CN102368636B - 一种高压电器的通信接口装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高压电器的通信接口装置，用于智能高压电器与外部系统间的无线通信。由活动部分和固定部分组成，两者之间由两个可分离的磁耦合组件进行电能和通信信号的耦合传输，实现了远程无线转发模块与高压电器本体之间供电及通信的非电气连接，消除了裸露电极，避免了电化学腐蚀，提高了连接的可靠性；两者之间还有连接机构和闭锁机构，可实现现场带电更换无线通信模块。具有双向供电功能，方便在停电时对高压电器内部智能部件进行调试和维护。

Description

一种高压电器的通信接口装置

技术领域  

本发明涉及一种高压电器的通信接口装置，用于工作在6kV以上高压线路且高压侧带有智能部件的高压电器，作为智能部件与远程设备之间交换数据的现场可更换通信接口。尤其适用于直接连接在高压线路上的高压电能表作为远程通信的接口装置。

背景技术  

随着智能电网技术的发展，高压电器的智能化成为大势所趋。所谓高压电器的智能化，主要特征之一是将以微处理器为核心的智能化组件等弱电部件与一次高压电气机构等强电部件整合成一体。为了避免绝缘问题和降低成本，新型智能化高压电器往往将智能部件置于高压侧，并通过等电位设计等技术，保证了这些智能部件能够在高压侧正常工作。但这些智能部件往往需要与存在较高电压差的外部其他设备或远程系统联网构成完整的系统才能发挥其智能化优势，因此，位于高压侧的智能部件如何与外界通信是一个要解决的问题。

解决高压侧通信问题的一种方案是光纤通信，它较好地解决了绝缘隔离问题，是目前较为普遍采用的方案，但由于光纤布线的局限性，适合本地短距离通信，不适合户外需要远程通信的场合；

另一种方案是无线通信，在高压电器的高压侧内置无线通信模块，通过无线方式与其他子系统通信，它也较好地解决了绝缘隔离问题，但目前大多数无线通信模块都是固定地安装在高压电器内部，无法实现现场不停电更换，这对于需要经常维护的无线通信模块（如基于GPRS的无线通信模块需要更换SIM卡）来说，有着较大的限制；而且无线通信技术更新换代较快，通信技术的升级需要靠电力线路停电来实现，也限制了无线通信技术的应用。

有一种改进的方案是在高压电器内部设置一个固定的微功率无线通信模块，它将数据发送到附近的一个转发设备，转发设备再转换成其他无线制式进行远程无线通信，更换通信方式时只需操作位于低压侧的转发设备；这种方式，附近的转发设备需要另外的工作电源，这种电源解决方案有光伏电池和本地低压交流电源等，这些不稳定的电源解决方案降低了通信系统的可靠性。

还有一种方案是现场可插拔通信模块，通过导电连接件实现高压电器的智能部件向通信模块供电并与之通信。这种方式，由于供电线路和通信线路的连接电极裸露在户外环境中，它与高压电器高压电极之间存在电压差，这个电压差会引起电化学反应，将可能造成电极的腐蚀。

发明内容  

本发明所要解决的技术问题是，提供一种高压电器的通信接口装置，第一、现场不停电可更换无线通信模块，且供电接口和通信接口无裸露电极；第二、实现高压电器和通信接口之间的可双向供电。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种高压电器的通信接口装置，其特征在于：包括用于固定连接在额定工作电压大于或

等于6kV的高压电器的高压侧的固定部分，还包括作为现场可更换部分的活动部分；活动部分中有第一磁耦合组件，固定部分中有第二磁耦合组件；

第一磁耦合组件包括由金属材料制成的第一等电位屏蔽体，第一等电位屏蔽体中设置有第一通信耦合磁芯和环绕在第一通信耦合磁芯上的第一通信耦合线圈，第一通信耦合线圈的引线端连接有第一调制解调电路；第一调制解调电路还连接有无线转发电路；第一等电位屏蔽体中还设置有第一功率耦合磁芯和环绕在第一功率耦合磁芯上的第一功率耦合线圈；

第二磁耦合组件包括由金属材料制成的第二等电位屏蔽体，第二等电位屏蔽体中设置有第二通信耦合磁芯和环绕在第二通信耦合磁芯上的第二通信耦合线圈，第二通信耦合线圈的引线端连接有用于与所述的高压电器连接的第二调制解调电路；第二等电位屏蔽体中还设置有第二功率耦合磁芯和环绕在第二功率耦合磁芯上的第二功率耦合线圈，第二功率耦合线圈的引线端连接有用于与所述的高压电器连接的第一开关变换电路； 

