CN104198805A - 一种可带电装卸的低压电流无线测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可带电装卸的低压电流无线测量装置，主要针对已经铺设好的线路，且不方便停电拆装的低压输电场合，提供一种长期、实时的电流监测装置，可应用于用电监测、反窃电稽查等场合。主要由电流采样处理部分、协议控制部分、无线传输部分和取能电源部分构成。本发明可测电流范围宽、强度大，无须停电安装，具备无线通信接口。采用了感应取电与电池供电相结合的供电模式，工作续航能力持久。

Description

一种可带电装卸的低压电流无线测量装置

技术领域

本发明属于电学量测量领域，具体地说涉及一种可带电装卸的低压电流无线测量装置。

背景技术

线路电流的准确测量在电学测量中具有重要意义，特别是在线路非拆装、设备不停机、实时在线条件下的电流负荷测量，在用电线路检查、故障排查、反窃电稽查中有着广泛应用需求。

目前，交流电流的非接入线路测量多使用的穿线式电流互感器来实现，具有准确度高、对输电线路影响小等优点，但是由于需要穿线，这种电流测量装置需要在线路规划和铺设时就考虑安装，或者对线路停电并重新穿线，因此多用于仪器设备、配电控制箱内部或安装后就不再变动的场合。此外穿线式电流互感器多采用硬质磁芯，其测量范围较窄，一旦磁芯饱和就不能再准确测量。另外一些采用的开口式电流互感器，这种电流测量装置不需要穿线，与数字仪表一体，现场测量比较方便，适用多数低压配电线路临时检修场合，但大多都是采用的硬质磁芯电流互感器，测量范围较窄，不适合大电流、宽电流范围和电压较高的场合，也不适合时间较长的无人值守的测量需求。当前热点研究的光电式电流传感测量法可以弥补上述普通电流互感器的缺点，测量范围宽，几乎不对输电线路造成影响，适合高压应用，可不停电安装等，但是存在设备复杂、稳定性和抗干扰能力较差、工作取电难等缺点。此外这类电流测量装置大多不带有数据接口，不适合长时间和无人值守的场合，有些虽然具有无线通信接口，但是又存在安装、更换都不方便等缺点。

Rogowski线圈是另外一种电流互感器，其内部没有磁性铁芯，因而测量范围宽、不会饱和、线性度好、无二次开路危险，但价格相对较高，应用范围相对较小。

Rogowski线圈优良的性能为本发明提供了解决思路。本发明主要针对已经铺设好的线路，且不方便停电拆装的低压输电场合，提供一种长期、实时的电流监测装置，可应用于用电监测、反窃电稽查等场合。

发明内容

本发明是为了适应用电监测的长期性和实时性需要，适应输电线路已经铺设完成难以重新铺设，被测电流范围宽、强度大，需要不停电安装的情形下的电流测量。

为了实现上述目标，本发明采用的技术方案由四部分功能电路组成：电流采样处理部分、协议控制部分、无线传输部分和取能电源部分。

所述的电流采样处理部分使用柔性Rogowski线圈进行电流采样，利用专用三相电能计量芯片进行电流有效值的计算。该部分可以不停电拆装，负责对被测量线路的电流进行采样，经滤波、放大、数字积分和AD转换后，计算得到被测量电流的真有效值，供协议控制部分使用。

所述的协议控制部分主要负责通信协议的处理，控制与其它设备的通信过程，同时完成本发明装置的低功耗电源管理功能。该部分以高性能单片机为处理核心，使用嵌入式C语言开发程序，其主要任务为解析接收到的数据帧，取回电流采样处理模块测量得到的电流真有效值，按通信协议组织对接收数据帧的应答返回帧，控制无线传输部分做出响应应答；依据设定的工作模式，完成装置的电源管理。

所述的无线传输部分负责无线传输协议的控制，提供一种无线接口界面，以无线传输方式实现本发明装置与其它连接仪器设备的数据的具体传输。

所述的取能电源部分负责为整个装置提供电能，采取感应取能线圈从输电线路上感应取能与充电电池想结合的方式，保证装置的平稳运行。

作为优选，所述的电流采样处理部分使用柔性Rogowski线圈采样，采用插拔式开口设计，方便不改动线路、不停电拆装，测量线径范围为3-80mm，电流范围为0-500A，电压等级为10kV，在0~30A电流范围内，测量准确度优于±1.5%，在30~350A电流范围内，测量准确度优于±0.5%。

