CN101621313A

CN101621313A - 高压电力线载波通信信号耦合方法及装置

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Publication number: CN101621313A
Application number: CN200910094780A
Authority: CN
Inventors: 张龙
Original assignee: KUNMING DRAGONS LATITUDE OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: KUNMING DRAGONS LATITUDE OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2029-07-29
Also published as: CN101621313B

Abstract

一种高压电力线载波通信信号耦合方法及装置，它使用两组半圆环型的互感器，一组为电流互感器，另一组为载波互感器，每组分为上下两半，分置于高压输电线上下侧的壳体中，在上侧的两个半圆环互感器上分别绕有线圈，线圈与置于上侧的电路板相连；当装有上侧的两个半圆环型互感器壳体与装有下侧的两个半圆环互感器壳体结合卡在高压电线上时，分别合成完整的电流互感器和载波互感器，高压线从磁路中心穿过，感生电流，经转换后为装置提供电源；载波互感器用于将载波信号耦合到高压线上或从高压线上感应载波信号，载波信号与地面设备之间用无线方式传递信息；本发明解决了地面设备与高压线之间的绝缘隔离难题，低压远程抄表，节省费用。

Description

高压电力线载波通信信号耦合方法及装置

技术领域

本发明是一种将载波信号耦合到高压输电线路的方法及装置。

背景技术

随着电网管理要求的提高，对远程电能数据的采集的要求越见迫切。低压电力线载波通信技术已得到广泛应用，但由于高压隔离耦合受技术及成本的限制，载波通信技术在10kV及以上线路上应用非常有限。

现行高压载波耦合，几乎都使用高压电容与结合滤波器组合的方式进行信号耦合，由于载波设备与高压线直接连接，需要解决高电压技术，导致设备价格高昂，体积庞大、安装复杂、容易引起雷劈等弊端。致使10kV及以上的电力载波通信应用被限制，无法得到推广应用。

发明内容

本发明的目的是提出一种高压电力线载波通信信号耦合方法及装置，它使得通过高压输电线路远程传输电能数据的任务简单而高效，并且做到成本低廉，以此解决现有技术的不足。

本发明所提出的高压电力线载波通信信号耦合方法，其特征在于它使用两组半圆环型的互感器，一组为电流互感器，另一组为载波互感器，每组分为上下两半，分置于高压输电线上下侧的壳体中，在上侧的两个半圆环互感器上分别绕有线圈，线圈与置于上侧的电路板相连；当装有上侧的两个半圆环型互感器的壳体与装有下侧的两个半圆环互感器的壳体结合卡在高压电线上成为一个整体时，两组半圆环闭合，分别合成一个完整的电流互感器和一个载波互感器，高压线从两个互感器的磁路中心穿过，高压线中流过的电流在电流互感器中感生电流，经转换后为信号耦合装置提供电源；载波互感器用于将载波信号藕合到高压线上或从高压线上感应载波信号，载波信号与地面设备之间的数据交换用无线方式传递。

本发明所提出的高压电力线载波通信信号耦合装置，其特征在于该装置由共同组合卡在高压输电线路上，由上、下两个半圆环形的电流互感器和载波互感器组合而成，两互感器均有各自半圆环形的磁芯和绕在磁芯上的线圈，两互感器的上下两部分分别安装在上下壳体上，两壳体间有将其固定在高压线路上的连接件，电流互感器上的线圈与电路板相连，经压敏电阻RZ2过压保护、DB3整流后通过Q1、Z1和R2将电流源转换成15V电压源，作为信号耦合装置的工作电源；所述工作电源还使用超级电容CB1-CB6储能；载波互感器上的线圈与电路板相连，其中有T4与L3、CC5、CC6、PC1、NC1元件组成的载波发送电路，将放大器输出的载波信号馈入电力线；T4与VR1、RC9、CC10、L4元件组成谐振网络从高压线上感应载波信号进行放大后送入处理芯片；装置的载波信号与地面设备之间的数据交换用无线方式传递。

装置中接有超级电容CB1-CB6，每只2.7V共使用6只串接，高压线上无电流或电流短时中断时，由超级电容为装置供电；超级电容有充电电路，在电流互感器有电流时，对超级电容进行充电，充足电后自动停止充电，线路中无电流时，超级电容为负载提供电力。