活动部分可拆卸地与固定部分相连接，第一等电位屏蔽体与第二等电位屏蔽体相接触，第一功率耦合磁芯的磁路开放面与第二功率耦合磁芯的磁路开放面相向对准，第一通信耦合磁芯的磁路开放面与第二通信耦合磁芯的磁路开放面相向对准；

在第一功率耦合磁芯、第一通信耦合磁芯、第二功率耦合磁芯和第二通信耦合磁芯的磁路开放侧分别设置有绝缘体。

第一功率耦合线圈的引线端连接有整流滤波稳压电路；整流滤波稳压电路分别与所述第一调制解调电路和所述无线转发电路连接。

固定部分还包括用于与所述的高压电器连接的整流电路，该整流电路与第二功率耦合线圈的引线端相连接。

第一功率耦合线圈的引线端连接有第二开关变换电路；活动部分还包括外部供电电源；所述的第一调制解调电路、无线转发电路和第二开关变换电路分别与所述的外部供电电源连接。

在活动部分的安装侧设置有第一连接卡槽，第一连接卡槽设置有左、右、上三条凹槽；在固定部分的安装侧设置有第二连接卡槽，第二连接卡槽设置有分别与所述左、右、上三条凹槽配合的左、右、上三条凸槽，所述三条凸槽卡接于所述三条凹槽中；并在所述第二连接卡槽下方设置有用于将活动部分和固定部分锁闭在一起的锁闭机构。

所述的闭锁机构包括带有挡杆的锁舌和钥匙孔，挡杆位于钥匙孔中，锁舌的上端托住第二等电位屏蔽体的下沿，下端通过铰接轴与第一磁耦合组件连接；还包括下端连接在锁舌下端的拉簧，拉簧的上端通过定位杆连接在第一磁耦合组件上；所述定位杆还作为锁闭组件其内端伸入到钥匙孔中。

活动部分还包括电路防护盒；所述的电路防护盒是一个密封防水的塑料盒，第一磁耦合组件、第一连接卡槽和闭锁机构设置在电路防护盒外侧；电路防护盒内部设置有屏蔽罩，屏蔽罩与第一等电位屏蔽体电气连接；无线转发电路、第一调制解调电路设置在屏蔽罩内部，无线转发电路的天线设置于屏蔽罩的外部。

本发明的积极效果在于：

第一、通过磁耦合方式实现了远程无线转发模块与高压电器本体之间供电及通信的非电

气连接，使得两部分接触面无外露带电位差的电极，避免了电化学反应腐蚀，提高了连接机构的可靠性。

第二、通过高压电器本体向无线转发电路非接触供电方式，保证了无线转发电路工作电源的可靠性。

第三、通过卡槽连接机构和闭锁机构，实现了活动部分与固定部分之间方便的连接与分离，使得现场带电更换远程通信模块变得方便。

第四、活动部分向固定部分反向供电的功能，使得在高压电器没有接通高压工作电源时也能够对智能部件进行调试，方便了对高压电器设备的调试和维护。

附图说明

图1是作为本发明实施例一的高压电器通信接口装置结构示意图。

图2是本发明固定部分和活动部分之间的连接、闭锁机构的结构示意图。

图3是作为本发明实施例二的高压电器通信接口装置结构示意图，本实施例的方案具有反向供电功能。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

实施例一

    如图1，本高压电器通信接口装置包括用于固定连接在额定工作电压大于或等于6kV的高压电器3的高压侧的固定部分2，还包括作为现场可更换部分的活动部分1。活动部分1中有第一磁耦合组件10，固定部分中有第二磁耦合组件20。

第一磁耦合组件10包括第一等电位屏蔽体17和设置在第一等电位屏蔽体17内部的第一功率耦合线圈12、第一通信耦合线圈11、第一功率耦合磁芯14、第一通信耦合磁芯13、第一绝缘体15和第二绝缘体16。

