开关装置、电能表费控系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种电能表技术领域，尤其是涉及一种开关装置、电能表费控系统及其控制方法。

背景技术：

目前，电网中的电能表费控系统主要包括由电能表及外置断路器，外置断路器受控于电能表，实现欠费自动分闸、续费自动合闸的智能费控功能。外置断路器由控制电路、电机驱动模块、电机、位置检测电路、传动机构、断路器组成。其中，控制电路接收电能表的费控信号后发送指令给电机驱动电路，控制电机旋转，带动传动机构完成断路器的分合闸，实现欠费分闸、续费合闸的功能。其中传动机构需要具有足够的强度，且电机需要供给足够的功率才能可靠运作，导致电能表费控系统结构和装配工艺复杂且功耗大。

技术实现要素：

本发明主要是解决现有技术中电能表费控系统结构和装配工艺复杂和功耗大的问题，提供了一种开关装置、电能表费控系统及其控制方法。开关装置中采用磁保持继电器，能够节省能源。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种开关装置，所述开关装置包括控制模块和若干个磁保持继电器，所述控制模块用于接收控制信号并控制磁保持继电器分合闸，所述控制模块包括控制电路、用于接收控制信号的控制信号接收电路、用于驱动磁保持继电器动作的驱动电路、电流检测电路以及断电检测电路，所述磁保持继电器内设置有电流检测组件，电流检测电路连接在电流检测组件与控制电路之间，断电检测电路用于检测磁保持继电器进线一侧的相线电压并将检测到的电压信号输出给控制电路，磁保持继电器连接用电线路并控制用电线路的通断。本发明中设置有与磁保持继电器相配合的控制模块，实现智能费控的功能，代替了现有的电能表外置断路器电路，无需采用电机驱动电路对断路器进行驱动，更加节能，降低了成本。本发明通过驱动电路来控制继电器置位和复位，工作时只需加上脉冲，随后无需任何驱动，大大节省了能量，降低了消耗。

作为一种优选方案，所述电流检测组件包括检测电阻或电流互感器，控制电路根据检测电阻或电流互感器采集到的电压/电流信号进行运算并判断用电线路是否过载或短路。本方案使得控制电路还能够对磁保持继电器上的电流进行检测，由控制电路根据电位差计算出每一相的电流值，可以实现短路和过载保护功能。

作为一种优选方案，所述控制模块还包括状态指示电路，状态指示电路连接控制电路并用于指示磁保持继电器的分合闸状态。

作为一种优选方案，所述控制模块还包括手动/自动操作模式选择开关和手动按钮，手动/自动操作模式选择开关和手动按钮连接控制电路，当用户通过手动/自动操作模式选择开关选择自动操作模式时，控制电路根据接收到的控制信号控制磁保持继电器分合闸；当用户通过手动/自动操作模式选择开关选择手动操作模式时，用户能操作手动按钮，控制电路根据用户对手动按钮的操作控制磁保持继电器分合闸。通过手动/自动操作模式选择开关提供手动和自动控制功能的选择。当选择手动时，发送信号到控制电路，控制电路不处理来自电能表的费控信号，磁保持继电器的通断依靠手动操作。当选择自动时，磁保持继电器的通断状态自动受控于电能表的费控信号，即欠费分闸，续费自动合闸。通过手动按钮实现磁保持继电器触点的控制，按下手动按钮后发送信号到控制电路，由控制电路控制操作。当且仅当电网有电、未欠费的情况下，用户可以通过手动按钮实现磁保持继电器触点的通断控制，当发生欠费时，即使用户按下手动按钮也不合闸。

作为一种优选方案，当控制信号为预定值时，控制电路被限制根据用户对手动按钮的操作控制磁保持继电器分合闸。

作为一种优选方案，所述控制模块和所述磁保持继电器均具有模数化结构的壳体，控制模块与磁保持继电器的壳体铆接在一起。

本发明还提供一种电能表费控系统，所述开关装置连接一电能表，开关装置接收来自电能表的控制信号并根据控制信号控制磁保持继电器分合闸。

作为一种优选方案，所述开关装置的控制模块还包括反馈电路，所述反馈电路的输入端连接磁保持继电器的用户接线端，输出端连接控制电路和电能表。反馈电路输入端连接在磁保持继电器与负载连接的出线端即用户接线端，反馈电路用于采集磁保持继电器出线端的三相电源信号，然后反馈给电能表，控制电路控制反馈电路的工作。

