基于IT配电系统的配电用电的控制系统的制作方法

基于it配电系统的配电用电的控制系统
技术领域
1.本发明涉及用电安全技术领域，尤其是一种基于it配电系统的配电用电的控制系统。


背景技术：

2.相关技术中，市政智慧安全用电系统在进行用电时，存在以下问题：第一、无法实时监控到线路中的绝缘状况，在线路中出现危及到人身安全的漏电故障时不能及时有效的监测到，也就不能及时有效的消除线路漏电隐患；第二、在线路中出现漏电触电事故时，只能通过控制线路中的漏电保护开关处于断开状态，以避免漏电触电事故的危害扩大，而不能从根本上防止漏电触电事故的发生；第三、配电箱控制和保护参数设置僵化，不能灵活适配复杂多变的负载线路；第四、在局部故障总体断电时，不能带故障运行，在无法及时维修的情况下，容易引发次生灾害。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种基于it配电系统的配电用电的控制系统，能够有效提高配电系统在使用过程中的安全性。
4.本发明实施例提供了一种基于it配电系统的配电用电的控制系统，包括：
5.安全用电管理平台，所述安全用电管理平台用于接收监测数据和发送远程控制信号；
6.安全电源单元，所述安全电源单元的输入端用于连接配电箱的火线，所述安全电源单元的输出火线用于连接负载；所述安全电源单元包括：
7.绝缘监测模块，所述绝缘监测模块用于监测所述安全电源单元内线路的绝缘电阻和寄生电容；
8.电参数监测模块，所述电参数监测模块用于监测所述安全电源单元的输出电参数；
9.环境监测模块，所述动环境监测模块用于监测所述安全电源单元内的工作环境参数；
10.电箱控制器，所述电箱控制器分别与所述绝缘监测模块、所述电参数监测模块和所述环境监测模块有线连接，用于将采集的监测数据发送到所述安全用电管理平台，并接收所述安全用电管理平台发送的远程控制信号，根据所述远程控制信号控制所述安全电源单元内各个功能模块的工作状态，其中，所述监测数据包括所述绝缘电阻、所述寄生电容、所述输出电参数或所述工作环境参数中的至少一个。
11.在一些实施例中，所述安全电源单元还包括：
12.第一塑壳断路器；
13.第二塑壳断路器；
14.隔离变压器，所述隔离变压器的初级线圈通过所述第一塑壳断路器连接配电箱的
火线，所述隔离变压器的次级线圈与所述第二塑壳断路器连接；
15.交流接触器，所述第二塑壳断路器通过所述交流接触器连接负载。
16.在一些实施例中，所述环境监测模块包括：
17.温度采集器，所述温度采集器用于采集所述隔离变压器的温度，并将采集到的所述隔离变压器的温度发送到所述电箱控制器。
18.在一些实施例中，所述环境监测模块还包括：
19.温湿度探头，所述温湿度探头用于采集所述安全电源单元内的环境温湿度；
20.温湿度控制器，所述温湿度控制器分别与所述温湿度探头和所述电箱控制器连接，用于将所述温湿度探头采集的环境温湿度发送到所述电箱控制器，并控制所述温湿度探头的工作状态。
21.在一些实施例中，所述安全电源单元还包括风扇；所述电箱控制器根据所述隔离变压器的温度确定所述隔离变压器处于异常状态，控制所述风扇进行工作状态。
22.在一些实施例中，所述电箱控制器根据所述隔离变压器的温度确定所述隔离变压器处于异常状态，控制所述交流接触器进入断闸状态。
23.在一些实施例中，所述隔离变压器的次级线圈的火线与所述第二塑壳断路器连接，所述隔离变压器的次级线圈的零线连接预设阻值的电阻。
24.在一些实施例中，所述电参数监测模块包括多功能电参数仪，所述多功能电参数仪用于监测所述隔离变压器的次级线圈的输出电参数。
25.在一些实施例中，所述绝缘监测模块包括绝缘监测仪，所述绝缘监测仪用于监测所述隔离变压器的次级线圈的对地绝缘电阻和寄生电容。
26.在一些实施例中，所述控制系统还包括无线通信模块，所述安全电源单元通过所述无线通信模块与所述安全用电管理平台交互。
27.本发明实施例提供的一种基于it配电系统的配电用电的控制系统，具有如下有益效果：
