智能电源监控仪的制作方法

本实用新型涉及配电系统中的低压电气领域，尤其是配电所变压器实现节电运行的低压电源进线柜智能电源监控仪。

背景技术：

配电所是电力系统重要的组成部分，是直接向终端用户供电的重要环节，广泛应用于工业、农业、城乡居民社区等终端用能领域。据统计，全国配电变压器电能损耗约1700亿千瓦时，相当于三峡电站全年发电量的1.7倍，电能损耗十分严重。作为节能减排的重要措施，近年来，我国也出台了多项政策，推动高效配电变压器应用和产业发展。但在配电变压器节能控制方面整体能效水平仍然偏低，节能潜力巨大，因此，研究一种安全可靠，经济适用的配电所变压器节能控制方法，对于全面提升我国配电变压器运行能效水平，对降低配电变压器电能损耗，推动节能减排保护环境具有重要意义。

目前，现有的配电所变压器控制存在的缺点是：

大多数配电所变压器容量是固定不变的，在实际运行中，需求侧用电负载是在很大范围波动的，像社区居民生活用电，一般就是早高峰和晚高峰时用电负荷较大，职工一上班走人，全天有三分之二以上时间变压器都处于空载和轻载状态；一些负载变化较大的工矿企业，就是在用电负载很小时，大容量配电变压器也一直带电运行，造成大马拉小车和轻载或空载，浪费电能，不利于环境保护。

技术实现要素：

本本实用新型要解决的技术问题在于提供一种对低压进线电源进行实时检测与控制的装置，为配电所变压器的节电运行提供可靠的数据。

本实用新型的目的是以下述方式实现的：

智能电源监控仪，包括壳体，壳体内设置检测低压进线柜的进线电压的电源检测电路，电源检测电路通过接线端子分别连接进线电压的A相、B相、C相电源和零线。

所述电源检测电路包括分别连接在A相与零线之间、B相与零线之间、C相与零线之间的三路相同的电源检测控制电路，每路电源检测控制电路均主要包括RC电路、与RC电路连接的整流电路、与整流电路连接的电桥检测电路、与电桥检测电路连接的运算放大电路、与电桥检测电路连接的输出继电器电路。

所述输出继电器电路包括连接在A相与零线之间的继电器ⅠJ1、连接在B相与零线之间的继电器ⅡJ2、连接在C相与零线之间的继电器ⅢJ3。

所述输出继电器电路还包括接收继电器ⅠJ1、继电器ⅡJ2、继电器ⅢJ3的信号的继电器ⅠJ1的常闭触点ⅠJ1-1、继电器ⅡJ2的常闭触点ⅡJ2-1、继电器ⅢJ3的常闭触点ⅢJ3-1，所述继电器ⅠJ1的常闭触点ⅠJ1-1、继电器ⅡJ2的常闭触点ⅡJ2-1、继电器ⅢJ3的常闭触点ⅢJ3-1串联构成与门电路。

所述输出继电器电路还包括接收继电器ⅠJ1、继电器ⅡJ2、继电器ⅢJ3的信号的继电器ⅠJ1的常开触点ⅠJ1-2、继电器ⅡJ1的常开触点ⅡJ2-2、继电器ⅢJ3的常开触点ⅢJ3-2，所述继电器ⅠJ1的常开触点ⅠJ1-2、继电器ⅠJ1的常开触点ⅡJ2-2、继电器ⅢJ3的常开触点ⅢJ3-2并联形成或门电路。

本实用新型的有益效果：1、应用电源检测和智能控制技术检测进线电压，并将输出继电器的触点进行与或门逻辑电路连接，为变压器的节电安全运行提供可靠信号，保障装置可靠运行。2、智能化程度高，体积小，可方便安装在配电柜端子条上。