本发明还提供一种电能表费控系统控制方法，包括：

给所述系统上电，控制电路通过控制信号接收电路接收来自电能表的控制信号，控制电路通过电流检测电路及电流检测组件采集流经磁保持继电器电流信号以判断磁保持继电器的负载情况，并通过断电检测电路检测磁保持继电器进线一侧的相线电压以判断用电线路是否有电；

当控制电路接收到的控制信号为欠费信号时，控制电路控制磁保持继电器分闸，断开用电线路；

当控制电路接收到的控制信号为续费信号时，控制电路控制磁保持继电器合闸，闭合用电线路。

作为一种优选方案，控制方法还包括：

若控制电路判断磁保持继电器负载端的用电线路过载或短路，则控制电路输出信号控制磁保持继电器分闸；

若用电线路无电，则保持磁保持继电器的分合闸状态不变，若用电线路有电，则控制电路根据电能表的控制信号控制磁保持继电器分合闸。

因此，本发明的优点是：

设置有与磁保持继电器相配合的控制模块，实现智能费控的功能，代替了现有的电能表外置断路器电路，无需采用电机驱动电路对断路器进行驱动，更加节能，降低了成本。

通过驱动电路来控制继电器置位和复位，工作时只需加上脉冲，随后无需任何驱动，大大节省了能量，降低了消耗。

附图说明

图1是本发明中费控系统的一种结构框架示意图；

图2是本发明开关装置中磁保持继电器的一种内部结构示意图；

图3是本发明开关装置中控制模块的一种内部结构示意图；

图4是本发明开关装置中控制模块与磁保持继电器铆接在一起的结构示意图；

图5是本发明开关装置中控制模块的驱动电路的第一实施方式的电路结构示意图；

图6是本发明开关装置中控制模块的驱动电路的第二实施方式的电路结构示意图。

1-电能表2-控制模块3-磁保持继电器4-控制信号接收电路5-控制电路6-驱动电路7-线圈8-电流检测组件9-电流检测电路10-状态指示电路11-断电检测电路12-手动/自动操作模式选择开关13-手动按钮14-反馈电路20-控制模块壳体30-壳体31-静触头32-静触头接线板33-动触头34-动触头接线板35-接线端子36-衔铁组件37-轭铁组件361-衔铁362-衔铁支架363-推动板371-上轭铁372-下轭铁。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

一种电能表费控系统，如图1所示，包括电能表1及开关装置，开关装置包括控制模块2及磁保持继电器3，其中磁保持继电器3的数量可以为一个或多个。磁保持继电器3连接在用电线路上，通过对磁保持继电器3中动静触点的合闸或分闸操作能够控制用电线路的通断。控制模块2连接在电能表1与磁保持继电器3之间，控制模块2接收来自电能表1的控制信号，并根据控制信号控制磁保持继电器3分合闸。其中控制信号可以是欠费信号或续费信号，当控制信号为欠费信号时，控制模块2控制磁保持继电器3分闸，断开用电线路；当控制信号为续费信号时，控制模块2控制磁保持继电器3合闸，闭合用电线路。控制模块2包括控制电路5、控制信号接收电路4、驱动电路6，其中，控制模块2中的控制信号接收到电路4从电能表1接收控制信号后输出信号至控制电路5，控制电路5对接收到的信号进行处理、运算后输出信号至驱动电路6，驱动电路6控制磁保持继电器3的分合闸动作。控制电路5包括电源电路及微控制器，电源电路为微控制器提供电源。

控制模块2还包括电流检测电路9，磁保持继电器3包括线圈7及电流检测组件8，线圈7连接控制模块2的驱动电路6，电流检测电路9连接在电流检测组件8与控制电路5之间，电流检测组件8可以是电流互感器或检测电阻，例如锰铜电阻。其中，电流检测组件8采集流经磁保持继电器3的电流信号，并将采集到的电流信号输出至电流检测电路9，电流检测电路9对所述电流信号处理后输出信号至控制电路5，控制电路5根据电流检测电路9采集到的电压/电流信号进行处理、运算并以此判断磁保持继电器3的负载情况，即判断磁保持继电器3负载端的用电线路是否过载或短路。具体的，当电流检测组件8检测到的电流信号低于预定值时，则判断磁保持继电器3处于正常负载状态；当电流检测组件8检测到的电流信号高于预定值时，则判断磁保持继电器3过载或短路，并在判断用电线路过载或短路之后控制磁保持继电器3分闸，从而实现对用电线路的过载或短路保护。具体的，当控制电路5判断电流检测电路9检测到的信号在预定时间内超过预定值，则判断用电线路过载或短路，并输出信号至驱动电路6，驱动电路6驱动磁保持继电器3分闸。

