CN100557731C

CN100557731C - 一种具有防窃电功能的电子式互感器

Info

Publication number: CN100557731C
Application number: CNB2007100649426A
Authority: CN
Inventors: 张贵新; 陈永山; 耿华
Original assignee: LANGFANG GAOSHAN ELECTRONICS TECHNOLOGY Co Ltd; Tsinghua University
Current assignee: LANGFANG GAOSHAN ELECTRONICS TECHNOLOGY Co Ltd; Tsinghua University
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: CN101067984A

Abstract

本发明涉及一种具有防窃电功能的电子式互感器，属于高电压设备和电子技术领域。包括电压/电流传感头、自供电电源模块、信号处理模块和防窃电计量模块。其中自供电电源模块用于为信号处理模块提供稳压电源，电压/电流传感头用于检测用户的电压电流信号，信号处理模块用于处理并输出电压和电流的模拟信号，防窃电计量模块用于计算用户用电和电网信息，以无线方式发送出去，在终端接收并还原用户用电和电网信息。本发明电子式互感器的优点是具有防窃电功能，省去了原计量系统中的电能表，消除了电能表带来的误差，提高了计量系统的精度和可靠性，为实现数字化电力系统和电力系统的统一管理提供了一定的基础。

Description

一种具有防窃电功能的电子式互感器

技术领域

本发明涉及一种具有防窃电功能的电子式互感器，属于高电压设备和电子技术领域。

背景技术

电力系统安全、稳定运行和电力市场交易的先决条件是准确、可靠的电力计量。目前的计量系统主要由电磁式互感器(包括电压互感器PT，电流互感器CT)、计量表组成。互感器将表征基波电压、电流大小和相位的模拟信号输入计量表，由其计算当前用电量。这种计量方式给窃电者带来了可乘之机，电能计量主要决定于电压、电流、功率因数三要素和时间的乘积，改变任何一个要素都可以使电能表慢转、停转甚至反转，从而影响电能表的准确计量。特别是在高压供电低压计量方式下，用户甚至可以在不影响回路供电的情况下通过改变二次侧接线等多种方法改变电能表的计量结果。窃电行为给供电部门造成了巨大的损失。

防窃电技术措施多采用专用计量箱或专用电表箱的方法。通过采用阻止用户接触计量装置的一次或二次设备；或者当用户接触时，装置自动断电并报警，由供电局人员才能解除等手段，达到防窃电的目的。但这类方法不易维护，且长期使用其防护作用会降低。

随着电子技术、微机技术、光纤通信技术的发展，传统的电磁式互感器由于体积大、动态范围小、频响范围窄，铁磁谐振，磁饱和，安全性能差等问题，正逐步被新型的电子式互感器取代。根据是高压传感部分否需要外供能，电子式互感器可分为有源式和无源式。在高电压尤其是110kV以上电压等级，电子式互感器多采用光纤传递信息；在小绝缘距离的中低压电压等级可采用光纤或绝缘电缆来传递信息。无论供电方式及传递信息的介质如何，它们无一例外地采用了电子元件进行采样、处理，甚至输出信号。电子式互感器的出现，为新型的防窃电技术提供了可能。但是已有的电子式互感器还不具备防窃电功能。

发明内容：

本发明的目的是提出一种具有防窃电功能的电子式互感器，利用电子式互感器检测输电线路的电压、电流量，由该检测量计算得到用户的用电量、功率因数、谐波、故障等信息。将上述信息数字化后由互感器内的集成无线通讯模块实时发送，在远程终端无线接收并还原计量，从而避免了窃电行为。

本发明提出的具有防窃电功能的电子式互感器，包括：

用于测量电压和电流量的传感头、自供电电源模块、信号处理模块和防窃电计量模块；

所述的自供电电源模块与所述的信号处理模块相连接，用于为信号处理模块提供稳压电源；

所述的用于测量电压和电流量的传感头与信号处理模块相连，用于检测用户的电压电流信号，输出与电压和电流量成正比的光信号或者电信号，为信号处理模块提供电压和电流信号；

所述的信号处理模块用于将电压和电流的模拟输出通过光电转换、放大、整形和滤波，以得到表征用户电压和电流的模拟信号；

所述的防窃电计量模块由数据处理模块、无线通讯模块、无线终端模块组成，其中的数据处理模块与信号处理模块相连，用于接收信号处理模块的表征用户电压和电流的模拟信号，经A/D转换和计算后得到用电量和电网信息的数字信号，其中的无线通讯模块与数据处理模块相连接，用于发送数据处理模块的数字信号并接收无线终端的操作指令信号，其中的无线终端模块用于接收无线通讯模块的数字信号并发送操作指令信号，显示用电量和电网信息。

