新型智能费控开关及其低压费控防窃电计量装置论文和设计-魏梅芳

全文摘要

本实用新型公开了一种新型智能费控开关，包括电源模块、控制器模块、电压采样模块、电流采样模块、时钟模块、合分闸模块、合分闸控制模块和通信模块；电源模块供电；电压采样模块采样电源电压信号并上传；电流采样模块采样电源电流信号并上传；时钟模块提供标准时钟信号；通信模块通信；控制器模块通过通信模块接收外部数据信息，输出合闸或分闸信号给合分闸控制模块，合分闸控制模块驱动合分闸模块动作并带动外部电机动作，实现合闸或分闸操作。本实用新型还公开了包括所述新型智能费控开关的低压费控防窃电计量装置。本实用新型稳定、可靠、不易被破坏且具备防窃电功能。

主设计要求

1.一种新型智能费控开关，其特征在于包括电源模块、控制器模块、电压采样模块、电流采样模块、时钟模块、合分闸模块、合分闸控制模块和通信模块；电压采样模块、电流采样模块、时钟模块、合分闸控制模块和通信模块均与控制器模块连接，合分闸模块与合分闸控制模块连接；电源模块给所述智能费控开关供电；电压采样模块用于对输入新型智能费控开关的电源进行电压信号采样并上传控制器模块；电流采样模块用于对输入新型智能费控开关的电源进行电流信号采样并上传控制器模块；时钟模块用于给控制器模块提供标准时钟信号；通信模块用于所述费控开关与外部通信；控制器模块用于通过通信模块接收外部数据信息，并根据接收的电压采样信号和电流采样信号输出合闸或分闸信号给合分闸控制模块，合分闸控制模块用于驱动合分闸模块动作并带动外部电机动作，实现对费控开关进行合闸或分闸操作。

设计方案

2.根据权利要求1所述的新型智能费控开关，其特征在于还包括红外发送接收模块；红外发送接收模块与控制器模块连接，用于低压费控防窃电计量装置通过红外通信的方式与外部进行数据通信。

3.根据权利要求2所述的新型智能费控开关，其特征在于所述的红外发送接收模块为由型号为HS0038B的红外芯片构成的模块。

4.根据权利要求1所述的新型智能费控开关，其特征在于所述的新型智能费控开关还包括显示模块；显示模块与控制器模块连接，用于显示所述新型智能费控开关的工作状态。

5.根据权利要求1所述的新型智能费控开关，其特征在于所述的新型智能费控开关还包括存储模块；存储模块与控制器模块连接，用于存储所述新型智能费控开关的数据。

6.根据权利要求5所述的新型智能费控开关，其特征在于所述的存储模块为由型号为24LC256-I\/SN的存储芯片构成的模块。

7.根据权利要求1~5之一所述的新型智能费控开关，其特征在于所述的通信模块为由型号为SN65LBC184DR的芯片构成的模块。

8.根据权利要求1~5之一所述的新型智能费控开关，其特征在于所述的控制器模块为由型号为STM32F030R8T6的控制器芯片构成的模块。

9.根据权利要求1~5之一所述的新型智能费控开关，其特征在于所述的时钟模块为由型号为PCF8563T的时钟芯片构成的模块。

10.一种低压费控防窃电计量装置，其特征在于所述低压费控防窃电计量装置安装在独立的箱体内，包括电能表、电流采样互感器和入户负荷开关，还包括了权利要求1~9之一所述的新型智能费控开关；电网线路通过新型智能费控开关和电流采样互感器后连接入户负荷开关，电能表的电源端和电压采样端均并接在新型智能费控开关的输入端，电流采样互感器的采样输出端连接电能表的电流采样端；新型智能费控开关的通信模块通过通信线连接电能表的通信模块并通信；新型智能费控开关作为现有的智能电能表的前端设备，实现同步计量监测、费控分闸和费控合闸的功能。

