本实用新型涉及一种低压电器用电监测保护的装置，特别涉及一套电力线特征信息采集，剩余电流、电弧故障识别并断路、用电量统计及识别用电异常的系统装置。
背景技术：
随着经济的飞速发展和人民生活的提高，用电设备也在不断增多。并且由于用电引起的电气火灾逐年上升，已成为引发火灾的最主要原因。为了减少电气事故的发生，各种电气保护设备成为电气线路中不可缺少的部分。而随着用电量的增加及目前物联网的普及，用电信息的可视化及数据方面的智能化服务也逐渐开始成为需求。
现有的过电流保护电器和剩余电流保护电器由于不能检测故障电弧，因此并不能降低由于故障电弧引起的电气火灾危险，但电弧引起的电气火灾事故的比例在不断提高。因此一种电弧故障保护装置因此诞生，但是目前常见电弧故障保护电器(AFDD)又不具备完善地过流及漏电保护及故障记录的功能，并且随着信息化物联网的普及，用电信息实时可视化也逐渐成为用户需求，而传统的电表及电量计量装置需要单独安装，才能实现电量的统计显示，并且无法实现数据上网，实时查看，智能分析的功能，且占额外安装空间，增加了走线复杂度。因此，本实用新型提出一种新颖的低压电器用电监测保护电器，它即能检测电气线路中的电弧故障检测保护和过电流及剩余电流保护的功能，能在发生上述任意一种故障时及时切断电路，实现隔离保护，并且具备故障信息记录上传、线路实时用电量统计上传和智能分析用户用电信息，发现用户用电异常的功能。
技术实现要素：
为了克服现有技术上述的不足，本实用新型提供一种新型智能用电监测保护装置的装置，该电器能够准确识别出当前用电线路中的过流、剩余电流和电弧故障，并能在其引发安全事故前断开并对故障进行记录，同时也提供用电数据包括用电量、用电功率及波峰波谷用电量的统计上传，并通过移动端及PC端为用户提供可视化数据服务。并且本实用新型装置亦具备低压交流接触器控制接口，可和交流接触器配合使用，可通过无线网络实现远程控制。
本实用新型解决其技术问题的技术方案是：一种新型智能用电监测保护装置，包括外壳，所述外壳一侧设有用于连接强电的端子以及设置在外壳内的断路器、设置在电路板上的用电监测保护装置，所述用电监测保护装置包括采集模块、处理模块、无线通讯模块以及脱扣控制模块，所述采集模块用于采集电压、电流，所述处理模块包括对采集而来的电压信号、电流信号进行波形判断的故障识别模块、用电统计模块，所述无线通讯模块包括将处理模块得出的故障数据以及统计数据传递至远端，所述脱扣控制模块将所述处理模块检测出故障后进行脱扣控制。所述脱扣控制 模块包括脱扣机构以及脱扣指示部分，用电监测保护装置用于监测用电过程中的故障并控制位于线路板上的脱扣机构脱扣并记录故障详细信息通过线路板上的无线网络模块上传，脱扣指示部分进行脱扣指示，同时处理模块实时统计并记录用电量，并通过线路板上的无线通讯模块传输至服务器端，用于提供实时用电数据可视化服务。同时也可通过无限通讯模块将数据从服务器端发送指令，通过线路板上接触器驱动电路来实现外部接触器的开关控制。
进一步，还包括故障试验机构，故障试验机构对装置故障脱扣功能进行测试，其包括电弧故障试验机构及漏电故障试验机构，其包含两个试验按键，两个试验开关，及试验电路，其中试验开关安装与壳体表面，试验按键安装于线路板，试验电路位于电路板，按下相应试验开关，完成试验。
进一步，包括脱扣指示模块，用于指示由于故障导致的脱扣，脱扣指示模块由一脱扣旋转指示位、指示位推杆，扭簧及弹簧组成，均安装于壳体上，电磁铁控制脱扣器脱扣后，带动脱扣旋转指示位旋转，在外壳上的指示窗口显示故障颜色区域。
在本实用新型的一种实例中，线路板硬件包括开关电源模块、电压采样模块、电流采集模块、数据转换模块、脱扣控制模块、按键指示模块、微处理器模块，无线网络模块，接触器控制模块。
所述采集模块包括电压采集模块以及电流采集模块，所述电流采集模块采用若干高频及工频电流互感器，所述工频电流互感器排列在电路板一侧，所述高频互感器垂直于线路板排列设置；所述电流采集模块以及电压采集模块通过模数转换芯片与控制模块连接。其中开关电源模块采用开关电源控制器IC配合数个电容电阻二极管及电感或变压器来实现，其中220V交流先经过二极管整流，再通过开关电源进行降压至直流15V。