上述电子式互感器中的测量电压和电流量的传感头，包括电流传感头和电压传感头，其中的电流传感头置于供电系统的母线中，电压传感头置于母线与地电位之间。电子式互感器中的电压和电流量的传感头可以为光学式或非光学式。

上述电子式互感器中的数据处理模块由A/D转换模块及电量计算和信息处理模块组成；所述的A/D转换模块将表征电压电流的模拟信号转换为数字量；电量计算和信息处理模块由第一数字信号处理器、存储器组成，第一数字信号处理器根据A/D转换模块输出的数字量计算用户的用电量、功率因数、谐波，并从A/D转换模块输出的数字量得到电网系统的当前运行状况。

上述电子式互感器中的无线终端模块由无线收发模块、第二数字处理器、存储器、键盘、显示终端和通讯接口组成，所述的无线收发模块、存储器、键盘、显示终端和通讯接口分别与第二数字处理器相连，其中的无线收发模块用于接收无线通讯模块的数字信号并发送操作指令信号；所述的存储器用于存储无线通讯模块接收的数字信息；所述的键盘用于键入用户操作指令；所述的显示终端用于显示用户的电量和电网信息；所述的通讯接口用于输出用户的电量和电网信息。

上述电子式互感器中的自供电电源模块由取电线圈、稳压电路、充电电路和电池组供电切换电路组成。其中的取电线圈与电网相连，并通过整流桥与稳压电路相连，用于从电网获取电能后为稳压电路提供直流电；稳压电路与充电电路相连，用于为电池组提供充电电压，并为整个互感器的电子电路提供工作电源；电池组供电切换电路跨接在充电电路和稳压电路之间，用于在电源故障时切换供电模式。

本发明提出的具有防窃电功能的电子式互感器，其优点如下：

1、本发明的具有防窃电功能的电子式互感器，利用电子式互感器检测用户的用电及故障等信息，并将无线收发模块集成到互感器内，通过无线方式实现信息的本地发送和终端接收，将接收到的信息还原后用于计量，有效避免了用户的窃电行为。

2、本发明的电子式互感器中，由于省去了原计量系统中的电能表，消除了电能表带来的误差，因而提高了计量系统的精度和可靠性。

3.本发明具有防窃电功能的电子式互感器，为实现数字化电力系统和电力系统的统一管理提供了一定的基础。

附图说明

图1是本发明提出的防窃电电子式互感器的结构框图。

图2是本发明提出的防窃电电子式互感器的另一种结构形式。

图3是本发明电子式互感器中+15V稳压电源及充电模块的电路框图。

图4是本发明电子式互感器中防窃电计量模块结构框图。

图5是防窃电计量模块中的终端结构图。

图1中，1是电流传感头，2是电压传感头，3是取电线圈，4是绝缘子，5是母线。

具体实施方式

本发明提出的具有防窃电功能的电子式互感器，其结构框图如图1所示，包括：用于测量电压和电流量的传感头、自供电电源模块、信号处理模块和防窃电计量模块。自供电电源模块自供电电源模块与信号处理模块相连接，用于为信号处理模块提供稳压电源。电压和电流量的传感头与信号处理模块相连，用于检测用户的电压电流信号，输出与电压和电流量成正比的光信号或者电信号，为信号处理模块提供电压和电流信号。信号处理模块用于将电压和电流的模拟输出通过光电转换、放大、整形和滤波，以得到表征用户电压和电流的模拟信号。防窃电计量模块由数据处理模块、无线通讯模块、无线终端模块组成，其中的数据处理模块与信号处理模块相连，用于接收信号处理模块的表征用户电压和电流的模拟信号，经A/D转换和计算后得到用电量和电网信息的数字信号，其中的无线通讯模块与数据处理模块相连接，用于发送数据处理模块的数字信号并接收无线终端的操作指令信号。无线终端模块用于接收无线通讯模块的数字信号并发送操作指令信号，显示用电量和电网信息。