附图说明

图1为本实用新型的外形图。

图2为连接在A相、B相、C相与零线之间的电源检测控制电路的电路图。

图3为本实用新型与低压进线柜的低压进线断路器的控制装置连接示意图。

图4为本实用新型与低压进线柜和智能负载检测分配控制装置相连的接线端子的示意图。

图5为智能负载检测分配控制装置原理图一。

图6为智能负载检测分配控制装置原理图二。

图7为图5中的A部分的细节图。

图8为图5中的B部分的细节图。

图9为图5中的C部分的细节图。

图10为图5中的D部分的细节图。

图11为图6中的A部分的细节图。

图12为图6中的B部分的细节图。

图13为图6中的C部分的细节图。

图14为图6中的D部分的细节图。

图15为配电所系统图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1、图2所示，本实用新型提供一种智能电源监控仪，主要为后续的智能负载检测分配控制装置提供稳定信号，包括检测低压进线柜进线电压的电源检测电路；还包括壳体，电源检测电路设置在壳体内，通过设置在壳体上的接线端子与外部低压进线柜的相应位置连接，同时，还通过接线端子连接后续的智能负载检测分配控制装置，为智能负载检测分配控制装置提供开关信号。

智能电源监控仪壳体体积小，使用工程塑料制成，也可以使用其它材料，采用卡座式结构，方便安装在配电柜端子条上。

上述的电源检测电路通过接线端子分别连接低压进线柜的进线电压的A相、B相、C相电源和零线上。如图2所示，电源检测电路的A611接线端子、B611接线端子、C611接线端子连接在低压进线电源的A相、B相、C相上，N接线端子连接零线。

电源检测电路包括分别连接在A相与零线之间、B相与零线之间、C相与零线之间的三路相同的电源检测控制电路，每路电源检测控制电路均主要包括RC电路、与RC电路连接的整流电路、与整流电路连接的电桥检测电路、与电桥检测电路连接的运算放大电路、与电桥检测电路连接的输出继电器电路。而输出继电器电路包括连接在A相与零线之间的继电器ⅠJ1、连接在B相与零线之间的继电器ⅡJ2、连接在C相与零线之间的继电器ⅢJ3。

如图2的（A）部分电路所示，为连接在在A相与零线之间的电源检测控制电路图，其中智能电源监控仪的接线端子A611连接第一电容器C1与第一电阻R1的并联回路，该并联回路连接第一整流二极管D1的正极；接线端子a611通过第二电阻R2连接第二整流二极管D2的正极，第一整流二极管D1、第二整流二极管D2、第四整流二极管D4、第五整流二极管D5组成桥式整流电路，第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6组成电桥检测电路，电桥检测电路并联连接在桥式整流电路的第一整流二极管D1和第二整流二极管D2的负极、第四整流二极管D4和第五整流二极管D5的正极之间，第三二极管D3、第二电容器C2、第一三端稳压电路IC1组成隔离滤波稳压电路，连接在第三电阻R3和第四电阻R4相连的一端，同时为第二运算放大器IC2、第三驱动模块IC3、继电器ⅠJ1提供电源，检测电桥电路的输出连接第二运算放大器IC2的正负两个输入引脚，第二运算放大器IC2的输出连接第七电阻R7，第七电阻R7连接第三电容器C3和第三驱动模块IC3输入引脚，第三驱动模块IC3的输出连接继电器ⅠJ1；上述电路中，第一三端稳压电路IC1优选为LM7824、第二运算放大器IC2优选为LM358、第三驱动模块IC3优选为MC1413。

如图2的（B）部分电路所示，为连接在在B相与零线之间的电源检测控制电路图，其中智能电源监控仪的接线端子B611连接第五电容器C5与第八电阻R8的并联回路，该并联回路连接第六整流二极管D6的正极；接线端子b611通过第十四电阻R14连接第十整流二极管D10的正极，第六整流二极管D6、第七整流二极管D7、第九整流二极管D9、第十整流二极管D10组成桥式整流电路，第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12组成电桥检测电路，电桥检测电路并联连接在桥式整流电路的第六整流二极管D6和第七整流二极管D7连接的负极、第九整流二极管D9和第十整流二极管D10连接的正极之间，第八二极管D8、第六电容器C6、第四三端稳压电路IC4组成隔离滤波稳压电路，连接在第九电阻R9和第十电阻R10相连的一端，同时为第五运算放大器IC5、第六驱动模块IC6、继电器ⅡJ2提供电源，检测电桥电路的输出连接第五运算放大器IC5的正负两个输入引脚，第五运算放大器IC5的输出连接第十三电阻R13，第十三电阻R13连接第七电容器C7和第六驱动模块IC6输入引脚，第六驱动模块IC6的输出连接继电器ⅡJ2；上述电路中，第四三端稳压电路IC4优选为LM7824、第五运算放大器IC5优选为LM358、第六驱动模块IC6优选为MC1413。

