CN105510694B - 配电网线路电流采集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网线路电流采集装置及方法，配电网线路电流采集装置包括弧形铁芯电流互感器、微处理器、数据通信模块和电源模块，所述弧形铁芯电流互感器经积分电路与所述微处理器连接，所述数据通信模块连接微处理器，所述积分电路、微处理器和数据通信模块均与所述电源模块连接；所述弧形铁芯电流互感器包括弧形铁芯、二次线圈、积分电路、支架和瓷瓶绝缘子，所述二次线圈包括测量绕组和电源绕组，所述测量绕组和电源绕组绕制在所述弧形铁芯上，所述测量绕组的两端与所述积分电路连接，所述电源绕组的两端与所述积分电路连接。本发明解决了配电网线路的分支线路上电流测量的问题，且不需要外部电源，在安装时也无需将配电网线路导线进行截断。

Description

配电网线路电流采集装置及方法

技术领域

本发明涉及配电网设备领域，尤其是涉及一种配电网线路电流采集装置及方法。

背景技术

目前，对于配电网线路电流的测量通常都是在配电网线路的出线端安装有环形铁芯电流互感器，电流互感器后面配备专门的检测仪表或测控装置来实现。配电网线路电流采集装置的安装需要穿心安装，将导线截断再固定安装,并且需要配备配置外部电源，测控装置可以将配电网每条出线的线路电流等信息传送给变电站后台监控系统。对于智能变电站的线路电流测量也是在线路的出线端配置罗氏线圈电流互感器，该电流互感器的输出信息通过合并单元处理后，以数字信息发送给智能站的通信交换机，其他设备通过GOOGSE报文或SV报文的形式可以获得该条线路的没周波80点报文信息，而对于配电网线路的各个分支线路上的电流测量目前还没有专门的测量装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种配电网线路电流采集装置及方法，解决了配电网线路的分支线路上电流测量的问题，且不需要外部电源，在安装时也无需将配电网线路导线进行截断。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种配电网线路电流采集装置，配电网线路电流采集装置包括弧形铁芯电流互感器、微处理器、数据通信模块和电源模块，所述弧形铁芯电流互感器经积分电路与所述微处理器连接，所述数据通信模块连接微处理器，所述积分电路、微处理器和数据通信模块均与所述电源模块连接；所述弧形铁芯电流互感器包括弧形铁芯、二次线圈、积分电路、支架和瓷瓶绝缘子，所述二次线圈包括测量绕组和电源绕组，所述测量绕组和电源绕组绕制在所述弧形铁芯上，所述测量绕组的两端与所述积分电路连接，所述电源绕组的两端与所述积分电路连接，所述弧形铁芯和积分电路均设置在所述支架内，所述支架设置在所述瓷瓶绝缘子内；所述瓷瓶绝缘子底部设置有通孔。

优选的，所述弧形铁芯采用高导磁性能的硅钢材料。

所述弧形铁芯的圆心角角度范围为60°-180°。

优选的，所述积分电路包括整流单元和滤波单元，所述整流单元的输出端与所述滤波单元的输入端连接。

优选的，所述弧形铁芯的截面为圆形或矩形。

优选的，所述积分电路设置在所述支架的底部。

优选的，所述电源模块包括采用由非晶合金材料制成的柱形铁芯、柱形铁芯上的电源绕组以及整流滤波电路组成。

优选的，配电网线路电流采集装置还包括绝缘支柱外套。

一种配电网线路电流采集方法，包括如下步骤：

电源模块的柱形铁芯沿与一次导线垂直的平面水平放置，柱形铁芯上绕制有电源绕组，电源绕组经与电源绕组连接的桥式整流滤波电路输出恒定的直流电压，为弧形铁芯电流互感器、微处理器、数据通信模块供电；

弧形铁芯电流互感器采集配电网线路导线上的一次电流信号，并经积分电路产生与一次电流成正比的二次电压；

微处理器获取弧形铁芯电流互感器得到的电流信号及电压信号，对积分电路输出的电压信号进行采样处理，计算其基波及谐波信号的大小及相位；

将电流信号及微处理器处理后的电压信号经数据通信模块发送后台进行分析处理。

本发明的有益效果是：

本发明利用非环形嵌套铁芯结合二次电子设备及无线通信构成的配电网分支线路的电流采集装置，该装置通过无线通信方式将配电网支路电流信息发送给后台软件，由后台进行分析处理。该装置不需要将配电网线路导线进行截断进行安装，同時可以室外的恶略环境下长期使用。

