[发明专利]高压电气开关设备的嵌入式电能计量方法及扩展应用方法

说明书

技术领域

本发明根据电气设备的工作特点，通过机电一体化的合理设计实现对高压电气开关设备的电能计量和智能化应用，属于高压电能计量、监控领域，具体地，提供一种高压电气开关设备的嵌入式电能计量方法及扩展应用方法。

背景技术

目前，电力系统中断路器、开关设备、环网柜等开关设备，与高压电能计量设备是串联在一起的，存在着共存、互补的工作特点，两套绝缘，两套架构。随着现代技术的发展，大量体积小，户外柱上真空断路器为额定电压12kV、35kV，三相交流50Hz的户外配电设备，主要用于开断、关合电力系统中的负荷电流、过载电流及短路电流，适用于变电站及工矿企业配电系统中的保护和控制，也适用于农村电网及频繁操作场所。如目前在高压配电控制系统中使用的断路器，可以实现电路通断和短路、过流保护，与漏电装置配合实现漏电、断线等保护。

但是监测电流、电压、功率因数、谐波等电能质量数据需靠相关仪器仪表测量配合完成，电能计量与付费管理、电能营销与电能量控制管理需靠电能表以及电力管理部门售电管理系统配合完成。

目前，国内外高压电能的计量装置所需要的高压信号，通常是采用电压互感器将高电压变换成标准的低电压、采用电流互感器将大电流变换成标准的小电流(5A或1A)，再将上述的标准低电压、标准小电流送入相应的计量装置，以完成相应的计量工作。电磁式电流互感器体积大、重量大、成本高、铁芯易饱和，而电磁式电压互感器除上述缺点外，电磁谐振、高次谐波、操作过电压均会给电压互感器的安全运行造成威胁，成为难以解决的问题；同时，PT的导线截面非常小，属电力系统应用元件中比较脆弱的产品，当系统出现谐振或奇次谐波源时，极易烧毁PT，影响电力系统的安全运行。而且PT运行时耗能较高，亦不利于节能和减少电能的传输、计量损耗。

另外，制造PT-CT的材料主要有硅钢片、铜、钢、变压器油以及环氧树脂等材料，均是不可再生的、国民经济发展不可缺少的重要材料，如何减少高压计量装置自身的电量损耗、减小其体积、节约能源、节约材料、节省投资、降低计量成本、确保其电磁兼容性好以及环保性能、方便产品的安装、使用、维护，均已成为计保行业从业人员一直在研究、关注的焦点。

随着数字智能型电网的建设发展，电能用户终端对电能质量的需求不仅仅满足于可靠、安全，而是提供高效、快捷的电能服务。具有自我采集、识别、分析判断、智能处理和信息传送网络共享的数字化、自动化程度高的多功能“智能电器”将被广泛应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：适应电网自动化的需要，提供一种能够实现高压电气开关设备智能化的嵌入式电能计量方法，即如何在原断路器、高压开关柜、环网柜等高压电气开关设备外形尺寸、结构不变的前提下，通过将小型化设计后的高压电流传感器、高压电压传感器嵌入设备相应的位置，从而获取与通过断路器、开关设备、环网柜的实际负荷电流、电压成正比的mV、mA级标准电流、电压信号，并进一步实现电能计量、监控数据的无线发送。

本发明的第二个目的是提供利用本方法完成的高压电气开关设备预付费管理方法。

本发明的第三个目的是提供利用本方法完成的高压电气开关设备智能控制方法。

本发明的技术方案是：一种高压电气开关设备的嵌入式电能计量方法，包括高压电气开关设备和高压智能电能计量单元，其特征是：

将高压智能电能计量单元的取源单元、电能计量模块、高压电流取样装置、高压电压取样装置和无线传输模块，利用高压电气开关设备的绝缘进行电气隔离，嵌入高压电气开关设备内部；

利用高压电流取样装置获取与设备电流成正比的mA级标准电流计量信号；

利用高压电压取样装置获取与设备电压成正比的mV级标准电压计量信号；

将标准电流计量信号和标准电压计量信号输入电能计量模块完成信号处理和电能计量；

将电能计量模块输出信号送至无线传输模块无线发送；

所述高压智能电能计量单元包括取样单元、电能计量模块、取源单元和无线传输模块，所述取样单元包括高压电流取样装置和高压电压取样装置，所述取源单元包括为电能计量模块和无线传输模块供电的I/P电源供电回路和电池组。

进一步地，所述的电能计量模块和取样单元、取源单元和无线传输模块成套设计并整体嵌入高压电气开关设备内部，其中取样单元和取源单元分别同高压电气开关设备内部负荷线路导线电气连接，取样单元设计输出标准电流计量信号和标准电压计量信号并与电能计量模块之间电信号连接，取源单元的输出和电能计量模块及无线传输模块之间供电连接，电能计量模块和无线传输模块之间电信号连接。