应用物联网技术的一体化智能电力开关柜技术领域
本发明涉及智能电力电器设备技术领域，特别是涉及应用物联网技术的一体化智
能电力开关柜。
背景技术
开关柜(switchgear)的主要作用是在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换
的过程中，进行开合、控制和保护用电设备。开关柜内的部件主要有断路器、隔离开关、负荷
开关、操作机构、互感器以及各种保护装置等组成。开关柜的分类方法很多，如通过断路器
安装方式可以分为移开式开关柜和固定式开关柜；或按照柜体结构的不同，可分为敞开式
开关柜、金属封闭开关柜、和金属封闭铠装式开关柜；根据电压等级不同又可分为高压开关
柜，中压开关柜和低压开关柜等。主要适用于发电厂、变电站、石油化工、冶金轧钢、轻工纺
织、厂矿企业和住宅小区、高层建筑等各种不同场合。
但现有的电力开关柜中，缺乏对其运行状态的信息采集，也无法及时便利地获取
该些信息以制定对应的策略，尤其在目前十几万个电力站点，上百万个开关柜的情况下，要
逐一通过人工巡检收集信息需要耗费大量的人力物力，效率低下。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供应用物联网技术的一体化
智能电力开关柜，用于解决现有技术中的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种应用物联网技术的一体化智能
电力开关柜，具有多个仓位，所述多个仓位包括：开关仓和电缆仓；其中，所述开关仓及电缆
仓分别设置一或多种无线采集单元；每个所述无线采集单元包括：信号采集模块及无线通
信模块；每个所述无线采集单元包括：信号采集模块及无线通信模块；所述信号采集模块的
类型包括：温湿度传感器、温度传感器、湿度传感器、超声波传感器、及地电波传感器中的任
意一或多种；所述信号采集模块与所述信号采集模块通信连接，且与外部设备无线通信连
接。
于本发明的一实施例中，所述电缆仓和/或开关仓设有第一无线采集单元，所述第
一无线采集单元包括：温湿度传感器。
于本发明的一实施例中，所述开关仓内设有第二无线采集单元，所述第二无线采
集单元包括：温度传感器；所述温度传感器设于开关仓内所设有的开关装置的开关触头上，
所述开关触头为动触头、静触头、或动触头和静触头。
于本发明的一实施例中，所述电缆仓内设有第三无线采集单元，所述第三无线采
集单元包括：温度传感器；所述温度传感器设于接入电缆仓内的电缆的电缆头上或与电缆
头连接的母排上。
于本发明的一实施例中，所述电缆仓内设有第四无线采集单元，所述第四无线采
集单元包括：湿度传感器。
于本发明的一实施例中，所述电缆仓内还设有冷凝型智能除湿器，所述冷凝型智
能除湿器与所述第四无线采集单元或外部设备无线通信连接，以在根据第四无线采集单元
所采集到的开关仓内的湿度信号大于预设阈值时，启动除湿。
于本发明的一实施例中，所述电缆仓内设有第五无线采集单元和第六无线采集单
元；所述第五无线采集单元包括：超声波传感器；所述第六无线采集单元包括：接地的地电
波传感器。
于本发明的一实施例中，所述超声波传感器侦测电缆或开关仓中的开关装置有放
电时产生的超声波信号以生成第一感应信号，所述地电波传感器接一体化智能电力开关柜
的柜壳以侦测局部放电时产生的高频感应电流以生成第二感应信号，以供外部设备接收所
述第一感应信号及第二感应信号以分别据以获得初步监测结果，并复合各所述初步监测结
果得到最终监测结果。
于本发明的一实施例中，所述的一体化智能电力开关柜，还设有第七无线采集单
元，所述第七无线采集单元包括：剩余电流传感器，安装于一体化智能电力开关柜的接地线
以从所述接地线感应取电。
于本发明的一实施例中，所述多个仓位还包括仪表仓；所述开关仓内设有一次互
感器以从电缆感应采集一次感应电信号，所述一次互感器通过第一传输线路连接至仪表
仓；所述仪表仓内设有二次互感器，以从所述第一传输线路感应采集二次感应电信号。
于本发明的一实施例中，所述的一体化智能电力开关柜，包括：设于所述仪表仓内
的智能仪表终端，无线通信连接所述外部设备且通过第二传输线路电性连接所述二次互感
