CN106199139A - 一种自取电式感应环流监测装置及方法 - Google Patents

一种自取电式感应环流监测装置及方法 Download PDF

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贾晓刚
张世元
吴成才
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    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/0092Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof measuring current only

Abstract

本发明涉及一种自取电式感应环流监测装置及方法,包括电源模块、温度采集模块、工作切换模块、电流采集模块和无线发射模块,还包括谐振取电电路,所述谐振取电电路与电源模块、温度采集模块、工作切换模块、电流采集模块、无线发射模块通过线缆相连接。本发明的自取电式感应环流监测装置及方法,利用谐振取电技术,提高取电效率,再取得足够电量以后,切换取电模式到测量模式,准确的测量出高压电缆的环流和温度,并利用无线发射模块将数据发送到外面的数据采集装置,本发明的技术方案很好的解决了传统高压电缆环流检测存在的高压电击危险,实现了自取电隔离读取环流温度的安全方式。

Description

一种自取电式感应环流监测装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及电力电子技术领域与无线通讯领域,具体涉及一种自取电式感应环流监测装置及方法。
背景技术
[0002]高压电缆环流值作为电缆运行状态的一个体现,一直都是电缆运维部门一个重要的关心问题。传统的方法是运维部门定期的巡检,但这样就造成了人力大量上的投入,而且高压电缆环流还可能带有高压电的潜在危险,所以人工测量也是再没有好的方法下的无耐之举。
[0003] 随着技术的发展,出现了智能巡检,如中国实用新型专利CN201420660064.X就描述了一种智能巡检技术,电缆护层接地环流检测系统包括设置多个采集终端,在电力隧道的三相单电缆的电缆接头两端分别设置温度传感器以及电流传感器,三相单电缆同位置的电缆接头的温度传感器以及电流传感器同接入一个采集终端,多个采集终端共同连接入一通信电缆,通过所述通信电缆连接一主机,主机通过通讯连接至远程监控平台,取代传统人工方式的定期接地电流巡测。但是该巡检有一个最大的问题就是使用了有限连接,探测器与外面的数据采集器使用了有限连接,这样就把高压危险连接出了接地箱,这是电力局大大不允许的,一旦里面发生高压泄漏,又将高压泄漏到了接地箱外面,那造成的损失是无法估量的。
[0004]鉴于此,探测器与数据传输装置必须有效的无线隔离才能保证安全,但是一旦无线隔离,也就遇到了一个问题:里面的探测器没法供电。
发明内容
[0005]针对现有技术中电缆巡检存在的技术问题,本发明提供了一种自取电式感应环流监测装置及方法,以解决现有技术中探测器与数据传输装置无线隔离时内部探测器无法供电问题,利用谐振取电技术,提高取电效率,保证安全的同时还实现了供电和数据采集。
[0006]为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案。
[0007] —种自取电式感应环流监测装置,包括电源模块,所述自取电式感应环流监测装置还包括温度采集模块、工作切换模块、电流采集模块、无线发射模块和谐振取电电路,所述谐振取电电路与电源模块、温度采集模块、工作切换模块、电流采集模块、无线发射模块通过线缆相连接。
[0008]优选的是,所述谐振取电电路的谐振频率为电网50HZ工频。
[0009]在上述任一技术方案中优选的是,所述谐振取电电路包括储能电容、电流互感器、谐振电容、两个二极管、两个电阻、两个MOS管。
[0010]在上述任一技术方案中优选的是,所述电流互感器、谐振电容、两个二极管、两个电阻、两个MOS管连接构成整流桥。
[0011]在上述任一技术方案中优选的是,所述两个电阻并联连接或只采用其中一个电阻组成电流采集电阻。
