CN107271757A - 低压电缆电流测试记录仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压电缆电流测试记录仪，包括壳体（1）；所述壳体（1）表面设有电源按钮（2）、启动/停止按钮（3）、USB接口（4）及传感器接口（7）；所述传感器接口（7）连接交流电流互感器；所述壳体（1）内安装控制模块，所述控制模块双向连接有信号转换模块、存储器、读数模块及时钟模块，所述信号转换模块的输入端连接壳体（1）上的传感器接口（7）。本装置通过对低压供电电网中电力电缆交流电流的测量、存储与分析，实现对变压器低压侧电力电缆出线与用户侧电缆的自动识别和对应功能。通过对低压供电电网中电力电缆交流电流的测量、存储与分析，使得在线损检查时能缩小检查范围。

Description

低压电缆电流测试记录仪

技术领域

本发明涉及电力系统测量工具，具体为一种手持式低压电缆电流测试记录仪。

背景技术

在电力公司低压用电检查中，存在电缆混淆导致变压器与用户对应关系不清的问题。在供电配电室内，变压器的多根出线电缆入地敷设，另一头出口分别敷设在各个楼宇前。因为无法观察到电缆在地表下的走向，故无法判断哪根电缆带着的是哪些用户，造成变压器与用户对应关系不清的问题。第一使供电公司在要检修停运某台变压器时，不知道需要提前通知哪些用户停电。第二，供电公司在考核线损时，需要提前知道变压器具体带着哪些用户，再用变压器全部用户当日的售电量除以变压器总表上当日的总供电量来计算线损，变户关系错误导致无法计算出真实的线损。

在目前的工作中，主要有两种方法来对入地电缆进行识别。第一是停电识别法，在配电室内依次切断各电缆电源，通过观察哪些用户停电来判断每根电缆分别带着哪些用户。但是目前根据国家相关要求，不得随意对用户断电，故该方法无法使用。第二是载波信号法，即在电缆一头施加高频载波信号，电缆另一头接收比对，以此识别电缆。但是，现场的情况是相邻变压器共用零线，载波信号会通过零线互相传达，使得该方法在变压器共零时无法使用，而变压器与用户对应不清的情况基本发生相邻变压器上。

目前，在电网中对电力电缆进行识别的方法主要有以下几种方法：

1、工频感应法：在低压用户台区，电缆出线繁杂，相邻电缆间容易产生感应，极易造成误判甚至无法判断。

2、音频感应法：通过电缆节距扭绞特性识别电缆走向及埋设深度，极易受外界干扰而造成误判，在多根电缆交错布置的低压电缆用户区几乎无法判断。

3、脉冲电流法：由于脉冲电流法必须停电才能施加脉冲信号，在供电可靠性要求极高的低压用户区无法实现停电的要求。

4、基于电磁感应原理的电缆识别法：此方法要求多个电缆之间必须构成回路，依旧不适用于电缆已深埋无法做出回路判断的低压用户电缆区。

以上几种电缆识别方法均不适用于低压电缆的识别。故，目前在低压电缆识别领域，尚无较好的办法。

发明内容

本发明目的是提供一种低压电缆电流测试记录仪，旨在不停电的情况下对铺设入地的电力电缆进出线进行有效识别，对同一条电缆的几个出线进行自动对应，实现对繁杂的低压电力电缆的梳理和识别标记。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种低压电缆电流测试记录仪，包括壳体；所述壳体表面设有电源按钮、启动/停止按钮、USB接口及传感器接口；所述传感器接口连接交流电流互感器；所述壳体内安装控制模块，所述控制模块双向连接有信号转换模块、存储器、读数模块及时钟模块，所述信号转换模块的输入端连接壳体上的传感器接口；所述信号转换模块、控制模块及存储器由电源模块供电，所述电源模块连接电池；所述启动按钮与控制模块连接，所述USB接口与读数模块连接，所述电源按钮与电源模块连接。

所述壳体内安装显示模块，所述显示模块与控制模块双向连接；所述显示模块连接位于壳体表面的显示屏幕。

所述壳体表面设有状态指示灯，所述状态指示灯与控制模块连接。

该手持式电流测试记录仪主要用来测量供电电网中各用户电缆的交流电流并进行存储记录，通过读数与控制端口，接收上位机发送的控制指令，对手持式电流测试记录仪进行数据的读取、显示、分析及打印。

