CN106841735B - 电力采集器及其能耗监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电力采集器，采集器包括一个穿刺取电模块、M个开口互感器模块,M为正整数，M大于等于1；穿刺取电模块用于提取电缆线的电压信号，穿刺取电模块安装于电线的主线上；穿刺取电模块上设置有电压输出接线端子；开口互感器模块安装在需要采集信号的支线上，开口互感器模块上设置有地线接线端口、电压输入接线端子，地线接线端口通过电线连接地线，电压输入接线端子通过电线与穿刺取电模块的电压输出接线端子相连接；开口互感器模块用于采集被测支路的电流信号并将采集后的电流和电压信号处理后通过开口互感器模块上设置的通讯模块输出给电量监测端。能够不断电对用电设备进行电能监测，且结构简单，能够适应现场复杂的改造环境。
Description
技术领域
本发明涉及能耗监测领域，具体而言涉及一种能够在不停电的情况下完成对终端用户电力线路的能耗监测的电力采集器及其能耗监测方法。
背景技术
随着国家对节能减排的重视，各个终端用户都急切需要进行能耗监测，为减排提供数据支撑。但是，一些特殊的场合，停电改造的难度很大，需要协调各方面的需求，对施工进度和成本控制都有很大的影响。因此，一种不停电的节能改造方式就迫在眉睫。
传统系统中的电流互感器由一次互感器和二次互感器(一般称为仪表互感器，装在采集器中)组成，体积大、成本高，受现场安装空间限制安装困难，甚至有些分支回路需要改造才能安装；用电单位的分支回路多，每回路均需接入电流互感器、采集器、通信模块等设备，设备成本高；此外采集器需要从现场各支路中接入电压信号，安装时要进行停电操作，给用电单位的生产、运营活动造成影响；现场接入电缆多，甚至要进行专业的布线，安装难度及工作量大、施工费用高、施工周期长。
而对电力系统进行能耗监测时，大多需要对监测目标进行停断电后，安装用于监测电力系统中各项参数的相关设备。但是实际在项目施工中，业主停电是一个很难协调的事情，特别是一些特殊的场合，比如实验室，医院，机场等，都是要求24小时不间断供电的，这会严重影响施工进度，增加施工成本。另外，传统监测设备的体积较大，而在变电站、箱式变压器、用户站表箱内空间相对狭小，对节能性改造过程中的施工操作会造成不利影响。目前的能耗监测设备多为有线组网方式，需要在施工过程中铺设通讯线缆，这也拖慢了施工进度，增加了成本。
发明内容
本发明目的在于提供一种小型模块化设计，可自由组合的分体式结构，能够灵活适应现场复杂的改造环境的电力采集器及其能耗监测方法。
本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。
为达成上述目的，本发明提出一种电力采集器，所述采集器包括一个穿刺取电模块、M个开口互感器模块,M为正整数，且M大于等于1；其中，
穿刺取电模块用于提取电缆线的电压信号，穿刺取电模块安装于电线的主线上；所述穿刺取电模块上设置有电压输出接线端子；
开口互感器模块安装在需要采集信号的支线上，所述开口互感器模块上设置有地线接线端口、电压输入接线端子，所述地线接线端口通过电线连接地线，电压输入接线端子通过电线与穿刺取电模块的电压输出接线端子相连接；开口互感器模块内设置有计量芯片；
所述穿刺取电模块提取的电压信号通过电线传输给开口互感器模块内设置的计量芯片；
其中，所述开口互感器模块内设置的计量芯片用于将开口互感器模块采集被测支路的电流信号和穿刺取电模块采集的电压信号处理后得到电能参数，所述电能参数通过开口互感器模块上设置的通讯模块输出给电量监测端。
