本发明涉及配电自动化技术领域，尤其涉及一种高速保护数字式免pt智能运维开关、系统以及应用于该系统的应用方法。
背景技术：
目前，电容取电配电自动化柱上开关由于具有许多优点，正在被国家电网越来越多的电力公司逐步推广。这种电容取电开关的主要技术特点是：1、采用电容取电取代传统pt；2、开关的二次设备(ftu)实现低功耗。其它特征与传统的配电自动化开关没有什么差别。
现有技术存在的主要问题是：1、维护低效：当设备发生故障后要维修时，必须先停电，这不仅将给用户造成停电带来的困扰，而且会给电力公司造成经济损失；2、开关没有故障预防措施措施，而是要等到开关故障发生后，被动进行检修。
市面上最新解决方法是：把电流电压传感器的信号先转变成数字信号，及实现所谓数字化信号传输。
然而，这种数字式传输由于cpu的资源限制以及电缆的体积限制，只能采用串行通讯，这样降低了cpu数据采集的实时性，从而降低了保护的实时性，可能引起上游开关甚至变电站出口开关跳闸、造成大面积停电，这对保护而言是不能允许的。
技术实现要素：
本发明的第一目的在于提供一种通过集成模块检测方式，可以实现不停电更换，从而提高维护效率的数字式免pt智能运维开关。
本发明的第二目的在于提供一种采用双cpu来分工处理高速和低速两部分数据，避免了现有数字化产品的串行通信造成的延时，使得线路保护具有实时性的数字式免pt智能运维开关系统。
本发明的第三目的在于提供一种应用于上述系统的数字式免pt智能运维开关系统的应用方法。
为了实现上述的第一目的，本发明提供的一种数字式免pt智能运维开关，其包括第一控制单元、传感器单元、开关状态检测单元、操动机构、第一通讯单元以及与所述第一控制单元连接的高压电容取电单元，所述传感器单元与所述第一控制单元连接，用于将采集获得的模拟信号输入至所述第一控制单元，所述第一控制单元与所述开关状态检测单元连接，组成开关量输入/输出单元控制所述操动机构进行分合闸，实现开关量的输出，所述第一控制单元与所述第一通讯单元连接，用于对电容取电开关进行远程监控及控制。
进一步的方案中，所述电容取电开关还包括线损测量单元，所述线损测量单元与所述第一控制单元连接。
更进一步的方案中，所述高压电容取电单元包括连接于电力网上的高压电容以及取电及监测单元，所述高压电容与所述第一控制单元之间通过所述第一通讯单元连接，所述取电及监测单元与所述第一控制单元连接。
更进一步的方案中，所述取电及监测单元包括取电保护电路、取电电路和取电检测电路，所述取电电路的输入端与所述高压电容连接，用于将所述高压电容降压后的低压交流信号转换成各电路工作所需的直流电压，并为所述第一控制单元提供工作电源，所述取电保护电路、取电检测电路均与所述取电电路连接。
更进一步的方案中，所述传感器单元由零序电压和零序电流传感器、电流传感器、电压传感器、温度湿度传感器组成，其中，零序电压和零序电流传感器用于采集零序电压和零序电流信号，所述电流传感器用于采集相电流信号，所述电压传感器用于采集相电压信号，所述温度湿度传感器用于采集温度湿度信号。
更进一步的方案中，所述零序电压和零序电流传感器、电流传感器、电压传感器、温度湿度传感器分别将采集获得的模拟信号通过运算放大器组成的滤波电路处理后，经由adc转换电路转换成数字信号输入所述第一控制单元。
为了实现上述的第二目的，本发明提供的一种数字式免pt智能运维开关系统，其包括上述的数字式免pt智能运维开关以及智能终端，所述电容取电开关与所述智能终端之间通过通信电缆连接。
进一步的方案中，所述智能终端包括第二控制单元、第二通讯单元、人机操作界面、外部设备数据采集单元以及储能单元，所述第二控制单元通过所述第二通讯单元与所述电容取电开关的第一通讯单元进行通信，所述人机操作界面、外部设备数据采集单元、储能单元分别与所述第二控制单元连接。