设计说明书

技术领域

本实用新型具体涉及一种新型智能费控开关及其低压费控防窃电计量装置。

背景技术

随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。但是随着电力系统智能化水平的不断提高，低压三相带CT用户费控未全覆盖及窃电现象仍层出不穷，造成电力系统成本增加和电费经济损失。

目前，现有低压三相用户带CT电能表与入户断路器之间的连接关系大致如图1所示。从图中可以看出，三相电源线先经过CT再连接入户负荷开关，（该型入户负荷开关一般采用断路器，且断路器一般使用仅具备跳闸功能的开关，合闸还需人工操作）。但是，由于入户断路器安装在用户侧，无法屏蔽加封，用户可以人为破坏断路器的控制线路，从而使得开关失去跳闸功能，其费控跳闸功能丧失，无法实现远程对用户的停电控制。

发明内容

本实用新型的目的之一在于提供一种稳定、可靠、不易被破坏且具备防窃电功能的新型智能费控开关。

本实用新型的目的之二在于提供一种包括了所述新型智能费控开关的低压费控防窃电计量装置。

本实用新型提供的这种新型智能费控开关，包括电源模块、控制器模块、电压采样模块、电流采样模块、时钟模块、合分闸模块、合分闸控制模块和通信模块；电压采样模块、电流采样模块、时钟模块、合分闸控制模块和通信模块均与控制器模块连接，合分闸模块与合分闸控制模块连接；电源模块给所述智能费控开关供电；电压采样模块用于对输入新型智能费控开关的电源进行电压信号采样并上传控制器模块；电流采样模块用于对输入新型智能费控开关的电源进行电流信号采样并上传控制器模块；时钟模块用于给控制器模块提供标准时钟信号；通信模块用于所述费控开关与外部通信；控制器模块用于通过通信模块接收外部数据信息，并根据接收的电压采样信号和电流采样信号输出合闸或分闸信号给合分闸控制模块，合分闸控制模块用于驱动合分闸模块动作并带动外部电机动作，实现对费控开关进行合闸或分闸操作。

所述的新型智能费控开关还包括红外发送接收模块；红外发送接收模块与控制器模块连接，用于低压费控防窃电计量装置通过红外通信的方式与外部进行数据通信。

所述的红外发送接收模块为由型号为HS0038B的红外芯片构成的模块。

所述的新型智能费控开关还包括显示模块；显示模块与控制器模块连接，用于显示所述新型智能费控开关的工作状态。

所述的新型智能费控开关还包括存储模块；存储模块与控制器模块连接，用于存储所述新型智能费控开关的数据。

所述的存储模块为由型号为24LC256-I\/SN的存储芯片构成的模块。

所述的通信模块为由型号为SN65LBC184DR的芯片构成的模块。

所述的控制器模块为由型号为STM32F030R8T6的控制器芯片构成的模块。

所述的时钟模块为由型号为PCF8563T的时钟芯片构成的模块。

本实用新型还提供了一种低压费控防窃电计量装置，所述低压费控防窃电计量装置安装在独立的箱体内，包括电能表、电流采样互感器和入户负荷开关，还包括了上述的新型智能费控开关；电网线路通过新型智能费控开关和电流采样互感器后连接入户负荷开关，电能表的电源端和电压采样端均并接在新型智能费控开关的输入端，电流采样互感器的采样输出端连接电能表的电流采样端；新型智能费控开关的通信模块通过通信线连接电能表的通信模块并通信；新型智能费控开关作为现有的智能电能表的前端设备，实现同步计量监测、费控分闸和费控合闸的功能。

本实用新型提供的这种新型智能费控开关及其低压费控防窃电计量装置，通过将该新型智能费开关共设计在现有的智能电能表的前端，经上端取电源供三相电表工作，实现电能的数据采样和与智能电能表的不断电工作，从而在智能电能表前端实现电能计量、监测和费控分合闸；当跳闸断电后，三相计量表计仍带电可正常实现远程控制，从而保证了现有的电力系统的费控可靠性和稳定性；而且低压费控防窃电计量装置的全部模块设置在同一个独立的箱体内，也实现了低压费控防窃电计量装置的完整性和不易破坏性。