作为优选，所述的协议控制部分数据通信协议支持DL/T 645-2007协议；具备正常工作模式和“工作-休眠-工作-休眠”的间歇工作模式。

作为优选，所述的无线传输部分具备16个通信信道，信道可任意选择，防止通信冲突和干扰；同时设置8种可选发射功率，以控制功耗。

作为优选，所述的取能电源部分的感应线圈采用开口式半圆形硅钢片铁芯，其截面为20mm×50mm，线圈匝数为150,合计气隙不超过3mm。以DC-DC开关转换电源为感应取电后的稳压降压核心，将电能转换为5V电压、最大1A的电流，供装置和充电使用。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2是本发明的取能电源模块设计框图。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明进一步说明如下：

如图1所示，本发明是一种可带电装卸的低压电流无线测量装置，由电流采样处理部分1电路、协议控制部分2电路、无线传输部分3电路和取能电源部分4电路四部分构成。

电流采样处理部分1使用柔性Rogowski线圈5对母线线路6进行电流采样，根据Rogowski线圈的工作原理，获得与母线电流的微分成比例关系的电流信号。经负载电阻后电流信号转变成电压信号，再经滤波7处理后，送专用电能计量芯片8(ADE7878)处理，计量芯片8内置放大增益、数字积分器和二阶∑-Δ式AD转换等电路，对信号进行数字积分（得到与电流成比例信号） 、AD转换和计算得到被测电流的真有效值。协议控制部分2选用AVR处理器9（ATmega8 - 168PA）为控制核心，根据远端连接设备11的读取要求，通过spi总线从电流采样处理部分1读回被测电流的真有效值，依据DL/T 645-2007协议组织形式组织应答数据帧，控制无线传输部分3通过与接收相同的无线信道发送给远端主机11。无线传输部分3负责具体的数据传输协议控制，选用低功耗Zigbee无线通信技术，以TI CC2530芯片10传输协议控制单元，支持ZigBee 2007协议栈，其无线发射功率和通信信道可以通过通信协商确定。。

本发明装置具备两种工作模式：正常工作模式和间歇工作模式，其中间歇工作模式在“工作”和“休眠”两种状态交替下工作，适应电能不充足状况，以达到节能的目的。

在正常工作模式下，远端设备可以直接向本发明装置请求测量数据，收到数据请求后，本装置即将测量得到的电流数据，以设计的发射功率发射给远端设备。

在间歇工作模式下，远端设备需要先向本装置发送唤醒保持指令，本装置正确收到唤醒保持指令后，将回复唤醒保持确认应答，并暂停进入休眠状态一段时间，保证接收远端设备的数据传输。远端设备收到本装置的唤醒保持确认应答后，应在设定的时间内向本发明装置请求测量数据，超过设定时间后本装置将再次进入间歇工作模式。本装置收到数据请求后，即将测量得到的电流数据，以设计的发射功率发射给远端设备，并再一次进行计时等待后进入间歇工作状态。

本发明的电源供应采取了感应取能与充电电池和大容量电容相结合的方式，附图2为其结构原理图。感应线圈12采用开口式半圆形硅钢片铁芯，其截面为20mm×50mm，线圈匝数为150, 气隙δ1和δ2合计不超过3mm。经前置电路13、整流滤波电路14、保护电路15配合产生的直流电压，一端至电源管理单元16，另一端至充电管理单元17。电源管理单元16以脉宽调制型DC-DC转换器19（MAX5035）为前端降压核心器件，将电源电压保持为5V。充电管理单元17选用UC3906芯片，提供四种充电状态，发挥电池18的最大容量，延长电池18的使用寿命。当输电线路电流较大，超过6A时，感应取电电力充足，取能线圈直接给系统供电，并给电池18充电；当输电线路电流较小或无电时，通过电池18对系统供电，可保证本发明装置的长期稳定持续工作。

Claims (4)

1.一种可带电装卸的低压电流无线测量装置，其特征在于它包括四个主要功能电路部分：电流采样处理部分、协议控制部分、无线传输部分和取能电源部分；以柔性Rogowski线圈作为电流采样传感器，可以不停电装卸；具备无线通信接口界面，数据通信支持支持DL/T 645-2007协议；工作电源采用从母线感应取能与电池供电相结合的方式。

2.根据权利要求1所述的一种可带电装卸的低压电流无线测量装置，其特征是采用柔性Rogowski线圈作为电流采样传感器，以专用电能计量集成电路作为数据处理单元，电流测量范围宽至0-500A，电压等级10kV，可以不停电装卸。

3.根据权利要求1所述的一种可带电装卸的低压电流无线测量装置，其特征是具备无线通信接口界面，无线通信可设置8种可选发射功率。

4.根据权利要求1所述的一种可带电装卸的低压电流无线测量装置，其特征是装置的电源采用从母线感应取能与电池相结合的形式，感应取能线圈采用开口式半圆形硅钢片铁芯，留有气隙防止过早磁饱合。