用电线路的保护系统、断路器和用电线路的保护方法

技术领域

本申请涉及电力安全技术领域，特别是涉及一种用电线路的保护系统、断路器和用电线路的保护方法。

背景技术

随着电力安全的迅速发展，如何对用电线路进行保护也越来越重要。

目前，为了对用电线路进行保护，通常会在用电线路上布置断路器，从而对用电线路进行保护。断路器的保护机制是在用电线路短路时断开用电线路上的电力供给。

然而，目前断路器的保护机制存在对用电线路的保护不够及时的问题。

发明内容

本申请是发明人基于对以下问题的认识和研究做出的：

断路器内设置有保护执行开关，保护执行开关布置在用电线路上，当用电线路发生短路时，保护执行开关进行脱扣操作，从而断开用电线路上的电力供给。目前的断路器在用电线路发生短路时保护执行开关才进行脱扣操作，在用电线路出现异常时不能及时进行保护，等到用电线路发生短路时才能对用电线路进行保护，导致用电线路的保护不够及时。

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够及时对用电线路进行保护的用电线路的保护系统、断路器和用电线路的保护方法。

一种用电线路的保护系统，用于对用电线路进行保护，所述用电线路上设置有保护执行开关，所述系统包括：

监控传感器，所述监控传感器包括开关量传感器和运行监控传感器，所述开关量传感器用于与所述保护执行开关连接，以监控所述保护执行开关的开关状态得到开关量信号，所述运行监控传感器用于与所述用电线路连接，以监控所述用电线路上的运行状态得到运行信号；

信号采集装置，所述信号采集装置的输入端与所述监控传感器连接，所述信号采集装置用于采集所述开关量信号和所述运行信号；

处理装置，所述处理装置的输入端与所述信号采集装置的输出端连接，所述处理装置的控制端与所述保护执行开关连接，所述处理装置用于基于所述开关量信号和所述运行信号确定所述用电线路是否发生异常，并在所述用电线路发生异常时控制所述保护执行开关进行脱扣动作。

在其中一个实施例中，所述运行监控传感器包括电压互感器、电流互感器和温度传感器中的至少一种。

在其中一个实施例中，所述信号采集装置包括：

模数转换模块，所述模数转换模块的输入端与所述监控传感器连接，所述模数转换模块的输出端与所述处理装置连接，所述模数转换模块用于将所述开关量信号和所述运行信号中的模拟信号转换成数字信号，得到数字监控信号；

所述处理装置用于基于所述数字监控信号确定所述用电线路是否发生异常。

在其中一个实施例中，所述模数转换模块包括：

模数转换器，所述模数转换器用于将模拟信号转换为数字信号，所述模数转换器配置有控制寄存器、状态寄存器、通道选择寄存器和结果寄存器；

所述控制寄存器用于控制所述模数转换器开始转换或停止转换；

所述状态寄存器用于控制所述模数转换器进行信号转换的转换方式；

所述通道选择寄存器用于控制所述模数转换器接收所述监控传感器的至少一个发送的模拟信号；

所述结果寄存器用于存储所述数模转换器转换信号的转换结果。

在其中一个实施例中，所述处理装置包括：

数字信号处理器，所述数字信号处理器用于接收所述数字监控信号，并基于所述数字监控信号确定所述用电线路是否发生异常，并在所述用电线路发送异常时生成控制命令；

控制模块，所述控制模块的输入端与所述数字信号处理器的输出端连接，所述控制模块的控制端与所述保护执行开关连接，所述控制模块用于在接收到控制命令后控制所述保护执行开关进行脱扣动作。

在其中一个实施例中，所述控制模块包括：

控制单元，所述控制单元的输入端与所述数字信号处理器的输出端连接，所述控制单元用于在接收到控制命令后生成脱扣驱动信号；

信号放大单元，所述信号放大单元的输入端与所述控制单元的输出端连接，所述信号放大单元的输出端与所述保护执行开关连接，所述信号放大单元用于对所述脱扣驱动信号放大后发送至所述保护执行开关，以驱动所述保护执行开关进行脱扣动作。

在其中一个实施例中，所述运行监控传感器包括电压互感器和电流互感器，所述处理装置还用于基于所述电压互感器监控得到的电压信号和所述电流互感器监控得到的电流信号确定出所述用电线路的用电信息，所述系统还包括：