器以接收所述二次感应电信号；所述智能仪表终端根据二次感应电信号获得一体化智能电
力开关柜的综合电量参数和/或根据二次感应电信号获得开关仓内开关装置所在开关回路
信号的波形以判断开关装置的机械特性。
于本发明的一实施例中，所述智能电力开关柜的壳体表面设有电子标签，所述电
子标签为RFID标签或二维码；所述电子标签包含智能电力开关柜的电气规格参数信息或与
电气规格参数信息关联的标识信息。
于本发明的一实施例中，所述一体化智能电力开关柜设有智能避雷器，所述智能
避雷器一端连接一体化智能电力开关柜中的带电端，另一端接地；所述智能避雷器用于采
集管芯温度、雷击次数、及泄漏电流，所述智能避雷器无线通信连接于所述处理机。
于本发明的一实施例中，所述外部设备为处理机、无线中继集中器、或无线中继集
中器及与其通信连接的处理机。
于本发明的一实施例中，所述外部设备将位于同一仓内的具有至少部分相同采集
功能的各无线采集单元作为对方的备用单元；和/或，所述外部设备将位于同一仓内的具有
至少部分相同采集功能的各无线采集单元所采集数据用于比较以矫正监测结果。
如上所述，本发明的应用物联网技术的一体化智能电力开关柜，具有多个仓位，所
述多个仓位包括：开关仓和电缆仓；其中，所述开关仓及电缆仓分别设置一或多种无线采集
单元；每个所述无线采集单元包括：信号采集模块及无线通信模块；每个所述无线采集单元
包括：信号采集模块及无线通信模块；所述信号采集模块的类型包括：温湿度传感器、温度
传感器、湿度传感器、超声波传感器、及地电波传感器中的任意一或多种；所述信号采集模
块与所述信号采集模块通信连接，且与外部设备无线通信连接；实现对开关柜全方位的信
息监测，解决现有技术的问题。
附图说明
图1显示为本发明于一实施例中的智能电力开关柜的通信连接结构示意图。
元件标号说明
101 一体化智能电力开关柜
102 开关仓
1021 开关装置
103 电缆仓
1031 电缆头
1032 母排
104 第一无线采集单元
105 第二无线采集单元
106 第三无线采集单元
107 第四无线采集单元
108 冷凝型智能除湿器
109 第五无线采集单元
110 第六无线采集单元
111 第七无线采集单元
112 一次互感器
113 二次互感器
114 智能仪表终端
115 电子标签
116 智能避雷器
117 仪表仓
201 外部设备
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书
所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实
施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离
本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施
例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构
想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸
绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也
可能更为复杂。
请参阅图1，本发明提供一种本应用物联网技术的一体化智能电力开关柜101，包
括：开关仓102和电缆仓103，优选的，其还可包括仪表仓117；所述电缆仓103中是通过母排
1032电性连接电缆的电缆头1031，而开关仓102中则设置有线路连接所述母排1032的开关
装置1021，所述开关装置1021具有动触头及静触头，动触头与静触头合闸时开关装置1021
闭合导通，以令电力传输线路导通；动触头与静触头分离时电力传输线路断开；仪表仓117
中设有各种用于显示电量参数的仪表。
本发明的技术方案中，主要改进是在开关仓102及电缆仓103(也可在所述仪表仓
117)分别设置一或多种无线采集单元。每个所述无线采集单元包括：信号采集模块及无线
通信模块；所述信号采集模块的类型包括：温湿度传感器、温度传感器、湿度传感器、超声波
