CN108037360A - 一种安全稳定抗干扰能力强的台区识别装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种安全稳定抗干扰能力强的台区识别装置，至少包括设置于配电变压器端的主机以及设置于用户端的从机；所述主机包括：脉冲电流检测模块、主机载波通信电路、主机中央处理单元，所述主机载波通信电路中进一步包括有电压过零检测电路和触发电路；从机包括：载波信号接收模块、脉冲电流发生模块、从机中央处理单元以及WIFI模块。实施本发明，具有抗干扰能力强，通信距离远，方便使用等特点。

Description

一种安全稳定抗干扰能力强的台区识别装置

技术领域

本发明涉及供电领域，特别涉及一种安全稳定抗干扰能力强的台区识别装置。

背景技术

用电管理部门经常需要普查各类台区的用户资料，包括用户是由哪台变压器供电、由哪个母线分支供电(一台变压器有可能存在多个分支母线)、由哪相供电等，以实现台区精细化管理，从而为降耗减损提供真实准确的基础数据。

目前，为了实现台区精细化管理，通常使用台区用户识别仪(也称为台区用户查询仪、或营业普查仪等)来确定用户的台区信息及相别。

通常，台区用户识别仪采用电力载波通信的方式，图1是现有的一种台区用户识别仪检测电缆的示意图，如图1所示，其工作原理如下：台区用户识别仪包括主机和手持终端两部分，主机和手持终端之间采用电力载波通信的方式。使用时，将主机安装在待测变压器的低压出线端子上，操作人员利用手持终端在待检验用户的进线口进行测试。如图1所示以三相为例，主机连接在变压器B的低压出线端子上，假设待检验用户接在c相电缆上，手持终端也接在c相电缆上，当主机向手持终端发送载波信号时，手持终端会收到载波信号并显示相应信息，如变压器B的标识号、所在相位标识号等，此时通过检测得出，该待检测用户属于变压器B并接在其c相电缆上。如果主机连接在其它变压器的低压出线端子上，那么，当主机向手持终端发送载波信号时，原则上手持终端应该是收不到信号的，这样才能达到准确检测电缆的目的。

但是，由于载波信号是高频电压信号，会在相邻线路间传播，对于线路复杂、台区相邻交叉的情况很容易出现误识别；而且，载波信号衰减快，对于线路干扰严重或线路较长的用户(通常超过2公里)是无法判别用户所在台区的。故现有的这种方法实际使用过程中存在各种问题，如多台变短距离共高压情况下，电力载波存在串扰，传输距离近，受负荷影响大，共电缆干扰等问题，此外变压器带分支较多，如果三相电流分别检测，接线较多，工作效率低，显示均采用本机液晶显示，不方便在测试人员的观察。

同时，目前市场上投入使用的台区识别装置的低频载波电路控制晶闸管的导通角以及有效脉宽均采用软件控制的方式，这样需要开启多个定时器导致大量占用软件资源，控制晶闸管不方便，晶闸管本身是一种非常灵敏、脆弱的器件，一旦发生程序死机或跑飞等问题，会烧坏晶闸管，所以晶闸管保护模块是对晶闸管触发电路的一种重要保护，不可缺少。调制信号叠加在配电线路中，传输到线路末用户端，由过零调制信号接收电路接收，接收的所有配电线路中的信号，必须通过过零调制信号滤波模块进行滤波，将我们不需要的线路中的噪声信号滤除，将有用的调制信号传递给CPU中央控制模块进行下一步信息数据的处理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种安全稳定抗干扰能力强的台区识别装置，具有抗干扰能力强，通信距离远，方便使用等特点。

本发明为了弥补现有技术的缺陷，采用单稳态触发器级联电路通过外围的RC值控制晶闸管的导通角以及有效脉宽，完全由硬件控制，软件只需给允许触发和停止2个信号，使晶闸管工作更加安全可靠，信号接收回路通过过零调制信号滤波模块进行滤波，滤除由于电网频率变动造成的干扰；

为了解决上述技术问题，本发明的实施例的一方面提供一种安全稳定抗干扰能力强的台区识别装置，至少包括设置于配电变压器端的主机以及设置于用户端的从机；所述主机包括：

脉冲电流检测模块，与配电变压器低压端进行连接，用于检测并收发脉冲电流信号；

主机载波通信电路，与配电变压器低压端的各相电进行连接，用于在工频过零时向选定的电压端子注入载波信号，或接收载波信号；所述主机载波通信电路中进一步包括有电压过零检测电路和触发电路；