通讯装置，所述通讯装置的输入端与所述处理装置的输出端连接，所述通讯装置用于向外部传输所述用电信息；

显示装置，所述显示装置的输入端与所述处理装置的输出端连接，所述显示装置用于实时显示所述用电线路相关的监控参数，以及在所述用电线路发生异常时发起报警提示。

在其中一个实施例中，还包括：

信号预处理装置，所述信号预处理装置的输入端与所述监控传感器的输出端连接，所述信号预处理装置的输出端与所述模数转换模块连接，所述信号预处理装置用于滤除所述开关量信号和状态监控信号中的至少一个信号的非周期分量和高次谐波，并可将滤除后的信号转换成模数转换模块匹配的信号区间。

一种断路器，包括如上述的用电线路的保护系统。

一种用电线路的保护方法，包括：

获取信号采集装置采集的开关量信号和运行信号，所述开关量信号通过开关量传感器监控保护执行开关的开关状态得到，所述运行信号通过运行监控传感器监控用电线路上的运行状态得到，所述用电线路上设置有所述保护执行开关；

基于所述开关量信号和所述运行信号确定所述用电线路是否发生异常，并在所述用电线路发生异常时控制所述保护执行开关进行脱扣动作。

上述的用电线路的保护系统、断路器和用电线路的保护方法，通过监控传感器监控保护执行开关的开关状态得到开关量信号，以及监控所述用电线路上的运行状态得到运行信号，并通过处理装置利用开关量信号和运行信号确定用电线路是否发生异常，在用电线路发生异常时控制所述保护执行开关进行脱扣动作，从而断开用电线路上的电力供给，由于用电线路发生异常时即可对用电线路进行保护，实现了及时对用电线路进行保护。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例提供的一种用电线路的保护系统的结构示意图；

图2为一个实施例提供的另一种用电线路的保护系统的结构示意图；

图3为一个实施例提供的一种模数转换模块的结构示意图；

图4为一个实施例提供的另一种用电线路的保护系统的结构示意图；

图5为一个实施例提供的一种控制模块的结构示意图；

图6为一个实施例提供的另一种用电线路的保护系统的结构示意图；

图7为一个实施例提供的一种用电线路的保护方法的流程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

参考图1，图1为一个实施例提供的一种用电线路的保护系统的结构示意图。在一个实施例中，如图1所示，提供了一种用电线路的保护系统，用电线路上设置有保护执行开关200，该系统包括监控传感器110、信号采集装置120和处理装置130，其中：

所述监控传感器110包括开关量传感器111和运行监控传感器112，所述开关量传感器111用于与所述保护执行开关200连接，以监控所述保护执行开关200的开关状态得到开关量信号，所述运行监控传感器112用于与所述用电线路连接，以监控所述用电线路上的运行状态得到运行信号。所述信号采集装置120的输入端与所述监控传感器110连接，所述信号采集装置120用于采集所述开关量信号和所述运行信号。所述处理装置130的输入端与所述信号采集装置120的输出端连接，所述处理装置130的控制端与所述保护执行开关200连接，所述处理装置130用于基于所述开关量信号和所述运行信号确定所述用电线路是否发生异常，并在所述用电线路发生异常时控制所述保护执行开关200进行脱扣动作。

其中，开关量传感器111发出的信号是接点信号，有断开和闭合两种状态。在本实施例中，开关量传感器111监测保护执行开关200处于闭合状态还是处于断开状态，从而得到开关量信号。具体的，当保护执行开关200处于闭合状态时，用电线路正常运行，当保护执行开关200处于断开状态时，用电线路停止运行。在本实施例中，运行监控传感器112用于监控用电线路上的运行状态。可选的，运行状态包括但不限于电压、电流和温度等，本实施例对于具体的运行状态不作限定。

具体的，开关量传感器111实时监控保护执行开关200的开关状态，得到开关量信号。同时，运行监控传感器112监控用电线路的运行状态，得到运行信号。信号采集装置120采集开关量信号和运行信号后发送至处理装置130，处理装置130则基于开关量信号和所述运行信号确定所述用电线路是否发生异常。若处理装置130确定出用电线路发生异常，则处理装置130控制执行保护开关进行脱扣动作，从而切断用电线路的电力供给对用电线路进行保护。