[0012]在上述任一技术方案中优选的是,所述两个MOS管可以替换为两个IGBT管,所述两个IGBT管与电流互感器、谐振电容、两个二极管、两个电阻连接构成整流桥。
[0013]在上述任一技术方案中优选的是,所述电流互感器采用开环带有气隙的互感器或不带有气隙的互感器。
[0014]在上述任一技术方案中优选的是,所述谐振取电电路中,采用电感LI作为电流互感器等效电感。
[0015]在上述任一技术方案中优选的是,所述谐振电容与电感LI并联连接,谐振频率为50Hzo
[0016]在上述任一技术方案中优选的是,所述两个二极管均为寄生二极管。
[0017]在上述任一技术方案中优选的是,所述电流采集模块为一个电路模块或采用单片机内置一段代码。
[0018]在上述任一技术方案中优选的是,所述工作切换模块为一个电路模块或采用单片机内置一段代码。
[0019]在上述任一技术方案中优选的是,所述工作切换模块与谐振取电电路及无线发射模块相连接,所述工作切换模块进行存电与电流采集切换。
[0020]在上述任一技术方案中优选的是,所述无线发射模块为低功耗模块。
[0021]在上述任一技术方案中优选的是,所述无线发射模块采用标准的民用通讯频率433MHz或315MHz。
[0022]在上述任一技术方案中优选的是,所述无线发射模块采用国际标准蓝牙模块zegbee 模块。
[0023]本发明还提供了一种自取电式感应环流监测方法,该方法包括了如让任一项所述的自取电式感应环流监测装置,该自取电式感应环流监测方法包括:在传统磁芯取电的基础上加上谐振电容使得取电效率提高;通过工作切换模块使得电流互感器在取电和测量电流之间切换;利用电容收集电荷,当电能达到足够的时候,采集温度值、电流值,然后完成信息发送;利用芯片ID号的区别,每块芯片写入不同的延时时间,防止无线发送冲突;主机与从机通讯采用从机发起问答式通讯,从机可以保留多个电流温度数据点,在通讯失败以后保留数据,下次建立通讯时一并上送;主机在控制箱外,收集多个从机模块的数据,再将数据通过以太网、GPRS的任意一种方式将数据上送到服务器。
[0024]在上述任一技术方案中优选的是,该自取电式感应环流监测方法包括:为了提高取电效率在取电环即电流互感器加入谐振电容的方法。所述谐振电容,采用电容与电感并联,电容值的大小为电容与电感所组成的谐振频率为50Hz。
[0025]在上述任一技术方案中优选的是,所述自取电式感应环流监测方法采用了一个储能电容。
[0026]在上述任一技术方案中优选的是,该自取电式感应环流监测方法包括:同一线圈实现取电与电流检测交替的方法。所述取电与电流检测交替的方法包括:使用MOS管切换状态,在取电的时候MOS管关闭实现取电;在检测时,MOS管开启短路,实现检测电流。
[0027]在上述任一技术方案中优选的是,该自取电式感应环流监测方法包括:为了解决被测物体处于高压状态,使用无线通讯的方法将数据传送出去的电压隔离方法。所述无线通讯方法包括:使用的无线通讯目的为解决高压绝缘的问题,保证仪器人生安全。所述无线通讯方法,使用的无线通讯方式为低功耗无线通讯方式。所述无线通讯方法,使用的无线通讯方法为符合国际标准的433或者315频率。所述无线通讯方法,使用的无线通讯方法为符合国际标准的zegbee通讯协议。所述无线通讯方法,使用的无线通讯方法为符合国际标准的蓝牙通讯模块。
[0028]在上述任一技术方案中优选的是,该自取电式感应环流监测方法包括:为了解决多个模块同时工作、每个从机使用不同ID号.再根据ID号来建立通讯时间的间隔时间,实现通讯不冲突的方法。所述防冲突方法,每个模块都是不同的ID号。所述防冲突方法,每个模块通讯间隔时间都不一样。该方法包括主机与从机通讯的方法,采用了一个主机对应多个从机,由主机监听,从机发起通信,主机回复的方法。所述通讯方法,从机在通讯完成以后进入零功耗存电模式。所述通讯方法,主机时时监听,而从机需要存电足够以后建立通讯。