主机中央处理单元，与所述脉冲电流检测模块、主机载波通信电路相连接；

从机包括：

载波信号接收模块，用于接收来自主机的载波信号；

脉冲电流发生模块，用于产生脉冲电流信号；

从机中央处理单元，与所述载波信号接收模块和脉冲电流发生模块相连接；

WIFI模块，用于与一手持终端进行通信。

其中，所述主机载波通信电路包括主机工频载波接收电路、主机工频载波发送电路、主机调制解调电路以及所述电压过零检测电路和触发电路，其中，所述主机调制解调电路分别与所述主机工频载波接收电路、主机工频载波发送电路、电压过零检测电路和触发电路以及主机中央处理单元相连接。

其中，所述触发电路包括：依次的与门、第一级单稳态触发器、与非门、第二级单稳态触发器，其中，所述与门的A脚接A相同步信号，其B脚接主机中央处理单元发出的MODEl信号，其Y脚接第一级单稳态触发器的A脚；在所述第一级单稳态触发器的VSS脚和CxRx脚之间连接有第一电容，所述第一电容的一端接地，其另一端通过第一可变电阻VR1接工作电平，其Q1脚接所述与非门的A脚相连接，其B负脚与Q1负脚相连接；所述与非门的Y脚连接所述第二级单稳态触发器的B负脚；在所述第二级单稳态触发器的VSS脚和CxRx脚之间连接有第八电容，所述第八电容的一端接地，其另一端通过第七可变电阻VR7接工作电平，其A脚与Q1脚相连接，其Q1脚输出触发信号。

其是，所述与门采用SN74HC08D型号与门，所述第一级单稳态触发器和第二单稳态触发器均采用CD4538型号触发器，所述与非门采用SN74HC02D型号与非门。

其中，所述从机中的载波信号接收模块至少包括：

整流电路、跟随电路、比较电路以及输出电路，其中：

所述整流电路包括，第一电阻，其第一端接入交流正信号，其第二端分别与第二电阻、第三电阻的第一端相连接，所述第三电阻的第二端接地，所述第二电阻的第二端通过第二电容接地；

第十一电阻，其第一端接入交流负信号，其第二端分别与第十电阻、第十二电阻的第一端相连接，所述第十电阻的第二端接地，所述第十二电阻的第二端通过第六电容接地；

第五电阻，其第一端接地，其第二端连接第六电阻的第一端，所述第六电阻的第二端连接第一二极管的负极、第二二极管的负极、第七电阻的第一端，所述第一电极管的正极暂连接第二电阻的第二端，所述第二二极管的正极连接所述第十二电阻的第二端；

所述跟随电路包括：

第一比较器，其正相输入端连接所述第七电阻的第二端，且通过第五电容接地，其负相输入端与输出端相连；

所述比较电路包括：

第二比较器，其正相输入端连接所述第五电阻的第二端，其负相输入端通过第四电阻与所述第一比较器的输出端相连接，且通过并联的第十四电阻、第十五电阻接地；

输出电路包括：

第八电阻，其第一端连接所述第二比较器的输出端，其第二端通过第九电阻接地，并作为输出端。

其中，所述第一比较器和第二比较器均采用LM324型号比较器。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明提供的台区识别装置，采用脉冲电流法、低频过零电力线载波通信以及谐波分析相结合的方法，可以实现台区的分支信息检测，可以保证台区之间不串扰，抗干扰能力强，通讯距离远至3km以上，同时增加了可同时检测分支的数量，可以达到21个分支，应用场合非常广泛；

由于采用特殊的触发电路以及载波信号接收模块，抗干扰强；

同时，由于采用了WIFI通信的无线通讯方式，操作方便而且便于测试人员观察。

附图说明

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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有的一种台区用户识别仪检测电缆的示意图，

图2为本发明提供的一种台区识别装置的一个实施例的结构示意图；

图3为图2中主机载波通信电路的一个实施例的结构示意图；

图4为图3中触发电路的一个实施例的电路结构图；

图5为图2中载波信号接收电路的一个实施例的电路结构图。

具体实施方式

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的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