本实施例中通过监控传感器110监控保护执行开关200的开关状态得到开关量信号，以及监控所述用电线路上的运行状态得到运行信号，并通过处理装置130利用开关量信号和运行信号确定用电线路是否发生异常，在用电线路发生异常时控制所述保护执行开关200进行脱扣动作，从而断开用电线路上的电力供给，由于用电线路发生异常时即可对用电线路进行保护，实现了及时对用电线路进行保护。

需要说明的是，在本实施例中，对于处理装置130如何利用开关量信号和运行信号确定用电线路是否发生异常的方式不作具体限定。例如可以是开关量信号表征保护执行开关200处于闭合状态时，判断运行信号是否大于对应设置的阈值，若运行信号大于对应设置的阈值，则确定用电线路发生异常。

可以理解的是，结合开关量信号来判定用电线路是否发生异常，当开关量信号表征保护执行开关200处于闭合状态时，才利用运行信号判断用电线路是否异常，若开关量信号表征保护执行开关200处于断开状态时，可以不进行用电线路的异常判断，可以节省计算资源。此外，在控制保护执行开关200进行脱扣动作后，还可以通过开关量传感器111确定用电线路上的电力供给是否切断。

可选的，运行监控传感器112包括一种或多种。在一个实施例中，运行监控传感器112包括但不限于电压互感器、电流互感器和温度传感器中的至少一种。

在本实施例中，电压互感器用于监控用电线路上的电压得到电压信号。电压信号表征用电线路的电压大小。电流互感器用于监控用电线路上的电流得到电流信号。电流信号表征用电线路的电流大小。温度传感器用于监控用电线路上的温度得到温度信号。温度信号表征用电线路的温度大小。可以理解的是，当

具体的，若电压大小大于预设电压，则认为用电线路上的电压异常；若电流大小大于预设电流，则认为用电线路上的电流异常；若温度大小大于预设温度，则认为用电线路上的温度异常。

可选的，监控传感器110为一组或多组。在一个实施例中，监控传感器110为多组。多组监控传感器110用于监控不同的用电线路或监控同一用电线路的不同部分，此处不作限制。通过设置多组监控传感器110，可以在多条用电线路中定位出异常的用电线路；或者在用电线路异常时定位出具体的异常位置。

参考图2，图2为一个实施例提供的另一种用电线路的保护系统的结构示意图。在一个实施例中，如图2所示，信号采集装置120包括模数转换模块121，其中：

模数转换模块121的输入端与所述监控传感器110连接，所述模数转换模块121的输出端与所述处理装置130连接，所述模数转换模块121用于将所述开关量信号和所述运行信号中的模拟信号转换成数字信号，得到数字监控信号。处理装置130用于基于所述数字监控信号确定所述用电线路是否发生异常。

其中，数字监控信号是指通过监测得到的所有数字信号的集合。具体的，数字监控信号包括模数转换模块121将转换得到的数字信号以及监测到的数字信号。例如开关量信号就可以是一个数字信号，开关量信号有1和0两种状态，代表着保护执行开关200处于断开状态还是闭合状态。而电压信号以及电流信号为模拟信号，需要通过模数转换器1211转换后得到数字信号。

在本实施例中，处理装置130基于数字监控信号确定用电线路是否发生异常。具体的，处理装置130可以将数字监控信号的部分或全部数字信号还原为模拟信号，从而确定用电线路是否发生异常。

可选的，模数转换模块121模拟信号转换为数字信号，可以是分时对其中一个模拟信号进行转换，也可以同时对所有模拟信号进行转换，此处不作限制。在一个实施例中，监控传感器110为多组，而模数转换模块121只有一个，需要通过一个模数转换模块121对多组监控传感器110监控得到的模拟信号进行转换，则模数转换模块121可以分时对多组监控传感器110的其中一组监控得到的模拟信号进行转换，也可以同时对多组监控传感器110得到的模拟信号进行转换，此处不作限制。

需要说明的是，监控得到的模拟信号可以通过模数转换模块121采集，监控得到的数字信号可以通过数字信号采集卡采集，从而将数字信号采集卡采集的数字信号以及通过模数转换模块121转换得到的数字信号的集合作为数字监控信号发送至处理装置130中。

参考图3，图3为一个实施例提供的一种模数转换模块121的结构示意图。在一个实施例中，模数转换模块121包括模数转换器1211，其中：

其中，转换方式是指模数转换器1211转换信号的方式。具体的，转换方式包括但不限于模数转换器1211进行信号转换的抽样速率和分辨率。依据采样定理，模数转换器1211的抽样频率fs应大于2Wa(Wa为被采样信号的带宽)。在实际中，由于模数转换器1211的非线性、量化噪声、失真及接收机噪声等因素的影响，一般选取fs>2.5Wa。采样值的位数的选取需要满足一定的动态范围及数字部分处理精度的要求，一般分辨率80dB的动态范围要求下不能低于12位。