[0029]本发明的自取电式感应环流监测装置及方法,自取电式感应环流监测装置包括电源模块、温度采集模块、工作切换模块、电流采集模块、无线发射模块,还包括谐振取电电路,谐振取电电路具有储能电容和整流桥,谐振取电电路与电源模块、温度采集模块、工作切换模块、电流采集模块、无线发射模块相连接。自取电式感应环流监测方法包括:在传统磁芯取电的基础上加上谐振电容使得取电效率提高;通过工作切换模块使得电流互感器在取电和测量电流之间切换;利用电容收集电荷,当电能达到足够的时候,采集温度值、电流值,然后完成信息发送;利用芯片ID号的区别,每块芯片写入不同的延时时间,防止无线发送冲突;主机与从机通讯采用从机发起问答式通讯,从机可以保留多个电流温度数据点,在通讯失败以后保留数据,下次建立通讯时一并上送;主机在控制箱外,收集多个从机模块的数据,再将数据通过以太网、GPRS的任意一种方式将数据上送到服务器。
[0030]本发明在于提供自取电式感应环流监测装置及自取电式感应环流监测方法,以解决现有技术中存在的高压不隔离、探测器难以取电的困难。与现有技术相比,本发明的上述技术方案的核心就是解决了这个供电问题,利用谐振取电技术,提高取电效率,再取得足够电量以后,切换取电模式到测量模式,准确的测量出高压电缆的环流和温度,并利用无线发射模块将数据发送到外面的数据采集装置,本发明的技术方案很好的解决了传统高压电缆环流检测存在的高压电击危险,实现了自取电隔离读取环流温度的安全方式。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为按照本发明的自取电式感应环流监测装置的一优选实施例的电流互感器示意图;
[0033]图2为按照本发明的自取电式感应环流监测装置的一优选实施例的电路原理结构示意图。
具体实施方式
[0034]下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
[0035] 实施例1
[0036]为了克服电缆巡检在现有技术中所存在的问题,本发明实施例提出一种自取电式感应环流监测装置及方法,结合图1和图2进行如下具体说明。
[0037]本实施例的自取电式感应环流监测装置包括电源模块、温度采集模块、工作切换模块、电流采集模块、无线发射模块,还包括谐振取电电路,谐振取电电路具有储能电容和整流桥,谐振取电电路与电源模块、温度采集模块、工作切换模块、电流采集模块、无线发射丰吴块相连接。
[0038]本实施例的自取电式感应环流监测装置,如图1所示,谐振取电电路包括储能电容C2、电流互感器、谐振电容Cl、两个二极管Dl、D2、两个电阻Rl、R2、两个MOS管Ql、Q2。电流互感器、谐振电容Cl、两个二极管Dl和D2、两个电阻Rl和R2、两个MOS管Ql和Q2连接构成整流桥。两个电阻Rl和R2并联连接或只采用R1R2的其中一个电阻组成电流采集电阻。两个MOS管Ql和Q2可以替换为两个IGBT管,两个IGBT管与电流互感器、谐振电容、两个二极管、两个电阻连接构成整流桥。谐振取电电路中,采用电感LI作为电流互感器等效电感。谐振电容Cl与电感LI并联连接,谐振频率为50Hz。两个二极管Dl和D2均为寄生二极管。
[0039]本实施例的自取电式感应环流监测装置,谐振取电电路的谐振频率为电网50HZ工频。
[0040]本实施例的自取电式感应环流监测装置,电流互感器采用开环带有气隙的互感器或不带有气隙的互感器。如图2所示,电流互感器是一个哈佛结构的电流互感器,铠装接地是穿过互感器内的铠装接地电,哈弗(half)结构的电流互感器上有绕组线圈。
[0041]本实施例的自取电式感应环流监测装置,电流采集模块为一个电路模块或采用单片机内置一段代码。
[0042]本实施例的自取电式感应环流监测装置,所述工作切换模块为一个电路模块或采用单片机内置一段代码。工作切换模块与谐振取电电路及无线发射模块相连接,工作切换模块进行存电与电流采集切换。
[0043]本实施例的自取电式感应环流监测装置,无线发射模块为低功耗模块。无线发射模块采用标准的民用通讯频率433MHz或315MHz。无线发射模块采用国际标准蓝牙模块zegbee 模块。
[0044]本实施例的自取电式感应环流监测方法包括:在传统磁芯取电的基础上加上谐振电容使得取电效率提高;通过工作切换模块使得电流互感器在取电和测量电流之间切换;利用电容收集电荷,当电能达到足够的时候,采集温度值、电流值,然后完成信息发送;利用芯片ID号的区别,每块芯片写入不同的延时时间,防止无线发送冲突;主机与从机通讯采用从机发起问答式通讯,从机可以保留多个电流温度数据点,在通讯失败以后保留数据,下次建立通讯时一并上送;主机在控制箱外,收集多个从机模块的数据,再将数据通过以太网、GPRS的任意一种方式将数据上送到服务器。