所述采集模块与模数转换芯片间分别设有滤波放大电路。所述滤波放大电路采用运算放大器及AD转换器组成，运算放大器将电流采集模块和电压采集模块信号按一定比例放大及滤波，由AD转换器转换为数字量输入至微处理器模块计算功率及电量。
其中脱扣控制模块采用电磁铁及一系列结构件构成，其安装于线路板表面特定位置，由微处理器模块通过数字信号控制其脱扣。
其中按键指示模块安装于线路板和外壳之间，还包括按键指示模块，所述按键指示模块包括脱扣试验按键以及手动脱扣按键以及脱扣指示灯，所述脱扣试验按键以及手动脱扣按键以及脱扣指示灯均与所述处理模块相连。按键分别用于操作本实用新型装置剩余电流保护电器(RCBO)脱扣试验、电弧故障保护电器（AFDD）手动触发脱扣试验、系统设定。其中脱扣指示灯为双色LED，用于指示脱扣工作状态。
所述处理模块内还包括故障识别模块，所述故障识别模块具体功能包括过流短路识别、剩余电流故障识别，故障电弧识别，所述故障识别模块识别出此类故障后，会通过无线通讯模块将数据传输至网络服务器。
其中微处理器模块主要由高性能32位微处理器和存储器组成，其运行本装置运行的软件。其中无线网络模块采用wifi通讯模块或GPRS、GSM、NB-IOT等物联网通讯模块来实现。
其中接触器控制模块采用继电器配合控制电路来实现，其相比直接驱动地方式，大幅度降低了接触器驱动功耗。
进一步，还包括用电统计模块，所述用电统计模块具体功能包括实时功率统计，总体用电量统计，波峰电波谷电用电量统计。
其中电量统计模块用于读取模数转换器数据，然后通过积分运算，采用电流电压的乘积，计算出实时功率并将其进行积分运算得出电量。
其中故障识别模块通过分析采集回来的实时电流、电压数据，并将其做特征提取，提取出其内特征的权值，然后通过匹配数据库进行匹配，最终输出结果。
其中用电异常识别模块通过分析采集回来的电流、电压数据及用电历史记录，通过监测整体用电特性的变化，判断出用电异常情况并分类，通过无线网络模块传输至服务器。
其中无线传输模块通过串行通讯协议与处理器通讯，讲处理器信息编码压缩后，通过无线网络传输至服务器。
本实用新型能够准确识别当前用电线路中过流、剩余电流以及电弧故障。采集芯片采集电流、电压信号通过处理芯片进行FFT变换从而获得电网频谱特性以及电力参数，检测到大波动后与已储存的故障波形对比，若匹配则输出故障识别结果并记录，当达到设定值后进行脱扣处理，同时将故障信息储存并发送至远端。
本实用新型的有益效果在于：能够智能分析用电信息，统计用电量、用电功率及波峰波谷用电情况，实时记录故障并实时将数据上传，方便用电信息智能分析、可视化管理。
附图说明
图1是本实用新型的工作原理图。
图2是本实用新型的外观结构图。
图3是本实用新型的脱扣指示模块结构图。
图4是本实用新型的线路板结构图。
图5是本实用新型的线路板设计框图。
图6是本装置的软件工作流程图。
图7为本装置故障监测算法流程图。
具体实施方式
下面结合附图给出一个实施例：
如图1至7所示，一种新型智能用电监测保护装置，包括外壳100，所述外壳100一侧设有用于连接强电的端子以及设置在外壳内的断路器、设置在电路板300上的用电监测保护装置，所述用电监测保护装置包括采集模块、处理模块、无线通讯模块以及脱扣控制模块，所述采集模块用于采集电压、电流，所述处理模块包括对采集而来的电压信号、电流信号进行波形判断的故障识别模块、用电统计模块，所述无线通讯模块包括将处理模块得出的故障数据以及统计数据传递至远端，所述脱扣控制模块将所述处理模块检测出故障后进行脱扣控制。所述脱扣控制模块包括脱扣机构以及脱扣指示部分，用电监测保护装置用于监测用电过程中的故障并控制位于线路板上的脱扣机构脱扣并记录故障详细信息通过线路板上的无线网络模块上传，脱扣指示部分进行脱扣指示，同时处理模块实时统计并记录用电量，并通过线路板上的无线通讯模块传输至服务器端，用于提供实时用电数据可视化服务。同时也可通过无限通讯模块将数据从服务器端发送指令，通过线路板上接触器驱动电路来实现外部接触器的开关控制。
