CN104897985B - 一种电容分压取电无源电压远程监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电容分压取电无源电压远程监控系统，包括采样电容、传感器A、检测仪、传感器B、工作电源、中央处理器、通讯模块、电流互感器、监测模块。采样电容与传感器A连接并从电网采集电压通过检测仪、传感器B向中央处理器输送信号进行数据分析传递至通迅模通讯，中央处理器与传感器B连接，并由传感器B发出电流经电流互感器提供电源，工作电源与通迅模块及监测模块连通并从监测模块的储能回路中取电为通迅模块提供功率。本发明的电路分布设计使得该监控系统可直接从高压上取电为构件的运行供电，不需要二次电源，适用于电力系统中电容分压取电方式的无源电压在线监控。

Description

一种电容分压取电无源电压远程监控系统

技术领域

本发明涉及一种监控系统，具体涉及一种电容分压取电无源电压远程监控系统。

背景技术

目前取电方式主要有：高压感应取电和PT取电。高压感应取电(小CT)，前提是要做一只金属环状物套在触臂上或母线上，作为金属环状物固定在高压上，会产生如下弊端：

1、由于安装在原本光滑的母线或触臂上，改变电场分布，引起绝缘、动热稳定性的改变；

2、产生涡流，涡流是引起开关柜温升的主要因素之一；

3、电力系统负荷变化很大，母线电流随之变化很大(几安培之几千安培)，母线短路瞬时电流可超过十倍额定电流。如此大的范围已远远超出小CT取电的正常工作电流范围，交变的磁通在二次线圈上将感应出很高的电压，作用于二次线圈及二次回路上，将导致线圈过热烧断而造成电流互感器在运行中开路。一次电流将全部用于激磁，使铁芯严重饱和。由于磁饱和的严重，铁芯过热，外壳温度升高，内部绝缘受热严重冒烟烧坏，严重威胁电力系统的正常运行。所以小CT取电的方式，是一种不可靠的方式。PT取电，在配电网内，发生电压互感器引起的谐振过电压情况甚为频繁：下列几种条件可以造成铁磁谐振：

a、电压互感器的突然投入；

b、线路发生单线接地；

c、系统运行方式的突然改变或电器设备的投切；

d、系统负荷发生较大的波动；

e、电网频率的波动；

f、负荷的不平衡的变化；

由于以上因素，计量PT不允许外接任何二次设备，并且还要安装二次微机消谐装置，二次微机消谐装置属于被动式保护。谐振过电压造成PT饱和，PT二次电压已经发生变化，此时微机消谐装置动作全部完成的时间会很长，消除谐振的时间一般在1—2秒，而保护装置的启动时间要远快于消除谐振的时间，这样就有可能造成保护装置误动。另外，由于消除谐振的时间过长，PT不能长时间承受励磁过电流冲击，造成PT损坏的事故。即使安装了微机消谐装置，也经常发生PT爆炸事故，并且PT取电成本高，所以小PT取电的方式，也是一种不可靠的方式。

综上所述可知，通过以上取电方式进行取电，分析电网工况异常，不仅对电网安全运行造成威胁，还易出现误报警等不良后果。

电容分压取电，不受高压侧母线电流大小的影响，只要线路有电即可提供稳定的电源输出，而且不受光强、温度等外界因素影响，从而确保了取电装置供电的稳定性，在电力系统中具有较大的应用前景，因此，针对电容分压式取电的方式开发一种在线监控系统，实时准确的监测电容分压取电的状况具有迫切的必要性。

发明内容

针对以上问题，本发明采用电容分压取电，使对地系统综合阻抗上的漏电流为mA级，并提供一种电容分压取电无源电压远程监控系统，该监控系统不受电流、电压波动影响，并且体积小、价格低、操作方便、不改变原有柜体设 计机构。

