CN104569646A - 电力设备监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力设备监测装置。该电力设备监测装置包括：电流检测单元，设置在所述电力设备的输电线路上，用于检测所述电力设备的输送电流；处理单元，与所述电流检测单元相连接，用于接收来自所述电流检测单元的表示所述输送电流的检测信号，并根据所述检测信号计算与所述输送电流对应的瞬时功率；以及通信单元，与所述处理单元相连接，用于传输所述瞬时功率。通过本发明，解决了现有技术中不能直接监测电力设备工作状态的问题，进而达到了提高对电力设备的监测准确度的效果。

Description

电力设备监测装置

技术领域

本发明涉及电力设备领域，具体而言，涉及一种电力设备监测装置。

背景技术

近年来，随着经济的高速增长和科学技术的发展，窃电现象呈现出高发和上升势态，窃电问题比以往更为严重，主要表现为窃电手段高科技化、窃电过程隐蔽化和窃电数量大额化。以往传统的防窃电方法，例如：人工排查、传统的用电管理终端和高供高计等仍然存在很大不足。对此，一些电力设备制造商开发出各种电力监测装置。但这些装置主要是通过对电力高压设备作用后端设备状态的间接分析来判断，对高压电路回路电流也只能采用专用电表在后端间接测量。总之，现有的电力监测装置对高压电力设备工作状态的监测都是间接的，不能直接对其状态变化做出实时的监测。

针对相关技术中不能直接监测电力设备工作状态的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电力设备监测装置，以解决现有技术中不能直接监测电力设备工作状态的问题。

为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种电力设备监测装置，包括：电流检测单元，设置在电力设备的输电线路上，用于检测电力设备的输送电流；处理单元，与电流检测单元相连接，用于接收来自电流检测单元的表示输送电流的检测信号，并根据检测信号计算与输送电流对应的瞬时功率；以及通信单元，与处理单元相连接，用于传输瞬时功率。

进一步地，电力设备监测装置还包括：磁场检测单元，用于检测目标范围内的磁场信号，并输出与磁场信号对应的电压信号，其中，处理单元与磁场检测单元相连接，用于在电压信号大于预设电压的情况下，驱动通信单元传输报警信号。

进一步地，磁场检测单元包括：直流电源；霍尔位置传感器，供电端与直流电源连接；第一电阻，连接在直流电源与信号地之间；第二电阻，连接在直流电源与第一电阻之间；双运算放大器，具有第一放大器和第二放大器，其中，第一放大器的正相输入端与霍尔位置传感器的输出端相连接，第一放大器的输出端与处理单元相连接，第一放大器的反相输入端连接至第一放大器的输出端，第二放大器的正相输入端与处理单元相连接，第二放大器的反相输入端连接至第一节点，第二放大器的输出端连接至信号地，第一节点为第一电阻和第二电阻之间的节点；第三电阻，连接在第二放大器的正相输入端与处理单元之间；第四电阻，连接在第一放大器的输出端与处理单元之间；以及第五电阻，连接在第二节点和信号地之间，其中，第二节点为第四电阻与处理单元之间的节点。

进一步地，磁场检测单元还包括：第六电阻；以及发光二极管，正极通过第六电阻连接至第二放大器的输出端，负极连接至信号地。

进一步地，电力设备监测装置还包括：存储单元，与处理单元相连接；保护单元，与处理单元相连接；以及供电单元，用于为处理单元、磁场检测单元、存储单元、通信单元和保护单元供电。

进一步地，电力设备监测装置还包括：整流单元，与电流检测单元相连接；以及采样单元，连接在整流单元和处理单元之间。

进一步地，通信单元为射频通信单元。

进一步地，电流检测单元为电流互感器。

本发明采用以下结构的电力设备监测装置：电流检测单元，设置在所述电力设备的输电线路上，用于检测所述电力设备的输送电流；处理单元，与所述电流检测单元相连接，用于接收来自所述电流检测单元的表示所述输送电流的检测信号，并根据所述检测信号计算与所述输送电流对应的瞬时功率；以及通信单元，与所述处理单元相连接，用于传输所述瞬时功率。通过对电力设备的输送电流进行检测，实现了直接从中高压侧监测电力设备的工作状态，解决了现有技术中不能直接监测电力设备工作状态的问题，进而达到了提高对电力设备的监测准确度的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的电力设备监测装置的原理框图；