其中第一等电位屏蔽体17由金属材料制成，它带有上下两个开口朝向固定部分2一侧（即图1中的右侧）的方型槽，上方的方型槽中放置第一通信耦合磁芯13和第一通信耦合线圈11，第一通信耦合磁芯13为一罐型磁芯半体，其磁路开放面朝向所处方型槽的开口方向，并且磁芯端面高度比屏蔽体表面高度低1mm，第一通信耦合线圈11是一个单绕组线圈，环绕在磁芯的中心磁柱上，第一通信耦合线圈11的引线端连接有第一调制解调电路4，在磁芯及线圈端面与第一等电位屏蔽体17的表面之间1mm的空隙填充第一绝缘体15。下方的方型槽中第一功率耦合磁芯14和第一功率耦合线圈12，第一功率耦合磁芯14为一罐型磁芯半体，其磁路开放面朝向所处方型槽的开口方向，并且磁芯端面高度比屏蔽体表面高度低1mm, 第一功率耦合线圈12是一个单绕组线圈，环绕在磁芯的中心磁柱上，引线端连接有整流滤波稳压电路6，在磁芯及线圈端面与第一等电位屏蔽体17的表面之间1mm的空隙填充第二绝缘体16。

第二磁耦合组件20包括第二等电位屏蔽体27和设置在第二等电位屏蔽体27内部的第二功率耦合线圈22、第二通信耦合线圈21、第二功率耦合磁芯24、第二通信耦合磁芯23、第三绝缘体25和第四绝缘体26。

其中第二等电位屏蔽体27由金属材料制成，它带有上下两个开口朝向活动部分1一侧（即图1中的左侧）的方型槽，上方的方型槽中放置第二通信耦合磁芯23和第二通信耦合线圈21，第二通信耦合磁芯23为一罐型磁芯半体，其磁路开放面朝向所处方型槽的开口方向，并且磁芯端面高度比屏蔽体表面高度低1mm, 第二通信耦合线圈21是一个单绕组线圈，环绕在磁芯的中心磁柱上，第二通信耦合线圈21的引线端连接有第二调制解调电路9，在磁芯及线圈端面与屏蔽体27的表面之间1mm的空隙填充第三绝缘体25。下方的方型槽中放置第二功率耦合磁芯24和第二功率耦合线圈22，第二功率耦合磁芯24为一罐型磁芯半体，其磁路开放面朝向所处方型槽的开口方向，并且磁芯端面高度比屏蔽体表面高度低1mm, 第二功率耦合线圈22是一个带中心抽头的双绕组线圈，环绕在磁芯的中心磁柱上，引线端连接有第一开关变换电路8，在磁芯及线圈端面与屏蔽体27的表面之间1mm的空隙填充第四绝缘体26。 

所述方型槽底部还分别开有圆孔，各线圈的引线从圆孔引出屏蔽体。

第一绝缘体15、第二绝缘体16、第三绝缘体25、第四绝缘体26的材料可以都是环氧树脂，起绝缘和密封防水作用。

固定部分2的第二调制解调电路9和第一开关变换电路8还分别与所述的高压电器3连接。其中第二调制解调电路9是一个移幅键控调制解调电路，即串行信号“0”对应有高频信号，“1”时对应无高频信号，它将高压电器3发送的串行数据调制成载频为150KHz的高频电信号后传送到第二通信耦合线圈21，并将从第二通信耦合线圈21接收到电信号解调成串行数据后传送到高压电器3内部的智能部件；第一开关变换电路8是一个推挽式开关变换电路，它将高压电器输出的直流电压变换成50KHz的交流电压输出到第二功率耦合线圈22。

活动部分1还包括分别与所述第一调制解调电路4和所述整流滤波稳压电路6连接的无线转发电路5。其中第一调制解调电路4与第二调制解调电路9相同，也是一个移幅键控调制解调电路，它将无线转发电路5发送的串行数据调制成适合磁耦合传送的电信号后传送到第一通信耦合线圈11并将从第一通信耦合线圈11接收到电信号解调成串行数据后传送到无线转发电路5；无线转发电路5是一个GSM无线通信模块，它通过GPRS方式与其他设备通信。整流滤波稳压电路6将从第一功率耦合线圈12接收来的高频交流电进行整流、滤波和稳压，变换成稳定的直流电压后供给无线转发电路5和第一调制解调电路4作为它们的工作电源。

活动部分1可拆卸地与固定部分2相连接，第一磁耦合组件10的金属表面与第二磁耦合组件20的金属表面接触，使得第一等电位屏蔽体17与第二等电位屏蔽体27之间有着可靠电气连接；此时第一功率耦合磁芯14的磁路开放面与第二功率耦合磁芯24的磁路开放面相向对准，第一通信耦合磁芯13的磁路开放面与第二通信耦合磁芯23的磁路开放面相向对准。