进一步地，前述的穿刺取电模块包括第一转动部、第一固定部、取电部和电压输出接线端子，其中：
第一转动部的一端通过第一旋转轴与第一固定部相连接，第一转动部的另一端设置有螺纹孔，螺纹孔内设置有螺栓，第一固定部上设置有与螺栓相配合的连接部，该第一转动部能够绕第一旋转轴相对第一固定部做旋转运动，第一转动部具有螺栓与连接部相连接的第一位置状态处和螺栓与连接部相分离的第二位置状态处；
取电部包括穿刺取电锁定螺栓和辅助锁定螺丝，所述穿刺取电锁定螺栓穿过第一转动部上设置的螺纹孔与设置于第一转动部与第一固定部之间的辅助锁定螺丝相配合；所述辅助锁定螺丝上设置有与电线线径相配合的第一弯曲部；
第一固定部上设置有穿刺取电绝缘护套，所述穿刺取电绝缘护套上设置有刺针，且穿刺取电绝缘护套上设置有与电线线径相配合的第二弯曲部，其中所述刺针为第二弯曲部上设置的凸起部；
其中当设置于第一转动部上的螺栓与设置于第一固定部上的连接部相配合时所述第一弯曲部和第二弯曲部之间套接有被取电的电线；
电压输出接线端子，设置于第一固定部的下部。
进一步地，前述的开口互感器模块第二转动部、第二固定部、通讯模块和电压输入接线端子，其中：
第二转动部的一端通过第二旋转轴与第二固定部相连接，所述第二转动部的的另一端设置有第二卡扣，第二固定部上设置有与第二卡扣相配合的第二卡接部，该第二转动部能够绕第二旋转轴相对第二固定部做旋转运动，第二转动部具有使第二卡扣与第二固定部上的第二卡接部相配的第三位置状态处和第二卡扣与第二固定部上的第二卡接部相分离的第四位置状态处；
第二转动部的底部设置有与支线线径相对应的第三弯曲部；
第二固定部上设置有与第三弯曲部相对应的第四弯曲部，所述第三弯曲部和第四弯曲部闭合形成磁路，用于采集电流信号；
第二固定部的内部设置有计量芯片和信号处理电路，所述信号处理电路用于将采集的电流信号经过处理后输出数字信号，计量芯片用于将接收的电流信号和电压信号进行处理后得到电能参数，所述电能参数通过设置于第二固定部下部的通讯模块输送到电量检测端；
电压输入接线端子，设置于第二固定部的下部。
进一步地，前述的电压输入接线端子与电压输出接线端子的位置相对应。
进一步地，当开口互感器模块为1个时，开口互感器模块与穿刺取电模块相配合，其中开口互感器模块上设置的电压输入接线端子与穿刺取电模块的电压输出端连接。
进一步地，前述的第一弯曲部和第二弯曲部组成的圆柱的轴心线与第三弯曲部和第四弯曲部组成的圆柱的轴心线在同一平面内。
进一步地，前述的穿刺取电绝缘护套可拆卸的安装于所述第一固定部内。
进一步地，前述的穿刺取电模块的电压输出接线端子连接至空气开关的输入端，空气开关的输出端连接到开口互感器模块的电压输入接线端子。
本发明的另一方面提出一种电力采集器的能耗监测方法，所述能耗监测方法如下：穿刺取电模块采集电缆线的电压信号；开口互感器模块采集各支线的电流信号；其中开口互感器模块的电压输入接线端子均通过电线连接到穿刺取电模块的电压输出接线端子；穿刺取电模块采集的电压信号通过电线传输给开口互感器模块的计量芯片；计量芯片将开口互感器模块采集的电流信号和穿刺取电模块采集的电压信号处理得到电能参数。
进一步地，前述的开口互感器模块的电压输入接线端子连接到空气开关的一端，空气开关的另一端连接到穿刺取电模块的电压输出接线端子。