[0045]优选的本实施例的自取电式感应环流监测方法:为了提高取电效率在取电环即电流互感器加入谐振电容的方法。所述谐振电容,采用电容与电感并联,电容值的大小为电容与电感所组成的谐振频率为50Hz。
[0046]优选的本实施例的自取电式感应环流监测方法:所述自取电式感应环流监测方法采用了一个储能电容。
[0047]优选的本实施例的自取电式感应环流监测方法:同一线圈实现取电与电流检测交替的方法。所述取电与电流检测交替的方法包括:使用MOS管切换状态,在取电的时候MOS管关闭实现取电;在检测时,MOS管开启短路,实现检测电流。
[0048]优选的本实施例的自取电式感应环流监测方法:为了解决被测物体处于高压状态,使用无线通讯的方法将数据传送出去的电压隔离方法。所述无线通讯方法包括:使用的无线通讯目的为解决高压绝缘的问题,保证仪器人生安全。所述无线通讯方法,使用的无线通讯方式为低功耗无线通讯方式。所述无线通讯方法,使用的无线通讯方法为符合国际标准的433或者315频率。所述无线通讯方法,使用的无线通讯方法为符合国际标准的zegbee通讯协议。所述无线通讯方法,使用的无线通讯方法为符合国际标准的蓝牙通讯模块。
[0049]优选的本实施例的自取电式感应环流监测方法:为了解决多个模块同时工作、每个从机使用不同ID号.再根据ID号来建立通讯时间的间隔时间,实现通讯不冲突的方法。所述防冲突方法,每个模块都是不同的ID号。所述防冲突方法,每个模块通讯间隔时间都不一样。该方法包括主机与从机通讯的方法,采用了一个主机对应多个从机,由主机监听,从机发起通信,主机回复的方法。所述通讯方法,从机在通讯完成以后进入零功耗存电模式。所述通讯方法,主机时时监听,而从机需要存电足够以后建立通讯。
[0050]本实施例的自取电式感应环流监测装置及方法,解决了现有技术中存在的高压不隔离、探测器难以取电的困难,利用谐振取电技术,提高取电效率,再取得足够电量以后,切换取电模式到测量模式,准确的测量出高压电缆的环流和温度,并利用无线发射模块将数据发送到外面的数据采集装置,本发明的技术方案很好的解决了传统高压电缆环流检测存在的高压电击危险,实现了自取电隔离读取环流温度的安全方式。
[0051 ] 实施例2
[0052]同实施例1一样,本实施例的自取电式感应环流监测装置及方法,其自取电式感应环流监测装置包括电源模块、温度采集模块、工作切换模块、电流采集模块、无线发射模块,还包括谐振取电电路,谐振取电电路具有储能电容和整流桥,谐振取电电路与电源模块、温度采集模块、工作切换模块、电流采集模块、无线发射模块相连接。其自取电式感应环流监测方法包括:在传统磁芯取电的基础上加上谐振电容使得取电效率提高;通过工作切换模块使得电流互感器在取电和测量电流之间切换;利用电容收集电荷,当电能达到足够的时候,采集温度值、电流值,然后完成信息发送;利用芯片ID号的区别,每块芯片写入不同的延时时间,防止无线发送冲突;主机与从机通讯采用从机发起问答式通讯,从机可以保留多个电流温度数据点,在通讯失败以后保留数据,下次建立通讯时一并上送;主机在控制箱外,收集多个从机模块的数据,再将数据通过以太网、GPRS的任意一种方式将数据上送到服务器。
[0053] 本实施例的自取电式感应环流监测方法包括:向电流互感器匹配谐振电容提高取电效率的方法;使用MOS管与二极管组合通过逻辑控制器(单片机程序)控制,达到取电与环流检查的方法;使用溶值大的电容(优选为电解电容)做储能电容在切换以后仍然能够保证模块正常工作的方法;使用无线发射通讯模块,将数据传送出去的,优选的是使用315或433 频率的无线通讯模块。[〇〇54] 本实施例的自取电式感应环流监测装置包括电流互感器、谐振匹配电容、整流二极管、用于采样对取电切换的M0S管、用于控制切换的模块(程序)、用于温度采集的模块(程序)、用于电流采集的模块(程序)、用于无线发射的模块。
[0055] 本实施例的自取电式感应环流监测装置及方法的工作模式为:
[0056] 当高压电缆通电以后,电缆的铠装接地电缆也有了微弱的感应电流,通常为3A到 20A的电流,当这个电流超过20A以后,代表电缆工作不稳定,需要上报故障,该模块使用电流互感器在高压电缆的铠装接地电缆上面的微弱电流取电。传统的无谐振取电,效率低下, 很难取到够单片机控制模块的电量,加上谐振电容以后,大大提高了取电效率。但是加入谐振电容以后,如果一直处于谐振状态,就不能够测量铠装的电流值,所以,需要加入切换取电与测量的模块和设别,该设别使用M0S管作为切换模块,M0S管为电压导通模块,具有控制损耗小、导通电阻低的优点。有了谐振取电与控制切换电路,模块就可以稳定的工作在微弱电流的电缆铠装接地电缆上面了。采集到数据以后,再将数据移动到无线通讯模块,将数据发送到接地箱外面的数据采集主机,才利用以太网、GPRS等局域网、广域网通讯方法,传送到服务器平台,实现代替传统的人工巡检。
[0057] 本实施例的技术方案在于提供一种自取电式感应环流监测装置及自取电式感应环流监测方法,以解决现有技术中存在的高压不隔离、探测器难以取电的困难。与现有技术相比,本实施例的的上述技术方案的核心就是解决了这个供电问题,利用谐振取电技术,提高取电效率,再取得足够电量以后,切换取电模式到测量模式,准确的测量出高压电缆的环流和温度,并利用无线发射模块将数据发送到外面的数据采集装置,本发明的技术方案很好的解决了传统高压电缆环流检测存在的高压电击危险,实现了自取电隔离读取环流温度的安全方式。
[0058] 以上所述仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非是对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进,均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自取电式感应环流监测装置,包括电源模块,其特征在于:所述自取电式感应环流监测装置还包括温度采集模块、工作切换模块、电流采集模块、无线发射模块和谐振取电电路,所述谐振取电电路与电源模块、温度采集模块、工作切换模块、电流采集模块、无线发射模块通过线缆相连接。
2.如权利要求1所述的自取电式感应环流监测装置,其特征在于:所述谐振取电电路的谐振频率为电网50HZ工频。
3.如权利要求2所述的自取电式感应环流监测装置,其特征在于:所述谐振取电电路包括储能电容、电流互感器、谐振电容、两个二极管、两个电阻、两个MOS管。
4.如权利要求3所述的自取电式感应环流监测装置,其特征在于:所述电流互感器、谐振电容、两个二极管、两个电阻、两个MOS管连接构成整流桥。
5.如权利要求3所述的自取电式感应环流监测装置,其特征在于:所述两个电阻并联连接或只采用其中一个电阻组成电流采集电阻。
6.如权利要求3所述的自取电式感应环流监测装置,其特征在于:所述两个MOS管可以替换为两个IGBT管,所述两个IGBT管与电流互感器、谐振电容、两个二极管、两个电阻连接构成整流桥。
7.如权利要求3所述的自取电式感应环流监测装置,其特征在于:所述电流互感器采用开环带有气隙的互感器或不带有气隙的互感器。
8.如权利要求3所述的自取电式感应环流监测装置,其特征在于:所述谐振取电电路中,采用电感LI作为电流互感器等效电感。
9.如权利要求3所述的自取电式感应环流监测装置,其特征在于:所述谐振电容与电感LI并联连接,谐振频率为50Hz。
10.—种自取电式感应环流监测方法,包括如权利要求1至9所述的自取电式感应环流监测装置,其特征在于:所述自取电式感应环流监测方法包括:在传统磁芯取电的基础上加上谐振电容使得取电效率提高;通过工作切换模块使得电流互感器在取电和测量电流之间切换;利用电容收集电荷,当电能达到足够的时候,采集温度值、电流值,然后完成信息发送;利用芯片ID号的区别,每块芯片写入不同的延时时间,防止无线发送冲突;主机与从机通讯采用从机发起问答式通讯,从机可以保留多个电流温度数据点,在通讯失败以后保留数据,下次建立通讯时一并上送;主机在控制箱外,收集多个从机模块的数据,再将数据通过以太网、GPRS的任意一种方式将数据上送到服务器。
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