为了实现上述的第三目的，本发明提供的一种数字式免pt智能运维开关的应用方法，所述数字式免pt智能运维开关系统是采用上述的数字式免pt智能运维开关系统，所述方法包括以下步骤：将pt去掉，采用高压电容取电单元进行取电，获取电力网上的高压交流电，并对其进行降压处理，并用超级电容或蓄电池储能；采用传感器单元采集获取的各种模拟信号，为测量电流、电压、温度、湿度提供信号，并输入至第一控制单元；采用开关状态检测单元为第一控制单元提供开关状态信号，其中，所述开关状态信号包括开关的分合闸状态、绝缘气体的漏气状态等开关状态信号；采用第一控制单元控制操动机构进行分合闸，实现开关量的输出；采用第一通讯单元与第一控制单元连接，对电容取电开关进行远程监控及控制。
进一步的方案中，电容取电开关与智能终端之间通过通信电缆连接，采用电容取电开关和智能终端的双cpu来分工处理高速和低速数据，所述低速数据包括物联网数据、故障录波数据、设备各部分的故障数据等上传主站的数据。
由此可见，本发明的有益效果如下：
1、采用了模块检测的方法，使得易损件可以实现不停电更换，避免了更换时必须先停电的弊端，提高了维护效率；
2、采用双cpu来分工处理高速和低速两部分数据，避免了现有数字化产品的串行通信造成的延时，使得线路保护具有实时性；
3、不增加硬件成本，从电流、电压采样数据中对开关的机械特性进行分析，来对开关的故障进行早期诊断，很大程度上能够避免被动地处理故障的维护，如从电流采样数据中分理出雷击脉冲数据，为雷击后的维护提供了方便；
4、可就地采集模拟量、状态量，控制开关分合闸，利用单片机对采集到的线路中的电流、电压信号进行实时分析，可对故障类型做出快速判断及处理，并且具有明显的就地和远方传送故障指示信号；
5、改变传统取电方式，将pt去掉，采用电容取电，克服了传统pt带来的爆炸隐患，有利于提高配电系统的安全性，使用少量的电子器件取代了传统pt，能节省大量的生产pt带来的铜、硅钢片级树脂等的消耗，节省料资源、减少了炼制时对环境的污染；
6、增加通讯单元使其具有远方维护功能，可进行远方控制、参数远方修改整定。
因此，本发明的社会效益和经济效益明显。
附图说明
图1是本发明一种数字式免pt智能运维开关实施例的原理图。
图2是本发明一种数字式免pt智能运维开关系统实施例的原理图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限用于本发明。
本发明能够自动采集线路电压、电流及开关状态信息，自动故障判别和处理，自动识别线路短路和接地故障类型，完成线路故障监测，避免了现有数字化产品的串行通信造成的延时，使得线路保护具有实时性和可靠性。
一种数字式免pt智能运维开关实施例：
如图1所示，本发明提供的一种数字式免pt智能运维开关，包括开关本体10，开关本体10上设有第一控制单元11、传感器单元、开关状态检测单元12、操动机构13、第一通讯单元40以及与第一控制单元11连接的高压电容取电单元，传感器单元与第一控制单元11连接，用于将采集获得的模拟信号输入至第一控制单元11，第一控制单元11与开关状态检测单元12连接，组成开关量输入/输出单元控制操动机构13进行分合闸，实现开关量的输出，第一控制单元11与第一通讯单元40连接，用于对电容取电开关进行远程监控及控制。
在本实施例中，电容取电开关还包括线损测量单元14，线损测量单元14与第一控制单元11连接，用于提供线路损耗所需的有功功率、无功功率、功率因数等计算数据。
在本实施例中，高压电容取电单元包括连接于电力网上的高压电容15以及取电及监测单元16，高压电容15与第一控制单元11之间通过第一通讯单元40连接，取电及监测单元16与第一控制单元11连接。