记录仪工作原理：交流电流传感器把交流电流转换为小信号，以便进行电流测试；控制模块对整个记录仪进行控制，包括模数转换、存储、读数、时钟的读取等功能；存储模块在控制模块的作用下对测量的交流电流和测试时间进行存储记录；读数模块通过USB接口接收上位机指令并回读数据；信号转换模块负责信号的转换，把传感器输出的信号转换为A/D转换器所需的信号，进行模数转换；时钟模块产生时钟，用户可以掌握记录时间，以便分析数据。

记录仪具体工作过程如下：

（1）、启动和存储

传感器与测试电缆连接后，按下电源按钮，给记录仪通电。按下启动/停止按钮发送启动命令，记录仪开始工作，存入测试的起始时间，测试并存入电流数据。

（2）、停止

断开启动/停止按钮或存储器已满，停止记录。

（3）、读数

测试完成后，关闭电源，断开启动/停止按钮，连接读数电缆及上位机。按下电源按钮，运行上位机软件，通过数据读出接口模块将数据上传到上位机中，可对数据进行存储、显示、分析及打印。

具体使用过程中，本装置具有如下功能：

功能一：核对变户关系

1）用钳形交流电流传感器测电缆电流，将测得一系列动态数据，该数据反映的实际是该电缆的负荷曲线。如果同时在电缆的两端测量电缆电流大小，将得到大致相同的两条负荷曲线。该负荷曲线就是这条电缆独一无二的特征值，就好比是电缆的指纹。在一个配电室两台箱变错带的小区，分别绘制箱变出线电缆（A点采样）和楼宇进线电缆（B点采样）的负荷曲线，再进行比对（如图9所示），就可以在不停电的情况下，识别电缆，分析变户对应情况。

2）在实际工作中，往往遇到如图10所示情况，一号箱变给某小区的1号楼和2号楼供电，二号箱变给某小区的3号楼和4号楼供电，但是，箱变与小区之间隔着建筑物或者马路，变压器的多根出线电缆入地敷设，另一头出口分别敷设在各个楼宇前，导致运维人员无法准确分清对应关系。此时，分别在两侧分别安装4个本装置，每个记录仪通过交流电流传感器连接电缆，分别记录上午八点至九点负荷曲线，通过比对两侧负荷曲线，即可得出对应关系。

如图11所示，获得A、B、C、D四点的采样数据，传入上位机后获得四条负荷曲线，对比后可知A、C两点对应的是同一电缆，B、D两点对应的是同一电缆。

同理，可知A′、C′两点对应的是同一电缆，B′、D′两点对应的是同一电缆。

功能二：缩小线损检查范围

由于电缆电压大致稳定，所以根据电流曲线即可折算出采样点的电量，在台区各趟出线上采样，即可统计各趟线路供电量，相当于在各趟出线上安装了“总表”，再统计该趟出线所带用户售电量，即可折算出该趟出线线损，便于检查人员分析台区线损。也可以在检查某户时，在用户室外采样，避免进入现场打草惊蛇。

本发明具有如下优点：

1、通过测量实时的电力电缆交流电流，避免了其它测量载波方法的极易受外界干扰而造成误判甚至无法判断的问题。具体设计为，电力电缆交流电流测量范围为AC 0-250A，采样频率3Hz，采样精度mA级，测量数据精确可靠。而以往方法所测载波数据从原理上分析就要受到外界和电缆之间的各种干扰而不够准确，误判性很高。

2、在不停电的情况下对电力电缆进行长时间实时测量，大大保证了数据的准确性。具体设计采用的存储器选用内部的48KB的非易失性FLASH存储器，掉电时存储的数据不会丢失。48KB/6=8192秒=2.27小时，即记录仪可以连续记录2.27小时的数据。时钟模块是美国DALLAS公司的实时时钟模块DS1302，可以对年、月、日、时、分、秒进行计时。采用三线接口和控制器同步通信，具备主电源/后备电源双电源供电。通过上位机软件进行自动比对较其他方法的现场人工比对大大提高了准确度，并且对分析数据的保存保证了以后的复查实现。