控制模块2还包括断电检测电路11，断电检测电路11连接控制电路5。断电检测电路11连接磁保持继电器进线端的一侧，用于检测进线一侧的相线电压，并将检测到的电压信号处理后输出至控制电路5，控制电路5根据接收到的信号判断用电线路是否有电。当控制电路5接收到的控制信号为欠费信号，而用电线路没有电时，则保持磁保持继电器3的分合闸状态不变，若用电线路有电，则控制磁保持继电器3分闸。当控制电路5接收到的控制信号为续费信号，而用电线路没有电时，则保持磁保持继电器3的分合闸状态不变，若用电线路有电，则控制磁保持继电器3合闸。如此，控制电路5在接收控制信号时，除了检测判断磁保持继电器3的分合闸状态外，还可以检测判断用电线路是否有电，进一步确保对磁保持继电器3的操作的可靠性。

控制模块2还包括反馈电路14，反馈电路14连接在电能表1与磁保持继电器3之间，反馈电路14从磁保持继电器3的出线端获取采集用户接线端的电压信号，并将电压信号处理后输出信号至电能表1，电能表1以此判断磁保持继电器3动作后的分合闸状态是否与控制信号匹配。当电能表1输出的控制信号为欠费信号时，若反馈电路14获取到的电压信号超过预定值，则电能表1判断磁保持继电器3处于合闸状态，即磁保持继电器3没有正常断开用电线路或者存在窃电的可能，此时电能表1报警。当电能表1输出的控制信号为续费信号时，若反馈电路14获取到的电压信号低于预定值，则电能表1判断磁保持继电器3处于分闸状态，即磁保持继电器没有正常闭合电路，用户缴费后仍无法正常用电，电能表1报警。另外，反馈电路14还连接控制电路5，反馈电路14从磁保持继电器3获取用户接线端的电压后，将电压信号处理后输出信号至控制电路5，控制电路5以此判断磁保持继电器3的分合闸状态，即判断磁保持继电器3有没有在控制电路5发出信号给驱动电路6后在驱动电路6的控制下正常完成分合闸动作。

控制模块2还包括手动/自动操作模式选择开关12及手动按钮13，手动/自动操作模式选择开关12及手动按钮13连接至控制电路5，用户可以通过手动/自动操作模式选择开关12切换手动操作模式或自动操作操作。在手动操作模式下，用户可以通过手动按钮13控制磁保持继电器3分合闸。另外，如果用户欠费，即电能表1向控制模块2发出的控制信号为欠费信号，用户无法通过手动按钮13控制磁保持继电器分合闸，即揭示用户通过手动/自动操作模式选择开关12选择了手动操作模式，控制模块2的控制电路5也不会响应用户对手动按钮13的操作而控制磁保持继电器3分合闸，此时控制电路5只响应于电能表1输出的控制信号。在自动操作模式下，用户无法通过手动按钮13控制磁保持继电器3分合闸，此时，控制电路5根据电能表1的控制信号控制磁保持继电器3分合闸。

