智能环网柜的制作方法
【专利摘要】一种智能环网柜，包括环网柜本体和智能终端，环网柜本体包括有环路进线开关、环路出线开关和至少一路支路出线开关，所述各路开关均单独构成开关柜，其特征在于：各路开关均为抽屉式固体全绝缘开关，智能终端通过中央处理器对采集的数据进行分析判断故障区域，通过控制模块操作开关对故障进行隔离并恢复非故障区供电，人机界面通过智能终端对各路开关实现电动操作，也可通过通信模块与主站通讯，实现“四摇”功能。本实用新型的优点在于：可以实现开关和线路的自动故障定位、隔离和非故障区的供电，实现配网系统自愈和故障预警，让每一个环网单元成为一个微型主站系统，并在产品故障时无需对非故障区停电进行现场检修和更换。
【专利说明】
智能环网柜
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种环网柜，尤其是涉及一种智能环网柜。
【背景技术】
[0002]配电网是将发电、输电系统和用户连接的一个系统，长期以来我国的电力建设一直重发电、输电，轻配电、供电，对配网的投入一直偏小，而配网存在范围广、产品品种杂、自动化程度低的问题，随着用户对供电可靠性和电能质量的提高，国家加大了对城市配电网的改造力度，城市配电网电缆化及多回路供电成为未来的发展趋势，如何提高城市配电网的可靠性，快速确定故障区域、隔离故障和恢复非故障区的供电，实现自动调度是配网安全经济运行的主要课题。
[0003]环网柜作为城市配电电缆网系统一个关键设备，起着分配电能、联络环网线路和隔离故障的作用。现有环网柜分普通型和智能型，普通型环网柜只简单的承担分配电能功能，故障时全线停电需现场操作隔离故障、恢复非故障区供电；智能型环网柜一般分两类:一是主站型，主站通过收集所有现场设备的信息，判断故障位置，自动或人工指令进行故障隔离，恢复非故障区供电，缺点是依赖强大的通信系统和主站系统，需光纤通信，主站需处理庞大的数据，对设备要求高，整体投资大；二是重合器型，通过线路上相关重合器的多次重合闸，确定故障区，进行故障隔离和非故障区恢复供电，缺点是多次重合闸易对线路和设备造成损害，同时系统完成时间长，系统重构后无法再次依据原有的整定保护。同时更关键的是目前所有环网柜故障时需停电检修，影响范围广，给电力部门和用户带来不便和经济损失。
实用新型内容
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，提供一种体积小、环保、全绝缘，能就地故障判断、故障隔离和非故障区供电，实现不停地检修功能，并能让每个环网柜成为一个微型主站系统的智能环网柜。
[0005]本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为:该智能环网柜包括环网柜本体和智能终端，所述的环网柜本体包括有环路进线开关、环路出线开关和至少一路支路出线开关，所述各路开关均单独构成开关柜，其特征在于:所述的各路开关均为抽屉式固体全绝缘开关，所述开关柜均包括有第一人机界面、抽屉室和电缆室，所述的智能终端包括有中央处理器和与其相连的采集模块、存储模块、通信模块、控制模块、第二人机界面、电源模块，所述的中央处理器内置有专家系统，所述的采集模块采集所述各路开关的相应电信号和开关位置信号并通过存储模块存储，所述的专家系统根据存储在存储模块中的信号并通过所述的控制模块实现所述开关的分合闸，并通过所述的通信模块向主站上传相关信息，所述的电源模块由所述的中央处理器监控并为中央处理器和所述的开关的二次线路供电。
[0006]优选地，所述的环路进线开关、环路出线开关和支路出线开关均带有接地开关，与接地开关相连的接地线上安装有接地电流互感器，所述各开关的三相电缆上还安装有零序电流互感器，所述的接地电流互感器和零序电流互感器均与所述的采集模块相连。接地电流互感器可用于监测灭弧室运行状况，零序接地电流互感器可用于监测线路是否故障。
[0007]进一步优选，所述的环路进线开关和环路出线开关的电缆进线端均带第一电压互感器，所述的第一电压互感器与所述的采集模块相连。该第一电压互感器用于检测环线电压和提供电源作用。