为了实现所述的活动部分1与固定部分2之间的可拆卸连接，本发明给出了如图2所示的卡接方式。事实上，活动部分1与固定部分2之间的可拆卸连接方式还有多种其它形式。

如图2，在活动部分1上设置有第一连接卡槽30，第一连接卡槽30设置在第一等电位屏蔽体17的方型槽口一侧，第一连接卡槽30设置有左、右、上三条凹槽；在固定部分2上设置有第二连接卡槽31，第二连接卡槽31设置在第二等电位屏蔽体27的方型槽口一侧，第二连接卡槽31设置有分别与所述左、右、上三条凹槽配合的左、右、上三条凸槽，所述三条凸槽卡接于所述三条凹槽中，并在所述第二连接卡槽31下方设置有用于将第一连接卡槽30和第二连接卡槽31锁闭在一起的锁闭机构50。卡接时，将第一连接卡槽30从第二连接卡槽31上方向下滑入，可将活动部分1与固定部分2相互卡接，这时第一磁耦合组件10活动连接在第二磁耦合组件20上，两者的金属表面接触，使得第一等电位屏蔽体17与第二等电位屏蔽体27之间有着可靠电气连接；此时第一功率耦合磁芯14的磁路开放面与第二功率耦合磁芯24的磁路开放面相向对准，第一通信耦合磁芯13的磁路开放面与第二通信耦合磁芯23的磁路开放面相向对准。

所述的闭锁机构50安装在第一等电位屏蔽体17下方。闭锁机构50包括带有挡杆53的锁舌51和钥匙孔52，挡杆53位于钥匙孔52中，锁舌51的上端托住第二等电位屏蔽体27的下沿，下端通过铰接轴56与第一磁耦合组件10连接。还包括下端连接在锁舌51下端的拉簧55，拉簧55的上端通过定位杆54连接在第一磁耦合组件10上；所述定位杆54还作为锁闭组件其内端伸入到钥匙孔52中。

正常状态下拉簧55带动锁舌51弹出，此时无法将第一连接卡槽30从第二连接卡槽31中上移滑出，实现了活动部分1上移与固定部分2之间的闭锁，活动部分1不能从固定部分2上取下。钥匙是一个半圆形的圆柱体；在钥匙孔52中插入钥匙，并旋转钥匙90度，钥匙将挡杆53向左拨出，带动锁舌51左缩，此时可将第一连接卡槽30从第二连接卡槽31中上移动滑出，实现了活动部分1上移与固定部分2之间的解锁，活动部分1可以从固定部分2上取下。在解锁状态下，钥匙上的定位缺口旋转到定位杆54位置，此时钥匙无法从钥匙孔52中拔出，通过操作钥匙可以移动活动部分1而不会滑落；在闭锁状态下，钥匙上的定位缺口从定位杆54位置旋出，钥匙可以从钥匙孔52中拔出，实现了钥匙与活动部分1的分离。

活动部分1还包括电路防护盒60，所述电路防护盒60是一个密封防水的塑料盒，第一磁耦合组件10、第一连接卡槽30和闭锁机构50设置在电路防护盒60外侧。电路防护盒60内部设置有屏蔽罩，屏蔽罩与第一等电位屏蔽体17电气连接。无线转发电路5、第一调制解调电路4和整流滤波稳压电路6设置在屏蔽罩内部，无线转发电路5的天线设置于屏蔽罩的外部。

实施例二

如图3，相对于实施例一，本实施例在活动部分1中增加了外部供电电源40和第二开关变换电路41，所述的第一调制解调电路4、无线转发电路5和第二开关变换电路41分别与所述的外部供电电源40连接。在固定部分2中增加了用于与所述的高压电器3连接的整流电路7。该整流电路7与第二功率耦合线圈22的引线端相连接。

外部供电电源40是可充电电池，第二开关变换电路41是一个推挽式开关变换电路，它将外部供电电源40输出的直流电压变换成50KHz的交流电压输出到第一功率耦合线圈12。整流电路7将从第二功率耦合线圈22接收的高频交流电压变换成直流电压输送到高压电器3的智能部件。本实施例的目的在于，在高压电器3未接通高压工作电源时，由活动部分1中的可充电电池反向供电，使得高压电器3中的智能部件能够工作，这为高压电器3的调试和维护提供了方便。

Claims (7)

1.一种高压电器的通信接口装置，其特征在于：包括用于固定连接在额定工作电压大于

或等于6kV的高压电器（3）的高压侧的固定部分（2），还包括作为现场可更换部分的活动部分（1）；活动部分（1）中有第一磁耦合组件（10），固定部分（2）中有第二磁耦合组件（20）；