如图2所示，为本发明提供的一种台区识别装置的一个实施例的结构示意图，并一并结合图3至图5所示，在该实施例中，该台区识别装置，包括设置于配电变压器端的主机1以及设置于用户端的分机2，所述主机1与所述分机2之间采用电力线进行载波通信；

其中，所述主机1包括：

脉冲电流检测模块11，与配电变压器低压端进行连接，用于检测并收发脉冲电流信号，具体地，其可以如脉冲测钳与变压器低压端进行连接，从而感应配电变压器低压端的脉冲电流信号；

主机载波通信电路10，与配电变压器低压端的各相电进行连接，用于在工频过零时向选定的电压端子注入载波信号，或接收载波信号；所述主机载波通信电路中进一步包括有电压过零检测电路和触发电路；

主机中央处理单元10，与所述脉冲电流检测模块、主机载波通信电路相连接，其可以采用诸如单片机来实现；

从机2包括：

载波信号接收模块22，用于接收来自主机的载波信号；

脉冲电流发生模块21，用于产生脉冲电流信号；

从机中央处理单元20，与所述载波信号接收模块和脉冲电流发生模块相连接；

WIFI模块(未示出)，用于与一手持终端3进行通信，所述手持终端3可以是诸如智能手机或平板电脑等。

其中，所述主机载波通信电路12包括主机工频载波接收电路120、主机工频载波发送电路121、主机调制解调电路122、电压过零检测电路123和触发电路124，其中，所述主机调制解调电路122分别与所述主机工频载波接收电路120、主机工频载波发送电路121、电压过零检测电路123、触发电路124以及主机中央处理单元10相连接。

具体地，采用WIFI通信模块，从机通过WIFI与一个主机移动终端(如智能手机)连接来显示数据，其中，从机WIFI通信模块利用TTL电平进行内部通讯，提高了通讯可靠率。当主机WIFI通信模块设置为WIFI主站，从机移动终端(如，智能手机)通过从机WIFI通信模块实现与从机中央处理单元之间的通讯，从而在从机移动终端处即可以实现无线管理台区分支检测装置的功能。所述从机WIFI通信模块是基于通用串行接口的符合网络标准的嵌入式模块，内置TCP/IP协议栈，能够实现串口、WIFI接口之间的转换。该从机WIFI通信模块可以设置成WIFI AP模式，即为热点。该热点除了可以连接智能手机之外，也可以连接其他台区分支检测装置。

主机载波通信电路12一般位于变压器的台变附近或者有A、B、C三相交流电供电的地方，它负责把相线的属性信息以信号的形式向分机中用户终端的接收模块发送，在配电线路中，正常通过50Hz的工频电压信号；可以理解的是，由于本发明采用的是基于工频过零调制的原理。帮在电压过零点时刻，由触发电路(如晶闸管触发电路)来进行信号的调制，将需要传递的信息参数用脉冲信号的形式通过晶闸管与配电线路的实际电压进行叠加，形成一个电压波形的畸变。晶闸管触发电路是工频过零调制的重要组成部分。其中，该电压过零检测电路用来确定电压过零点，以帮助确定脉冲调制的位置，作为整个模块检测及同步的依据。过零信号是否能够准确和稳定的检测将直接影响着测试仪信息传输以及相线确定的效果。所以过零检测调制电路是整个模块正常工作的基础和前提，现有技术中存在很多电压过零检测电路，在此不进行详述。下述再详细介绍一下主机中载波通信电路中触发电路的例子，以及介绍一下从机中载波信号接收电路的例子。

如图4所示，示出了图3中触发电路的一个实施例的电路结构图。所述触发电路包括：依次连接的与门、第一级单稳态触发器、与非门、第二级单稳态触发器，其中，所述与门的A脚接A相同步信号，其B脚接主机中央处理单元发出的MODEl信号，其Y脚接第一级单稳态触发器的A脚；在所述第一级单稳态触发器的VSS脚和CxRx脚之间连接有第一电容C1，所述第一电容C1的一端接地，其另一端通过第一可变电阻VR1接工作电平，其Q1脚接所述与非门的A脚相连接，其B负脚与Q1负脚相连接；所述与非门的Y脚连接所述第二级单稳态触发器的B负脚；在所述第二级单稳态触发器的VSS脚和CxRx脚之间连接有第八电容C8，所述第八电容C8的一端接地，其另一端通过第七可变电阻VR7接工作电平(如+5V)，其A脚与Q1脚相连接，其Q1脚输出触发信号。