如图2的（C）部分电路图所示，为连接在在C相与零线之间的电源检测控制电路图，其中智能电源监控仪的接线端子C611连接第九电容器C9与第十五电阻R15的并联回路，该并联回路连接第十一整流二极管D11的正极；接线端子c611通过第十六电阻R16连接第十五整流二极管D15的正极，第一十一流二极管D11、第十二整流二极管D12、第十四整流二极管D14、第十五整流二极管D15组成桥式整流电路，第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20组成电桥检测电路，电桥检测电路并联连接在桥式整流电路的第一十一流二极管D11、第十二整流二极管D12连接的负极、第十四整流二极管D14和第十五整流二极管D15连接的正极之间，第十三二极管D13、第十电容器C10、第七三端稳压电路IC7组成隔离滤波稳压电路，连接在第十七电阻R17和第十八电阻R18相连的一端，同时为第八运算放大器IC8、第九驱动模块IC9、继电器ⅢJ3提供电源，检测电桥电路的输出连接第八运算放大器IC8的正负两个输入引脚，第八运算放大器IC8的输出连接第二十一电阻R21，第二十一电阻R21连接第十一电容器C11和第九驱动模块IC9输入引脚，第九驱动模块IC9的输出连接继电器ⅢJ3；上述电路中，第七三端稳压电路IC7优选为LM7824、第八运算放大器IC8优选为LM358、第九驱动模块IC9优选为MC1413。

如图2中的（D）（E）部分电路所示，为输出继电器的常闭触点组成的串联电路和常开触点组成的并联电路，该串联电路和并联电路连接在电路中的合适部分，用于接收前级的电源检测电路中的继电器线圈发出的信号，然后根据信号闭合或者打开行程开关信号，将开关信号通过与智能负载检测分配控制装置相连的接线端子传送给智能负载检测分配控制装置，智能负载检测分配控制装置根据获取的开关信号判断正常运行。

上述的电路包括图2中（D）所示的串连连接的继电器ⅠJ1的常闭触点ⅠJ1-1、继电器ⅡJ2的常闭触点ⅡJ2-1、继电器ⅢJ3的常闭触点ⅢJ3-1。该三路继电器开关组成与门电路，称为检测Y。该检测Y电路通过智能电源监控仪上的相应接线端子连接在智能负载检测分配控制装置的218、223接线端子。

还包括图2中（E）所示的常开触点组成的并联电路，它包括并联连接的继电器JI的常开触点ⅠJ1-2、继电器ⅡJ2的常开触点ⅡJ2-2、继电器ⅢJ3的常开触点ⅢJ3-2，该三路继电器开关组成或门电路，称为检测H。该检测H电路通过智能电源监控仪上的相应接线端子连接在智能负载检测分配控制装置的219、222接线端子。

上述三路继电器选用HF115F2Z。

本实用新型的工作原理及过程如下：

当智能电源监控仪在线工作时，低压进线电源一切都正常情况下，继电器ⅠJ1的常闭触点ⅠJ1-1、继电器ⅡJ2的常闭触点ⅡJ2-1、继电器ⅢJ3的常闭触点ⅢJ3-1串联，组成与门逻辑电路,输出为“1”；继电器JI的常开触点ⅠJ1-2、继电器ⅡJ2的常开触点ⅡJ2-2、继电器ⅢJ3的常开触点ⅢJ3-2并联组成或门逻辑电路，输出为“1”，此时，检测仪输出逻辑电平为“11”，智能负载检测分配控制装置正常运行。