图2是根据本发明实施例的电力设备监测装置中电流检测单元的结构图；

图3是根据本发明实施例的电力设备监测装置中处理单元的电路连接示意图；

图4是根据本发明实施例的电力设备监测装置中射频通信单元的电路连接示意图；

图5是根据本发明优选实施例的电力设备监测装置的原理框图；

图6是根据本发明实施例的电力设备监测装置中磁场检测单元的电路图；

图7是根据本发明实施例的电力设备监测装置中存储单元的电路图；

图8是根据本发明实施例的电力设备监测装置中保护单元的电路图；

图9a和图9b是根据本发明实施例的电力设备监测装置中供电单元的电路图；以及

图10是根据本发明实施例的电力设备监测装置中整流单元和模数转换单元的电路图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例提供了一种电力设备监测装置，以下对本发明实施例所提供的电力设备监测装置进行具体介绍：

图1是根据本发明实施例的电力设备监测装置的原理图，如图1所示，本发明实施例提供的电力设备监测装置包括电流检测单元10、处理单元40和通信单元50。其中，电流检测单元10设置在电力设备的输电线路上，用于检测所述电力设备的输送电流；处理单元40与电流检测单元10相连接，用于接收来自电流检测单元10发出的表示电流大小的信号，并根据该信号计算电力设备输电线上的瞬时功率；通信单元50，与处理单元40相连接，用于传输所得到的瞬时功率信息。

通过对电力设备的输送电流进行检测，实现了直接监测中高压电力设备的电流状态，解决了现有技术中不能直接监测中高压电力设备用电功率的问题，进而达到了提高对电力设备的监测准确度的效果。

具体地，如图2所示，本发明实施例提供的电力设备监测装置的电流检测单元10为电流互感器，主要有环形的铁芯101和缠绕在铁芯101上的线圈102组成，在使用本电力设备监测装置时，电力设备的输电线103穿过铁芯，当电力设备的输电线上有电流流过时，线圈L上会产生感应电流。

如图3所示，本发明实施例提供的电力设备监测装置中的处理单元40主要由微处理器构成，在本发明实施例中，处理单元40可以采用型号为MSP430F427IPM的微处理器，该微处理器具有编号为从1到64的64个管脚，其中，1管脚连接电源正极，并通过电容C5连接至地信号GND，且电源正极与GND通过电容C4连接。管脚8与9之间连接晶震Y1，且晶振两端与电容C6和电容C7串联。管脚10通过电容C8连接至GND。管脚54至管脚58依次与JATG下载接口的TDO端、TDI端、TMS端、TCK端和RST端相连。管脚62与管脚64之间连接电容C3，且管脚62与管脚63之间通过电阻Rg1连接，且Rg1与管脚63连接的一端与GND相连。该微处理器将来自电流互感器的表示输送电流的检测信号进行数字化处理变为数字信号，进一步根据转换出的数字信号计算瞬时功率。

如图4所示，本发明实施例提供的电力设备监测装置中的通信单元50主要为射频通信单元，该射频通信单元主要由射频模块芯片组成。射频模块可以采用型号为nRF905的射频芯片，该芯片具有编号为1至40的四十个管脚，其中，管脚14通过电阻R48连接至处理单元40的管脚45，管脚14为射频模块芯片的时钟端；管脚15通过电阻R49连接至处理单元40的管脚44，管脚15为射频模块芯片的使能端；管脚17通过电阻R50连接至处理单元40的管脚47，管脚17为射频模块芯片的数据输出端；管脚18通过电阻R51连接至处理单元40的管脚46，管脚18为射频模块SPI数据输出；管脚19通过电阻R52连接至处理单元40的管脚48，管脚19用于射频模块接收或发射数据完成指示；管脚21通过电阻R53连接至处理单元40的管脚50，管脚21用于控制射频模块地址匹配；管脚22通过电阻R54连接至处理单元40的管脚49，管脚22用于控制射频模块的载波检测功能；管脚24通过电阻R55连接至处理单元40的管脚51，管脚24用于控制射频模块上电功能；管脚26通过电阻R56连接至处理单元40的管脚52，管脚26用于射频模块芯片发射或接收使能端；管脚28通过电阻R57连接至处理单元40的管脚53,管脚28用于控制射频模块芯片发射或接收的模式。该射频通信单元的主要作用是以射频信号的形式向外传输瞬时功率，在本发明实施例中，可以以433MHz或915MHz的频率发送数据。

图5是根据本发明优选实施例的电力设备监测装置的示意图，如图5所示，本发明优选实施例提供的电力设备监测装置还包括磁场检测单元60，用于检测目标范围内的磁场信号，并输出与所述磁场信号对应的电压信号，所谓目标范围是指以电流检测单元10为中心的一定范围，该范围的大小跟磁场检测单元60的功率大小相关。