其中，所述与门采用SN74HC08D型号与门，所述第一级单稳态触发器和第二单稳态触发器均采用CD4538型号触发器，所述与非门采用SN74HC02D型号与非门。

可以理解的是，采用低频过零载波通讯技术，通过在交流220V过零点9.5ms左右处控制晶闸管的通断，为了减轻主机中央处理单元(单片机)的负担同时避免程序死机和跑飞造成晶闸管导通角过大烧坏晶闸管，采用硬件控制晶闸管的导通角和触发脉宽，如图4，A相同步信号和单片机发出的MODE1信号通过与门SN74HC08D，然后通过第一级单稳态触发器CD4538控制晶闸管的触发角，由电阻VR1和电容C1的值决定，然后经过第二级单稳态触发器CD4538控制晶闸管的触发脉宽，触发脉宽由电阻VR7和电容C8的值决定，这样硬件限制住了晶闸管的导通角，即使软件死机或者跑飞都不会改变晶闸管的导通角，晶闸管就不会被烧坏，使电路使用起来更加稳定可靠。

如图5所示，示出了从机中载波信号接收电路的一个实施例的电路结构原理图。在该实施例中，所述从机中的载波信号接收模块至少包括：

整流电路、跟随电路、比较电路以及输出电路，其中：

所述整流电路包括，第一电阻R1，其第一端接入交流正信号AT+，其第二端分别与第二电阻R2、第三电阻R3的第一端相连接，所述第三电阻R3的第二端接地，所述第二电阻C2的第二端通过第二电容C2接地；

第十一电阻R11，其第一端接入交流负信号AT-，其第二端分别与第十电阻R10、第十二电阻R12的第一端相连接，所述第十电阻R10的第二端接地，所述第十二电阻R12的第二端通过第六电容C6接地；

第五电阻R5，其第一端接地，其第二端连接第六电阻R6的第一端，所述第六电阻R6的第二端连接第一二极管D1的负极、第二二极管D2的负极、第七电阻R7的第一端，所述第一电极管D1的正极暂连接第二电阻R2的第二端，所述第二二极管D2的正极连接所述第十二电阻R12的第二端；

所述跟随电路包括：

第一比较器U3A，其正相输入端连接所述第七电阻R7的第二端，且通过第五电容C5接地，其负相输入端与输出端相连；

所述比较电路包括：

第二比较器U3B，其正相输入端连接所述第五电阻R5的第二端，其负相输入端通过第四电阻R4与所述第一比较器U3A的输出端相连接，且通过并联的第十四电阻R14、第十五电阻R15接地；

输出电路包括：

第八电阻R8，其第一端连接所述第二比较器U3B的输出端，其第二端通过第九电阻R9接地，并作为输出端。

其中，所述第一比较器U3A和第二比较器U3B均采用LM324型号比较器。

可以理解的是，在该电路中首先将正负半周的交流信号均整到同一个方向，然后通过LM324构建的跟随电路，对信号进行整形，又通过LM324构建的比较电路将信号低于R4和R14与R15并联分压的值输出低电平，高于的输出高电平，这样当交流220v上有信号时，低电平的脉宽会比正常没有发信号的低电平的脉宽宽，在时域进行分析，这样软件通过定时器定时，比较前后4个低电平的脉宽宽度差值是否大于某一规定的阀值确定是否发送了信号，这样就避免了由于电网频率波动造成的信号干扰问题。

本发明的工作原理大致如下：

首先，在对需要测量处的用户端，将分机连接到用户端的电力线上；在配电变压器的主机处，使用柔性电流互感器把在开关的A、B、C三相缠绕在一起；

通过分机脉冲电流发收电路将一个脉冲电流发送到电力网上；而在主机端，通过零序电流互感器检测该脉冲电流信号，并通过相位检测电路进行检测，从而确定该发送了脉冲电路的用户端所连接的台区、变压器以及相位等信息；

主机载波通信电路控制工频过零处注入特定的载波信号，该载波信号中携带有上述的台区、变压器以及相位等信息，将其发送到电力网上，供该用户端接收；

相应分机，通过分机载波通信电路从电力网上接收该载波信号，经过解调处理以及信号谐波分析处理，识别出相应的信息；并在分机移动终端上进行显示，从而实现台区分支信息的检测过程。