在本实施例中，监控传感器110与一个模数转换器1211连接，则通道选择寄存器控制模数转换器1211与监控传感器110之间的传输通路进行开启或关闭，从而控制模数转换器1211接收所述监控传感器110的至少一个发送的模拟信号，从而使模数转换器1211对接收的模拟信号转换为数字信号。具体的，当传输通路开启时，模数转换器1211可以接收到模拟信号。可选的，当监控传感器110为多组时，多组监控传感器110共用一个模数转换器1211，则通道选择寄存器还可以控制模数转换器1211分时接收多组监控传感器110的其中一组发送的模拟信号。

在本实施例中，通过寄存器控制模数转换器1211工作状态，可以根据需要对模数转换器1211进行调整，提高了便利性。

参考图4，图4为一个实施例提供的另一种用电线路的保护系统的结构示意图。在一个实施例中，如图4所示，处理装置130包括数字信号处理器131和控制模块132，其中：

所述数字信号处理器131用于接收所述数字监控信号，并基于所述数字监控信号确定所述用电线路是否发生异常，并在所述用电线路发送异常时生成控制命令；所述控制模块132的输入端与所述数字信号处理器131的输出端连接，所述控制模块132的控制端与所述保护执行开关200连接，所述控制模块132用于在接收到控制命令后控制所述保护执行开关200进行脱扣动作。

其中，数字信号处理器131是由大规模或超大规模集成电路芯片组成的用来完成数字信号处理任务的处理器。

具体的，数字信号处理器131处理器接收到数字监控信号后，确定用电线路是否发生异常，若确定用电线路发生异常，则生成控制命令并发送至控制模块132。控制模块132接收到控制命令后，控制保护执行开关200进行脱扣动作。本实施例中，对于控制模块132如何控制保护执行开关200进行脱扣动作的方式不作具体限制。

参考图5，图5为一个实施例提供的一种控制模块132的结构示意图。在一个实施例中，如图5所示，控制模块132包括控制单元1321和信号放大单元1322，其中：

所述控制单元1321的输入端与所述数字信号处理器131的输出端连接，所述控制单元1321用于在接收到控制命令后生成脱扣驱动信号；所述信号放大单元1322的输入端与所述控制单元1321的输出端连接，所述信号放大单元1322的输出端与所述保护执行开关200连接，所述信号放大单元1322用于对所述脱扣驱动信号放大后发送至所述保护执行开关200，以驱动所述保护执行开关200进行脱扣动作。

在本实施例中，脱扣驱动信号可以是一个电流信号。信号放大单元1322将脱扣驱动信号放大后发送至保护执行开关200，从而驱动保护执行开关200进行脱扣动作。具体的，保护执行开关200布置在用电线路上，当传输至保护执行开关200的电流足够大时产生足够大的电磁场，产生的电磁场可以驱动保护执行开关200进行脱扣操作，从而切断用电线路上的电力供给。

本实施例通过控制单元1321在接收到控制命令后生成脱扣驱动信号，并在信号放大单元1322的放大后驱动保护执行开关200进行脱扣动作，即使控制单元1321输出小电流也能控制保护执行开关200进行脱扣操作。

在一个实施例中，运行监控传感器112包括电压互感器和电流互感器，处理装置130还用于基于所述电压互感器监控得到的电压信号和所述电流互感器监控得到的电流信号确定出所述用电线路的用电信息。

在本实施例中，用电信息包括但不限于电能信息、有功功率信息、电压信息、电流信息和功率因数信息等。具体的，电压信息和电流信息可以直接监控得到，电能信息、有功功率信息和功率因数信息可以通过电压信息和电流信息计算得到。

本实施例不仅可以对用电线路进行保护，还可以对用电线路上的用电进行计量。

参考图6，图6为一个实施例提供的另一种用电线路的保护系统的结构示意图。在本实施例中，运行监控传感器112包括电压互感器和电流互感器，如图6所示，该系统还包括通讯装置140和显示装置150中的至少一个。其中：