控制模块2还包括状态指示电路10，状态指示电路10连接控制电路5，控制电路5输出信号至状态指示电路10，状态指示电路10根据信号指示磁保持继电器的分合闸状态。

如图2所示，为本发明开关装置中磁保持继电器3的内部结构示意图，磁保持继电器3的外壳结构为与本领域内小型断路器外壳结构相同的模数化结构。磁保持继电器3包括壳体30、静触头31、静触头接线板32、动触头33、动触头接线板34、接线端子35、衔铁组件36、轭铁组件37、线圈7和电流检测组件8。其中，壳体30为模数化结构，所述壳体30包括左右侧板、上下侧板及前后侧板（图中只显示出前后侧板中的一个），紧靠壳体的左右侧板内侧分别设置有一个接线端子35，下侧板的中间部位向壳体30内侧凹陷形成一个凹陷部，通过该凹陷部可以将壳体30固定在外部导轨上，上侧板的中间部位向背离下侧板的方向凸出。静触头31、动触头33、衔铁组件36、轭铁组件37及线圈7靠近设置在上侧板向外凸出后在壳体30内侧形成的容纳空间中。轭铁组件37包括穿过线圈7的铁芯（图中未示出）及分别位于线圈7上下两端的上轭铁371及下轭铁372，上轭铁371及下轭铁372与铁芯接触或一体成型。衔铁组件36包括衔铁361、衔铁支架362及推动板363，衔铁361装设在衔铁支架362的左右两侧，衔铁支架362装设在壳体30上并能绕支架中心旋转。推动板363一端连接衔铁支架362，另一端连接动触头33。线圈7通电后衔铁361被轭铁组件37吸引而转动，并带动衔铁支架362转动，从而推动推动板363，推动板363带动动触头33与静触头31接触或分离，即控制磁保持继电器3合闸或分闸。如图1所示，线圈7连接控制模块2中的驱动电路6，驱动电路6给线圈7供电。静触头31通过静触头接线板32及接线端子35连接至用电线路，动触头33通过动触头接线板34及接线端子连接至用电线路，通过控制动触头33与静触头31接触或分离可以控制用电线路的通断。在本实施方式中，电流检测组件8包括检测电阻，检测电阻连接在动触头接线板34上，检测电阻通过导线（图中未示出）连接至如图1中所示的电流检测电路9及反馈电路14已将检测到的流经磁保持继电器3的电流信号输出至电流检测电路9及反馈电路14。可以理解的是，电流检测组件8也可以采用电流互感器，通过将电流互感器套设在动触头接线板34或静触头接线板32上实现电流信号的采集。

如图3所示，所述控制模块2的外壳结构是与磁保持继电器3的外壳结构相似的模数化结构，控制模块2装设在控制模块壳体20内。

如图4所示，控制模块2的控制模块壳体20与磁保持继电器3的壳体30通过铆钉铆接在一起。

如图5所示，为本发明开关装置中控制模块2的驱动电路6的第一实施方式的电路原理图，在本实施方式中，磁保持继电器3的线圈采用单线圈，包括线圈l1，驱动电路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、三极管q1、三极管q2、三极管q3、三极管q4、三极管q5、三极管q6，电阻r1一端连接电源，电阻r1另一端分别连接到电阻r5一端和三极管q1集电极，三极管q1基极连接电阻r3一端，电阻r3另一端连接控制电路5的第一控制信号输出端p1，三极管q1发射极分别连接电阻r4一端和三极管q2的基极，电阻r4另一端接地，三极管q2集电极连接线圈l1第一端a，三极管q2发射极接地，电阻r5另一端与三极管q5基极连接，三极管q5的发射极连接电源vcc，三极管q5集电极连接线圈l1第二端b，电阻r2一端连接电源vcc，电阻r2另一端分别连接到电阻r6一端和三极管q4集电极，三极管q4基极连接电阻r8一端，电阻r8另一端连接控制电路5的第二控制信号输出端p2，三极管q4发射极分别连接电阻r7一端和三极管q3的基极，电阻r7另一端接地，三极管q3集电极连接线圈l1第二端b，三极管q3发射极接地，电阻r6另一端与三极管q6基极连接，三极管q6的发射极连接电源vcc，三极管q6集电极连接线圈l1第一端a。驱动电路6由控制电路5第一控制信号输出端p1和第二控制信号输出端p2发出控制信号，第二控制信号输出端p2为高电平时线圈l1中有正向电流，第一控制信号输出端p1为高电平时线圈l1中有反向电流。当第二控制信号输出端p2为高电平，第一控制信号输出端p1为低电平时，三极管q3、q4、q6导通，三极管q3、q4、q6的导通时间优选超过200ms即可，而三极管q1、q2、q5截止，流经线圈l1的电流方向为电源vcc—三极管q6—线圈l1第一端—线圈l1第二端—三极管q3—地，继电器线圈获取脉冲信号后，继电器置位。当第二控制信号输出端p2为低电平，第一控制信号输出端p1为高电平时，三极管q1、q2、q5导通，三极管q1、q2、q5的导通时间优选超过200ms即可，而三极管q3、q4、q5截止，流经线圈l1的电流方向为电源vcc—三极管q5—线圈l1第二端—线圈l1第一端—三极管q2—地，继电器线圈获取脉冲信号后，继电器复位。当第二控制信号输出端p2为低电平，第一控制信号输出端p1为低电平时，三极管都截止，线圈l1无电流。