本发明的技术方案如下：

一种电容分压取电无源电压远程监控系统，包括采样电容、传感器A、检测仪、传感器B、工作电源、中央处理器、通讯模块、电流互感器、监测模块。采样电容与传感器A连接并从电网采集电压通过检测仪、传感器B向中央处理器输送信号，信号经中央处理器进行数据分析后传递至通讯模块进行通讯，中央处理器通过电流互感器与传感器B连接，并由传感器B发出电流经电流互感器提供电源，监测模块安装于户外环网柜上并与传感器A、中央处理器和工作电源连接监测工作状况，其内部构成包括取能回路、储能回路、测量回路、本地信息采集回路及逻辑处理回路，本地信息采集回路中就地传感器的采集结果以小信号形输入给逻辑处理回路后再传送给中央处理器进行处理，工作电源与通讯模块及监测模块连通并从监测模块的储能回路中取电为通讯模块持续供电提供功率。

其中，所述的检测仪通过300pF电容对地的漏电流，采样电流幅值频率和相位，计算出一次侧电压。

其中，所述的通讯模块为工业级无线通讯模块(GSM/GPRS/CDMA)，与中央处理器串口通讯，采用gprs和短信息方式进行通讯，将就地电气工况以无线方式发送至指定设备，并由工作电源提供电能，通过检测工作电源中超级电容的储能状态控制通信频率。

进一步的，所述的通讯模块接收中央处理器的输出结果并发送到指定设备，其发送机制为事件触发+总查询的组合模式：正常工况下，以分钟为单位的发送频率做定期报文上送；异常工况下，如高压失电、温湿度越限、烟雾报警，即时报文发送，并以较高频率(20S)，持续发送多次。

其中，所述的工作电源采用长沙弘瑞电气设备有限公司专门设计的取电模块(型号：HRTM-I)，直接从监测模块的取能回路上取电，并配备超级电容储存电能为通讯模块供电。

其中，所述的中央处理器采用低功耗高性能的cortex_M0处理器，完成电压信号的计算，温度、湿度的计算及通信管理。

其中，所述的监测模块外形尺寸限制在250mm×150mm×150mm，其内部构成包括取能回路、储能回路、测量回路、本地信息采集回路、逻辑处理回路。所述的取能回路从传感器A上获取电能并存储在储能回路中，信号由测量回路及逻辑处理回路进行数据分析，最终由本地信息采集回路输出。

进一步的，所述的取能回路为长沙弘瑞电气设备有限公司特有RC构架电路(型号：HRCL-Ⅱ)，可测量对地漏电流及取能回路电压，并提供监测模块工作所需功率，同时将电能提供给储能回路。

进一步的，所述的储能回路由长沙弘瑞电气设备有限公司特有超级电容电路(型号：HREC-Ⅲ)构成，此电路在电容满充情况下，高压失电后，所储电能可使监测模块持续工作时间不低于200S。

进一步的，所述的测量回路为长沙弘瑞电气设备有限公司特有取能RC回路电路(型号：HRMC-Ⅳ)，完成三相电缆的测量接入并监测三相电缆的有电情况，同时作为电气测量的输入，将输入传递给U/I驱动继电器并处理，并输出有电/无电(0/1)，将有电无电判别结果作为开关量输入给逻辑处理回路。

进一步的，所述的本地信息采集回路连接就地传感器，并将就地传感器接受的信号进行分类，以不同的小信号形式(0-5V/4-20mA)传递给逻辑处理回路。

更进一步的，所述的就地传感器包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器。

进一步的，所述的逻辑处理回路为监测模块的大脑，包括低功耗处理器、开关量采集单元、输入信号回路、模拟量采集单元。开关量采集单元采集高压带电信号及其他开关量，并将采集的开关量数据分析处理后传送至中央处理器，模拟量采集单元采集温湿度等小信号的模拟量。

更进一步的，所述的低功耗处理器为Cortex系列低功耗处理器。

所述的监测模块的取能回路(型号：HRCL-Ⅱ)与传感器A相连，传感器A直接经采样电容从高压上取电并存储在监测模块的储能回路(型号：HREC-Ⅲ)中，为通讯模块提供工作电能，因此，通讯模块不需要额外提供二次电源。