3、长时间记录能有效弥补数据突变带来的误差干扰，时钟精确保证了对多条电缆测量数据曲线进行同时比对时的精度要求。

本发明所述的低压电力电缆识别分析仪以3HZ的采样频率测量低压供电电网中各电缆的交流电流并能有效存储记录≥2小时的数据，通过USB接口连接上位机，通过上位机软件，自动读取数据，并能在完整的时间轴上显示、分析及打印出所测数值。通过对数据曲线的分析，软件可以将所测的几组电力电缆交流电流数据曲线进行自动比对，以实现电力电缆的出线判断和台区识别功能，具有较好的市场应用推广价值。

附图说明

图1表示壳体的操作界面示意图。

图2表示电流测试记录仪的壳体内部组成框图。

图3表示单片机电路示意图。

图4表示电源模块电路示意图。

图5表示时钟模块电路示意图。

图6表示信号转换模块电路示意图。

图7表示记录仪上位机软件流程示意图。

图8表示记录仪的总体电路示意图。

图9表示同一电缆两个取样点的负荷曲线。

图10表示实际使用时采样点分布示意图。

图11表示实际使用时对比的负荷曲线。

图中，1-壳体，2-电源按钮，3-启动/停止按钮，4-USB接口，5-状态指示灯，6-显示屏幕，7-传感器接口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

一种低压电缆电流测试记录仪，包括壳体1；如图1所示，所述壳体1表面设有电源按钮2、启动/停止按钮3、USB接口4、状态指示灯5、显示屏幕6及传感器接口7。记录仪内部由电流传感器、电源转换模块、显示模块、控制模块、存储模块、信号转换模块、读数模块、时钟模块等组成，系统组成如图2所示。具体连接关系为，所述传感器接口7连接交流电流互感器；所述壳体1内安装控制模块，所述控制模块双向连接有信号转换模块、存储器、读数模块及时钟模块，所述信号转换模块的输入端连接壳体1上的传感器接口7；所述信号转换模块、控制模块及存储器由电源模块供电，所述电源模块连接电池；所述启动/停止按钮2与控制模块连接，所述USB接口4与读数模块连接，所述电源按钮5与电源模块连接。所述显示模块与控制模块双向连接；所述显示模块连接位于壳体1表面的显示屏幕6。所述状态指示灯5与控制模块连接。

工作时，电流传感器把交流电流转换为小信号，以便进行电流测试；控制模块对整个记录仪进行控制，包括模数转换、存储、读数、时钟的读取等功能；存储模块在控制模块的作用下对测量的交流电流和测试时间进行存储记录；读数模块通过USB接口接收上位机指令并回读数据；信号转换模块负责信号的转换，把传感器输出的信号转换为A/D转换器所需的信号，进行模数转换；时钟模块产生时钟，用户可以掌握记录时间，以便分析数据。

具体实施时，1、交流电流传感器采用输入为电流信号，输出为电压型号的外接开合式钳型电流互感器（可从市场直接购买得到），参数如下表所示。

2、控制模块、数据采集模块及存储模块

控制模块以单片机为核心，通过内置A/D转换器把模拟量转换为数字量，采样频率为3Hz，即每秒采集3次数据。存储器选用内部的48KB的非易失性FLASH存储器，掉电时存储的数据不会丢失。48KB/6=8192秒=2.27小时，即记录仪可以连续记录2.27小时的数据。

本设计选择美国TI公司的MSP430F1611单片机作为系统的MCU（如图3所示），每一个时钟就可以是一个机器周期，最小为125ns。用到单片机外围模块是：I/O管脚，A/D模块和串口1模块。单片机电路设计部分如图3所示，采用一个电容和一个电阻组成上电复位电路。采用8M有源晶振作为单片机的晶振，保证单片机高速的处理数据。用P6.0管脚作为A/D转换的输入端与处理后的信号相连，P3.6管脚和P3.7管脚作为USART串口通信的发送端和接收端，通过接插件J2采用USB接口与上位机通信。通过P4.3管脚控制指示灯，指示灯闪烁，表示正在测量并存储数据，读数时指示灯常亮。S1是启动按钮，按下启动/停止按钮，记录仪开始工作；断开启动/停止按钮，记录仪停止工作。

