一种用于数字化改造的深度融合式数字传感器设备的制作方法

本发明属于中低压配电技术领域，涉及一种用于数字化改造的深度融合式数字传感器设备。

背景技术：

数字化发展包括三个方面：信息化、网络化和智能化。数字化转型是由信息化向网络化、智能化转变的过程，最终实现智慧化。

对配网数字化转型，国网公司提出提高配电一二次设备的标准化、集成化水平，提升配电设备运行水平、运维质量与效率，满足线损管理的技术要求，以服务配电网建设改造行动计划。那么一二次融合技术势必向深度融合推进，结合一次设备标准化设计，将一次本体设备、高精度传感器、二次终端设备融合，实现“可靠性、小型化、平台化、通用性、经济型”目标。我国配网广而杂，若是存量开关用现有的一二次成套开关替换，成本较高。所以国网公司选择性价比较高的数字化改造方案，并提出配网运行服务管理战略要求，提高设备选型标准，依据“安全可靠、坚固耐用、标准统一、通用互换”的原则，全面推进10kv柱上开关自动化升级改造。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于数字化改造的深度融合式数字传感器设备。符合一二次融合技术要求的，为10kv柱上开关升级改造提供可靠、通用、便捷、经济的数字化改造设备。

上述设备其特征在于：由电压传感器、电流传感器、自取电单元、可拆卸控制单元和后备电源组成。（1）其中电压传感器和电流传感器采集三相电压、三相电流、零序电压和零序电流通过连接端子传输至控制单元，柱上开关与控制单元通过航空插件连接进行状态量与控制量的传输，且控制单元与主站通信，以实现三遥信号处理与传输，实现柱上开关数字化。（2）其中自取电单元从开关高压侧取电，为设备提供工作电源，同时为后备电源进行充放电管理。（3）而后备电源在开关断电与开关动作时提供电源。（4）设备小型轻量，整体控制在10kg以内。

所述的电子式电压传感器在开关进线侧连接高压电容以获得的电压，然后与低压电容串联接地，输出线路与低压电容并联以输出低压电容分压的电压信号。经三组电子式电压传感器，以及一组零序电压传感器采集三相电压、零序电压的遥测信号。

所述电子式电流传感器在开关进线侧接入lpct的电磁式电流互感器ct，一次母线电流通过ct被转换成二次小电流，在二次侧串联取样电阻，将二次电流转换为正比于一次电流的小电压信号输出。经三组电子式电流传感器，以及一组零序电流传感器采集三相电流、零序电流的遥测信号。

所述的自取电单元采用高压分压电容c1及低压分压电容c2分压后经变压器变压输出一个电压值。单项取电功率有3-5w，为控制单元、传感单元等智能设备提供工作电源，同时为后备电源进行充放电管理。

所述的深度融合式数字传感器设备按相为组单元，将电子式电压传感器、电子式电流传感器、自取电单元一体化浇筑固封在极柱里。电压电流传感器均为电压小信号输出，能够彻底避免电压互感器短路和电流互感器开路造成的安全隐患，且测量值精度高。

所述的控制单元有以下功能：接收电压、电流传感器的电压信号，对其电压小信号数字化处理，无需远距离线缆连接，降低了电子式传感器信号传输受电磁影响精度以及性能。与柱上开关采用航空插件连接，用于状态量以及控制信号的传输，对柱上开关进行控制。所述的控制单元满足一二次融合技术对馈线自动化终端的功能要求，并应用基于iec61850/cim标准模型的即插即用技术，实现设备的即插即用，柱上开关的数字化。

所述的新型后备电源选用小型轻量的新型电池，选型有钛酸锂、锂电容、氧化合金电池。通过电源管理单元对后备电源进行充放电管理，为开关动作提供电源。

本发明的深度融合式数字传感器设备，是将一次高精度电子式电压电、流传感器、自取电设备、二次控制单元、新型后备电源进行深度融合。由于电子式电压电、流传感器，取电单元，控制单元都有轻量、结构小型的优点，所以本发明的深度融合式数字传感器设备整体控制在10kg，仍有轻量、小型的优点。

所述的深度融合式数字传感器设备结构由三组固封极柱，以及长方体底座构成。每一组极柱嵌入电流、零序电流、电压、零序电压、取电单元的传感器元件。长方体底座用于嵌入后备电源，控制单元。控制单元的安装位置，便于在一次设备不停电的情况下，对控制单元进行安装和拆卸。

所述的深度融合式数字传感器设备整体控制在10kg，柱上开关的进线端子满足设备对应力的需求，所以设备安装位置在柱上开关的进线端子处，用固定螺丝固定，有安装便利的优点。