具体地，图6是根据本发明优选实施例的电力设备监测装置中磁场检测单元的电路图，如图6所示，磁场检测单元60主要由模拟霍尔位置传感器U1和双运算放大器U2组成。当周围没有磁场时，模拟霍尔位置传感器U1输出2.5V电压；当周围有磁场时，模拟霍尔位置传感器U1输出与所检测的磁场强度成正比的电压值，双运算放大器U2主要是作为驱动器，一方面，模拟霍尔位置传感器U1输出的信号经过双运算放大器U2放大之后与预先设定的电压信号进行比较，若大于预设电压则发出报警信号。另一方面，模拟霍尔位置传感器U1输出的信号经过双运算放大器U2放大输入给微处理器，微处理器通过检测此电压信号，并做相应的处理，来检测磁场强度大小，当检测到的磁场强度超出预设阈值时，随即通过射频的方式报警信息，提示某一高压电力线电流监测装置周围存在强磁场干扰。

更具体地，磁场检测单元60还包括直流电源VCC、第一电阻R8、第二电阻R6、第三电阻R9、第四电阻R5和第五电阻R7，其中霍尔位置传感器U1的供电端与直流电源VCC连接，第一电阻R8连接在直流电源VCC与信号地之间，第二电阻R6连接在直流电源VCC与第一电阻R8之间，双运算放大器U2具有第一放大器U201和第二放大器U202，其中，第一放大器U201的正相输入端与霍尔位置传感器U1的输出端相连接，第一放大器U201的输出端与处理单元40相连接，第一放大器U201的反相输入端连接至第一放大器U201的输出端，第二放大器U202的正相输入端与处理单元40相连接，第二放大器U202的反相输入端连接至第一节点，第二放大器U202的输出端连接至信号地，第一节点为第一电阻R8和第二电阻R6之间的节点，第三电阻R9连接在第二放大器U202的正相输入端与处理单元40之间，第四电阻R5连接在第一放大器U201的输出端与处理单元40之间，第五电阻R7连接在第二节点和信号地之间，其中，第二节点为第四电阻R5与处理单元40之间的节点。

通过设置磁场检测单元，在所监测的电力设备输电线周围磁场环境复杂的情况下，发出警告，本发明实施例所提供的装置的使用人员可以据此信号得知所测得的瞬时功率可能不准确，而采取相应的措施比如改变监测位置，排除磁场干扰源等来保证测量的准确度，提高了监测装置的可靠性。

进一步地，本发明实施例提供的电力设备监测装置磁场检测单元60还包括第六电阻R1和发光二极管L，发光二极管L正极通过第六电阻R10连接至第二放大器的输出端，负极连接至信号地。

当周围的磁场干扰超过设定值时，报警信号通过发光来告知，监测人员，起到了使观察报警信号更加直观的作用

进一步地，本发明实施例提供的电力设备监测装置还包括存储单元70、保护单元80和供电单元。

图7是根据本发明优选实施例的电力设备监测装置中存储单元70的电路图如图7所示：存储单元70主要包括时钟模块和铁电模块，其中，时钟模块可以采用芯片RX8025T，但不限于此，铁电模块可以采用芯片FM24CL64，同样也不限于此，可根据需求选择其它芯片。

具体地，芯片RX8025T具有编号从1至14的14个管脚，其中TEST端通过二极管D2和D1连接至5V直流电源，同时通过二极管D3连接至电池BT1，TEST端通过电容C10接地，VDD端通过电容C11接地。INTA端通过电阻R11连接至+3.3V电源，并通过R12连接至SEC端，芯片RX8025T的SEC端口与处理单元40的43管脚相连，用于控制芯片RX8025T的中断输出。包括芯片RX8025T的时钟模块的主要作用是为微处理器40提供时钟。

芯片FM24CL64具有从1至8的8个管脚，其中管脚1至管脚4均与GND相连。VCC端与+3.3V电源相连，且通过电容15与GND相连。WP端通过电阻R13与+3.3V电源相连。SCL端与芯片RX8025T的管脚2相连，SDA端与芯片RX8025T的SDA端相连。包括芯片FM24CL64的铁电模块的作用主要是存储电流检测单元10测得的电流数据。

图8是根据本发明优选实施例的电力设备监测装置中保护单元的电路图，如图8所示：保护单元主要由芯片SP706组成。芯片SP706具有编号为从1至8的8个管脚，其中，复位端通过电阻R15与+3.3V电源相连，且复位端与处理单元的微处理器MSP430F427IPM的复位端相连。微处理器通过复位端控制保护单元的复位。保护单元的作用是确保监测装置不会因为程序跑飞而死机，确保监测装置不会因为程序跑飞而死机，进而确保监测装置能够从由外部原因导致的异常中复位，并确保在电压降低到设定阈值时，能够使系统复位。

图9a和图9b是根据本发明优选实施例的电力设备监测装置中供电单元的电路图，供电单元包括电池和电池管理模块，前端采用锂电池供电的方式，图9a是输出为5V的电池管理模块的电路图，后端主要由LDO电源芯片LM1117impx-5.0组成，输出电压为5V。电源正负极之间并联了电容C13至电容C18。图9b是输出为5V的电池管理模块的电路图，后端主要由LDO电源芯片LM1117impx-3.3组成，输出电压为3.3V。电源正负极之间并联了电容C19至电容C24。供电单元为处理单元40、磁场检测单元60、存储单元70、通信单元50和保护单元80供电，通过将供电单元的+5V和+3.3V与图3至图7中的对应电源+5V和+3.3V的相连为以上各个单元提供电源。