3、电源转换模块

电源转换模块实现电源转换，把电池输出的电压转换为3.3V，给单片机供电，具体电路结构如图4所示。

4、时钟模块

时钟模块选用美国DALLAS公司的实时时钟模块DS1302，可以对年、月、日、时、分、秒进行计时。采用三线接口和控制器同步通信，具备主电源/后备电源双电源供电，通过后备电源可进行涓细电流充电，时钟电路如图5所示。X1和X2是时钟输入，外接32.768KHz晶振。VCC2为主电源，VCC1为后备电源，主电源有电时给电容充电，在主电源掉电时，可以给DS1302供电。主电源串接电阻可有效防止电源冲击。单片机通过CE选中时钟芯片，SCK做为通信时钟，SIO读写时钟数据。

5、传感器输出信号通过J1接插件输入，信号转换模块原理如图6所示。因为A/D转换器的转换范围是0-2.5V，所以传感器输出的信号分压后，转换至A/D转换器所需电压范围，即可实现交流电流的测量。

6、壳体操作界面

壳体操作界面如图1所示。按下电源按钮，记录仪通电；启动按钮按下，记录仪开始工作；状态指示灯闪烁，表示记录仪正在测量并存储数据，读数时指示灯常亮；通过USB接口连接上位机，可以传送数据，通过上位机软件显示、分析、打印测试曲线。

7、总体电路如图8所示，即将图3、4、5、6综合后获得。

8、记录仪工作流程（如图7所示）：

（1）、记录仪通电后，先对串口、A/D转换器、时钟等进行初始化；

（2）、判断启动键是否按下，如果按下，转向第（3）步；如果未按下，转向第（6）步；

（3）、存储当前的系统时间；

（4）、开始采集并存储；

（5）、判断启动键是否断开，如未断开且存储器未满，转向（4）；如果启动键断开或存储空间已满，测试结束，关闭电源；

（6）、判断上位机有没有读数指令，如果接收到读数指令，开始发送数据；未接收到读数指令，转向（2）。

9、数据存储记录仪性能及技术指标要求

（1）、测量范围AC 0-250A；

（2）、采样频率3Hz，存储时长≥2小时；

（3）、性能可靠，不会因误动作而引起重新记录，覆盖原有数据；

（4）、通过USB接口与上位机连接，实现数据的读取、显示、分析及打印；

（5）、能够可靠读取存储模块内的存储数据，在工作状态下突然断电和数据中断时，确保已存储的数据可靠、有效。

总之，本发明主要实现以下两个功能：

1、通过对低压供电电网中电力电缆交流电流的测量、存储与分析，实现对变压器低压侧电力电缆出线与用户侧电缆的自动识别和对应功能。

2、通过对低压供电电网中电力电缆交流电流的测量、存储与分析，使得在线损检查时能缩小检查范围。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖权利要求保护范围中。

Claims (6)

1.一种低压电缆电流测试记录仪，包括壳体（1）；其特征在于：所述壳体（1）表面设有电源按钮（2）、启动/停止按钮（3）、USB接口（4）及传感器接口（7）；所述传感器接口（7）连接交流电流互感器；所述壳体（1）内安装控制模块，所述控制模块双向连接有信号转换模块、存储器、读数模块及时钟模块，所述信号转换模块的输入端连接壳体（1）上的传感器接口（7）；所述信号转换模块、控制模块及存储器由电源模块供电，所述电源模块连接电池；所述启动/停止按钮（2）与控制模块连接，所述USB接口（4）与读数模块连接，所述电源按钮（5）与电源模块连接。

2.根据权利要求1所述的低压电缆电流测试记录仪，其特征在于：所述壳体（1）内安装显示模块，所述显示模块与控制模块双向连接；所述显示模块连接位于壳体（1）表面的显示屏幕（6）。

3.根据权利要求2所述的低压电缆电流测试记录仪，其特征在于：所述壳体（1）表面设有状态指示灯（5），所述状态指示灯（5）与控制模块连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的低压电缆电流测试记录仪，其特征在于：所述控制模块采用美国TI公司的MSP430F1611单片机，该单片机采用一个电容和一个电阻组成上电复位电路，采用8M有源晶振作为单片机的晶振。

5.根据权利要求4所述的低压电缆电流测试记录仪，其特征在于：所述时钟模块采用美国DALLAS公司的实时时钟模块DS1302。

6.根据权利要求1所述的低压电缆电流测试记录仪，其特征在于：所述USB接口（4）连接上位机。