在本实施例中，取电及监测单元16包括取电保护电路、取电电路和取电检测电路，取电电路的输入端与高压电容15连接，用于将高压电容15降压后的低压交流信号转换成各电路工作所需的直流电压，并为第一控制单元11提供工作电源，取电保护电路、取电检测电路均与取电电路连接。
具体地，本实施例的取电保护电路包括非正常高压下的击穿泄放元件串联阵列；取电电路主要包括变压器、开关管等器件以及稳压控制电路，其主要功能是将高压电容15降压后的交流电压转变为系统工作所需要的直流电压；取电检测电路主要包括取样电阻、信号处理电路、ad转换电路等器件和电路，分别对取电保护电路和取电电路进行监测。
在本实施例中，传感器单元由零序电压和零序电流传感器17、电流传感器18、电压传感器19、温度湿度传感器30组成，其中，零序电压和零序电流传感器17用于采集零序电压和零序电流信号，电流传感器18用于采集相电流信号，电压传感器19用于采集相电压信号，温度湿度传感器30用于采集温度湿度信号。
其中，零序电压和零序电流传感器17、电流传感器18、电压传感器19、温度湿度传感器30分别将采集获得的模拟信号通过运算放大器组成的滤波电路处理后，经由adc转换电路转换成数字信号输入第一控制单元11。
可见，本发明通过开关状态检测单元12和温度湿度传感器30，便于实时监控开关柜的开关状态以及温湿度变化。
作为优选，开关状态检测单元12采用行程触碰开关、温度传感器以及压力传感器，能够对对开关状态进行实时监测。
具体地，本发明通过通用电子式/电磁式传感器(电压传感器19、电流传感器18等)采集配电网电压、电流信号并将其转换为模拟量信号输出，通用传感器输出的模拟量信号将经运算放大电路进行滤波处理后输入单片机，利用单片机内部的adc转换电路将模拟信号转换为数字信号，从而实现对柱上开关的监测和控制。
本实施例的通讯单元可以是485通信、gprs无线通信和可扩展第三方协议数据传输的扩展数据传输模块，从而保证其能够实现对柱上开关的远方监测和控制。
作为优选，第一控制单元11采用带有dsp内核的单片机，既能实现灵活的控制方式，又能对数据进行高效的处理，适用于可靠性要求较高的场合，可快速对故障做出判断，并执行预定分闸命令。
作为优选，本实施例的线损测量单元14具备电子式传感器和电磁式传感器两种信号接口，外部传感器信号通过电缆接入该单元，该单元实时计算线损参数，并将计算结果传入第一控制单元11进一步处理分析。
在具体应用中，本发明紧凑型的电容取电开关主要包括：
高压电容15，该电容可以封装在开关极柱内部，或根据需要分开灌封、单独安装，其主要作用是把相电压降成低压交流；
取电及监测单元16，该单元由三部分电路组成，即取电保护电路、取电电路和取电检测电路，设于开关腔体内部，也可以与高压电容15安装在一起。其作用是：取电保护电路用于保护取电电路；取电电路实现ac-dc功能，即将降压后的低压交流转换成各电路工作所需的直流电压；取电检测电路用于对上述两部分进行监测。
开关状态检测单元12，用于检测开关状态等检测信号，该信号通过专用机械零件获得，它提供开关的分合闸状态、绝缘气体的漏气状态等开关信号；
线损测量单元14，提供线路损耗所需的有功功率、无功功率、功率因数等计算数据，可由专用模块产生，也可以同cpu计算获得；
零序电压和零序电流传感器17，与开关极柱相连，提供与零序电压和零序电流大小成正比的电压信号，由信号处理和adc转换成数字信号；
电流传感器18，采用穿心传感器，分别套于三相导电体上，用于获得与相电流成正比的相电流信号；
电压传感器19，分别与三相导电体相连，用于获得与相电压成正比的相电压信号；
温度湿度传感器30，装在开关腔体内，用于感知开关腔体内的温度和湿度；
操动机构13，该机构位于开关腔体内，用于执行开关的分合；