通过具有上述结构的供电单元，能够提供稳定的5V和3.3V的电压，达到了保证电力设备监测装置稳定工作的效果。

进一步地，本发明实施例的电力设备监测装置还包括整流单元20和采样单元30，其中，整流单元20与电流检测单元10相连接，采样单元30，连接在整流单元20和处理单元40之间。

图10为根据本发明优选实施例的电力设备监测装置中整流单元20和采样单元30的电路图，如图10所示：

整流单元20主要有四个MRA4003T3G二极管组成，电流检测单元10输出的电流为交流电，经过整流单元20整流后变为直流电。采样单元30主要由电容C1和电阻C2以及电阻R1至R4组成，整流单元20输出地直流电经过采样单元30的采样处理再与处理单元40的AD口相连，从而使电流检测单元10检测到的信号转化为数字信号，方便处理单元继续进行下一步处理。

通过以上描述，可以看出，本发明实施例所提供的电力设备监测装置实现了直接监测中高压电力设备的电流状态，达到了提高对电力设备的监测准确度的效果。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电力设备监测装置，其特征在于，包括：

电流检测单元（10），设置在所述电力设备的输电线路上，用于检测所述电力设备的输送电流；

处理单元（40），与所述电流检测单元（10）相连接，用于接收来自所述电流检测单元（10）的表示所述输送电流的检测信号，并根据所述检测信号计算与所述输送电流对应的瞬时功率；以及

通信单元（50），与所述处理单元（40）相连接，用于传输所述瞬时功率。

2.根据权利要求1所述的电力设备监测装置，其特征在于，所述电力设备监测装置还包括：

磁场检测单元（60），用于检测目标范围内的磁场信号，并输出与所述磁场信号对应的电压信号，

其中，所述处理单元（40）与所述磁场检测单元（60）相连接，用于在所述电压信号大于预设电压的情况下，驱动所述通信单元（50）传输报警信号。

3.根据权利要求2所述的电力设备监测装置，其特征在于，所述磁场检测单元（60）包括：

直流电源（VCC）；

霍尔位置传感器（U1），供电端与所述直流电源（VCC）连接；

第一电阻（R8），连接在所述直流电源（VCC）与信号地之间；

第二电阻（R6），连接在所述直流电源（VCC）与所述第一电阻（R8）之间；

双运算放大器（U2），具有第一放大器（U201）和第二放大器（U202），其中，所述第一放大器（U201）的正相输入端与所述霍尔位置传感器（U1）的输出端相连接，所述第一放大器（U201）的输出端与所述处理单元（40）相连接，所述第一放大器（U201）的反相输入端连接至所述第一放大器（U201）的输出端，所述第二放大器（U202）的正相输入端与所述处理单元（40）相连接，所述第二放大器（U202）的反相输入端连接至第一节点，所述第二放大器（U202）的输出端连接至信号地，所述第一节点为所述第一电阻（R8）和所述第二电阻（R6）之间的节点；

第三电阻（R9），连接在所述第二放大器的正相输入端与所述处理单元（40）之间；

第四电阻（R5），连接在所述第一放大器的输出端与所述处理单元（40）之间；以及

第五电阻（R7），连接在第二节点和信号地之间，其中，所述第二节点为所述第四电阻（R5）与所述处理单元（40）之间的节点。

4.根据权利要求3所述的电力设备监测装置，其特征在于，所述磁场检测单元（60）还包括：

第六电阻（R10）；以及

发光二极管（L），正极通过所述第六电阻（R1）连接至所述第二放大器的输出端，负极连接至信号地。

5.根据权利要求2所述的电力设备监测装置，其特征在于，所述电力设备监测装置还包括：

存储单元（70），与所述处理单元（40）相连接；

保护单元（80），与所述处理单元（40）相连接；以及

供电单元，用于为所述处理单元（40）、所述磁场检测单元（60）、所述存储单元（70）、所述通信单元（50）和所述保护单元（80）供电。

6.根据权利要求1所述的电力设备监测装置，其特征在于，所述电力设备监测装置还包括：

整流单元（20），与所述电流检测单元（10）相连接；以及

采样单元（30），连接在所述整流单元（20）和所述处理单元（40）之间。

7.根据权利要求1所述的电力设备监测装置，其特征在于，所述通信单元（50）为射频通信单元。

8.根据权利要求1所述的电力设备监测装置，其特征在于，所述电流检测单元（10）为电流互感器。