28.本实施例通过在配电箱和负载之间增设安全用电单元，并在安全用电单元内设置用于监测所述安全电源单元内线路的绝缘电阻和寄生电容的绝缘监测模块、用于监测所述安全电源单元的输出电参数的电参数监测模块、以及用于监测所述安全电源单元内的工作环境参数的环境监测模块，以在配电系统进行工作时，可以实时检测电路的工作状态，并在电路出现故障时，可以通过安全用电单元内设置的电箱控制器控制电路内各个功能模块的工作状态，从而实现及时发现并消除安全隐患的功能，同时将安全用电单元与安全用电管理平台无线交互，便于工作人员及时了解配电系统的工作状态，从而可以及时对出现故障的配电系统进行故障消除，从而有效提高配电系统的安全性。
29.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
30.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
31.图1为现有的一种实施例的tn-s配电系统的示意图；
32.图2为本发明实施例的一种基于it配电系统的配电用电的控制系统的示意图；
33.图3为本发明实施例的一种安全电源单元的示意图；
34.图4为本发明实施例的一种it配电系统的示意图；
35.图5为本发明实施例在使用过程中的示意图。
具体实施方式
36.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
37.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
38.在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
39.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
40.本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
41.随着用电安全越来越被重视，各种提高用电安全的配电系统和用电安全规范被提出并应用，以及各种防漏电触电的安全用电产品的发明和普及或者强制安装，比如空气开关、漏电保护开关、剩余电流动作继电器等产品在配电用电线路中的应用，使得人们在日常生活中的用电安全已经能够很好地得到保证。但是，在公共设施的市政配电用电领域，例如道路照明，公交站台广告灯箱，十字路口交通灯，公园景观照明等应用场所，用电安全并未得到妥善解决。究其根本原因在于目前采用的需要良好接地的tn-s配电系统并不能很好的适用于公共设施的市政配电用电领域。例如在路灯照明场所就有如下弊端：第一、因为配电线路长，线路对地的寄生电容大造成线路对地漏电流大，在路灯照明的配电箱上设置的漏电保护开关很容易跳闸断电对业主使用和路灯维护造成很大困难；第二、为了防止线路寄生漏电引起的跳闸，将漏电保护上限值设置的很高，一旦出现危及人身安全的漏电又不能有效跳闸造成触电事故发生；第三、如果路灯照明配电箱在发生漏电触电事故时有效跳闸会让整条线路的路灯断电关灯，在车流密集的路段又容易引发次生危害；第四、线路寄生参数产生的漏电会作为用电记入电费这会增加无谓的能源损耗和业主电费的额外支出，一年额外的电费支出多达几万元。
42.目前，公共设施的市政配电用电系统所采用的tn-s配电系统在使用过程中，其与
外部设备的连接关系如图1所示。从图1可知，tn-s配电系统中的n线和pe线均直接接地，火线l1、l2和l3于外部设备的连接部位直接裸露在外面。当工作人员在不知道tn-s配电系统处于供电状态时，工作人员直接接触到裸露在外的火线时，则工作人员与火线、大地直接形成导电回路，从而使得火线上的电流威胁到工作人员的人身安全。但是，由于公共设施的市政配电用电系统所采用的tn-s配电系统需要有良好的接地，所以无法在线路中设置线路绝缘监测仪。当线路因年久失修老化使得绝缘性能下降或者绝缘破损以及线头裸露接地或者搭铁时，市政管理者和线路维护人员无法实时监控线路绝缘故障，也就无法提前消除线路绝缘故障造成的漏电触电事故。另外现有配电线路配电箱的控制功能虽然也能够实现本地手动和远程自动控制，但控制粗糙无法根据实际应用情况灵活配置，在维持正常运行的保护功能上也不够全面和精细，而且也只是单独用于线路的上电和断电不具备拓展出适应智慧城市智慧市政的系统性功能的能力。
