一种低压物联网断路器及其故障检测方法技术

本发明专利技术涉及一种低压物联网断路器及其故障检测方法。一种低压物联网断路器，包括电流互感器、电压互感器、采样模块、NB‑IoT通信器、温度检测模块、开关驱动模块、电源模块和处理器；所述电流互感器、所述电压互感器分别与所述采样模块连接；所述采样模块、所述NB‑IoT通信器、所述温度监测模块所述开关驱动模块、所述电源模块分别与所述处理器连接。1、本发明专利技术提供的物联网断路器，集物联网通信、保护、计量、故障研判及上报等功能于一体，同时保证设备小型化，且数据采集精度高、范围宽；2、本发明专利技术提供的断路器采用基于NB‑IoT物联网通信技术，与主站稳定连接，且极大的提升电网数据统计及调配速度，其具备能耗低、覆盖面广。

A low voltage Internet of things circuit breaker and its fault detection method

【技术实现步骤摘要】
一种低压物联网断路器及其故障检测方法
本专利技术涉及低压物联网，尤其涉及一种低压物联网断路器及其故障检测方法。
技术介绍
断路器是广泛应用于低压配网系统中的一种关键设备，对其要求也越来越高。新一代断路器正朝着智能化、小型化、可靠性、多功能的方向发展。目前市面上的智能断路器产品参差不齐。传统的断路器只具备基本的热磁脱扣保护功能，近年来发展的电子式断路器，部分兼具分励脱扣保护和RS485通讯功能，但仍然存在些不足：有些智能型断路器体积偏大违背小型化设计发展趋势、还未实现故障信息可靠上报、采样精度较低无法满足高精度计量和智能台区管理需求、取电可靠性和设备智能化程度需提升，目前应用范围受到较严重的限制，不能满足智能电力物联网的发展要求。故障上报的可靠性亟待提高。目前低压台区配电数据均经由TTU(配电终端)上传主站，当发生故障时，故障线路的各级监测设备会蜂拥上报事件，由于设备数量较大，信道极易产生拥堵，传输过程中易受电磁干扰，信号覆盖面积有限，停电运行时间不长等因素造成故障(尤其是停电故障)上报成功率低，导致主站无法实时感知末端电网各拓扑层级异常情况，给电力公司日常运维工作带来很大压力。电子式断路器中电流互感器不仅作为电流自生电源供电，同时还承担着电流采样的作用。目前已知的单磁芯电流互感器方案难以兼顾高效取电和宽范围、高精度采样，较大电流才开始取电；电流测量精度较差，采样电阻串联在整流二极管和负载中，使得电流波形出现交越失真，采样负载变化时对其影响大，无法满足断路器的新需求(如宽范围故障电流监测、计量、故障电弧、线损分析等)。双磁芯电流互感器方案会使得低压断路器的体积增大，成本增加，难以应用在小型化要求的低压断路器中。此外，罗氏线圈采样方案由于其自身特性，很容易受到干扰，且在小电流情况下感应不灵敏、精度较差，存在出现故障而没有检测到的情况，尤其影响分闸保护的可靠性，存在严重的安全隐患。此外，单磁芯线圈为兼顾采样范围，在小电流时电流互感器无法从回路中取到足够能量。导致断路器的控制器无法正常工作，可能会出现误动作。若使用开关电源或者使用外部辅助电源，均需加电源模块，势必会增大设备体积，难以应用在限制体积的场合。其中，开关电源会产生高频干扰信号。外部电源模块需要导线与断路器控制器相连，容易引入新的干扰，对设备运行产生不利影响。开关长期带电运行，其主回路接线端子和开关触点的接触状态会逐渐恶化，目前没有合适的方案实现预警和保护。专利号为ZL201910585428.X的专利文献公开了一种基于物联网的计量型智能断路器，包括CPU模块、信号采集模块、计量模块、电源模块、机械控制模块、通信模块和输入/输出模块，所述计量模块包括计量芯片，电源模块包括自生电源回路单元，通信模块包括有线485通信单元和无线物联网通信模组，机械控制模块包括控制信号输出单元和设备信号反馈输入单元，输入/输出模块包括按键单元和显示单元；线路中的电压信号由电源模块转换成能够供计量芯片采集的信号，送到计量模块，不仅实现了计量的高精度、保护动作迅速、故障检测可靠等要求，还能通过物联网技术直接实现数据与远程终端的直接对接，大大提高了远程遥控的空间距离，还提高了电网数据统计及调配速度。但是依然存在上述问题。因而现有的断路器存在不足，还有待改进和提高。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种低压物联网断路器及其故障检测方法，能够符合未来市场发展，满足行业标准的电力物联网智能断路器。为了达到上述目的，本专利技术采取了以下技术方案：一种低压物联网断路器，包括电流互感器、电压互感器、采样模块、NB-IoT通信器、温度检测模块、开关驱动模块、电源模块和处理器；所述电流互感器、所述电压互感器分别与所述采样模块连接；所述采样模块、所述NB-IoT通信器、所述温度监测模块所述开关驱动模块、所述电源模块分别与所述处理器连接。优选的所述的低压物联网断路器，所述电流互感器具有单磁芯线圈和三个抽头，三个所述抽头将所述单磁芯线圈分为两个部分；其中，一部分为少匝线圈，另一部分为多匝线圈。优选的所述的低压物联网断路器，所述电流互感器的采样范围为：0-10IE；其中，IE为额定电流。优选的所述的低压物联网断路器，所述电源模块为CT取电装置和后备电容；所述CT取电装置包括依次连接的整流桥、稳压管、稳压器；所述整流桥与所述少匝线圈的两个抽头连接；所述稳压器与所述处理器连接；所述后备电容，在断路器启动后，通过CT取电装置充电，用于在所述CT取电装置不能供电时，向所述处理器供电。优选的所述的低压物联网断路器，所述采样模块包括采样电阻单元、特征信号采样通道和计量通道；所述采样电阻单元分别与所述特征信号采样通道、所述计量通道连接；所述电压互感器、所述电流互感器的所述多匝线圈分别与所述采样电阻单元连接；所述特征信号采样通道、所述计量通道分别与所述处理器连接。优选的所述的低压物联网断路器，所述计量通道具有计量芯片，所述计量芯片的型号为ATT7022E。优选的所述的低压物联网断路器，所述NB-IoT通信器为BC95通信模组。一种用于所述的低压物联网断路器的所述断路器故障检测方法，包括步骤：S1、所述电流互感器、所述电压互感器和所述温度检测模块分别检测线路电流、线路电压和触头温度，并分别将检测数据发送到所述处理器中；S2、所述处理器根据所述线路电流、所述线路电压和所述触头温度，判定断路器及其附近电路是否存在故障，若是，则通过所述NB-IoT通信器将故障信息传送到服务器中，并执行分励脱扣操作；若否，则无操作。优选的所述的断路器故障检测方法，所述步骤S2中包括对故障电弧的检测，具体包括：S211、所述处理器根据所述线路电流和所述线路电压判定是否存在高频特征信号，若是，则开启录波操作，并执行步骤S212；若否，则无操作；S212、判定当前时刻断路器是否执行了分合闸操作或开关位置遥信变位，若是，则执行步骤S213；若否，则执行步骤S211；S213、根据录波数据判定，所述高频特征信号是否为电弧故障信号，若是，则执行步骤S214；若否，则执行步骤211；S214、判定所述触头温度是否大于温度阈值，若是，则判定存在电弧故障；若否，则将异常情况上报主站。优选的所述的断路器故障检测方法，所述步骤S2中，利用所述NB-IoT通信器进行通信的步骤为：S221、对所述NB-IoT通信器进行初始化；S222、检测NB-IoT通信器的信号强度是否大于第一信号值，若是执行步骤S224；若否，则执行步骤223；S223、判定信号强度不大于所述第一信号值的次数是否大于第一阈值，若是，则执行步骤S228；若否，则执行步骤S222；S224、配置NB-IoT通信器的入网信息，判定是否入网成功，若是，执行步骤S226；若否，则执行步骤S225；S225、判定入网不成的次数是否大于第二阈值，若是，则执行步骤S2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低压物联网断路器，其特征在于，包括电流互感器、电压互感器、采样模块、NB-IoT通信器、温度检测模块、开关驱动模块、电源模块和处理器；所述电流互感器、所述电压互感器分别与所述采样模块连接；所述采样模块、所述NB-IoT通信器、所述温度监测模块所述开关驱动模块、所述电源模块分别与所述处理器连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种低压物联网断路器，其特征在于，包括电流互感器、电压互感器、采样模块、NB-IoT通信器、温度检测模块、开关驱动模块、电源模块和处理器；所述电流互感器、所述电压互感器分别与所述采样模块连接；所述采样模块、所述NB-IoT通信器、所述温度监测模块所述开关驱动模块、所述电源模块分别与所述处理器连接。