上述电子式互感器中的测量电压和电流量的传感头，包括电流传感头和电压传感头，其中的电流传感头置于供电系统的母线中，电压传感头置于母线与地电位之间。其中的传感头可以为光学式或非光学式。

上述电子式互感器中的数据处理模块，如图4所示，由A/D转换模块及电量计算和信息处理模块组成；所述的A/D转换模块将表征电压电流的模拟信号转换为数字量；电量计算和信息处理模块由第一数字信号处理器、存储器组成，数字信号处理器根据A/D转换模块输出的数字量计算用户的用电量、功率因数、谐波，并从A/D转换模块输出的数字量得到电网系统的当前运行状况，包括是否故障、故障类型(过流、过压、欠压等)，上述数字信号处理器也可以用单片机或专用电能计量模块代替。

上述电子式互感器中的无线终端模块，如图5所示，由无线收发模块、第二数字处理器、存储器、键盘、显示终端和通讯接口组成，所述的无线收发模块、存储器、键盘、显示终端和通讯接口分别与第二数字处理器相连，其中的无线收发模块用于接收无线通讯模块的数字信号并发送操作指令信号；所述的存储器用于存储无线通讯模块接收的数字信息；所述的键盘用于键入用户操作指令；所述的显示终端用于显示用户的电量和电网信息；所述的通讯接口用于输出用户的电量和电网信息。

上述电子式互感器中的自供电电源模块，如图3所示，由取电线圈、稳压电路、充电电路和电池组供电切换电路组成。其中的取电线圈与电网相连，并通过整流桥与稳压电路相连，用于从电网获取电能后为稳压电路提供直流电；稳压电路与充电电路相连，用于为电池组提供充电电压，并为整个互感器的电子电路提供工作电源；电池组供电切换电路跨接在充电电路和稳压电路之间，用于在电源故障时切换供电模式。

无线通讯模块主要由无线发送接收芯片组成。可以为GSM、CDMA、GPRS、红外、蓝牙等模块，实现无线数据的收发。

上述电子式互感器中的无线终端模块，如图5所示，主要由无线收发芯片、终端信号处理模块、键盘及显示模块、终端稳压电源模块组成。无线发送接收芯片与无线联网模块中的芯片相对应。终端信号处理模块为单片机或DSP及周边电路，从接收到的无线数据中得到用户的电压、电流、用电量、功率因数、谐波、故障等信息，同时响应终端用户的键盘操作，将用户所需信息实时显示。键盘及显示模块由键盘和LCD显示屏(或其他显示终端)构成，实现人机交互和当前电网信息的显示。终端稳压电源模块为上述电子电路提供工作电压。

图2所示为本发明电子式互感器的另一种结构形式，其中用于测量电压和电流量的传感头、自供电电源模块、信号处理模块和防窃电计量模块与图1相同，图1所示结构中，自供电电源模块、信号处理模块和防窃电计量模块置于上述电子式互感器的低压侧，图2所示结构中，自供电电源模块、信号处理模块和防窃电计量模块置于上述电子式互感器的高压侧。

现结合附图对本装置的工作原理详细说明：

电子式电压/电流传感部分检测母线上的电压、电流值(单相、三相三线或三相四线)，输出与电压、电流量成正比的电信号(光信号可以通过光电转换电路转换为电信号)，该信号经过放大、整形后，输入到A/D转换电路；由DSP启动A/D转换，并将转换后的数字量读入其内存；DSP根据当前的电压电流数字量，计算出用户的累计用电量、功率因数、谐波等；DSP根据电压电流数字量，可以判断系统的当前运行状况，包括是否母线是否过流、过压、欠压等，并将故障信息记录到故障标志位。每隔一段时间，DSP将上述数据通过无线联网模块(以GSM、CDMA、GPRS、红外或蓝牙等方式)发送给无线终端，无线联网模块与无线终端的通讯是双向的，若某次发送出现失败，DSP会根据无线终端的应答信息重新启动无线发送，直至通讯成功。同时，信号处理模块还预留了数字化和光数字化的接口信号，该信号可以方便用于数字化二次继电保护等装置。