传感器、及地电波传感器中的任意一或多种；所述信号采集模块与所述信号采集模块通信
连接，且与外部设备无线通信连接，通过各无线采集单元采集各种信息并通过无线通信方
式传送。
所述信号采集模块和无线通信模块可以连接于处理器(例如MCU、CPU、SoC)等，通
过所述处理器来建立两者间的通信；所述无线通信模块可以基于现有物联网协议(例如
Lora、Zigbee等)通信，优选也可以基于私有加密协议通信；优选的，在一实施例中，各个无
线采集单元之间可以组成网络，从而丰富了与外部设备的通信路径。
如图1所示，以下以多个实施例具体说明；需说明的是，以下的每种无线采集单元
或其它智能部件并非必须，可以根据实际需求加以增加或减少，而非以图示为限。
于本发明的一实施例中，所述电缆仓103和/或开关仓102设有第一无线采集单元
104，所述第一无线采集单元104包括：温湿度传感器。所述温湿度传感器用于采集电缆仓
103和开关仓102内的温度、湿度信息，并由第一无线采集单元104无线发送至外部设备201，
实现开关柜环境温湿度在线监测。
于本发明的一实施例中，所述开关仓102内设有第二无线采集单元105，所述第二
无线采集单元105包括：温度传感器；所述温度传感器设于开关仓内所设有的开关装置1021
的开关触头上，所述开关触头包括动触头、静触头、或动触头和静触头，实现开关柜内开关
触头温度在线监测。
于本发明的一实施例中，所述电缆仓103内设有第三无线采集单元106，所述第三
无线采集单元106包括：温度传感器；所述温度传感器设于接入电缆仓103内的电缆的电缆
头1031上或与电缆头1031连接的母排1032上，以采集电缆与母排1032的接触部分的温度情
况，以实现母排与电缆连接点温度在线监测。
于本发明的一实施例中，所述电缆仓103内设有第四无线采集单元107，所述第四
无线采集单元107包括：湿度传感器，实现电缆仓103湿度在线监测；优选的，所述电缆仓103
内还设有冷凝型智能除湿器108，所述冷凝型智能除湿器108与所述第四无线采集单元107
或外部设备201无线通信连接，以在根据第四无线采集单元107所采集到的开关仓102内的
湿度信号大于预设阈值(例如大于85％湿度)时，启动除湿，实现开关柜环境湿度节能型智
能控制。
于本发明的一实施例中，所述电缆仓103内设有第五无线采集单元109和第六无线
采集单元110；所述第五无线采集单元109包括：超声波传感器；所述第六无线采集单元110
包括：接地的地电波传感器；具体的，所述超声波传感器侦测电缆或开关仓中的开关装置有
放电时产生的超声波信号以生成第一感应信号，所述地电波传感器接一体化智能电力开关
柜的柜壳以侦测局部放电时产生的高频感应电流以生成第二感应信号，以供外部设备201
接收所述第一感应信号及第二感应信号以分别据以获得初步监测结果，并复合各所述初步
监测结果得到最终监测结果，提升监测结果的准确率，实现开关柜局部放电劣化趋势在线
监测。
于本发明的一实施例中，所述的一体化智能电力开关柜101，还设有第七无线采集
单元111，所述第七无线采集单元111包括：剩余电流传感器，安装于一体化智能电力开关柜
101的接地线以从所述接地线感应取电，第七无线采集单元111将取电得到的信息向外部设
备201无线发送，以实现开关柜局部放电劣化趋势在线监测。
于本发明的一实施例中，所述的一体化智能电力开关柜101还可包括仪表仓117；
所述开关仓102内设有一次互感器112以从电缆感应采集一次感应电信号，所述一次互感器
112通过第一传输线路连接至仪表仓117；所述仪表仓117内设有二次互感器113(例如高频
电流互感器)，以从所述第一传输线路感应采集二次感应电信号。
所述的一体化智能电力开关柜101还可包括：设于所述仪表仓117内的智能仪表终
端114，无线通信连接所述外部设备201且通过第二传输线路电性连接所述二次互感器113
以接收所述二次感应电信号，利用二次感应信号要较直接使用一次感应信号更为准确，干
扰成分越少。
所述智能仪表终端114根据二次感应电信号获得一体化智能电力开关柜101的综