本发明不需要配置外部电源，其工作是利用其电源线圈感应的电动势进行工作，只要配电网线路上有电流存在，电流采集装置便能正常工作，线路短时停电时，启动内部微处理器的可充电锂电池进行工作。

本发明采用环氧树脂浇铸的绝缘固定安装支架与绝缘支柱外套，绝缘支架用于用于内部电子部分与互感器的安装固定，绝缘支柱外套用于保证电子部分与一次电流导线有足够的绝缘距离及爬电距离，同時保证电子部分不会被外部的日光、雨滴、灰尘等损害，同時便于该装置在线路上的安装于固定。

附图说明

图1为本发明配电网线路电流采集装置的结构框图。

图2为本发明弧形铁芯电流互感器的结构示意图。

图3为本发明弧形铁芯电流互感器的另一结构示意图。

图4为本发明一种配电网线路电流采集方法的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，本发明包括弧形铁芯电流互感器、微处理器、数据通信模块和电源模块，弧形铁芯电流互感器经积分电路与微处理器连接，数据通信模块连接微处理器，积分电路、微处理器和数据通信模块均与电源模块连接。

弧形铁芯电流互感器包括弧形铁芯、二次线圈、积分电路、支架和瓷瓶绝缘子，二次线圈包括测量绕组和电源绕组，测量绕组和电源绕组绕制在所述弧形铁芯上，测量绕组的两端与所述积分电路连接，电源绕组的两端与积分电路连接，弧形铁芯和积分电路均设置在支架内，支架设置在所述瓷瓶绝缘子内；瓷瓶绝缘子底部设置有通孔。

在一个实施例中，如图2所示，弧形铁芯电流互感器包括弧形铁芯1、二次线圈、积分电路5、支架4和瓷瓶绝缘子7。弧形铁芯1为高导磁性能的硅钢材料，其圆心角的角度范围为60°-180°，本实施例的弧形铁芯1的圆心角为60°。

二次线圈包括测量绕组2和电源绕组3，测量绕组2和电源绕组3绕制在弧形铁芯1上，测量绕组2的两端与积分电路5的信号输入端连接，电源绕组3的两端与积分电路5的电源输入端连接。

积分电路5设置于支架4内部的底部，积分电路包括整流单元和滤波单元，所述整流单元的输出端与所述滤波单元的输入端连接。测量绕组2输出与一次电流的微分成正比的感应电动势，该感应电动势的输出在积分电路5的积分电路中被还原成为与一次电流成正比的电压输出，电源绕组3的输出电动势也与一次电流的微分成正比，该电动势输出被后续的积分电路5中的整流单元和滤波单元进行整流、滤波及稳压后得到供应积分电路工作的稳定的电压输出，经过积分处理后的测量绕组2的输出电压信号可以直接驱动测量仪表及其它电测设备。

本发明的弧形铁芯1、二次线圈安装在支架4内部的上部，支架4的中心留有供二次线圈引出的的穿孔，将二次线圈的输出引入支架4的底部，在支架4底部留有安装积分电路5的空间及螺孔，将积分电路5通过螺栓8固定于支架4底部，支架4作为本弧形铁芯线圈电流互感器的骨架。

将上述的电流互感器的弧线铁芯、二次线圈、支架4、积分电路5安装完成后，放置在一个中空的瓷瓶绝缘子7内部，积分电路5的二次输出线通过瓷瓶绝缘子7底部的通孔6引出。支架4为绝缘支架，用于内部电子部分与电流互感器的安装固定，绝缘支柱外套用于保证电子部分与一次电流导线有足够的绝缘距离及爬电距离，同時保证电子部分不会被外部的日光、雨滴、灰尘等损害，同時便于实现电流采集装置在线路上的安装于固定。

当使用本发明进行配电网的电流测量时，只需要将一次电流导线与弧形铁芯1截面垂直放置，铁芯与导线不直接接触，而是通过瓷瓶绝缘子7来与一次导线接触。设备放置好以后，将积分电路5的二次输出线与外部测量仪表连接，就可以读取配电网中的电流。

本实施例弧形铁芯电流互感器制作方法的具体步骤如下：

步骤1)：将二次线圈绕制在弧形铁芯1上，测量绕组2的两端与积分电路5的信号输入端连接，电源绕组3的两端与与积分电路5的电源输入端连接；

步骤2)：将弧线铁芯和二次线圈固定安装于支架4的上部，支架4的中心留有供互感器二次线圈引出的的穿孔，支架4底部留有安装积分电路5的空间和螺纹孔，将积分电路5通过螺栓8固定于支架4的底部；