43.基于此，参照图2，本发明实施例提供了一种基于it配电系统的配电用电的控制系统，包括安全用电管理平台和安全电源单元。其中，安全用电管理平台用于接收包括绝缘电阻、寄生电容、输出电参数或工作环境参数中的至少一个的监测数据和发送远程控制信号。安全电源单元的输入端用于连接配电箱的火线，安全电源单元的输出火线用于连接负载。即安全电源单元设置在配电箱和负载之间。例如，当配电箱为市政配电箱时，可以将本实施例设置的安全电源单元设置在市政配电箱和负载之间。
44.具体地，本实施例的安全电源单元包括绝缘监测模块、电参数监测模块、环境监测模块和电箱控制器。在应用过程中，绝缘监测模块用于不间断的实时监测安全电源单元内线路的绝缘电阻和寄生电容；当电箱控制器根据线路的绝缘电阻和寄生电容确定线路接地或者搭铁等故障时，调整安全电源单元内各个功能模块的工作状态，例如从源头断开电源。同时安全用电管理平台根据绝缘电阻和寄生电容产生提示信息，以使维护人员及时进行维护处理，从而消除触电风险。电参数监测模块用于监测安全电源单元的输出电参数，例如监测安全电源单元内的输出电流、输出电压、输出功率等参数；动环境监测模块用于监测安全电源单元内的工作环境参数，例如元器件上的温度、安全电源单元所处的环境温湿度等参数；电箱控制器可以通过rs485分别与绝缘监测模块、电参数监测模块和环境监测模块有线连接，用于将采集的监测数据发送到安全用电管理平台，并接收安全用电管理平台发送的远程控制信号，根据远程控制信号控制所述安全电源单元内各个功能模块的工作状态。
45.在本实施例中，每个模块的监控预警参数可以根据实际线路情况进行手动设置，也可以根据安全用电管理平台发送的参数进行自动设置，从而实现精细化和智能化管理。在电箱控制器上除开设有rs485通信接口外，还设有蓝牙、lora、nb-iot、lte-cat.1等无线通信模块，该无线通信模块可以与安全用电管理平台进行无线数据传输，也可以扩展烟感报警、水浸传感器等功能，从而增加整个配电线路的用电安全。
46.在一些实施例中，如图3所示，安全电源单元还包括第一塑壳断路器、第二塑壳断路器、隔离变压器和交流接触器。其中，隔离变压器的初级线圈通过第一塑壳断路器连接配电箱的火线，隔离变压器的次级线圈与第二塑壳断路器连接；第二塑壳断路器通过交流接触器连接负载。第一塑壳断路器和第二塑壳断路器是指用塑料绝缘体作为装置的外壳，用来隔离导体之间以及接地金属部分，能够在电流超过设定值后自动切断电流。
47.在本实施例中，由于图1所示的tn-s配电系统中，当工作人员在不知道tn-s配电系
统处于供电状态且工作人员直接接触到裸露在外的火线时，工作人员与火线、大地直接形成导电回路，从而使得火线上的电流威胁到工作人员的人身安全。因此，本实施例采用图4所示的it配电系统。从图4可知，it配电系统的零线n线通过预设阻抗的电阻接地，该预设阻抗的大小相当于断路阻抗。火线l1、l2和l3外露的可导电部分通过低线pe线接地，从而使得工作人员接触到火线，也不会与大地形成回来，有效提高工作人员的安全性。具体地，如图5所示，隔离变压器的次级线圈的火线通过第二塑壳断路器连接负载灯泡，隔离变压器的次级线圈的零线或者中性线连接预设阻值的电阻，使得在工作人员接触到负载灯泡时，也不会形成导电回来，从而提高工作人员的人身安全，同时还不会浪费电能，从而不会增加额外的电费。
48.在一些实施例中，如图3所示，环境监测模块包括温度采集器，温度采集器用于采集隔离变压器的温度，并将采集到的隔离变压器的温度发送到电箱控制器。当电箱控制器根据接收到的温度确定隔离变压器处于异常状态时，控制交流接触器执行断闸操作，即使交流接触器进入断闸状态，从而断开配电箱上的电流流向负载。
49.在一些实施例中，如图3所示，环境监测模块还包括温湿度探头和温湿度控制器，温湿度探头用于采集安全电源单元内的环境温湿度；温湿度控制器分别与温湿度探头和电箱控制器连接，用于将温湿度探头采集的环境温湿度发送到电箱控制器，并控制温湿度探头的工作状态。安全电源单元内还设有风扇。当电箱控制器根据隔离变压器的温度确定隔离变压器处于异常状态，控制风扇进行工作状态，以对隔离变压器或变压器所处位置进行降温操作。