第一磁耦合组件（10）包括由金属材料制成的第一等电位屏蔽体（17），第一等电位屏蔽体（17）中设置有第一通信耦合磁芯（13）和环绕在第一通信耦合磁芯（13）上的第一通信耦合线圈（11），第一通信耦合线圈（11）的引线端连接有第一调制解调电路（4）；第一调制解调电路（4）还连接有无线转发电路（5）；第一等电位屏蔽体（17）中还设置有第一功率耦合磁芯（14）和环绕在第一功率耦合磁芯（14）上的第一功率耦合线圈（12）；

第二磁耦合组件（20）包括由金属材料制成的第二等电位屏蔽体（27），第二等电位屏蔽体（27）中设置有第二通信耦合磁芯（23）和环绕在第二通信耦合磁芯（23）上的第二通信耦合线圈（21），第二通信耦合线圈（21）的引线端连接有用于与所述的高压电器（3）连接的第二调制解调电路（9）；第二等电位屏蔽体（27）中还设置有第二功率耦合磁芯（24）和环绕在第二功率耦合磁芯（24）上的第二功率耦合线圈（22），第二功率耦合线圈（22）的引线端连接有用于与所述的高压电器（3）连接的第一开关变换电路（8）； 

活动部分（1）可拆卸地与固定部分（2）相连接，第一等电位屏蔽体（17）与第二等电位屏蔽体（27）相接触，第一功率耦合磁芯（14）的磁路开放面与第二功率耦合磁芯（24）的磁路开放面相向对准，第一通信耦合磁芯（13）的磁路开放面与第二通信耦合磁芯（23）的磁路开放面相向对准；

在第一功率耦合磁芯（14）、第一通信耦合磁芯（13）、第二功率耦合磁芯（24）和第二通信耦合磁芯（23）的磁路开放侧分别设置有绝缘体。

2.如权利要求1所述的高压电器的通信接口装置，其特征在于：第一功率耦合线圈（12）的引线端连接有整流滤波稳压电路（6）；整流滤波稳压电路（6）分别与所述第一调制解调电路（4）和所述无线转发电路（5）连接。

3.如权利要求1所述的高压电器的通信接口装置，其特征在于：固定部分（2）还包括用于与所述的高压电器（3）连接的整流电路（7），该整流电路（7）与第二功率耦合线圈（22）的引线端相连接。

4.如权利要求3所述的高压电器的通信接口装置，其特征在于：第一功率耦合线圈（12）的引线端连接有第二开关变换电路（41）；活动部分（1）还包括外部供电电源（40）；所述的第一调制解调电路（4）、无线转发电路（5）和第二开关变换电路（41）分别与所述的外部供电电源（40）连接。

5.如权利要求1或2或3或4所述的高压电器的通信接口装置，其特征在于：在活动部分（1）的安装侧设置有第一连接卡槽（30），第一连接卡槽（30）设置有左、右、上三条凹槽；在固定部分（2）的安装侧设置有第二连接卡槽（31），第二连接卡槽（31）设置有分别与所述左、右、上三条凹槽配合的左、右、上三条凸槽，所述三条凸槽卡接于所述三条凹槽中；并在所述第二连接卡槽（31）下方设置有用于将活动部分（1）和固定部分（2）锁闭在一起的锁闭机构（50）。

6.如权利要求5所述的高压电器的通信接口装置，其特征在于：所述的闭锁机构（50）包括带有挡杆（53）的锁舌（51）和钥匙孔（52），挡杆（53）位于钥匙孔（52）中，锁舌（51）的上端托住第二等电位屏蔽体（27）的下沿，下端通过铰接轴（56）与第一磁耦合组件（10）连接；还包括下端连接在锁舌（51）下端的拉簧（55），拉簧（55）的上端通过定位杆（54）连接在第一磁耦合组件（10）上；所述定位杆（54）还作为锁闭组件其内端伸入到钥匙孔（52）中。

7.如权利要求5所述的高压电器的通信接口装置，其特征在于：活动部分（1）还包括电路防护盒（60）；所述的电路防护盒（60）是一个密封防水的塑料盒，第一磁耦合组件（10）、第一连接卡槽（30）和闭锁机构（50）设置在电路防护盒（60）外侧；电路防护盒（60）内部设置有屏蔽罩，屏蔽罩与第一等电位屏蔽体（17）电气连接；无线转发电路（5）、第一调制解调电路（4）设置在屏蔽罩内部，无线转发电路（5）的天线设置于屏蔽罩的外部。

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