当低压电源有任意一相欠压、缺相时，智能电源监控仪通过RC电路、整流电路、电桥检测电路、运算放大电路驱动模块，使输出继电器电路中的继电器释放，任意一路继电器释放，就改变了正常情况下智能电源监控仪输出逻辑关系，检测仪输出逻辑电平为“01”，智能负载检测分配控制装置程序中断，延时发出变压器故障报警信号，通知检修。

综上所述，本实用新型实现了智能电源监控作用。

上述的智能负载检测分配控制装置的具体结构如图5~15所示。

智能负载检测分配控制装置应用在如图15所示的配电系统中，即在配电系统中设置多组配电变压器组，每组配电变压器组均包括与高压母线连接的1#高压柜和2#高压柜；1#高压柜上连接1#变压器，1#变压器通过第二母线连接1#低压柜，1#低压柜通过第二母线连接低压补偿柜Ⅰ，低压补偿柜Ⅰ通过第二母线连接负载Ⅰ；2#高压柜上连接2#变压器，2#变压器通过第三母线连接2#低压柜2#低压柜通过第三母线连接低压补偿柜Ⅱ，低压补偿柜Ⅰ通过第三母线连接负载Ⅱ；1#变压器与2#变压器连接；还包括低压联络柜，低压联络柜通过第二母线连接负载Ⅰ、通过第三母线连接负载Ⅱ。

智能负载检测分配控制装置自动检测1#变压器和2#变压器的负载大小、高低压开关状态，控制1#高压开关、2#高压开关1#低压进线断路器、2#低压进线断路器、低压联络断路器在两台变压器之间的不断电电联动投切组合，变换变压器运行容量，避免大马拉小车和小马拉大车，实现配电所无人值守，开关柜自动储能、合闸、分闸，配电所变压器智能节电运行。

智能负载分配控制装置包括检测配电所中1#变压器和2#变压器状态的负载检测计量单元；接收负载检测计量单元检测的信号的可编程显示控制单元，可编程显示控制单元包括单片机和与单片机连接的LED驱动电路，LED驱动电路连接LED显示单元；接收可编程显示控制单元数据的负载分配控制单元；显示负载分配控制单元运行状态的运行状态显示单元。其中上述的LED显示单元和运行状态显示单元均设置在壳体上。其余单元设置在壳体内。

上述控制器选用单片机。

如图5和图6所示，负载检测计量单元采集1#高压柜和2#高压柜内的负载电流，然后通过两个处理器（IC1、IC2）进行信号转换。其中处理器1C1通过电流信号隔离器T4接收负载检测信号采集装置采集的1#变压器的信号，处理器IC2通过电流信号隔离器T3接收负载检测信号采集装置采集的2#变压器的信号。处理器（IC1、IC2）为两个高精度的双路DPS高精度的CA/AD数模转换处理芯片，例如现有的型号为CS5460的芯片，CS5460DPS高精度且带有串行接口集成电路芯片，包含两个转换器与微控制器通讯的双向串口, 它包含了两个增益可编程放大器、两个高速滤波器，具有系统校准和有效值计算功能，以提供瞬时数据采样及周期计算结果，自动检测判断信号极性，程序自适应运算，串口与可编程显示控制单元的单片机IC3 的IO口连接。

负载检测计量单元通过104和105两个输入端子采集1#高压柜的负载电流，再经过图5中的电流信号隔离器T4的原边绕组，T4的副边绕组并联第二电阻和第十九电容以后，分别连接处理器1C1的IN+、IIN-端口，通过204和205两个输入端子采集2#高压柜的负载电流，再经过图5中的电流信号隔离器T3原边绕组，副边绕组并联R1、C18后分别连接IC2 IN+、IIN-端口。

可编程显示控制单元包括单片机IC3，单片机IC3上连接有LED显示电路，它还包括编程器、信号调制电路、串口通信电路等，单片机IC3主要实现整个系统的数据读取、校准、控制、信号、通讯和人机互交接口进行定值设定和修改等功能。