由以上技术方案可知，本发明的电力采集器及其能耗监测方法，与现有技术的采集器相比，其显著的优点在于：不需要每个设备都使用穿刺取电，而只需要使用一次穿刺取电，将电引到空气开关上，从而进一步减小设备的安装空间；采用采用开口互感器模块，保证了在不停电情况下，可以很方便地安装设备，并达到符合要求的测量精度；通过无线自组网的方式，将采集的数据传送出去，省去了大部分的接线和调试过程，提高了组网效率，降低了施工成本；在一些无线通讯不好的情况下，也可采用RS485的有线方式进行通讯，解决最后几个死角的数据采集问题；对于分支较少的的场合，穿刺取电模块和开口互感器模块，可以通过铜柱锁紧，固定在一起，形成类似一体化的结构，直接安装在电线上。
对于分支较多的场合，穿刺取电模块可以单独使用，引出三相电，接到空气开关上，为开口互感器模块提供电源和电压信号。这样不需要使用那么多的穿刺取电模块，而只需要使用三个开口互感器模块就能解决一个配电箱的供电问题，即节省了成本，又避免了过多的穿刺取电对线路造成隐性损伤；然后根据实际需要安装好开口互感器模块核心模块，就可以完成一个多分支配电箱的改造。
地线接线端口通过电线接入到地线上，先接地线，再进行穿刺取电，避免了在接入电压输入接线端子的线后连接地线产生电火花的情况，提高了安全性。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1是开口互感器模块为1个时电力采集模块的结构示意图。
图2是穿刺取电模块的结构示意图。
图3是开口互感器模块的结构示意图。
图4是开口互感器模块和穿刺取电模块的连接结构示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
如图1所示，根据本发明的某些实施例，一种电力采集器，所述采集器包括一个穿刺取电模块1、M个开口互感器模块2,M为正整数，且M大于等于1；其中，穿刺取电模块1用于提取电缆线的电压信号，穿刺取电模块1安装于电线的主线上；所述穿刺取电模块1上设置有电压输出接线端子14；开口互感器模块2安装在需要采集信号的支线上，所述开口互感器模块2上设置有地线接线端口23、电压输入接线端子26，所述地线接线端口23通过电线连接地线，电压输入接线端子26通过电线与穿刺取电模块1的电压输出接线端子14相连接；开口互感器模块2内设置有计量芯片；
所述穿刺取电模块1提取的电压信号通过电线传输给开口互感器模块2内设置的计量芯片；
其中，所述开口互感器模块2内设置的计量芯片用于将采集被测支路的电流信号和穿刺取电模块1传输的电压信号处理后得到电能参数，所述电能参数通过开口互感器模块2上设置的通讯模块输出给电量监测端。
前述的所述穿刺取电模块1的电压输出接线端子14连接至空气开关的输入端，空气开关的输出端连接到开口互感器模块2的电压输入接线端子26，用这种方式可以将主线上的电压信号取出，采用开口互感器模块，保证了在不停电情况下，可以很方便地安装设备，并达到符合要求的测量精度。
如图1至图4所示，所述开口互感器模块2为L型，其中当开口互感器模块2的个数为1个时，开口互感器模块2与穿刺取电模块1相配合，其中开口互感器模块2上设置的电压输入接线端子26与穿刺取电模块1的电压输出端接线端子14连接，其中穿刺取电模块1设置于L型开口互感器模块2上，连接可靠。
与此同时，所述开口互感器模块2还可为正多边形，当开口互感器模块2为1个时，开口互感器模块2上的电压输入接线端子26和穿刺取电模块1的电压输出接线端子14相配合，使开口互感器模块2和穿刺取电模块1配合为一个整体。
结合图2所示，所述穿刺取电模块1包括第一转动部11、第一固定部13、取电部和电压输出接线端子14，其中：