步骤3)：将弧线铁芯、二次线圈、支架4、积分电路5安装完成后，将其放置在一个中空的瓷瓶绝缘子7内部，在瓷瓶绝缘子7底部开一个通孔6，将积分电路的二次输出线通过支架4的中心的穿孔和瓷瓶绝缘子7底部的小孔引出；

步骤4)：上述步骤1)、步骤2)和步骤3)完成以后，即可制成完整的弧形铁芯1线圈电流互感器。

在一个实施例中，如图3所示，积分电路5通过环氧树脂浇注层9浇注于支架4的底部。弧形铁芯的截面为圆形或矩形。

本实施例弧形铁芯电流互感器制作方法的具体步骤如下：

步骤1)：将二次线圈绕制在弧形铁芯1上，测量绕组2的两端与积分电路5的信号输入端连接，电源绕组3的两端与与积分电路5的电源输入端连接；

步骤2)：将弧线铁芯和二次线圈固定安装于支架4的上部，支架4的中心留有供互感器二次线圈引出的的穿孔，支架4底部留有安装积分电路5的空间，将积分电路5通过环氧树脂浇注层9浇注于支架4的底部；

步骤3)：将弧线铁芯、二次线圈、支架4、积分电路5安装完成后，将其放置在一个中空的瓷瓶绝缘子7内部，在瓷瓶绝缘子7底部开一个通孔6，将积分电路的二次输出线通过支架4的中心的穿孔和瓷瓶绝缘子7底部的小孔引出；

步骤4)：上述步骤1)、步骤2)和步骤3)完成以后，即可制成完整的弧形铁芯1线圈电流互感器。

在一个实施例中，弧形铁芯采用高导磁性能的硅钢材料。硅钢材料由以下组份及重量百分含量组成：C：0.005-0.008％、Si：3-3.5％、Mn：0.1-0.2％、Cr：0.05-0.07％、Se：0.02％～0.05％、P：0.02-0.03％、S：0.1-0.2％、Al：3-5％、Ni：0.04-0.06％，Cu：1-2％，余量为Fe及不可避免杂质。

该实施例中，磁导率和电阻率高，磁化性好，内应力好，电流一致性好，成分简单、成本低。

作为一种优选方式，硅钢材料由以下组份及重量百分含量组成：C：0.007％、Si：3.3％、Mn：0.1％、Cr：0.06％、Se：0.04％、P：0.03％、S：0.1％、Al：4％、Ni：0.05％，Cu：1％，余量为Fe及不可避免杂质。

在一个实施例中，电源模块包括采用由非晶合金材料制成的柱形铁芯、柱形铁芯上的电源绕组以及整流滤波电路组成。

如图4所示，一种配电网线路电流采集方法，包括如下步骤：

步骤S101，电源模块的柱形铁芯沿与一次导线垂直的平面水平放置，柱形铁芯上绕制有电源绕组，电源绕组经与电源绕组连接的桥式整流滤波电路输出恒定的直流电压，为弧形铁芯电流互感器、微处理器、数据通信模块供电；

步骤S102，弧形铁芯电流互感器采集配电网线路导线上的一次电流信号，并经积分电路产生与一次电流成正比的二次电压；

步骤S103，微处理器获取弧形铁芯电流互感器得到的电流信号及电压信号，对积分电路输出的电压信号进行采样处理，计算其基波及谐波信号的大小及相位；

步骤S104，将电流信号及微处理器处理后的电压信号经数据通信模块发送后台进行分析处理。

弧形铁芯电流互感器通过外部的绝缘支撑骨架与一次电流导线相接触；电源部分包括采用由非晶合金材料做成的柱形铁芯、柱形铁芯上的电源绕组以及整流滤波电路组成，柱形铁芯沿与一次导线垂直的平面水平放置，铁芯上绕制有电源绕组，电源绕组后面有桥式整流滤波电路，输出恒定的直流电压，电源部分也是通过外部的绝缘支撑骨架与一次电流导线相接触。积分电路采用有源积分电路，该积分电路的运放芯片供电电源来自电源部分，来自弧形铁芯电流互感器上的测量绕组输出的电压信号经过该积分电路后变成与一次线路电流成正比的电压信号。

微处理器部分采用ARM7芯片及其外围电路构成，ARM7芯片内含有多路A/D转换器、FLASHROM程序存储器、RAM等，可以实现对积分电路输出的电压信号的采样处理与分析，得到一次线路电流的大小与相位等信息，同時能够进行一些如互感器变比等的一些定值处理及存储功能。数据通信模块采用GPRS通信模块，该模块可以通过ARM7芯片的串行数据通信端口，将测量到的电流信息发送到后台通信数据处理系统，便于后台通信数据处理软件进行显示与处理，同時将后台通信系统软件发送来的控制信号送给ARM7进行数据处理，从而实现线路电流采集装置与远程后台系统的双向数据通信。