合电量参数和/或根据二次感应电信号获得开关仓102内开关装置1021所在开关回路信号
的波形以判断开关装置1021的机械特性。
具体的，所述综合电量参数例如电流电压功率因数等，其能反映电力传输的电能
质量和电网质量等。
于本发明的一实施例中，所述智能电力开关柜101的壳体表面设有电子标签115，
所述电子标签115为RFID标签或二维码；所述电子标签115包含智能电力开关柜的电气规格
参数信息或与电气规格参数信息关联的标识信息；举例来说，例如通过RFID扫描头扫描该
标签即可直接读取到该电气规格参数信息，或者，所述智能电力开关柜的标识(例如ID号)
包含在所述RFID标签中，且该标识预先在外部设备与电气规格参数信息关联存储，在一与
所述外部设备通信的电子装置扫描该RFID标签后，即可根据扫描到的标识向所述外部设备
请求关联的电气规格参数信息，外部设备可根据该标识搜索到关联的电气规格参数信息后
响应该请求。
于本发明的一实施例中，所述一体化智能电力开关柜101中还可设有智能避雷器
116，所述智能避雷器116一端连接一体化智能电力开关柜中的带电端(例如电缆头1031、母
排1032、开关装置1021等)，另一端接地；所述智能避雷器116用于采集管芯温度、雷击次数、
及泄漏电流等，所述智能避雷器116无线通信连接于所述外部设备201来发送所采集信息，
以实现开关柜避雷器运行状态在线监测。
于本发明的一实施例中，所述外部设备201为处理机、无线中继集中器、或无线中
继集中器及与其通信连接的处理机；所述处理机例如为服务器/服务器组、PC、笔记本电脑、
平板电脑、智能手机或其它智能设备(例如智能手环等)，若设于开关柜附近且具有无线通
信能力，则可以直接与各无线采集单元通信，或者，也可以通过设于开关柜附近的无线中继
集中器采集各个无线采集单元的信号，并向与该无线中继集中器通信相连(有线或无线连
接均可)的处理机发送；或者，所述无线中继集中器其本身也可以具有一定的数据处理或数
据存储能力，其可例如收集并存储各无线采集单元发来的数据，以供进行分析。
优选的，所述外部设备201将位于同一仓内的具有至少部分相同采集功能的各无
线采集单元作为对方的备用单元；和/或，所述外部设备201将位于同一仓内的具有至少部
分相同采集功能的各无线采集单元所采集数据用于比较以矫正监测结果。
例如，所述电缆仓103内的第四无线采集单元107的湿度传感器可以与电缆仓内
103的第一无线采集单元104的温湿度传感器关于仓内环境湿度数据进行相互矫正，或者，
第四无线采集单元107的湿度传感器的湿度采集功能与电缆仓内103的第一无线采集单元
104的温湿度传感器的湿度采集功能相互作为对方的备用，例如先获得第四无线采集单元
104采集的电缆仓内的第一湿度数据，再获得第一无线采集单元104采集的第二湿度数据，
两者若差异巨大，可以取其中偏离历史数据较小的数据作为有效数据；或者，第四无线采集
单元107的湿度传感器出现故障，则可利用第一无线采集单元104的温湿度传感器采集的湿
度数据进行替代等。
综上所述，本发明的应用物联网技术的一体化智能电力开关柜，具有多个仓位，所
述多个仓位包括：开关仓和电缆仓；其中，所述开关仓及电缆仓分别设置一或多种无线采集
单元；每个所述无线采集单元包括：信号采集模块及无线通信模块；每个所述无线采集单元
包括：信号采集模块及无线通信模块；所述信号采集模块的类型包括：温湿度传感器、温度
传感器、湿度传感器、超声波传感器、及地电波传感器中的任意一或多种；所述信号采集模
块与所述信号采集模块通信连接，且与外部设备无线通信连接；实现对开关柜全方位的信
息监测，解决现有技术的问题。
本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟
悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因
此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完
成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。