第一转动部11的一端通过第一旋转轴12与第一固定部13相连接，第一转动部11的另一端设置有螺纹孔，螺纹孔内设置有螺栓16，第一固定部13上设置有与螺栓16相配合的连接部18，该第一转动部11能够绕第一旋转轴12相对第一固定部13做旋转运动，第一转动部11具有使螺栓16与连接部18相连接的第一位置状态处和螺栓16与连接部18相分离的第二位置状态处。
取电部包括穿刺取电锁定螺栓15和辅助锁定螺丝17，所述穿刺取电锁定螺栓15穿过第一转动部11上设置的螺纹孔与设置于第一转动部11与第一固定部13之间的辅助锁定螺丝17相配合；所述辅助锁定螺丝17上设置有与电线线径相配合的第一弯曲部171。
第一固定部13上设置有穿刺取电绝缘护套19，所述穿刺取电绝缘护套19上设置有刺针191，且穿刺取电绝缘护套19上设置有与电线线径相配合的第二弯曲部，其中所述刺针191为第二弯曲部上设置的凸起部。
其中当设置于第一转动部11上的螺栓15与设置于第一固定部13上的连接部18相配合时所述第一弯曲部171和第二弯曲部之间套接有被取电的电线；电压输出接线端子14，设置于第一固定部13的下部。
结合图3所示，所述开口互感器模块2包括第二转动部27、第二固定部22、通讯模块24和电压输入接线端子26，其中：
第二转动部27的一端通过第二旋转轴28与第二固定部22相连接，所述第二转动部27的的另一端设置有第二卡扣21，第二固定部22上设置有与第二卡扣相配合的第二卡接部，该第二转动部27能够绕第二旋转轴28相对第二固定部22做旋转运动，第二转动部27具有使第二卡扣21与第二固定部22上的第二卡接部相配的第三位置状态处和第二卡扣21与第二固定部22上的第二卡接部相分离的第四位置状态处。
第二转动部27的底部设置有与支线线径相对应的第三弯曲部271。
第二固定部22上设置有与第三弯曲部271相对应的第四弯曲部221，所述第三弯曲部271和第四弯曲部221闭合形成磁路，用于采集电流信号。
第二固定部22的内部设置有计量芯片和信号处理电路，所述信号处理电路用于将采集的电流信号经过处理后输出数字信号，计量芯片用于将接收的电流信号和电压信号进行处理后得到电能参数，所述电能参数通过设置于第二固定部22下部的通讯模块24输送到电量检测端。
电压输入接线端子26，设置于第二固定部22的下部。
其中，所述通讯模块24为具有无线模块的天线，在开口互感器模块2安装完成后，将天线从配电箱中引出，用于减少信号衰减。
其中所述开口互感器模块2的通讯模块也可采用RS485的方式实现通讯。
为了增加开口互感器模块2和穿刺取电模块1与电线连接的可靠性，可用扎线带将之与电线固定连接。
进一步的，所述电压输入接线端子26与电压输出接线端子14的位置相对应。
进一步的，在开口互感器模块2为1个时，所述第一弯曲部171和第二弯曲部组成的圆柱的轴心线与第三弯曲部271和第四弯曲部221组成的圆柱的轴心线在同一平面内，此时开口互感器模块2和穿刺取电模块1的轴心线位于同于高度，能够使电线可靠的穿过开口互感器模块2和穿刺取电模块1，避免造成电线的弯折。
进一步的，所述穿刺取电绝缘护套19可拆卸的安装于所述第一固定部13内，根据不同的电线线径，可以选用不同弯曲度的穿刺取电绝缘护套19。
一种电力采集器的能耗监测方法，所述能耗监测方法如下：穿刺取电模块1采集电缆线的电压信号；开口互感器模块2采集各支线的电流信号；其中开口互感器模块2的电压输入接线端子26均通过电线连接到穿刺取电模块1的电压输出接线端子14；穿刺取电模块1采集的电压信号通过电线传输给开口互感器模块2的计量芯片；计量芯片将开口互感器模块2采集的电流信号和穿刺取电模块采集的电压信号处理得到电能参数。
