(AC220V/DC220V/DC48V/DC24V等)、状态量(24V)、模拟量等，这些不同的信号通过柱上开关本体一个26芯航插及电缆线统一传输到馈线终端FTU，强电弱电都集中在一根航插电缆线上，信号之间存在干扰，特别是控制信号与状态信号之间相互干扰导致状态信号误采、漏采，控制信号与状态信号的干扰直接影响模拟量的采集精度。

因此，目前市场上的一体化智能柱上开关并没有实现真正意义上的一体化及智能化，严重影响一体化智能柱上开关产品性能，甚至影响配电网的安全运行。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种数字式一体化智能柱上开关，解决了目前柱上开关的控制信号与状态信号之间相互干扰导致状态信号误采、漏采的问题。

一种数字式一体化智能柱上开关，包括柱上开关本体、通过光缆和第一电源线与柱上开关本体相连接的馈线终端FTU、通过第二电源线与馈线终端FTU相连接的电压互感器；所述光缆插接于馈线终端FTU的面板左下角的光缆航插口中；所述第一电源线插接于馈线终端FTU的面板右下角的电源航插口a中；所述第二电源线插接于馈线终端FTU的面板右上角的电源航插口b中；

所述柱上开关本体内部设有智能组件，智能组件包括可接收模拟量信号和状态量信号的数据采集模块、可输出控制量信号对柱上开关进行分合闸操作的控制输出模块、可进行数据处理的CPU模块、可将馈线终端FTU中的CPU模块的电数字信号和光数字信号进行相互转换并双向传输的光电转换模块、可为智能组件提供工作电源的电源模块。

本实用新型所述的数字式一体化智能柱上开关，其中，所述柱上开关本体内部的电源进线侧设有可实时采集线路三相电流值并通过接插件传递给智能组件的相电流互感器；所述柱上开关本体内部的负荷侧设有可实时采集线路零序电流值并通过接插件传递给智能组件的零序电流互感器。

本实用新型所述的数字式一体化智能柱上开关，其中，所述智能组件将光数字信号通过光缆传输给馈线终端FTU，信号传输遵循IEC61850-5-104标准规约。

本实用新型所述的数字式一体化智能柱上开关，其中，所述馈线终端FTU的上行通过通信模块与配电主站系统连接，接收配电主站系统下发的遥测、遥信、遥控及定值整定命令；馈线终端FTU的下行接收智能组件的光数字信号，进行光数字信号的处理、计算、分析、输出及存储。

本实用新型所述的数字式一体化智能柱上开关，其中，所述馈线终端FTU通过第一电源线向柱上开关本体及智能组件提供操作及工作电源；所述电压互感器通过第二电源线向馈线终端FTU提供AC220V工作电源。

本实用新型所述的数字式一体化智能柱上开关，其中，所述智能组件中的CPU模块采用型号为STM32f407VG的DSC芯片；智能组件的控制信号输出测和电源信号输入侧均设有TLP112光耦隔离；所述光电转换模块中的光电转换器的型号为HTB-3100A/B-25KM，接口类型为RJ-45，符合IEC802.3及IEEE802.3u协议标准，工作电源为DC5V，传输速率可达10/100Mbps，最大传输距离为20000米。

本实用新型所述的数字式一体化智能柱上开关，其中，所述模拟量信号包括电压信号、电流信号、温度信号和湿度信号；所述状态量信号包括柱上开关的分位信号、合位信号和储能位置信号；所述控制量信号包括分闸信号和合闸信号；所述信号之间通过不同接线端子相互隔离。

本实用新型所述的数字式一体化智能柱上开关，其中，所述柱上开关本体内部还设有温湿度传感器、分合闸真空断路器、箱体、进出线接线柱及电缆航插接口。

本实用新型所述的数字式一体化智能柱上开关，其中，所述柱上开关本体内置SF6气体，并设有真空灭弧室，柱上开关本体的外壳为全绝缘全密封不锈钢；柱上开关本体上设有贯穿于柱上开关本体左侧壁上的进接线柱，进接线柱的内侧位于柱上开关本体内且固定有相电流互感器；柱上开关本体上设有贯穿于柱上开关本体右侧壁上的出接线柱，出接线柱的内侧位于柱上开关本体内且固定有零序电流互感器；进接线柱与出接线柱之间有分合闸真空断路器。柱上开关本体内的智能组件，通过4个螺栓柱固定于柱上开关本体左上角箱体内。