第一控制单元11(cpu1)，为本实施例紧凑型电容取电开关的智能测控单元，设于开关腔体内，用于对开关上述各种数据采集，并全部实现数字化向外传输；实现快速保护；实现与周边开关的对等通信(当没有cpu2时，可与主站通信)；实现与智能终端20的通信。
进一步的，上述各个模块可以通过特殊结构进行带电更换。
当没有智能终端20时，本实施例的电容取电开关独成一体，可作为一套完整智能开关使用。
一种数字式免pt智能运维开关系统实施例：
参见图2，本发明提供的一种数字式免pt智能运维开关系统，其包括上述的数字式免pt智能运维开关10以及智能终端20，电容取电开关与智能终端20之间通过通信电缆连接。
进一步的，智能终端20包括第二控制单元21(cpu2)、第二通讯单元22、人机操作界面23、外部设备数据采集单元以及储能单元，第二控制单元21通过第二通讯单元22与电容取电开关的第一通讯单元40进行通信，人机操作界面23、外部设备数据采集单元24、储能单元25分别与第二控制单元21连接。
可见，智能终端20主要处理对速度要求不高的数据，如物联网数据、故障录波数据上传主站、设备各部分的故障数据等的传送；当储能单元25安装在智能终端20处时，智能终端20负责对储能单元25进行管理；当储能单元25安装在电容取电开关处时，储能单元25由cpu1进行管理，并由它与后台通信。
数字式免pt智能运维开关的应用方法实施例：
一种数字式免pt智能运维开关的应用方法，应用于上述的数字式免pt智能运维开关系统，本发明的方法包括以下步骤：
将pt去掉，采用高压电容15取电单元进行取电，获取电力网上的高压交流电，并对其进行降压处理，并用超级电容或蓄电池储能。
采用传感器单元采集获取的各种模拟信号，为测量电流、电压、温度、湿度提供信号，并输入至第一控制单元11。
采用开关状态检测单元12为第一控制单元11提供开关状态信号，其中，开关状态信号包括开关的分合闸状态、绝缘气体的漏气状态等开关状态信号。
采用第一控制单元11控制操动机构13进行分合闸，实现开关量的输出。
采用第一通讯单元40与第一控制单元11连接，对电容取电开关进行远程监控及控制。
进一步的，电容取电开关与智能终端20之间通过通信电缆连接，采用电容取电开关和智能终端20的双cpu来分工处理高速和低速数据，低速数据包括物联网数据、故障录波数据、设备各部分的故障数据等上传主站的数据。
由此可见，本发明的有益效果如下：
1、采用了模块检测的方法，使得易损件可以实现不停电更换，避免了更换时必须先停电的弊端，提高了维护效率；
2、采用双cpu来分工处理高速和低速两部分数据，避免了现有数字化产品的串行通信造成的延时，使得线路保护具有实时性；
3、不增加硬件成本，从电流、电压采样数据中对开关的机械特性进行分析，来对开关的故障进行早期诊断，很大程度上能够避免被动地处理故障的维护，如从电流采样数据中分理出雷击脉冲数据，为雷击后的维护提供了方便；
4、可就地采集模拟量、状态量，控制开关分合闸，利用单片机对采集到的线路中的电流、电压信号进行实时分析，可对故障类型做出快速判断及处理，并且具有明显的就地和远方传送故障指示信号；
5、改变传统取电方式，将pt去掉，采用电容取电，克服了传统pt带来的爆炸隐患，有利于提高配电系统的安全性，使用少量的电子器件取代了传统pt，能节省大量的生产pt带来的铜、硅钢片级树脂等的消耗，节省料资源、减少了炼制时对环境的污染；
6、增加通讯单元使其具有远方维护功能，可进行远方控制、参数远方修改整定。
因此，本发明的社会效益和经济效益明显。
以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。
本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。
1.一种数字式免pt智能运维开关，其特征在于，包括：