附图说明

图1为现有的电能表与入户断路器之间的连接关系示意图。

图2为本实用新型的新型智能费控开关与现有的电能表、入户负荷开关之间的连接关系示意图。

图3为本实用新型的新型智能费控开关的功能模块图。

图4为本实用新型的新型智能费控开关的电源模块的电路原理示意图。

图5为本实用新型的新型智能费控开关的一路电压采样模块的电路原理示意图。

图6 为本实用新型的新型智能费控开关的电流采样模块的电路原理示意图。

图7为本实用新型的新型智能费控开关的红外发送接收模块的电路原理示意图。

图8为本实用新型的新型智能费控开关的通信模块的电路原理示意图。

图9为本实用新型的新型智能费控开关的控制器模块的电路原理示意图。

图10为本实用新型的新型智能费控开关的存储模块的电路原理示意图。

图11为本实用新型的新型智能费控开关的时钟模块的电路原理示意图。

具体实施方式

如图2所示为本实用新型的低压费控防窃电计量装置内，新型智能费控开关与现有的电能表、入户断路器之间的连接关系示意图：所述低压费控防窃电计量装置安装在独立的箱体内，其中新型智能费控开关安装在箱体1-1中，入户负荷开关安装在箱体1-2中，箱体1-1和箱体1-2为一个整体的独立箱体，内部通过隔板隔开即可；其中，低压费控防窃电计量装置包括电能表、电流采样互感器、入户负荷开关和新型智能费控开关；电网线路通过新型智能费控开关和电流采样互感器后连接入户负荷开关，电能表的电源端和电压采样端均并接在新型智能费控开关的输入端，电流采样互感器的采样输出端连接电能表的电流采样端；新型智能费控开关的通信模块通过通信线连接电能表的通信模块并通信；新型智能费控开关作为现有的智能电能表的前端设备，实现同步计量监测、费控分闸和费控合闸的功能。

本实用新型提供的这种低压费控防窃电计量装置，将其包含的新型智能费控开关的采样电路（包括内部电压互感器、电流互感器和相应的电路）、计量电路等所有设备布置在一个独立加封的箱体内，而且本装置新型智能费控开关通过通信线与智能电表连接并通信。由于现有的电能表与入户断路器之间容易遭到破坏而失去费控功能，因此本装置提供一路额外稳定的智能费控功能。由于本装置的所有模块均布置在费控开关内，没有器件外漏，所以本装置的可靠性和抗破坏性较高；同时由于本装置和电能表通信，同时自身也具有计量监测功能（通过控制器模块进行电能计量监测参考），因此一旦发现计量故障或用户窃电事件时，电能表可以将装置所采样的数据远程传回主站服务器，通过系统数据处理可迅速发现计量异常并示警，可及时制止电量损失。同时本装置也可以控制合分闸模块断开，从而实现两级冗余式的费控断电和上电；同时，由于本装置的所有模块均集中在一起，对于破坏者而言，加封的防窃计量箱体具有一定的威慑性，能够进一步提高本装置的抗破坏性。