[0008]进一步优选，所述的智能环网柜还包括一电压互感器柜，该电压互感器柜中的电压互感器与所述的采集模块相连。
[0009]进一步优选，所述的第一人机界面和第二人机界面均与中央处理器相连，经中央处理器通过控制模块对开关实现电动操作，并经中央处理器调出并显示存储模块数据。
[0010]进一步优选，所述的智能终端通过所述的通信模块与主站通讯。并且，实现“四摇”功能。
[0011]进一步优选，所述的智能终端与环网柜本体之间通讯采用塑料光纤通讯。
[0012]所述抽屉式全绝缘开关可以有多种结构，优选地，所述的抽屉式固体全绝缘开关包括抽屉、抽屉室、抽屉座和安装在抽屉座上的进出线连接装置，所述的抽屉座为固定在抽屉室上的第一抽屉座和第二抽屉座，在所述的抽屉内设有三工位真空灭弧室、第一动触头和第二动触头，所述的第一动触头和第二动触头随着抽屉的抽动分别与所述的第一抽屉座和第二抽屉座形成同步插拔配合，所述第一抽屉座与第一动触头以及所述第二抽屉座与第二动触头均设有能相互插配并将各自的导电部分隐藏在内部的绝缘套，所述的三工位真空灭弧室包括有静导电杆、动导电杆和接地端，所述的接地端与设于抽屉室内的接地导杆电连接，所述的静导电杆与所述第一动触头始终保持电连接，所述的动导电杆与所述的第二动触头电连接，在所述的抽屉内还设有对所述三工位真空灭弧室进行合闸、分闸和接地操作的操作机构。这样，由于该抽屉式固体全绝缘开关的动触头与对应的抽屉座形成插拔配合，并且第一抽屉座与第一动触头以及第二抽屉座与第二动触头均设有能相互插配并将各自的导电部分隐藏在内部的绝缘套，因而可以使开关的相间距离小，开关体积小，而且通过操作机构的配合可以使开关具有合闸、分闸、接地和隔离四种状态，操作简便，可不停电维护更换，减少停电的不便和经济损失，并且对环境无污染。
[0013]进一步优选，在所述的第一抽屉座和第二抽屉座上均设有测温装置。通过测温装置可以在线监测抽屉座触头温度和真空灭弧室接地电流状态提前预警。
[0014]与现有技术相比，本实用新型的优点在于:利用该智能环网柜分配电能，监测和存储环线开关的相应电信号，如电压、电流，各出线开关的电流、功率、功率因素等，监控和存储所有开关的位置状态和所有真空灭弧室的状态，可以监控和存储电缆接地电流和联络开关两端电压，以实现开关和线路的自动故障定位、隔离和非故障区的供电，实现配网系统自愈和故障预警，让每一个环网单元成为一个微型主站系统，并在通信允许情况下向主站发送现场运行状态信息和接受主站遥测、遥控、遥信、遥调信号，并在产品故障时无需对非故障区停电进行现场检修和更换。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型智能环网柜的结构图；
[0016]图2是本实用新型智能环网柜的一次电气示例图；
[0017]图3是本实用新型智能环网柜的智能终端控制框图；
[0018]图4是本实用新型智能环网柜的故障自愈实例一；
[0019]图5是本实用新型智能环网柜的故障自愈实例二 ；
[0020]图6是本实用新型智能环网柜的故障自愈实例三；
[0021]图7是本实用新型智能环网柜的故障自愈实例四；
[0022]图8为本实用新型中抽屉式固体全绝缘开关采用断路器的结构示意图；
[0023]图9为本实用新型中抽屉式固体全绝缘开关采用熔断器负荷开关的结构示意图。
【具体实施方式】
[0024]如图1所示，本实施例中的智能环网柜包括环网柜本体和智能终端4，环网柜本体包括有环路进线开关、环路出线开关和两路支路出线开关，各路开关可进行自动和手动操作。每路开关单独构成开关柜11，每个开关柜11均自上而下包括有第一人机界面111、抽屉室112和电缆室113，内置各相电流互感器、进出线电压互感器、抽屉座触头温度传感器和开关位置传感器，抽屉室112通过自动或者手动操作机构供现场合闸、分闸、接地和隔离，其中合闸、分闸、接地和隔离互为连锁，特别是接地与电缆室连锁，防止带电打开电缆室，实现“五防”要求。各路开关均为抽屉式固体全绝缘开关，从而实现故障不停电检修。在开关柜11旁设有带有智能终端4的控制柜12，智能终端4与环网柜本体之间通讯采用塑料光纤通讯，智能终端4通过开关柜11的第一人机界面对各路开关实现现场控制，即通过简单的故障源就地自动控制方式自动完成配网系统自愈和故障预警，让每一个环网单元成为一个微型主站系统。