第一控制单元、传感器单元、开关状态检测单元、操动机构、第一通讯单元以及与所述第一控制单元连接的高压电容取电单元，所述传感器单元与所述第一控制单元连接，用于将采集获得的模拟信号输入至所述第一控制单元，所述第一控制单元与所述开关状态检测单元连接，组成开关量输入/输出单元控制所述操动机构进行分合闸，实现开关量的输出，所述第一控制单元与所述第一通讯单元连接，用于对电容取电开关进行远程监控及控制。
2.根据权利要求1所述的数字式免pt智能运维开关，其特征在于：
所述电容取电开关还包括线损测量单元，所述线损测量单元与所述第一控制单元连接。
3.根据权利要求1所述的数字式免pt智能运维开关，其特征在于：
所述高压电容取电单元包括连接于电力网上的高压电容以及取电及监测单元，所述高压电容与所述第一控制单元之间通过所述第一通讯单元连接，所述取电及监测单元与所述第一控制单元连接。
4.根据权利要求3所述的数字式免pt智能运维开关，其特征在于：
所述取电及监测单元包括取电保护电路、取电电路和取电检测电路，所述取电电路的输入端与所述高压电容连接，用于将所述高压电容降压后的低压交流信号转换成各电路工作所需的直流电压，并为所述第一控制单元提供工作电源，所述取电保护电路、取电检测电路均与所述取电电路连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的数字式免pt智能运维开关，其特征在于：
所述传感器单元由零序电压和零序电流传感器、电流传感器、电压传感器、温度湿度传感器组成，其中，零序电压和零序电流传感器用于采集零序电压和零序电流信号，所述电流传感器用于采集相电流信号，所述电压传感器用于采集相电压信号，所述温度湿度传感器用于采集温度湿度信号。
6.根据权利要求5所述的数字式免pt智能运维开关，其特征在于：
所述零序电压和零序电流传感器、电流传感器、电压传感器、温度湿度传感器分别将采集获得的模拟信号通过运算放大器组成的滤波电路处理后，经由adc转换电路转换成数字信号输入所述第一控制单元。
7.一种数字式免pt智能运维开关系统，其特征在于，包括：
如权利要求1至6任一项所述的数字式免pt智能运维开关以及智能终端，所述电容取电开关与所述智能终端之间通过通信电缆连接。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：
所述智能终端包括第二控制单元、第二通讯单元、人机操作界面、外部设备数据采集单元以及储能单元，所述第二控制单元通过所述第二通讯单元与所述电容取电开关的第一通讯单元进行通信，所述人机操作界面、外部设备数据采集单元、储能单元分别与所述第二控制单元连接。
9.一种数字式免pt智能运维开关系统的应用方法，其特征在于，所述数字式免pt智能运维开关系统是采用上述权利要求7至8任一项所述的数字式免pt智能运维开关系统，所述方法包括以下步骤：
将pt去掉，采用高压电容取电单元进行取电，获取电力网上的高压交流电，并对其进行降压处理，并用超级电容或蓄电池储能；
采用传感器单元采集获取的各种模拟信号，为测量电流、电压、温度、湿度提供信号，并输入至第一控制单元；
采用开关状态检测单元为第一控制单元提供开关状态信号，其中，所述开关状态信号包括开关的分合闸状态、绝缘气体的漏气状态等开关状态信号；
采用第一控制单元控制操动机构进行分合闸，实现开关量的输出；
采用第一通讯单元与第一控制单元连接，对电容取电开关进行远程监控及控制。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：
电容取电开关与智能终端之间通过通信电缆连接，采用电容取电开关和智能终端的双cpu来分工处理高速和低速数据，所述低速数据包括物联网数据、故障录波数据、设备各部分的故障数据等上传主站的数据。
技术总结