开口互感器模块2的地线接线端口均分别通过电线与地线相连接；开口互感器模块的电压输入接线端子26均通过电线连接到穿刺取电模块1的电压输出接线端子14；将开口互感器模块2均卡接到分支电线上；将穿刺取电模块1卡接到电线的主线上。
将地线接线端口23接入到地线接线端子上，再进行穿刺取电，否则，如果先接好相线，那么在接地线的时候，可能会产生电火花，增加安全隐患。接好地线以后，用扳手旋转穿刺取电锁定螺栓15使辅助锁定螺丝17向下运动，当刺针191刺破电线，取到电压信号后，扳手停止运动，将开口互感器模块2卡接在电线上，读取电流信号。
进一步的，所述开口互感器模块2的电压输入接线端子26连接到空气开关的一端，空气开关的另一端连接到穿刺取电模块1的电压输出接线端子14，当开口取电模块2和穿刺取电模块1均卡接到电线上时，闭合空气开关，提高了安全性。
由以上技术方案可知，本发明的电力采集器及其能耗监测方法，与现有技术的采集器相比，其显著的优点在于：不需要每个设备都使用穿刺取电，而只需要使用一次穿刺取电，将电引到空气开关上，从而进一步减小设备的安装空间；计量芯片进行计算，保证了在不停电情况下，可以很方便地安装设备，并达到符合要求的测量精度；通过无线自组网的方式，将采集的数据传送出去，省去了大部分的接线和调试过程，提高了组网效率，降低了施工成本；在一些无线通讯不好的情况下，也可采用RS485的有线方式进行通讯，解决最后几个死角的数据采集问题；对于分支较少的的场合，穿刺取电模块和开口互感器模块，可以通过铜柱锁紧，固定在一起，形成类似一体化的结构，直接安装在电线上。
对于分支较多的场合，穿刺取电模块1可以单独使用，引出三相电，接到空气开关上，为开口互感器模块2提供电源和电压信号。这样不需要使用那么多的穿刺取电模块1，而只需要使用三个开口互感器模块2就能解决一个配电箱的供电问题，即节省了成本，又避免了过多的穿刺取电对线路造成隐性损伤；然后根据实际需要安装好开口互感器模块2核心模块，就可以完成一个多分支配电箱的改造。
地线接线端口23通过电线接入到地线上，先接地线，再进行穿刺取电，避免了在接如电压输入接线端子的线后连接地线产生电火花的情况，提高了安全性。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (8)
1.一种电力采集器，其特征在于，所述采集器包括一个穿刺取电模块、M个开口互感器模块,M为正整数，且M大于等于1；其中，
穿刺取电模块用于提取电缆线的电压信号，穿刺取电模块安装于电线的主线上；所述穿刺取电模块上设置有电压输出接线端子；
开口互感器模块安装在需要采集信号的支线上，所述开口互感器模块上设置有地线接线端口、电压输入接线端子，所述地线接线端口通过电线连接地线，电压输入接线端子通过电线与穿刺取电模块的电压输出接线端子相连接；开口互感器模块内设置有计量芯片；
所述穿刺取电模块提取的电压信号通过电线传输给开口互感器模块内设置的计量芯片；
其中，所述开口互感器模块内设置的计量芯片用于将开口互感器模块采集被测支路的电流信号和穿刺取电模块采集的电压信号处理后得到电能参数，所述电能参数通过开口互感器模块上设置的通讯模块输出给电量监测端；
所述穿刺取电模块包括第一转动部、第一固定部、取电部和电压输出接线端子，其中：
第一转动部的一端通过第一旋转轴与第一固定部相连接，第一转动部的另一端设置有螺纹孔，螺纹孔内设置有螺栓，第一固定部上设置有与螺栓相配合的连接部，该第一转动部能够绕第一旋转轴相对第一固定部做旋转运动，第一转动部具有螺栓与连接部相连接的第一位置状态处和螺栓与连接部相分离的第二位置状态处；