[0025]如图2所示，本电气图为典型二进二出环网柜结构，左边两路分别为环路进线开关I和环路出线开关2，且开关为断路器，采用是如图8所示的抽屉式全绝缘固体开关，该抽屉式固体全绝缘开关包括抽屉91、抽屉室、第一抽屉座93、第二抽屉座94和安装在抽屉座上的进出线连接装置，该抽屉室即为图1中所示的抽屉室112，在抽屉91内设有三工位真空灭弧室95、第一动触头96和第二动触头97，第一动触头96和第二动触头97随着抽屉91的抽动分别与第一抽屉座93和第二抽屉座94形成同步插拔配合，第一抽屉座与第一动触头以及第二抽屉座与第二动触头均设有能相互插配并将各自的导电部分隐藏在内部的绝缘套，三工位真空灭弧室95包括有静导电杆、动导电杆和接地端，接地端与设于抽屉室内的接地导杆98电连接，静导电杆与第一动触头96始终保持电连接，动导电杆通过导电连杆90与第二动触头97电连接，在抽屉91内还设有对三工位真空灭弧室95进行合闸、分闸和接地操作的操作机构99。另外，环路进线开关I和环路出线开关2还带有接地开关，与接地开关相连的接地线上安装有接地电流互感器61，用来检测真空灭弧室运行状态，在环路进线开关I和环路出线开关2的三相电缆上还安装有零序电流互感器62，用来监测线路是否故障，环路进线开关I和环路出线开关2还包括有各相电流互感器63，环路进线开关I和环路出线开关2的电缆进线端均带有第一电压互感器51，用于检测环线电压和提供电源，并且上述接地电流互感器61、零序电流互感器62以及第一电压互感器51均与采集模块42相连。
[0026]图2所示电气图中的右边二路为支路出线开关3，开关为熔断器负荷开关；采用是如图9所示的抽屉式全绝缘固体开关，该抽屉式全绝缘固体开关用熔断器92代替图8中的导电连杆90。支路出线开关3也带有接地开关，与接地开关相连的接地线上安装有接地电流互感器61，用来检测真空灭弧室运行状态，在支路出线开关3的三相电缆上也安装有零序电流互感器62，用来监测线路是否故障，环路进线开关I和环路出线开关2还包括有各相电流互感器63，并且上述接地电流互感器61和零序电流互感器62均与采集模块42相连。
[0027]此外，还智能环网柜还包括一个电压互感器柜，该电压互感器柜中的电压互感器即为图2中的第二电压互感器52，该第二电压互感器与采集模块42相连，供监测环路开关两侧是否带电，是否为联络开关使用。
[0028]如图3所示，智能终端4包括有中央处理器41、采集模块42、存储模块43、通信模块44、控制模块45、第二人机界面46和电源模块47，并且，上述模块均为常用模块。中央处理器41内置有专家系统，采集模块42采集各路开关的相应电信号和开关位置信号并通过存储模块43存储，专家系统根据存储在存储模块43中的信号并通过控制模块45实现所述开关的分合闸，智能终端4给主站上传相关信息，并通过通信模块44与主站通讯而实现“四摇”功能，电源模块47由中央处理器41监控并为中央处理器和开关的二次线路进行供电。此外，所述的第一人机界面111和第二人机界面46均与中央处理器41相连，经中央处理器41通过控制模块45对开关实现电动操作，并经中央处理器41调出并显示存储模块43数据。
[0029]本实施例中，电源模块47包括有电池和电压互感器，该电压互感器即为第二电压互感器52，电池在开关故障状态下供电，该电压互感器在开关正常运行状态下供电。通信模块44根据实施环境可由光纤、电力载波和CDMA及GPRS无线等单元单独或共同完成，实现相邻点对点通信和“四遥”。专家系统是指针对线路故障和产品故障而采取的故障定位、隔离和非故障区恢复供电方法:1)线路故障的判定和隔离:比较电缆接地线的电流值是否超过设定值，如果是表示该线路存在接地故障，输出指令与之相连的开关分闸(如果是联络开关则锁死)；2)开关故障的判定和隔离:比较开关柜内各个开关每相的电流，如果进线相电流大于所有出线相电流之和，判定该开关柜存在故障，控制相邻上下一级环路开关分闸(如果是联络开关则锁死)；3)非故障区恢复供电:故障区定位隔离后，联络开关根据两端是否失压，在约定的时间内合闸对非故障区恢复供电。上述联络开关是指环路开关两端的电压互感器数据均显示带电，而开关处于分闸位置。