如图3所示为本实用新型中新型智能费控开关的功能模块图：本实用新型提供的这种新型智能费控开关，包括电源模块、控制器模块、电压采样模块、电流采样模块、时钟模块、合分闸模块、合分闸控制模块、红外发送接收模块、显示模块、存储模块和通信模块；所有模块均与控制器模块连接，合分闸模块与合分闸控制模块连接；电源模块给所述新型智能费控开关供电；电压采样模块用于对输入新型智能费控开关的电源进行电压信号采样并上传控制器模块；电流采样模块用于对输入新型智能费控开关的电源进行电流信号采样并上传控制器模块；时钟模块用于给控制器模块提供标准时钟信号；通信模块用于所述新型智能费控开关与外部通信；控制器模块用于通过通信模块接收外部数据信息，并根据接收的电压采样信号和电流采样信号输出合闸或分闸信号给合分闸控制模块，合分闸控制模块用于驱动合分闸伺服电机动作，实现对通过新型智能费控开关的电源进行合闸或分闸操作；红外发送接收模块用于新型智能费控开关通过红外通信的方式与外部进行数据通信；显示模块用于显示所述新型智能费控开关的工作状态；存储模块用于存储所述新型智能费控开关的数据。

如图4所示为本实用新型的新型智能费控开关的电源模块的电路原理示意图：电源模块主要分为图中上部的外部电源和图中下部的供电电源；外部电源Vcurr接入后，直接通过保护二极管Q14和Q15进行单向保护并输出电源信号Vdsjn和Vsys；同时，外部电源通过由运放LMV324DR构成的电压跟随器控制开关管Q10的开断；同时，采样电路R63和R64对电源信号Vcurr进行采样，并将采样信号Net.sCurrPwr输入到控制器模块；同时，电源信号Vsys通过电容C1和C2滤波后，再通过由稳压芯片LM317M构成的稳压电路输出稳定的5.8V电源信号，再通过电容C3和C4滤波，然后对外和对内输出稳定的电源信号供给。

如图5所示为本实用新型的新型智能费控开关的一路电压采样模块的电路原理示意图：电压采样模块共有4路图5中所述的电路，分别用于采样A相、B相、C相和零线电压信号；电压采样模块包括电压传感器和滤波电路，其中电压传感器优选为电压互感器（PT）；A相电压互感器输出的采样信号JP1.ADCVoltA通过RC滤波电路R88和C27滤波后，得到采样信号Net.ADCVoltA并输入到控制器模块；类似的，B相、C相和零线电压信号也采用同样的电路得到相应的采样信号Net.ADCVoltB、Net.ADCVoltC和Net.ADCVoltE，并均输入到控制器模块。

如图6 所示为本实用新型的新型智能费控开关的电流采样模块的电路原理示意图：电流采样模块包括电流传感器和电流采样电路；电流传感器优选为电流互感器（CT）；以A相电流为例，A相电流互感器输出的信号通过B1（型号为MB6S）的整流桥进行整流后，再通过RC滤波电路（R46和C30）滤波，再通过由运放LMV324DR构成的电压跟随器进行电压跟随和隔离，然后再通过RC滤波电路R49和C23进行滤波，然后得到最终的A相电流采样信号Net.ADCCurrA并输入到控制器模块；类似的，B相和C相电流也通过相同的电路进行采样，并最终得到B相电流采样信号Net.ADCCurrB和C相电流采样信号Net.ADCCurrC，并输入到控制器模块；同时，漏电流互感器输出漏电流采样信号JP3.ADCLeak，通过二极管D8和D9保护，再通过RC滤波电路R1和C0滤波，然后再通过由LMV324DR（图中标示IC6C）构成的电压跟随器进行的电压跟随和隔离，然后再通过由运放LMV324DR（图中标示IC6D）构成的放大电路进行放大，最后再通过RC滤波电路R45和C22滤波，得到最终的漏电流采样信号Net.ADCLeak输入到控制器模块。

如图7所示为本实用新型的新型智能费控开关的红外发送接收模块的电路原理示意图：红外发送接收模块为由型号为HS0038B的红外芯片构成的模块；控制器模块输出的发送信号IR_TxD通过电阻Rx2连接三极管Qx1的基级，Qx1的集电极通过电阻Rx3连接红外发光管TASL6200，并同时连接三极管Qx2的集电极，Qx2的基级通过电阻Rx4连接控制器模块，Qx2的发射极接地；Qx1的发射极通过上拉电阻Rx6连接电源信号VDD；控制器模块输出IR_CLK时钟信号并控制三极管Qx2的开通与关断，从而控制红外发光管TASL6200的导通与关断，从而将控制器模块需要输出的信号通过红外发对外发送；同时，外部发送的红外信号通过接收芯片ICx1（型号为HS0038B）进行接收，并通过芯片的解析后得到数据从芯片的1脚输入到控制器模块。