2.根据权利要求1所述的低压物联网断路器，其特征在于，所述电流互感器具有单磁芯线圈和三个抽头，三个所述抽头将所述单磁芯线圈分为两个部分；其中，一部分为少匝线圈，另一部分为多匝线圈。


3.根据权利要求2所述的低压物联网断路器，其特征在于，所述电流互感器的采样范围为：0-10IE；其中，IE为额定电流。


4.根据权利要求2所述的低压物联网断路器，其特征在于，所述电源模块为CT取电装置和后备电容；
所述CT取电装置包括依次连接的整流桥、稳压管、稳压器；所述整流桥与所述少匝线圈的两个抽头连接；所述稳压器与所述处理器连接；
所述后备电容，在断路器启动后，通过CT取电装置充电，用于在所述CT取电装置不能供电时，向所述处理器供电。


5.根据权利要求2所述的低压物联网断路器，其特征在于，所述采样模块包括采样电阻单元、特征信号采样通道和计量通道；所述采样电阻单元分别与所述特征信号采样通道、所述计量通道连接；
所述电压互感器、所述电流互感器的所述多匝线圈分别与所述采样电阻单元连接；所述特征信号采样通道、所述计量通道分别与所述处理器连接。


6.根据权利要求5所述的低压物联网断路器，其特征在于，所述计量通道具有计量芯片，所述计量芯片的型号为ATT7022E。


7.根据权利要求1所述的低压物联网断路器，其特征在于，所述NB-IoT通信器为BC95通信模组。


8.一种用于权利要求1-7任一所述的低压物联网断路器的所述断路器故障检测方法，其特征在于，包括步骤：
S1、所述电流互感器、所述电压互感器和所述温度检测模块分别检测线路电流、线路电压和触头温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓术，许健，李君，李智敏，朱欢庆，周到，
申请(专利权)人：威胜信息技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43