所述的中央处理器由电流互感器从传感器B上分流提供电源，同样也不需要额外提供二次电源。

所述的通讯模块及中央处理器的供电方式实现了本发明真正意义上的无源电压监控。

本发明的有益效果是：本发明的电容分压取电无源电压远程监控系统不受电流、电压波动的影响，且体积小、价格低、操作方便、结构简单、转换效率高、安全稳定、输出功率大、不改变原有柜体设计机构，同时，本发明的电路分布设计使得该监控系统可直接从高压上取电为构件的运行供电，不需要二次电源。高压电容取电单元中的传感器一次与二次之间进行高低压隔离、屏蔽处理，既可以在高压侧使用也可在低压侧使用，适用于电力系统中电容分压取电方式的无源电压在线监控。

附图说明

图1为本发明的硬件结构图；

图2为本发明的监测模块分布图；

图3为本发明的信号连接图；

图4为本发明的监测模块取能回路功能示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，以下结合说明书附图和实施例对本发明作进一步说明。本发明提供一种电容分压取电无源电压远程监控系统，包括采样电容、传感器A、检测仪、传感器B、工作电源、中央处理器、通讯模块、电流互感器、监测模块。其硬件结构示意图如图1所示，采样电容与传感器A连接并从电网采集电压通过检测仪、传感器B向中央处理器输送信号，信号经中央处理器进行数据分析后传递至通讯模块进行通讯，中央处理器通过电流互感器与传感器B连接，并由传感器B发出电流经电流互感器提供电源，监测模块安装于户外环网柜上并与传感器A、中央处理器和工作电源连接监测工作状况，其内部构成包括取能回路、储能回路、测量回路、本地信息采集回路及逻辑处理回路，本地信息采集回路中就地传感器的采集结果以小信号形输入给逻辑处理回路后再传送给中央处理器进行处理，工作电源与通讯模块及监测模块连通并从监测模块的储能回路中取电为通讯模块持续供电提供功率。

所述的工作电源采用长沙弘瑞电气设备有限公司专门设计的取电模块(型号：HRTM-I)，直接从监测模块的取能回路上取电，并配备超级电容储存电能为通讯模块供电。

所述的监测模块外形尺寸限制在250mm×150mm×150mm，其内部回路构成及分布如图2所示，包括取能回路、储能回路、高压测量回路、本地信息采集回路、逻辑处理回路。所述的取能回路从传感器A上获取电能并存储在储能回路中，并由高压测量回路及逻辑处理回路进行数据分析，最终由本地信息采集回路输出。取能回路的功能示意图如图4所示。

所述的取能回路为长沙弘瑞电气设备有限公司特有RC构架电路(型号：HRCL-Ⅱ)，可测量对地漏电流及取能回路电压，并提供监测模块工作所需功率，同时将电能提供给储能回路。所述的储能回路(型号：HREC-Ⅲ)由长沙弘瑞电气设备有限公司特有超级电容电路构成，此电路在电容满充情况下，高压失电后，所储电能可使监测模块持续工作时间不低于200S。所述的测量回路(型号：HRMC--Ⅳ)为长沙弘瑞电气设备有限公司特有取能RC回路电路，完成三相电缆的测量接入并监测三相电缆的有电情况，同时作为电气测量的输入，将输入传递给U/I驱动继电器并处理，并输出有电/无电(0/1)，将有电无电判别结果作为开关量输入给逻辑处理回路；所述的本地信息采集回路连接就地传感器，并将就地传感器接受的信号进行分类，以不同的小信号形式(0-5V/4-20mA)传递给逻辑处理回路。

所述的就地传感器包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器。

所述的逻辑处理回路为监测模块的大脑，包括低功耗处理器、开关量采集单元、输入信号回路、模拟量采集单元。开关量采集单元采集高压带电信号及其他开关量，并将采集的开关量数据分析处理后传送至中央处理器，模拟量采集单元采集温湿度等小信号的模拟量。

所述的低功耗处理器为Cortex系列低功耗处理器。

信号在本发明的电容分压取电无源电压监控系统中的分布如图3所示，通过采样电容及传感器发出信号，传递至本地信息采集回路，由本地信息采集回路进行简单分析后输送至逻辑处理回路进行信号转换后，再由中央处理器进行分析，最终通过无线通讯模块向指定设备发送结果。