50.在一些实施例中，如图3所示，电参数监测模块包括多功能电参数仪，用于监测隔离变压器的次级线圈的输出电参数。绝缘监测模块包括绝缘监测仪，用于监测隔离变压器的次级线圈的对地绝缘电阻和寄生电容。
51.以图3为例，当上述实施例应用于正常工作过程中时，上述实施例的具体工作过程如下：
52.隔离变压器的第一初级端塑壳断路器合闸，使配电箱上的电源流向隔离变压器的初级线圈，此时隔离变压器的次级线圈有电压输出，同时给各单元模块供电，然后第二塑壳断路器合闸，将供电加至交流接触器输入端处。
53.在各单元模块上电后。开始监测安全电源系统和线路参数。绝缘故障监测仪监测自检，以保证自身的工作状态正常，然后监测线路中供电线路的绝缘状况。多功能电参数仪监测隔离变压器次级端电压是否正常，温度采集器监测隔离变压器线圈温度是否正常，温湿度控制器监测安全电源系统内部环境温度和湿度是否正常，监测完成且一切正常后，由电箱控制器读取数据并采用lte-cat.1的无线通信方式将数据上传至安全用电管理平台，管理人员或者运维人员在安全用电管理平台上核查数据正常后，由安全用电管理平台发出合闸指令至电箱控制器，电箱控制器控制交流接触器远程合闸，给负载端供电，之后从负载端反馈回供电电压给电箱控制器，以确认上电正常。在初次上电过程中，可以通过控制交流接触器的合闸断闸实现负载上电断电。也可以通过自由设定时间以及依据经纬度(太阳升起落下时间)方式远程合闸断闸，以及通过选择开关选择手动本地合闸断闸。
54.在线路正常上电后，绝缘故障监测仪不间断发出测试线号，测试整个线路的对地绝缘电阻值和寄生电容值，并在正常运行状态时，间隔固定的时间上报线路对地绝缘电阻
值和寄生电容值至安全用电管理平台。电箱控制器不间断的读取各个监测单元的数据，保证安全电源系统稳定正常的运行。
55.具体地，上电异常分为上电时异常、上电后正常运行中出现异常。异常(故障)等级分为预警上报、告警上报和直接断闸。以图3为例，当上述实施例应用于非正常工作过程中时，上述实施例的具体工作过程如下：
56.若上电时异常，此时交流接触器还未合闸，所以异常出现在电参数和绝缘故障监测仪自检异常以及线路中性线绝缘性故障这三个方面，出现异常时，异常状态和数据都会通过电箱控制器上报至安全用电管理平台。并且在异常状态时，电箱控制器不发出合闸命令，交流接触器会一直处在断闸状态，直到故障排除。
57.若上电后正常运行中出现异常，当温湿度异常，温湿度异常包括变压器异常或者环境温湿度异常，电箱控制器读取到异常数据后，上报安全用电管理平台并发出预警，同时发出指令，开启风扇降温，此时交流接触器不会合闸；当温度降至正常，则继续正常运行。当温度持续升高大于报警阈值，电箱控制器上报安全用电管理平台并发出告警，由管理或者运维人员确定是否断闸，或者温度急剧上升，电箱控制器直接发出断闸信号，断开交流接触器。其中，电参数异常包括欠压、过压、过流、过功率等异常时处理流程同上。
58.当线路绝缘故障发生，比如线路接地、线路搭铁或者被水浸等，绝缘故障监测仪监测到线路的对地绝缘电阻下降，降至设定预警值时，发出预警信息，并将最近发生的20次故障信息存储在绝缘故障监测仪内供运维人员查看。电箱控制器接收到预警信息，将信息和数据上传至安全用电管理平台。若线路对地绝缘电阻值继续下降至告警阈值，绝缘故障监测仪发出绝缘故障告警信息，电箱控制器接收告警信息并将信息和数据上传至安全用电管理平台，后台管理或者运维人员发出指令断开交流接触器，通过电箱控制器确定线路供电完全断开。
59.另外一种绝缘故障为线路悬空，即没有接地，但是人碰触到了悬空的线路，线路通过人体接地了，因为本实施例采用的是如图4所示的不接地的it配电系统，所以人不会触电，但线路的绝缘电阻也会下降到告警阈值以下，人体离开悬空的线路之后，绝缘故障监测仪监测到线路对地绝缘电阻值恢复正常，停止发出告警信息。
60.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。