可编程显示控制单元的单片机采用型号为ATMEGA64的高性能AVR单片机，它通过型号为CH451的LED驱动电路（即LED数码管驱动芯片）驱动LED显示电路进行显示。单片机IC3的PB口与LED驱动电路IC4的串行SPI接口。单片机IC3可实现两路或单路电流的校准、测量以及有效值读取和采样芯片内部寄存器的初始化工作，并通过片选端口CS1、CS2分别实现对两片的芯片的分时操作，同时共用芯片数据端口时钟端口。单片机IC3读取两路电流后和内部程序检测后与设定值比较，通过数据总线送LED数码管驱动芯片CH451驱动LED显示单元显示电流值以及通过人机交互接口进行的定值的设定和修改，单片机IC3的PB0、PB1通过连接的数据总线KD1、KD2来驱动后级负载分配控制单元，同时工作时面板上与LED驱动电路连接的两个LED（HIGHTLED2、LOWLED2）发光。

负载分配控制装置包括控制器，控制器使用单片机，控制器上连接输入光电隔离模块，输入光电隔离模块连接运行状态显示单元，运行状态显示单元连接输入端子；控制器通过输出光电隔离模块连接和继电器模块，继电器模块连接输出端子。负载分配控制装置承上启下，自动检测1#变压器、2#变压器负载大小和高低压开关状态，并通过输出总线驱动输出单元，控制1#高压开关、2#高压开关、1#低压进线断路器、2#低压进线断路器、低压联络断路器在两台变压器之间不断电联动投切组合，变换变压器运行容量，实现节电运行。

控制器采用型号为ATMEGA64的单片机U81，输入光电隔离模块包括16个输入光电隔离单元，输入光电隔离单元DW1至DW16总线连接单片机U81的PF、PE端口；可编程显示控制单元输出总线连接PB口。输出光电隔离模块包括16个输出光电隔离单元，输出光电隔离单元KS1~KS16连接继电器模块中的K1~K16的16个继电器。

运行状态显示单元连接在输入端子与输入光电隔离模块之间，输入端子210、211连接检测电阻R230、LED发光二极管D1、光电耦合器U49，LED发光二极管显示低压联络柜开关状态；输入端子212、213连接检测电阻R232、LED发光二极管D2、光电耦合器U50，LED发光二极管D2显示1#高压柜的开关状态；输入端子214、215连接检测电阻R234、LED发光二极管D3、光电耦合器U51，LED发光二极管D3显示2#高压柜开关状态；输入端子216、217、218、219连接检测电阻R236、R238、R240、LED发光二极管D4、LED发光二极管D5、LED发光二极管D6、光电耦合器U52、光电耦合器U53、光电耦合器U54，分别用来显示1#低压柜开关状态、1#低压柜电源检测Y（与门电路），1#低压柜电源检测H（或门电路）；输入端子220、221、222、223连接检测电阻R242、检测电阻R244、检测电阻R246、LED发光二极管D7、LED发光二极管D8、LED发光二极管D9、光电耦合器U55、光电耦合器U56、光电耦合器U57，分别显示2#低压柜开关状态、2#低压柜电源检测Y（与门电路），2#低压柜电源检测H（或门电路）；将负载检测分配控制装置运行状态通过LED发光二极管显示在显示窗口，便于巡视人员观察，了解设备运行状况。

负载分配控制单元的单片机总线KO1至KO16连接光电耦合隔离阵列、光电耦合器输出连接继电器驱动模块MC1413，驱动FH115F大功率继电器。其中，继电器K1、继电器K2触点连接接线端子106、107、108分别控制1#高压开关合闸、分闸；继电器K3、继电器K4触点连接接线端子109、110、111，分别控制2#高压开关合闸、分闸；继电器K5、继电器K6、继电器K7触点连接接线端子112、113、114、115，分别控制1#低压柜开关储能、合闸、分闸；继电器K8、继电器K9、继电器K10触点连接接线端子116、117、118、119，分别控制低压联络柜开关储能、合闸、分闸；继电器K11、继电器K12、继电器K13触点连接接线端子120、121、122、123，分别控制2#低压柜储能、合闸、分闸；继电器K14触点连接接线端子206、207输出1#变压器故障报警；继电器K15触点连接接线端子208、209输出2#变压器故障报警。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围。