如图8所示为本实用新型的新型智能费控开关的通信模块的电路原理示意图：通信模块为由型号为SN65LBC184DR的芯片构成的模块；控制器模块的485通信引脚输出信号Net.485Rxd和Net.485Txd；其中，通信芯片的8脚连接电源信号V485；芯片的7脚和6脚连接外部的485通信线路（485_B和485_A）；同时外部的485通信线路还通过各自的TVS管（TVS2和TVS3）进行接地保护；芯片的5脚和4脚均直接接地；芯片的2脚和3脚均通过电阻R81和R82接地，同时光耦V2的副边3脚直接通过电阻R82接地，V2的4脚连接通信电源信号，同时V2的脚连接控制器模块电源信号，V2的2脚则作为装置的信号发送引脚通过电阻R79连接控制器模块的Net.485Txd信号；通信芯片的1脚则连接光耦V1的2脚，V1的1脚连接485电源信号；V1的3脚直接接地，V1的4脚则作为装置的信号接收引脚连接控制器模块的Net.485Rxd信号引脚。

如图9所示为本实用新型的新型智能费控开关的控制器模块的电路原理示意图：控制器模块为由型号为STM32F030R8T6的控制器芯片构成的模块；芯片的1脚直接接地；芯片的5脚为电源监控引脚并连接电源模块；芯片的16和17引脚则为485通信引脚并连接通信模块（见图8）；芯片的20脚为电流采样模块的漏电流信号输入引脚（见图6）；芯片的21~23脚为电压采样模块输出的电压采样信号输入引脚（见图5）；芯片的24~26脚则为电流采样模块的三相电流采样信号输入引脚（见图6）；芯片的27脚为电压采样模块的零线电压采样信号输入引脚；芯片的37~40脚可以连接相应的指示灯，用于指示芯片的工作状态；芯片的29、30、33~36脚则可以连接相应的按键，作为输入信号；芯片的51~53脚则连接存储模块（见图10）；芯片的54和55脚则连接时钟模块获取基准时钟信号（见图11）；芯片的58和59脚则为485通信引脚并连接通信模块（见图8）。

如图10所示为本实用新型的新型智能费控开关的存储模块的电路原理示意图：存储模块为由型号为24LC256-I\/SN的存储芯片构成的模块；芯片的1~4脚均直接接地；芯片的5~6脚作为信号引脚连接控制器模块，同时芯片的7脚作为控制信号也连接控制器模块；同时，芯片的5~7脚通过各自的上拉电阻R2~R4连接电源信号，用于保证引脚的电平信号；芯片的8脚则连接电源信号并取电。

如图11所示为本实用新型的新型智能费控开关的时钟模块的电路原理示意图：时钟模块为由型号为PCF8563T的时钟芯片构成的模块；芯片的1脚和2脚之间连接晶振X1并获取晶振信号；芯片的4脚直接接地；芯片的5脚和6脚则作为时钟信号引脚连接控制器模块；芯片的7脚连接CLK_INT信号网络，同时也通过上拉电阻R25连接电源信号从而保持引脚电平；芯片的8脚连接电源信号VDD，同时也通过滤波电容C39接地滤波，同时为了保证供电可靠性，8脚也通过保护二极管D2连接电池BAT，用户保证时钟信号的稳定性和准确性。

设计图

新型智能费控开关及其低压费控防窃电计量装置论文和设计

新型智能费控开关及其低压费控防窃电计量装置论文和设计-魏梅芳

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主设计要求

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