所述的深度融合式数字传感器设备用于但不限于10kv开关的数字化改造。

所述的深度融合式数字传感器设备用于数字化改造有以下优点：

集成了一次高精度传感器、终端功能、后备电源、自取电单元，满足国网对10kv柱上开关数字化改造的要求。设备小型，轻量，便于安装。自取电单元解决了在无pt取电的柱开情况下的电源取用问题，符合改造的通用性。设备即插即用，降低现场运维的人工成本。设备还可用于一二次深度融合开关。

附图说明

图1为本发明深度融合式数字传感器设备的结构图；

图2为本发明深度融合式数字传感器设备极柱固封方式示意图；

图3为本发明深度融合式数字传感器设备的安装示意图；

图4为本发明实深度融合式数字传感器设备原理示意图。

图中：1、电流传感器；2、零序电流传感器；3、电压传感器；4零序电压传感器；5、取电单元；6、控制单元；7、后备电源；8、空固封备用；9、固定结构；10、柱上开关进线端子；11、电源管理器；12、航空插件。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施例一

10kv柱上开关改造现场的老式断路器，无控制器，无pt或无保护功能的老控制器，有pt等的改造现场，用本发明设备可以实现数字化改造

若老式断路器具有电动分合闸功能，那么安装本发明的深度融合式数字传感器设备，设备的控制单元与柱上开关之间用航空插件连接，实现遥测、遥信、遥控功能，完成三遥改造。

若老式断路器无电动分合闸功能，那么安装本发明的深度融合式数字传感器设备，设备的控制单元与柱上开关之间用航空插件连接，实现遥测、遥信功能，完成二遥改造。

为实现上述功能，本发明设备实现方式如图1至图3所示。

图1为本发明深度融合式数字传感器设备的结构图，由三组极柱以及控制单元部分组成。每组极柱的高压进线处为单项电流传感器1和零序电流传感器2。电流传感器下方的柱体里为单项电压传感器3和零序电压传感器4，以及取电单元5。在三组极柱下方为长方体的控制单元部分，主要包括控制单元6，以及后备电源7两个部分。

电流传感器下方的柱体可采用如图2所示的固封方式，将柱体分为4部分，分别为单项电压3、零序电压4、取电单元5以及空备用8。

图3为本发明深度融合式数字传感器设备的安装示意图。10为柱上开关局部示意的进线端子，9为固定端子结构。由于9固定端子结构满足设备对应力的需求，所以设备安装位置在柱上开关的进线端子10处。设备的控制单元与柱上开关采用航空插件12连接，内部与传感器设备采用连接端子连接。

另外，基于图4说明本发明用于10kv柱上开关数字化改造的具体实施方案。

如图4所示，深度融合式数字传感器设备由三项电流电压传感器1、零序电流传感器2、三项电压电压传感器3、零序电压传感器4、取电单元5、后备电源6、控制单元7构成。

电流传感器设计原理：运用lpct的电磁式电流互感器ct，一次母线电流通过ct被转换成二次小电流，二次绕组分为2组。其中一组在二次侧串联取样电阻用于三项电流采集；另一组通过将三组的二次绕组并联，再串联取样电阻用于零序电流采集。二次电流被转换为正比于一次电流的小电压信号输出，信号接入控制单元进行数字化处理。

电压传感器设计原理：通过高压电容以获得的电压，然后与低压电容串联接地，输出线路与低压电容并联以输出低压电容分压的电压信号，用于采集三项电压。另外通过三组高压电容并联以获得的电压，然后与低压电容串联接地，输出线路与低压电容并联以输出低压电容分压的电压信号，用于采集零序电压。电压信号接入控制单元进行数字化处理。

取电单元设计原理：此实施方案用b相线路取电为例，通过高压电容承受较高的电压，将高压转换为较低的电压，然后低压电容分压降为更小的一个值。低压电容输出电压端，通过串联补偿电抗器，再经变压器的变压获得所需要的一个电压值。

取电单元的取电功率有3-5w，经电源管理单11元变换，为控制单元6、传感单元等智能设备提供工作电源，同时为后备电源7进行充放电管理。

控制单元6是一个小型化的ftu（馈线自动化终端）。控制单元6将电压、电流传感器采集的小信号集中处理，实现信息化，数字化。控制单元与柱上开关之间用航空插件12连接，用于状态量以及控制信号的传输，对柱上开关进行控制。控制单元还应用了基于iec61850/cim标准模型的即插即用技术，使控制单元能够自描述、自识别，与主站的ieccim模型进行工业物联网通讯协议映射，以实现与主站的数据传输，以及控制单元的即插即用功能，降低现场运维的人工成本。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。