装置的上下两部分外壳体均具有防水、防日照和防冰雪能力，该两部分外壳卡在高压电力输电线上结合成整体。

装置具有无线接口，与置于地面的无线接口进行无线连接。

地面设备具有无线接口，其嵌入到应用系统中，或者做成RS232接口与微机或数据终端相连接。

本发明使装置与高压电力线结合成一体，电位差为零，不需要特别处理高压绝缘问题；先进的供电技术解决了装置运行所需的电源，电感耦合技术解决了载波高压耦合，装置与地面之间使用无线通信技术，解决了地面设备与高压线之间的绝缘隔离技术，装置成本大为降低，使高压载波的普及应用成为可能。本发明应用于低压远程抄表，可以解决集中器上行通信，将集中器的信号发送到高压线路，抄表数据即可回到变电站，通过变电站的宽带网络，数据即可回到电力公司数据中心，为电力公司提供远程通信通道，节省租用GPRS通信信道的费用。

附图说明

图1是本发明方法的示意图。

图2是本发明装置的外形结构主视图。

图3是本发明装置的外形结构左视图。

图4是本发明装置的内部结构主视图。

图5是本发明装置的内部结构左视图。

图6是本发明无线通信部分电路原理图。

图7是本发明数据处理器部分电路原理图。

图8是本发明无线与处理器接口部分电路原理图。

图9是本发明载波接收和发送部分电路原理图。

图10是本发明电源部分电路原理图。

图11是本发明的电路板布局图。

图12是本发明地面应用接口部分电路原理图。

图1-12中，各零部件的标号如下：

图1中：A-为装置的上半部分；B为下半部分；C-紧固螺丝；D-高压输电线；E-通信用的地面接口部分。

图2-3中：装置的分体结构图，将上下两半A、B通过固定螺丝C卡在高压输电线上的效果即为图1上部分所示。

图4-5中：1-电流互感器上半圆环；2-电路板；3-载波互感器上半圆环；4-电流互感器下半环；5-载波互感器下半圆环。

图6及以后各图零部件或组件的说明后面分述。

具体实施方式

图1所示，由上下两半组合而成的安装在高压线上的耦合部分A、B及与之通信用的地面接口部分E组成，A、B部分通过紧固螺丝C夹紧在高压线D上。A、B部分采用防水结构，见图2、图3。

所述装置其供电电源取自两个半圆环合成的电流互感器，见图4的1和4，半圆环互感器铁芯上半部分1绕有线圈，见图10中CT1所示，能感应高压输电线中的电流，由于饱和铁芯的作用，不会产生过电流；线圈中产生的电流经恒流变换为15V的工作电源。

装置其载波信号的耦合由两个半圆环合成的载波互感器完成，见图4的3和5，高频铁氧体半圆环3绕有线圈，能将发送的载波信号耦合到高压输电线上，同时从高压线上获取来自另一装置的载波信号。以上所述的两组半圆环分别安装在装置的上壳体A和下壳体B内，当其夹紧固定在高压输电线上时，正好合成圆形的磁路，从而构成环形互感器。图4所示电路板2安装在上半壳体部分A的两个半环1和3之间，与下半壳体部分没有电气连接，上半壳体部分A电路板缝隙和下半壳体部分B互感器空隙部分使用环氧树脂填充，中心有容纳高压输电线的半圆沟槽。

所述装置无线通信部分见图6，其核心为CC2500工作于2.4GHz频段的单片无线模块，由26MHz晶体X1提供所需的高稳定频率源，芯片通过JK1与接口电路相连，无线通信的收发及数据流由控制器通过接口控制，无线信号通过12、13脚与内置PCB板微带天线连接，信号由微带天线向外辐射。

所属装置由PL3106处理器控制，PL3106内部包含载波通信模块、日历时钟模块及8052微处理器模块，TX1为9.6MHz石英晶体，为芯片提供时钟，U4为串行存储器，可以保存装置的通信地址等运行参数，见图7。

所述接口电路见图8，由U3集成电路进行5V到3.3V电平转换，使处理器PL3106与无线模块CC2500的电平匹配。U6芯片LM1117将5V电源VCC稳压为3.3V的电源VDD供无线芯片CC2500工作。