实施本发明，具有如下的有益效果：

本发明提供的台区识别装置，采用脉冲电流法、低频过零电力线载波通信以及谐波分析相结合的方法，可以实现台区的分支信息检测，可以保证台区之间不串扰，抗干扰能力强，通讯距离远至3km以上，可以在不停电的状态下，能方便、快速、准确的检测配电变压器在共高压、共地、共电缆沟的相邻多台配变的台区情况下，判定用户在哪个配变台区供电，判别用户在配变台区的哪个相别供电，从而减少经济损失，降低线损率；

由于采用特殊的触发电路以及载波信号接收模块，抗干扰强；

同时，由于采用了WIFI通信的无线通讯方式，操作方便而且便于测试人员观察。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种安全稳定抗干扰能力强的台区识别装置，至少包括设置于配电变压器端的主机以及设置于用户端的从机；其特征在于，所述主机包括：

脉冲电流检测模块，与配电变压器低压端进行连接，用于检测并收发脉冲电流信号；

主机载波通信电路，与配电变压器低压端的各相电进行连接，用于在工频过零时向选定的电压端子注入载波信号，或接收载波信号；所述主机载波通信电路中进一步包括有电压过零检测电路和触发电路；

主机中央处理单元，与所述脉冲电流检测模块、主机载波通信电路相连接；

从机包括：

载波信号接收模块，用于接收来自主机的载波信号；

脉冲电流发生模块，用于产生脉冲电流信号；

从机中央处理单元，与所述载波信号接收模块和脉冲电流发生模块相连接；

WIFI模块，用于与一手持终端进行通信。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主机载波通信电路包括主机工频载波接收电路、主机工频载波发送电路、主机调制解调电路以及所述电压过零检测电路和触发电路，其中，所述主机调制解调电路分别与所述主机工频载波接收电路、主机工频载波发送电路、电压过零检测电路和触发电路以及主机中央处理单元相连接。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述触发电路包括：依次连接的与门、第一级单稳态触发器、与非门、第二级单稳态触发器，其中，所述与门的A脚接A相同步信号，其B脚接主机中央处理单元发出的MODEl信号，其Y脚接第一级单稳态触发器的A脚；在所述第一级单稳态触发器的VSS脚和CxRx脚之间连接有第一电容，所述第一电容的一端接地，其另一端通过第一可变电阻VR1接工作电平，其Q1脚接所述与非门的A脚相连接，其B负脚与Q1负脚相连接；所述与非门的Y脚连接所述第二级单稳态触发器的B负脚；在所述第二级单稳态触发器的VSS脚和CxRx脚之间连接有第八电容，所述第八电容的一端接地，其另一端通过第七可变电阻VR7接工作电平，其A脚与Q1脚相连接，其Q1脚输出触发信号。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述与门采用SN74HC08D型号与门，所述第一级单稳态触发器和第二单稳态触发器均采用CD4538型号触发器，所述与非门采用SN74HC02D型号与非门。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述从机中的载波信号接收模块至少包括：

整流电路、跟随电路、比较电路以及输出电路，其中：

所述整流电路包括，第一电阻，其第一端接入交流正信号，其第二端分别与第二电阻、第三电阻的第一端相连接，所述第三电阻的第二端接地，所述第二电阻的第二端通过第二电容接地；

第十一电阻，其第一端接入交流负信号，其第二端分别与第十电阻、第十二电阻的第一端相连接，所述第十电阻的第二端接地，所述第十二电阻的第二端通过第六电容接地；

第五电阻，其第一端接地，其第二端连接第六电阻的第一端，所述第六电阻的第二端连接第一二极管的负极、第二二极管的负极、第七电阻的第一端，所述第一电极管的正极暂连接第二电阻的第二端，所述第二二极管的正极连接所述第十二电阻的第二端；

所述跟随电路包括：

第一比较器，其正相输入端连接所述第七电阻的第二端，且通过第五电容接地，其负相输入端与输出端相连；

所述比较电路包括：

第二比较器，其正相输入端连接所述第五电阻的第二端，其负相输入端通过第四电阻与所述第一比较器的输出端相连接，且通过并联的第十四电阻、第十五电阻接地；

输出电路包括：

第八电阻，其第一端连接所述第二比较器的输出端，其第二端通过第九电阻接地，并作为输出端。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一比较器和第二比较器均采用LM324型号比较器。