[发明专利]一种面向智能电网的智能开关柜及运行与控制方法

权利要求书

1.一种面向智能电网的智能开关柜，其特征在于包括智能开关柜监控单元（1）、温湿度检测单元（2）、智能测控单元(3)、机械特性在线监测单元(4)、绝缘在线监测单元(5)、视频监视单元（6）、一次设备(7)、柜内环境控制单元（8）、人机界面单元（9）、站控层监控系统（10）、系统电源单元（11）、网络通信单元（12）和载波通信单元（13），其中一次设备(7)的输出端分别与温湿度检测单元（2）、机械特性在线监测单元(4)、绝缘在线监测单元(5)和视频监视单元（6）的输入端连接，一次设备(7)同时与智能测控单元(3)和载波通信单元（13）双向通信，温湿度检测单元（2）、机械特性在线监测单元(4)和绝缘在线监测单元(5)的输出端分别与智能开关柜监控单元（1）的输入端相连，柜内环境控制单元（8）的输入端和智能开关柜监控单元（1）的输出端相连，智能测控单元(3)、人机界面单元（9）和站控层监控系统（10）分别与智能开关柜监控单元（1）双向通信，视频监视单元（6）的输出端和人机界面单元（9）的输入端相连，载波通信单元（13）与人机界面单元（9）双向通信，站控层监控系统（10）与网络通信单元（12）双向通信，系统电源单元（11）向智能开关柜监控单元（1）、温湿度检测单元（2）、智能测控单元(3)、机械特性在线监测单元(4)、绝缘在线监测单元(5)、视频监视单元（6）、一次设备(7)、柜内环境控制单元（8）、人机界面单元（9）、站控层监控系统（10）、系统电源单元（11）和载波通信单元（13）提供电源。

2.根据权利要求1所述的一种面向智能电网的智能开关柜，其特征在于所述智能测控单元(3)包括电压信号调理模块、电流信号调理模块、模拟脱扣电路和分合闸模块，其中电压信号调理模块、电流信号调理模块的输入端分别接一次设备(7)的输出端，分合闸模块与一次设备(7) 双向通信，电流信号调理模块的一个输出端串接模拟脱扣电路后接分合闸模块的输入端，电流信号调理模块的另一个输出端和电压信号调理模块的输出端分别接智能开关柜监控单元（1）的输入端，分合闸模块与智能开关柜监控单元（1）双向通信。

3.一种如权利要求1所述的一种面向智能电网的智能开关柜的运行方法，其特征在于所述方法如下：

智能开关柜监控单元（1），用于实现对采集来的主回路电量信息、开关柜内一次设备（7）绝缘信息、开关设备机械特性信息、开关柜环境信息及智能测控单元传送的开关设备开关量信息进行进一步信息处理以及实现对负载的保护、对开关柜的漏电保护和将相关信息上传至站控层监控系统；将站控层监控系统（10）传送来的开关柜状态信息及检修报告信息转发至人机界面单元（9）并产生必要的开关设备动作信息及阈值修正；用于对从人机界面单元（9）传送来的设定参数进行配置；用于对开关柜的控制部分、柜内环境控制单元进行符合闭锁要求的开关量控制；用于对人机界面单元（9）和站控层监控系统（10）按指定协议进行信息通信；

温湿度检测单元（2），用于对必要的一次设备（7）接线端子和开关柜内部进行温度检测，对开关柜内部进行湿度检测；

智能测控单元（3），用于对开关柜内主回路的电压、电流信号进行检测和预处理，并将检测信号送至智能开关柜监控单元和本单元内的模拟脱扣电路，必要时模拟脱扣电路产生分闸信号作用于本单元的分合闸模块，对开关设备发出分闸操作命令，对开关柜内开关设备的分、合闸回路控制信号进行输出，对开关设备发出分、合闸操作命令，将柜内开关设备辅助触点信息传送给智能开关柜监控单元（1）；

机械特性在线监测单元（4），用于对在开关设备分、合闸时表征机械部分的运行状况的行程信号、分合闸线圈电流信号和传动轴振动信号进行检测和预处理，并将检测信号送至智能开关柜监控单元（1）；

绝缘在线监测单元（5），用于对表征开关柜绝缘状况的漏电流信号和超声波信号进行检测和预处理，并将检测信号送至智能开关柜监控单元（1）；

视频监视单元（6），用于对开关柜内一次设备进行视频信息采集；

一次设备（7），用于对开关柜内的电能进行传输及主回路的分、合控制；

柜内环境控制单元（8），用于对开关柜内的温湿度进行控制，通过风机与加热器来实现其功能；

人机界面单元（9），用于对智能开关柜监控单元中设备的参数进行查询和调整，用于对开关设备当前状态和故障记录进行显示及故障的声光报警,用于对视频监视单元采集的视频信息进行就地显示，用于对载波通信单元传送来的负载端智能用电设备信息进行显示；

站控层监控系统（10），用于对智能开关柜监控单元传来的开关柜状态参数进行处理，并给出开关柜状态评估，适时修正基于风险聚类的阈值及专家系统状态数据库；

系统电源单元（11），用于向系统二次回路涉及的各模块提供电源；

网络通信单元（12），用于站控层监控系统（10）与上级监控系统进行信息的互联；

载波通信单元（13），用于人机界面单元（9）与开关柜负载侧远端智能用电负载进行信息互联。

4.一种如权利要求1所述的一种面向智能电网的智能开关柜的控制方法，其特征在于采用如下步骤：

A、将处理器、通信模块和各中间变量寄存单元进行初始化；各温湿度传感器将相关的温湿度量以无线电波的形式传送到温湿度检测单元（2），而后存入相应的寄存器，电流互感器、电压互感器分别将电流信号、电压信号经调理后输送至智能开关柜监控单元（1），再经采样后输送至参数测量程序，其中电流信号同时经调理电路后输送至智能测控单元的模拟脱扣电路；

B、判断主回路是否已发生故障，若已发生则读取相应的故障特征值和故障时间值，并按约定格式记入铁电存储器，通知人机界面单元（9），使其产生声光报警信号，发出断路器分断指令；

C、读取主电路电压参数，判断开关柜是否带电；

D、如果开关柜带电，则投入绝缘监测任务，计算开关柜内一次回路各相泄漏电流，一旦越限，读取泄漏电流值及时间值，按约定格式记入铁电存储器，通知人机界面单元，使其产生声光报警信号，并发出开关设备分断指令，并将泄漏电流值与放电电流信号上传至站控层监控系统，否则越过本步；

E、根据开关设备分断指令，经过智能开关柜监控单元（1）中相关的IO口电平变化驱动智能测控单元（3）中对应的分合闸继电器来控制断路器分合闸；

F、根据开关设备分断指令和断路器辅助触点情况引起的智能开关柜监控单元（1）中相关的IO口电平变化判定开关设备是否处于变位过程中；

G、如果开关设备处于变位过程中，则投入机械特性监测任务，将开关设备的动作行程、分合闸线圈的电流和机械振动信号上传站控层监控系统，否则越过本步；

H、依据温湿度检测单元（2）检测的柜内环境值与设定的阈值进行比较，如需进行环境控制，则开起风机或加热器进行相应的环境控制；

I、人机界面单元（9）及站控层监控系统（11）通信均采用定时中断的方式与智能开关柜监控单元进行通信来交换参数、状态和其它信息。