如图6所示，为为本发明开关装置中控制模块2的驱动电路6的第二实施方式的电路原理图，在本实施方式中，磁保持继电器3的线圈采用采用双线圈，包括线圈l2和线圈l3，驱动电路6包括电阻r9、电阻r10、三极管q7、三极管q8，线圈l2一端连接电源，线圈l2另一端连接三极管q7集电极，三极管q7基极连接电阻r9一端，电阻r9另一端连接控制电路第一控制信号输出端p1，三极管q9发射极接地，线圈l3一端连接电源，线圈l3另一端连接三极管q8集电极，三极管q8基极连接电阻r10一端，电阻r10另一端连接控制电路第二控制信号输出端p2，三极管q8发射极接地。其中线圈l2为复位线圈，线圈l3为置位线圈。控制电路第一控制信号输出端p1和第二控制信号输出端p2发出控制信号，第二控制信号输出端为高电平时线圈l3中有电流，第一控制信号输出端位高电平时线圈l2中有电流。具体的，当第二控制信号输出端p2为高电平，第一控制信号输出端p1为低电平时，三极管q8导通，三极管q8的导通时间优选超过200ms即可，三极管q7截止，电流方向为电源vcc—线圈l3—三极管q8—地。当第二控制信号输出端p2为低电平，第一控制信号输出端p1为高电平时，三极管q7导通，三极管q7的导通时间优选超过200ms即可，三极管q8截止，电流方向为电源vcc—线圈l2—三极管q7—地。当第二控制信号输出端p2为低电平，第一控制信号输出端p1为低电平时，三极管都截止，线圈均无电流。

如图1所示的本发明实施例的电能表费控系统，其控制方法为给所述电能表费控系统上电，上电后，控制模块2接收来自电能表1的控制信号，并检测磁保持继电器3的分合闸状态及磁保持继电器3进线一侧的相线电压以判断用电线路是否有电。具体地，控制模块2通过控制信号接收电路4接收来自电能表1的控制信号，控制信号为欠费信号或续费信号，控制信号接收电路4接收到电能表1的控制信号后输出信号至控制电路5，控制电路5对接收到的信号进行处理运算后输出信号至驱动电路6，驱动电路6控制磁保持继电器3的分合闸动作。具体地，控制模块2还可以通过控制电路5及电流检测电路9检测到的信号判断用电线路是否过载或短路，并在判断发生过载或短路时发送驱动信号至驱动电路5控制磁保持继电器3分闸，从而实现对用电线路的过载和短路保护。具体地，控制模块2中的电流检测电路9获取电流检测组件8采集的电流信号，并将电流信号处理后输出信号至控制电路5，若电流检测组件8采集到的电流信号超过预定值，则判断磁保持继电器3处于过载或短路状态，并在判断用电线路过载或短路后控制继电器分闸；若电流检测组件8采集到的电流信号低于预定值，则判断磁保持继电器3处于正常工作状态。具体地，控制模块2通过控制电路5及断电检测电路11检测、判断磁保持继电器3相线一侧的相线电压，并将电压信号处理后输出信号至控制电路5，控制电路5以此判断用电线路是否有电，若判断用电线路无电，则保持磁保持继电器3分合闸状态不变，若判断用电线路有电，则控制电路5根据电能表1的控制信号控制磁保持继电器3分合闸。具体地，控制模块2中的反馈电路14连接在电能表1与磁保持继电器3之间，反馈电路14的输入端获取磁保持继电器用于端的电压后将电压信号进行处理并输出信号至电能表1，电能表1以此判断磁保持继电器3的分合闸状态是否与控制信号匹配，当电能表1的控制信号为欠费信号时，若获取到的电压信号超过预定值，则判断磁保持继电器3处于合闸状态，电能表1报警；当电能表1的控制信号为续费信号时，若获取到的电压信号低于预定值，则判断磁保持继电器3处于分闸状态，电能表报警。另外，反馈电路14还接连至控制电路5，所述反馈电路14采集流经磁保持继电器3用户接线端的电压信号，并将所述电压信号处理后输出信号至控制电路5，控制电路5以此判断磁保持继电器3的分合闸状态。另外，当用户通过手动/自动操作模式选择开关12选择手动操作模式时，控制模块2中的控制电路5根据用户对手动按钮13的操作控制磁保持继电器3分合闸；当用户通过手动/自动操作模式选择开关13选择自动操作模式时，控制模块2根据电能表1的控制信号控制磁保持继电器3分合闸。具体地，当控制信号为欠费信号时，控制模块2中的控制电路5被限制根据用户对手动按钮13的操作控制磁保持继电器3分合闸。另外，状态指示电路10指示磁保持继电器3的分合闸状态，在磁保持继电器3的状态改变后，状态指示电路10能够及时指示磁保持继电器3改变后的分合闸状态。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了电能表、控制模块、磁保持继电器等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。