上述的配电网线路电流采集装置的各个部分在实际的设备中还需要进行各个组件的安装、固定以及整个设备的外部绝缘保护，因此还需要配置一个将这些模块进行固定安装的绝缘固定安装支架，同時还需要一个支柱型的绝缘子外套，绝缘固定安装支架采用环氧树脂浇铸的支架结构，支柱型的绝缘子外套可以采用硅橡胶、环氧树脂或瓷瓶绝缘子材料的绝缘外套，该绝缘外套可以采用绝缘支柱外套，用于保证电子部分与一次电流导线有足够的绝缘距离及爬电距离，同時保证电子部分不会被外部的日光、雨滴、灰尘等损害，同時便于实现电流采集装置在线路上的安装于固定。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种配电网线路电流采集装置，其特征在于：配电网线路电流采集装置包括弧形铁芯电流互感器、微处理器、数据通信模块和电源模块，所述弧形铁芯电流互感器经积分电路与所述微处理器连接，所述数据通信模块连接微处理器，所述积分电路、微处理器和数据通信模块均与所述电源模块连接；所述弧形铁芯电流互感器包括弧形铁芯、二次线圈、积分电路、支架和瓷瓶绝缘子，所述二次线圈包括测量绕组和电源绕组，所述测量绕组和电源绕组绕制在所述弧形铁芯上，所述测量绕组的两端与所述积分电路连接，所述电源绕组的两端与所述积分电路连接，所述弧形铁芯和积分电路均设置在所述支架内，所述支架设置在所述瓷瓶绝缘子内；所述瓷瓶绝缘子底部设置有通孔；

所述弧形铁芯电流互感器制作方法的具体步骤如下：

步骤1）：将二次线圈绕制在弧形铁芯上，测量绕组的两端与积分电路的信号输入端连接，电源绕组的两端与与积分电路的电源输入端连接；

步骤2）：将弧线铁芯和二次线圈固定安装于支架的上部，支架的中心留有供互感器二次线圈引出的的穿孔，支架底部留有安装积分电路的空间和螺纹孔，将积分电路通过螺栓固定于支架的底部；

步骤3）：将弧线铁芯、二次线圈、支架、积分电路安装完成后，将其放置在一个中空的瓷瓶绝缘子内部，在瓷瓶绝缘子底部开一个通孔，将积分电路的二次输出线通过支架的中心的穿孔和瓷瓶绝缘子底部的小孔引出；

步骤4）：上述步骤1）、步骤2）和步骤3）完成以后，即可制成完整的弧形铁芯线圈电流互感器。

2.根据权利要求1所述的一种配电网线路电流采集装置，其特征在于：所述弧形铁芯采用高导磁性能的硅钢材料。

3.根据权利要求1所述的一种配电网线路电流采集装置，其特征在于：所述弧形铁芯的圆心角角度范围为60°-180°。

4.根据权利要求1所述的一种配电网线路电流采集装置，其特征在于：所述积分电路包括整流单元和滤波单元，所述整流单元的输出端与所述滤波单元的输入端连接。

5.根据权利要求1所述的一种配电网线路电流采集装置，其特征在于：所述弧形铁芯的截面为圆形或矩形。

6.根据权利要求1所述的一种配电网线路电流采集装置，其特征在于：所述积分电路设置在所述支架的底部。

7.根据权利要求1所述的一种配电网线路电流采集装置，其特征在于：所述电源模块包括采用由非晶合金材料制成的柱形铁芯、柱形铁芯上的电源绕组以及整流滤波电路组成。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种配电网线路电流采集装置，其特征在于：配电网线路电流采集装置还包括绝缘支柱外套。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述的配电网线路电流采集装置的配电网线路电流采集方法，其特征在于：包括如下步骤：

电源模块的柱形铁芯沿与一次导线垂直的平面水平放置，柱形铁芯上绕制有电源绕组，电源绕组经与电源绕组连接的桥式整流滤波电路输出恒定的直流电压，为弧形铁芯电流互感器、微处理器、数据通信模块供电；

弧形铁芯电流互感器采集配电网线路导线上的一次电流信号，并经积分电路产生与一次电流成正比的二次电压；

微处理器获取弧形铁芯电流互感器得到的电流信号及电压信号，对积分电路输出的电压信号进行采样处理，计算其基波及谐波信号的大小及相位；

将电流信号及微处理器处理后的电压信号经数据通信模块发送后台进行分析处理。