[0030]如图4至图7所示，内置于中央处理器的专家系统负责对故障的定位、隔离和非故障区的恢复供电，其具体方法如下:
[0031]图4为线路故障的自愈:
[0032]当第一环网柜a和第二环网柜b之间的线路A出现故障，该线路电缆绝缘破坏，第一环网柜a和第二环网柜b的采集系统采集到该路电缆接地电流数据异常，第一环网柜a和第二环网柜b的中央处理器根据预设的数据判定该线路故障，指令控制模块发出信号控制第一环网柜a的环路出线开关和第二环网柜b的环路进线开关分闸，故障隔离；同时第三环网柜c中的联络开关7检测到环路进线无电压，在等待预设的时间后，第三环网柜c的中央处理器指令控制模块发出信号控制第三环网柜c的联络开关7合闸，第二环网柜b恢复供电，非故障区恢复供电，线路重构完成。
[0033]图5为环路开关故障的自愈:
[0034]当第二环网柜b内的环路开关B处故障，第二环网柜b的采集系统采集到柜内进线电流大于所有出线电流，且所有出线电流数据无明显异常，第二环网柜b的中央处理器根据预设的专家系统判定为第二环网柜b的环路进线开关故障，指令控制模块发出信号控制第二环网柜b的环路进线开关、出线开关分闸，故障隔离；同时第三环网柜c中的联络开关7检测到环路进线无电压，在等待预设的时间后，第三环网柜c的中央处理器指令控制模块发出信号控制第三环网柜c的联络开关7合闸，线路重构完成。
[0035]图6为开关拒动的故障自愈:
[0036]当第二环网柜b内的环路开关B处故障，第二环网柜b的采集系统采集到柜内进线电流大于所有出线电流，且所有出线电流数据无明显异常，第二环网柜b的中央处理器根据预设的专家系统判定为第二环网柜b的环路进线开关故障，指令控制模块发出信号控制第二环网柜b的环路进线开关、出线开关分闸，而环路进线开关拒动，第二环网柜b的中央处理器根据专家系统通过控制模块给环路进线电缆的接地线一个电信号，第一环网柜a的环路出线电缆的接地电流互感器检测到数据异常，或点对点通信方式控制第一环网柜a，第一环网柜a的中央处理器通过控制模块控制第一环网柜a的环路出线开关分闸，故障隔离；同时第三环网柜c中的联络开关7检测到环路进线无电压，在等待预设的时间后，第三环网柜c的中央处理器指令控制模块发出信号控制第三环网柜c的联络开关7合闸，线路重构完成。
[0037]图7为支路开关故障的自愈:
[0038]当第二环网柜b内的支路开关C处故障，第二环网柜b的采集系统采集到柜内进线电流大于所有出线电流，且支路开关C电流数据明显异常，第二环网柜b的中央处理器根据预设的专家系统判定为第二环网柜b的支路开关C处故障，指令控制模块发出信号控制第二环网柜b的环路进线开关、出线开关分闸，故障隔离；同时第三环网柜c中的联络开关7检测到环路进线无电压，在等待预设的时间后，第三环网柜c的中央处理器指令控制模块发出信号控制第三环网柜c的联络开关合闸，线路重构完成。
[0039]另外，第四环网柜d与第三环网柜c相邻，在第一环网柜a的进线端设有第一分段器81，第四环网柜d的出线端设有第二分段器82。
[0040]通过上述四个故障自愈实例可知，该智能环网柜实现在无通信系统或点对点通信情况下自动对线路故障、产品本身故障进行判定、隔离和非故障区供电恢复，即通过简单的故障源就地自动控制方式自动实现配网系统自愈，实现配网系统真正的自动化，产品故障时不需对非故障区停电就可现场检修和更换，无需主站和不需重合闸故障自愈，且故障处理快。此外，该智能环网柜还具有体积小、全绝缘、适应恶劣环境、绿色环保、可实现“四遥”的优点，是电网系统更新换代产品。