取电部包括穿刺取电锁定螺栓和辅助锁定螺丝，所述穿刺取电锁定螺栓穿过第一转动部上设置的螺纹孔与设置于第一转动部与第一固定部之间的辅助锁定螺丝相配合；所述辅助锁定螺丝上设置有与电线线径相配合的第一弯曲部；
第一固定部上设置有穿刺取电绝缘护套，所述穿刺取电绝缘护套上设置有刺针，且穿刺取电绝缘护套上设置有与电线线径相配合的第二弯曲部，其中所述刺针为第二弯曲部上设置的凸起部；
其中当设置于第一转动部上的螺栓与设置于第一固定部上的连接部相配合时所述第一弯曲部和第二弯曲部之间套接有被取电的电线；
电压输出接线端子，设置于第一固定部的下部；
所述开口互感器模块包括第二转动部、第二固定部、通讯模块和电压输入接线端子，其中：
第二转动部的一端通过第二旋转轴与第二固定部相连接，所述第二转动部的一端设置有第二卡扣，第二固定部上设置有与第二卡扣相配合的第二卡接部，该第二转动部能够绕第二旋转轴相对第二固定部做旋转运动，第二转动部具有使第二卡扣与第二固定部上的第二卡接部相配的第三位置状态处和第二卡扣与第二固定部上的第二卡接部相分离的第四位置状态处；
第二转动部的底部设置有与支线线径相对应的第三弯曲部；
第二固定部上设置有与第三弯曲部相对应的第四弯曲部，所述第三弯曲部和第四弯曲部闭合形成磁路，用于采集电流信号；
第二固定部的内部设置有计量芯片和信号处理电路，所述信号处理电路用于将采集的电流信号经过处理后输出数字信号，计量芯片用于将接收的电流信号和电压信号进行处理后得到电能参数，所述电能参数通过设置于第二固定部下部的通讯模块输送到电量检测端；
电压输入接线端子，设置于第二固定部的下部。
2.根据权利要求1所述的电力采集器，其特征在于，所述电压输入接线端子与电压输出接线端子的位置相对应。
3.根据权利要求2所述的电力采集器，其特征在于，当开口互感器模块为1个时，开口互感器模块与穿刺取电模块相配合，其中开口互感器模块上设置的电压输入接线端子与穿刺取电模块的电压输出端连接。
4.根据权利要求3所述的电力采集器，其特征在于，所述第一弯曲部和第二弯曲部组成的圆柱的轴心线与第三弯曲部和第四弯曲部组成的圆柱的轴心线在同一平面内。
5.根据权利要求1所述的电力采集器，其特征在于，所述穿刺取电绝缘护套可拆卸的安装于所述第一固定部内。
6.根据权利要求1所述的电力采集器，其特征在于，所述穿刺取电模块的电压输出接线端子连接至空气开关的输入端，空气开关的输出端连接到开口互感器模块的电压输入接线端子。
7.一种根据权利要求1至5任一权利要求所述的电力采集器的能耗监测方法，其特征在于，所述能耗监测方法如下：
穿刺取电模块采集电缆线的电压信号；
开口互感器模块采集各支线的电流信号；其中开口互感器模块的电压输入接线端子均通过电线连接到穿刺取电模块的电压输出接线端子；
穿刺取电模块采集的电压信号通过电线传输给开口互感器模块的计量芯片；
计量芯片将开口互感器模块采集的电流信号和穿刺取电模块采集的电压信号处理得到电能参数。
8.根据权利要求7所述的电力采集器的能耗监测方法，其特征在于，所述开口互感器模块的电压输入接线端子连接到空气开关的一端，空气开关的另一端连接到穿刺取电模块的电压输出接线端子，开口互感器模块的地线接线端口均分别通过电线与地线相连接；开口互感器模块的电压输入接线端子均通过电线连接到穿刺取电模块的电压输出接线端子；将开口互感器模块均卡接到分支电线上。
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