自供电电源模块为信号处理及DSP等电子电路提供±5V和±15V的工作电压。供能模块可以采用从电网高压侧的取能的线圈取电模式，也可以为激光、微波或太阳能供电模式。以采用线圈取电方式为例，根据电磁感应定律，当母线上通过交流电流，供电线圈两端产生交流感应电动势，该电压经过整流后，得到幅值在一定范围内变化的直流电。DSP控制A/D采样模块对该直流电压进行采样，当该电压值在设置范围内时，通过稳压电路，输出±5V和±15V四种直流电压给电子电路供电；当该电压值超过了设置范围，此时对应的现象为供能模块无法正常工作或出现故障时，由DSP自动切换到备用电池供电模式，即将电池串联到稳压电路中，由电池对电子电路供电。由于稳压电路中稳压电容的存在，以及上述切换速度为ms级，故能实现电子电路的不间断供电。选择合适的备用电池容量，可以维持电路正常工作一段时间。在供电线圈供电模式下，DSP每隔一定时间对备用电池电压进行A/D采样，当检测到电池电压低于某设定值时，认为电池电量不足，DSP控制充电电路，对备用电池进行充电，直到其电压恢复正常。当供能模块和备用电池都无法工作时，DSP将重要的用户数据(如用户用电量、故障等信息)存入E²PRORM(或其他具有掉电保存功能的存储器)，供再次上电时读取和使用。

无线终端模块设在当地变压柜或邻近变电站内，主要由无线收发芯片、终端信号处理模块、键盘及显示模块、终端稳压电源模块组成。由单片机控制无线收发芯片接收互感器侧的用户数据信息，并做出回应；用户数据信息被记录到单片机内存里，其中重要的被记录到E²PRORM内，单片机响应终端用户的键盘操作，按照用户的要求，在LCD上实时显示网侧用户信息(如用电量、功率因数、谐波、故障等)。同时，该终端模块预留了485/232或其他通讯接口，可以以总线方式与上位机通讯，实现用户信息的统一管理。

无线终端模块中电子电路的工作电压由终端稳压电源模块提供。终端稳压电源模块由当地交流电经过整流稳压后，输出±5V和±15V的直流电压。

Claims

1、一种具有防窃电功能的电子式互感器，其特征在于该互感器包括：

2、如权利要求1所述的电子式互感器，其特征在于其中所述的测量电压和电流量的传感头，包括电流传感头和电压传感头，其中的电流传感头置于供电系统的母线中，电压传感头置于母线与地电位之间。

3、如权利要求2所述的电子式互感器，其特征在于其中所述的电压和电流量的传感头为光学式或非光学式。

4、如权利要求1所述的电子式互感器，其特征在于其中所述的数据处理模块由A/D转换模块及电量计算和信息处理模块组成；所述的A/D转换模块将表征电压电流的模拟信号转换为数字量；电量计算和信息处理模块由第一数字信号处理器、存储器组成，第一数字信号处理器根据A/D转换模块输出的数字量计算用户的用电量、功率因数、谐波，并从A/D转换模块输出的数字量得到电网系统的当前运行状况。

5、如权利要求1所述的电子式互感器，其特征在于其中所述的无线终端模块由无线收发模块、第二数字处理器、存储器、键盘、显示终端和通讯接口组成，所述的无线收发模块、存储器、键盘、显示终端和通讯接口分别与第二数字处理器相连，其中的无线收发模块用于接收无线通讯模块的数字信号并发送操作指令信号；所述的存储器用于存储无线通讯模块接收的数字信息；所述的键盘用于键入用户操作指令；所述的显示终端用于显示用户的电量和电网信息；所述的通讯接口用于输出用户的电量和电网信息。

6、如权利要求1所述的电子式互感器，其特征在于其中所述的自供电电源模块由取电线圈、稳压电路、充电电路和电池组供电切换电路组成；其中的取电线圈与电网相连，并通过整流桥与稳压电路相连，用于从电网获取电能后为稳压电路提供直流电；稳压电路与充电电路相连，用于为电池组提供充电电压，并为整个互感器的电子电路提供工作电源；电池组供电切换电路跨接在充电电路和稳压电路之间，用于在电源故障时切换供电模式。