所述通讯装置140的输入端与所述处理装置130的输出端连接，所述通讯装置140用于向外部传输所述用电信息。显示装置150的输入端与所述处理装置130的输出端连接，所述显示装置150用于实时显示所述用电线路相关的监控参数，以及在所述用电线路发生异常时发起报警提示。

在本实施例中，外部是相对于系统来说，例如外部可以是服务器，本实施例不作限制。在本实施例中，显示模块可以采用液晶屏来实现人机交互界面，显示各种监控参数。用电线路正常工作时，可显示用电线路的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等工作信息；在用电线路发生异常时，可显示用电线路的异常类型、异常电压、异常电流和异常温度等异常信息。其通过地址总线的方式与数字信号处理器131连接，液晶屏的控制板引出的读写信号与数字信号处理器131的数据总线直接相连，时序则利用数字信号处理器131的Ready引脚，通过硬件扩展实现外部状态自动等待，从而使数字信号处理器131与液晶屏之间的时序匹配。

继续参考图6，在一个实施例中，该系统还包括信号预处理装置160。信号预处理装置160的输入端与所述监控传感器110的输出端连接，所述信号预处理装置160的输出端与所述模数转换模块121连接，所述信号预处理装置160用于滤除所述开关量信号和状态监控信号中的至少一个信号的非周期分量和高次谐波，并可将滤除后的信号转换成模数转换模块121匹配的信号区间。

在本实施中，模数转换模块121匹配的信号区间是指适合模数转换模块121工作的信号区间。例如，模数转换匹配的信号区间可以是0V-3V电压信号。本实施例的信号区间与模数转换模块121相关，本实施例不作具体限定。本实施例的信号预处理装置160用于滤除模拟信号中的的非周期分量和高次谐波，若信号为数字信号，则信号预处理装置160还用于滤除数字信号中的杂波。具体的，信号预处理装置160包括模拟信号滤除模块和数字信号滤除模块。模拟信号滤除模块用于滤除模拟信号中的的非周期分量和高次谐波，数字信号滤除模块用于滤除数字信号中的杂波。

本实施例通过信号预处理装置160滤除所述开关量信号和状态监控信号中的模拟信号的非周期分量和高次谐波，再通过滤除后的信号判定用电线路是否异常，可以提高判定的准确性。此外，通过将信号转换成模数转换模块121匹配的信号区间，可以对模数转换模块121进行保护，提高模数转换模块121的工作稳定性以及安全性。

继续参考图6，在一个实施例中，可选的，该系统还包括功能拓展装置170。其中，功能拓展装置170与数字信号处理器131连接，功能拓展装置170用于添加新增功能。

在本实施例中，当需要为系统增添新功能时，通过功能拓展装置170进行添加。本实施例通过设置功能拓展装置170作为添加新增功能的接口，提高了系统的适应性。

在一个实施例中，可选的，该系统还设置有扩展接口，拓展接口与数字信号处理器131连接，拓展接口作为新增传感器的连接介质。

在一个实施例中，提供了一种断路器，本实施例的断路器包括用电线路的保护系统。用电线路的保护系统可以参考上述任一实施例的描述，本实施例不作赘述。

参考图7，图7为一个实施例提供的一种用电线路的保护方法的流程示意图。在一个实施例中，如图7所示，提供了一种用电线路的保护方法，包括：

步骤710、获取信号采集装置采集的开关量信号和运行信号，所述开关量信号通过开关量传感器监控保护执行开关的开关状态得到，所述运行信号通过运行监控传感器监控用电线路上的运行状态得到，所述用电线路上设置有所述保护执行开关。

其中，开关量信号表征保护执行开关处于断开状态还是处于闭合状态。运行信号表征用电线路上的运行状态。

步骤720、基于所述开关量信号和所述运行信号确定所述用电线路是否发生异常，并在所述用电线路发生异常时控制所述保护执行开关进行脱扣动作。

在本步骤中，具体的，当开关量信号表征保护执行开关处于闭合状态时，根据运行信号确定用电线路的运行状态是否异常。

在一个实施例中，可选的，根据运行信号确定用电线路的运行状态是否异常的步骤包括：

若运行信号大于对应的大于对应设置的阈值，则确定用电线路发生异常。例如，若电压大小大于预设电压，则认为用电线路上的电压异常；若电流大小大于预设电流，则认为用电线路上的电流异常；若温度大小大于预设温度，则认为用电线路上的温度异常。

应该理解的是，虽然图7的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图7中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。