本发明的电容分压取电无源电压远程监控系统不受电流、电压波动的影响，且体积小、价格低、操作方便、结构简单、转换效率高、安全稳定、输出功率 大、不改变原有柜体设计机构，同时，本发明的电路分布设计使得该监控系统可直接从高压上取电为构件的运行供电，不需要二次电源。高压电容取电单元中的传感器一次与二次之间进行高低压隔离、屏蔽处理，既可以在高压侧使用也可在低压侧使用，适用于电力系统中电容分压取电方式的无源电压在线监控。

以上是对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电容分压取电无源电压远程监控系统，其特征在于，包括采样电容、传感器A、检测仪、传感器B、工作电源、中央处理器、通讯模块、电流互感器、监测模块，采样电容与传感器A连接并从电网采集电压通过检测仪、传感器B向中央处理器输送信号，信号经中央处理器进行数据分析后传递至通讯 模块，中央处理器通过电流互感器与传感器B连接，监测模块与传感器A、中央处理器和工作电源相连，工作电源与通讯 模块及监测模块连通并从监测模块取电为通讯 模块供电；所述的监测模块内部构成包括取能回路、储能回路、测量回路、本地信息采集回路、逻辑处理回路，所述的取能回路从传感器A上获取电能并存储在储能回路中，信号由测量回路及逻辑处理回路进行数据分析，最终由本地信息采集回路输出。

2.根据权利要求1所述的一种电容分压取电无源电压远程监控系统，其特征在于，所述的中央处理器为低功耗高性能的cortex_M0处理器，由传感器B发出电流经电流互感器提供电源。

3.根据权利要求1所述的一种电容分压取电无源电压远程监控系统，其特征在于，所述的检测仪通过300pF电容对地的漏电流、采样电流幅值频率和相位，计算一次侧电压。

4.根据权利要求1所述的一种电容分压取电无源电压远程监控系统，其特征在于，所述的通讯 模块为工业级无线通讯模块，与中央处理器串口通讯，采用gprs和短信息方式进行通讯，通过检测工作电源中超级电容的储能状态控制通信频率。

5.根据权利要求4所述的一种电容分压取电无源电压远程监控系统，其特征在于，所述的通讯模块接收中央处理器的输出结果并发送到指定设备，发送机制为事件触发+总查询的组合模式：正常工况下，以分钟为单位的发送频率做定期报文上送；异常工况下，即时报文发送，以频率20S持续发送多次。

6.根据权利要求1所述的一种电容分压取电无源电压远程监控系统，其特征在于，所述的本地信息采集回路连接就地传感器，并将就地传感器接受的信号进行分类，以小信号形式传递给逻辑处理回路。

7.根据权利要求1所述的一种电容分压取电无源电压远程监控系统，其特征在于，所述的逻辑处理回路包括低功耗处理器、开关量采集单元、输入信号回路、模拟量采集单元，开关量采集单元采集高压带电信号及其他开关量，将采集的开关量数据分析处理后传送至中央处理器，模拟量采集单元采集温湿度及其他小信号的模拟量。

8.根据权利要求6所述的一种电容分压取电无源电压远程监控系统，其特征在于，所述的就地传感器包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器。

9.根据权利要求1所述的一种电容分压取电无源电压远程监控系统，其特征在于，所述的工作电源为长沙弘瑞电气设备有限公司的取电模块，配备超级电容储存电能，所述的取能回路为长沙弘瑞电气设备有限公司的RC构架电路，可测量对地漏电流及取能回路电压，提供监测模块所需功率，所述的储能回路为长沙弘瑞电气设备有限公司的超级电容电路，在电容满充高压失电后，所储电能可使监测模块持续工作时间不低于200S，所述的测量回路为长沙弘瑞电气设备有限公司的取能RC回路电路，完成三相电缆的测量接入并监测三相电缆的有电情况，将电气测量的输入传递给U/I驱动继电器处理，并输出有电/ 无电，将有电无电判别结果作为开关量输入给逻辑处理回路。