本实施例中，还包括故障试验机构，故障试验机构对装置故障脱扣功能进行测试，其包括电弧故障试验机构及漏电故障试验机构，其包含两个试验按键，两个试验开关，及试验电路，其中试验开关安装与壳体表面，试验按键安装于线路板，试验电路位于电路板300，按下相应试验开关，完成试验。
本实施例中，脱扣指示模块用于指示由于故障导致的脱扣，脱扣指示模块由一脱扣旋转指示位401、指示位推杆404，扭簧403及弹簧402组成，均安装于壳体100上，电磁铁控制脱扣器405脱扣后，带动脱扣旋转指示位401旋转，在外壳上的指示窗口400显示故障颜色区域。
本实施例中，线路板硬件包括开关电源模块、电压采样模块、电流采集模块、数据转换模块、脱扣控制模块、按键指示模块、微处理器模块，无线网络模块，接触器控制模块。
所述采集模块包括电压采集模块以及电流采集模块，所述电流采集模块采用若干高频及工频电流互感器，所述工频电流互感器排列在电路板300一侧，所述高频互感器垂直于线路板排列设置；所述电流采集模块以及电压采集模块通过模数转换芯片与控制模块连接。其中开关电源模块采用开关电源控制器IC配合数个电容电阻二极管及电感或变压器来实现，其中220V交流先经过二极管整流，再通过开关电源进行降压至直流15V。
所述采集模块与模数转换芯片间分别设有滤波放大电路。所述滤波放大电路采用运算放大器及AD转换器组成，运算放大器将电流采集模块和电压采集模块信号按一定比例放大及滤波，由AD转换器转换为数字量输入至微处理器模块计算功率及电量。
其中脱扣控制模块采用电磁铁及一系列结构件构成，其安装于线路板表面特定位置，由微处理器模块通过数字信号控制其脱扣。
其中按键指示模块安装于线路板和外壳之间，还包括按键指示模块，所述按键指示模块包括脱扣试验按键303以及手动脱扣按键305以及脱扣指示灯304，所述脱扣试验按键303以及手动脱扣按键305以及脱扣指示灯均与所述处理模块相连。按键分别用于操作本实用新型装置剩余电流保护电器(RCBO)脱扣试验、电弧故障保护电器（AFDD）手动触发脱扣试验、系统设定。其中脱扣指示灯304为双色LED，用于指示脱扣工作状态。
所述处理模块内还包括故障识别模块，所述故障识别模块具体功能包括过流短路识别、剩余电流故障识别，故障电弧识别，所述故障识别模块识别出此类故障后，会通过无线通讯模块将数据传输至网络服务器。
其中微处理器模块主要由高性能32位微处理器和存储器组成，其运行本装置运行的软件。
其中无线网络模块采用wifi通讯模块或GPRS、GSM、NB-IOT等物联网通讯模块来实现。
其中接触器控制模块采用继电器配合控制电路来实现，其相比直接驱动地方式，大幅度降低了接触器驱动功耗。
本实施例中，还包括用电统计模块，所述用电统计模块具体功能包括实时功率统计，总体用电量统计，波峰电波谷电用电量统计。
其中电量统计模块用于读取模数转换器数据，然后通过积分运算，采用电流电压的乘积，计算出实时功率并将其进行积分运算得出电量。
其中故障识别模块通过分析采集回来的实时电流、电压数据，并将其做特征提取，提取出其内特征的权值，然后通过匹配数据库进行匹配，最终输出结果。
其中用电异常识别模块通过分析采集回来的电流、电压数据及用电历史记录，通过监测整体用电特性的变化，判断出用电异常情况并分类，通过无线网络模块传输至服务器。
其中无线传输模块通过串行通讯协议与处理器通讯，讲处理器信息编码压缩后，通过无线网络传输至服务器。
本实用新型能够准确识别当前用电线路中过流、剩余电流以及电弧故障。采集芯片采集电流、电压信号通过处理芯片进行FFT变换从而获得电网频谱特性以及电力参数，检测到大波动后与已储存的故障波形对比，若匹配则输出故障识别结果并记录，当达到设定值后进行脱扣处理，同时将故障信息储存并发送至远端。