所属载波通信见图9，信号由双半圆环载波互感器T4与高压输电线进行磁耦合。接收电路由CC10、L4、CC12、CC14和L5组成双谐振回路进行选频，中心频率为120kHz，带宽15kHz，选频信号通过CC13馈入NC3放大后由CC11送入处理器。载波发送信号由CC3、CC4等元件送入PC1、PC2、NC1和NC2等组成的功率放大电路放大后，由CC5、CC6及L3串联回路送到环形互感器T4发送到高压线路上。

所述电源电路见图10，电源由双半圆环铁芯互感器CT1从高压输电线上感应出电流，经DB3整流成脉动直流电，Z1、R1、Q1组成分流稳压电路将电流源转换成电压源，经D1在EP1上得到15V电源。N2、N4、D2、R4-R9组成充电电路，为CB1-CB6组成的超级电容器充电，D3为防反充二极管。在高压线有电流时，充电回路把多余的电能保存在超级电容内，在高压电停电或遭破坏时超级电容为装置提供长达1小时的工作电源。在此期间装置可以向地面发送故障信号。

所述地面接口见图12，由CC2500无线模块和处理器组成无线通信部分，该部分结构与装置的无线部分相同，可以嵌入到应用系统中，也可以做成RS232接口与微机或数据终端相连接。

Claims

1、一种高压电力线载波通信信号耦合方法，其特征在于它使用两组半圆环型的互感器，一组为电流互感器，另一组为载波互感器，每组分为上下两半，分置于高压输电线上下侧的壳体中，在上侧的两个半圆环互感器上分别绕有线圈，线圈与置于上侧的电路板相连；当装有上侧的两个半圆环型互感器的壳体与装有下侧的两个半圆环互感器的壳体结合卡在高压电线上成为一个整体时，两组半圆环闭合，分别合成一个完整的电流互感器和一个载波互感器，高压线从两个互感器的磁路中心穿过，高压线中流过的电流在电流互感器中感生电流，经转换后为信号耦合装置提供电源；载波互感器用于将载波信号藕合到高压线上或从高压线上感应载波信号，载波信号与地面设备之间的数据交换用无线方式传递。

2、一种高压电力线载波通信信号耦合装置，其特征在于该装置由共同组合卡在高压输电线路上，由上、下两个半圆环形的电流互感器和载波互感器组合而成，两互感器均有各自半圆环形的磁芯和绕在磁芯上的线圈，两互感器的上下两部分分别安装在上下壳体上，两壳体间有将其固定在高压线路上的连接件，电流互感器上的线圈与电路板相连，经压敏电阻RZ2过压保护、DB3整流后通过Q1、Z1和R2将电流源转换成15V电压源，作为信号耦合装置的工作电源；所述工作电源还使用超级电容CB1-CB6储能；载波互感器上的线圈与电路板相连，其中有T4与L3、CC5、CC6、PC1、NC1元件组成的载波发送电路，将放大器输出的载波信号馈入电力线；T4与VR1、RC9、CC10、L4元件组成谐振网络从高压线上感应载波信号进行放大后送入处理芯片；装置的载波信号与地面设备之间的数据交换用无线方式传递。

3、根据权利要求2所述的高压电力线载波通信信号耦合装置，其特征在于所述的超级电容CB1-CB6使用6只串接，每只2.7V，高压线上无电流或电流短时中断时，由超级电容为装置供电；超级电容有充电电路，在电流互感器有电流时，对超级电容进行充电，充足电后自动停止充电，线路中无电流时，超级电容为负载提供电力。

4、根据权利要求2所述的高压电力线载波通信信号耦合装置，其特征在于装置的上下壳体两部分均具有防水、防日照和防冰雪能力，该两部分外壳卡在高压电力输电线上结合成整体。

5、根据权利要求2所述的高压电力线载波通信信号耦合装置，其特征在于装置上具有无线接口，与置于地面的无线接口进行无线连接。

6、根据权利要求2所述的高压电力线载波通信信号耦合装置，其特征在于地面设备具有无线接口，其嵌入到应用系统中，或者做成RS232接口与微机或数据终端相连接。