[0041]以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的原理前提下，可以对本实用新型进行多种改型或改进，这些均被视为本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种智能环网柜，包括环网柜本体和智能终端(4)，所述的环网柜本体包括有环路进线开关(I)、环路出线开关(2)和至少一路支路出线开关(3)，所述各路开关均单独构成开关柜(11)，其特征在于:所述的各路开关均为抽屉式固体全绝缘开关，所述开关柜(11)均包括有第一人机界面(111)、抽屉室(112)和电缆室(113)，所述的智能终端(4)包括有中央处理器(41)和与其相连的采集模块(42)、存储模块(43)、通信模块(44)、控制模块(45)、第二人机界面(46)、电源模块(47)，所述的中央处理器(41)内置有专家系统，所述的采集模块(42)采集所述各路开关的相应电信号和开关位置信号并通过存储模块(43)存储，所述的专家系统根据存储在存储模块(43)中的信号并通过所述的控制模块(45)实现所述开关的分合闸，并通过所述的通信模块(44)向主站上传相关信息，所述的电源模块(47)由所述的中央处理器(41)监控并为中央处理器和所述的开关的二次线路供电。
2.根据权利要求1所述的智能环网柜，其特征在于:所述的环路进线开关(I)、环路出线开关(2)和支路出线开关(3)均带有接地开关，与接地开关相连的接地线上安装有接地电流互感器(61)，所述各开关的三相电缆上还安装有零序电流互感器(62)，所述的接地电流互感器￠1)和零序电流互感器￠2)均与所述的采集模块(42)相连。
3.根据权利要求1所述的智能环网柜，其特征在于:所述的环路进线开关(I)和环路出线开关(2)的电缆进线端均带第一电压互感器(51)，所述的第一电压互感器(51)与所述的采集模块(42)相连。
4.根据权利要求1所述的智能环网柜，其特征在于:还包括一电压互感器柜，该电压互感器柜中的电压互感器与所述的采集模块(42)相连。
5.根据权利要求1所述的智能环网柜，其特征在于:所述的第一人机界面(111)和第二人机界面(46)均与中央处理器(41)相连，经中央处理器(41)通过控制模块(45)对开关实现电动操作，并经中央处理器(41)调出并显示存储模块(43)数据。
6.根据权利要求1所述的智能环网柜，其特征在于:所述的智能终端(4)通过所述的通信模块(44)与主站通讯。
7.根据权利要求1所述的智能环网柜，其特征在于:所述的智能终端(4)与环网柜本体之间通讯采用塑料光纤通讯。
8.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的智能环网柜，其特征在于:所述的抽屉式固体全绝缘开关包括抽屉(91)、抽屉室、第一抽屉座(93)、第二抽屉座(94)和安装在抽屉座上的进出线连接装置，在所述的抽屉(91)内设有三工位真空灭弧室(95)、第一动触头(96)和第二动触头(97)，所述的第一动触头(96)和第二动触头(97)随着抽屉(91)的抽动分别与所述的第一抽屉座(93)和第二抽屉座(94)形成同步插拔配合，所述第一抽屉座与第一动触头以及所述第二抽屉座与第二动触头均设有能相互插配并将各自的导电部分隐藏在内部的绝缘套，所述的三工位真空灭弧室(95)包括有静导电杆、动导电杆和接地端，所述的接地端与设于抽屉室内的接地导杆(98)电连接，所述的静导电杆与所述第一动触头(96)始终保持电连接，所述的动导电杆与所述的第二动触头(97)电连接，在所述的抽屉(91)内还设有对所述三工位真空灭弧室(95)进行合闸、分闸和接地操作的操作机构(99)。
9.根据权利要求8所述的智能环网柜，其特征在于:在所述的第一抽屉座(93)和第二抽屉座(94)上均设有测温装置(9a)。
【文档编号】H02J13/00GK204179552SQ201420328876
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】王永法, 朱维娜 申请人:王永法