本实用新型所述的数字式一体化智能柱上开关，其中，所述馈线终端FTU的面板上设有分合闸旋钮，旋钮向左旋转45°为分闸状态，旋钮向右旋转45°为合闸状态。

本实用新型数字式一体化智能柱上开关与现有技术相比，其突出效果在于：

(1)针对目前一体化智能柱上开关存在的问题，本实用新型根据一体化智能柱上开关实际运行情况和影响一体化智能柱上开关运行的根本原因出发，对一体化智能柱上开关进行进一步深度融合，在柱上开关本体内部安装智能组件，将所有的状态量、控制量、模拟量通过智能组件进行集中处理，统一转化为光数字信号传递给馈线终端FTU；

(2)馈线终端与柱上开关本体之间不再有航插及电缆线，只有一根三芯传递光数字信号的光缆及一根两芯的电源线，不仅简化了接线，而且对柱上开关内部所有的信号通过智能组件统一处理后转变为唯一的光数字信号传递到馈线终端FTU，解决了强弱信号间的干扰问题及模拟量信号衰减的问题，从而提高了一体化智能柱上开关产品性能及安全稳定运行。

下面结合附图说明和具体实施例对本实用新型所述的数字式一体化智能柱上开关作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型数字式一体化智能柱上开关的结构示意图；

图2为本实用新型数字式一体化智能柱上开关的原理示意图；

图3为本实用新型数字式一体化智能柱上开关的信号转换及传输的示意图。

具体实施方式

结合图1所示，数字式一体化智能柱上开关，包括柱上开关本体1、通过光缆5和第一电源线6与柱上开关本体1相连接的馈线终端FTU7、通过第二电源线8与馈线终端FTU7相连接的电压互感器9；光缆5插接于馈线终端FTU7的面板左下角的光缆航插口中；所述第一电源线6插接于馈线终端FTU7的面板右下角的电源航插口a中；所述第二电源线8插接于馈线终端FTU7的面板右上角的电源航插口b中；

柱上开关本体1内部设有智能组件2，智能组件2包括可接收模拟量信号和状态量信号的数据采集模块、可输出控制量信号对柱上开关进行分合闸操作的控制输出模块、可进行数据处理的CPU模块、可将馈线终端FTU7和CPU模块中的电数字信号和光数字信号进行相互转换并双向传输的光电转换模块、可为智能组件2提供工作电源的电源模块。

柱上开关本体1内部的电源进线侧设有可实时采集线路三相电流值并通过接插件传递给智能组件2的相电流互感器3；柱上开关本体1内部的负荷侧设有可实时采集线路零序电流值并通过接插件传递给智能组件2的零序电流互感器4；柱上开关本体1内部设有电流互感器、温湿度传感器、分合闸真空断路器、箱体、进出线接线柱、绝缘附件及电缆航插接口。

智能组件2将光数字信号通过光缆5传输给馈线终端FTU7，信号传输遵循IEC61850-5-104标准规约。

馈线终端FTU7的上行通过通信模块与配电主站系统连接，接收配电主站系统下发的遥测、遥信、遥控及定值整定命令；馈线终端FTU7的下行接收智能组件2的光数字信号，进行光数字信号的处理、计算、分析、输出及存储。馈线终端FTU7通过第一电源线6向柱上开关本体1及智能组件2提供操作及工作电源；电压互感器9通过第二电源线8向馈线终端FTU7提供AC220V工作电源。馈线终端FTU7的面板上设有分合闸旋钮，旋钮向左旋转45°为分闸状态，旋钮向右旋转45°为合闸状态。

智能组件2中的CPU模块采用型号为STM32f407VG的DSC芯片；智能组件2的控制信号输出测和电源信号输入侧均设有TLP112光耦隔离；所述光电转换模块中的光电转换器的型号为HTB-3100A/B-25KM，接口类型为RJ-45，符合IEC802.3及IEEE802.3u协议标准，工作电源为DC5V，传输速率可达10/100Mbps，最大传输距离为20000米。

所述模拟量信号包括电压信号、电流信号、温度信号和湿度信号；所述状态量信号包括柱上开关的分位信号、合位信号和储能位置信号；所述控制量信号包括分闸信号和合闸信号；所述信号之间通过不同接线端子相互隔离。

柱上开关本体1内部还设有温湿度传感器、分合闸真空断路器、箱体、进出线接线柱、绝缘附件及电缆航插接口。

柱上开关本体1上设有贯穿于柱上开关本体1左侧壁上的进接线柱，进接线柱的内侧位于柱上开关本体1内且固定有相电流互感器3；柱上开关本体1上设有贯穿于柱上开关本体1右侧壁上的出接线柱，出接线柱的内侧位于柱上开关本体1内且固定有零序电流互感器4，进接线柱与出接线柱之间有分合闸真空断路器；

柱上开关本体1内的智能组件，通过4个螺栓柱固定于柱上开关本体1左上角箱体内。柱上开关本体1内置SF6气体，并设有真空灭弧室，柱上开关本体1的外壳为全绝缘全密封不锈钢，可承受潮湿、多沙多尘的恶劣环境，内置丰富的传感器及电流互感器，将模拟量，状态量传递给智能组件2，同时，接收智能组件2的控制输出信号，对柱上开关进行分合闸操作。

智能组件2安装于柱上开关本体内部，处于全绝缘全密封的不锈钢箱体内部，能大大提高智能组件的工作寿命和抗干扰性能。其中，数据采集模块主要接收电流互感器和各种温湿度等传感器采集的电流和温湿度模拟量信号，接收微断开关采集的柱上开关各种合位、分位、储能位置等状态信号；控制输出模块主要输出控制信号对柱上开关进行分合闸操作；CPU模块主要进行数据的处理，将模拟量、状态量全部转换成电数字信号，同时接受馈线终端的控制命令，进行规约的解析及打包发送；光电转换模块主要将电数字信号转换成光数字信号传递给馈线终端FTU7，同时将馈线终端FTU7的光数字信号转换成电数字信号传递给CPU模块；电源模块为智能组件2提供5V的工作电源。

结合图2所示，数字式一体化智能柱上开关的工作原理为：

数字式一体化智能柱上开关在传统的柱上开关内部加装智能组件2，主要将柱上开关的状态量、电流互感器及各种传感器采集的模拟量转化为光数字信号，通过光缆将光数字信号传递给馈线终端FTU，同时，接收馈线终端FTU的光数字信号，光数字信号传输遵循IEC61850-5-104标准规约。

智能组件2里的CPU模块采用的型号为STM32f407VG的DSC芯片，芯片的内部资源很多，存储容量大，价格便宜，同时ARM芯片有以太网通信接口，也能产生PWM波，能快速处理和输出模拟量、数字量、控制量等。同时，对控制信号输出、电源信号输入增加TLP112光耦隔离，保证输入输出信号的稳定性和抗干扰性。采用型号为HTB-3100A/B-25KM的光电转换器，接口类型为RJ-45，符合IEC802.3及IEEE802.3u协议标准，工作电源为DC5V，传输速率可达10/100Mbps，最大传输距离为20000米，工作温湿度完全符合电力行业对电力产品的环境温湿度要求。

结合图3所示，数字式一体化智能柱上开关信号转换及传输：

智能组件2与柱上开关本体1之间的源信号有模拟量(电压/电流/温度/湿度等)、状态量(分位/合位/储能等)和控制量(分闸/合闸)，这些源信号之间通过不同的接线端子相互隔离，不会产生不同信号之间的相互干扰。智能组件2中的CPU模块将源信号统一转换成唯一的电数字信号或将电数字信号转换成源信号中的控制量信号。智能组件2中的光电转换器及馈线终端FTU7中的光电转换器主要将电数字信号与光数字信号相互转换后进行双向传输，遵循IEC61850-5-104标准规约。最后馈线终端FTU7的CUP模块对电数字信号进行分析、处理、存储及应用。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。