CN110174546A - 一种非侵入式电力线采集装置 - Google Patents

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吴海啸
陈玉峰
姜朋昌
张涌
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Abstract

本发明公开了一种非侵入式电力线采集装置，属于测量电变量的技术领域。非侵入式电力线采集装置包括：卡扣式电压感应单元、卡扣式电流感应单元、温度感应单元、测量单元、运算单元、通信单元，将被测电力线卡合在感应单元闭合时形成的腔体内以采集电压信号和电流信号，能够在无需协调断电且不破坏原有线缆绝缘结构的情形下采集数据，省去了传统方案针对每一分支回路都要加装电流互感器、采集器、通信模块等设备的麻烦，安装便捷、维护替换方便、降低成本。

Description

一种非侵入式电力线采集装置
技术领域
本发明公开了一种非侵入式电力线采集装置，属于综合能源系统测量电变量的技术领域。在风力发电、光伏等新能源及节能环保领域都有着广泛的应用。
背景技术
电力系统自动化程度的提高以及大数据互联网技术的深入发展使得用户配电房系统托管运维、云端监测成为可能。配电房云端托管系统在电能监测、节能服务、故障预警、托管运维、有序用电、用电服务、需求侧响应方面有着非常广阔的应用前景。而对于配电房云端托管系统，用电单位除了需要对总用电回路(如：10KV侧)进行监测外，还需对各个分支用电回路(如：400V馈线)进行监测。
传统配电房的一二次系统自动化程度较低，电力数据的监测和采集只是通过保护装置、远动装置或者计量表实施，通常只能监测到10kv母线层面，而对于400V低压出线并没有实际的数据采集和监测；对于400V的低压出线，大部分电力数据监测装置只检测B相电流且仅通过机械式指针表计就地显示。现有技术一般采用在各分支回路中加装电流互感器、采集器、通信模块等设备以实现对各用电回路用电信息和电能质量的监测，然而，每个配电房分支用电回路多，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，维护不方便。
发明内容
本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种非侵入式电力线采集装置，实现了各电压等级母线的非侵入式数据采集，克服了现有的电力数据采集监测装置采集、处理各用电回路用电信息和电能质量信息存在成本太高、工作量大、施工困难的缺陷。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
本发明的一种非侵入式电力线采集装置包括：卡扣式电压感应单元、卡扣式电流感应单元、温度感应单元、测量单元、运算单元、通信单元。被测电力线卡接在所述电压感应单元卡扣闭合时所形成腔体和电流感应单元卡扣闭合时所形成腔体的重合区域内，温度感应单元贴合在卡扣式电压感应单元上，卡扣式电压感应单元传输其检测的电压信号至测量单元，卡扣式电流检测单元传输其检测的电流信号至测量单元，温度感应单元输出其检测的温度数据至测量单元，测量单元对电压信号、电流信号、温度数据进行数据处理后输出电压测量值、电流测量值、温度测量值至计算芯片，运算单元根据电压测量值、电流测量值、温度测量值计算电力数据和环境数据，通信模块将计算芯片输出的电力数据和环境数据上传至上位机。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：
(1)本发明设计了卡扣式的电压感应单元及卡扣式的电流感应单元，将被测电力线卡合在感应单元闭合时形成的腔体内以采集电压信号和电流信号，能够在无需协调断电且不破坏原有线缆绝缘结构的情形下采集数据，省去了传统方案针对每一分支回路都要加装电流互感器、采集器、通信模块等设备的麻烦，安装便捷、维护替换方便、降低成本。
(2)采用无线组网技术将本发明涉及的采集装置安装在待监测回路中，利用采集装置自带的无线通信模块上传采集数据，提高传输效率，无需铺设通信线缆即可对现有分支回路监测装置的改造，降低了改造难度，推广使用的前景好。
附图说明
图1为非侵入式电力线采集装置的电路模块图。
图2为非侵入式电力线采集装置的机械结构图。
图3为非侵入式电力线采集装置卡扣安装打开后的示意图。
图4为非侵入式电力线采集装置中电压感应单元的结构图。
图5为由双圆弧状矩形电容片感应电压的原理图。
图6为非侵入式电力线采集装置中电流感应单元的结构图。
图7为非侵入式电力线采集装置校正方法的流程图。
图中表示说明：1、电木压线，1-1、电木压线螺栓，1-2、电压母线橡胶，2、电压感应单元，2-1、电压感应单元上盖壳体，2-2、电压感应单元下盖壳体，2-3、电压感应元件仓、2-4、电压感应元件，3、电流感应单元，3-1、电流感应单元上盖壳体，3-2、电流感应单元下盖壳体，3-3、磁芯，3-4、霍尔电流感应芯片，3-5、地线联通点，4、温度测量芯片，5、转轴，6、固定螺丝，7、被测电力线。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
本发明公开的非侵入式电力线采集装置的电路结构如图1所示，包括：具有两个感应电压传感器的电压感应单元、电流感应单元、温度感应单元、测量单元、运算单元、通信单元，电压感应单元采集到的两个感应电压通过差分电路和运放电路后输入测量电路中；感应电流传感器感应到的感应电流通过运放电路输入测量电路；温度传感器采集到的温度信息送至测量电路；测量电路将模拟信号数字化后输送到计算芯片进行处理和计算得到电力数据(电压、电流、有功无功、功率因素、四象限电度等)和环境数据，计算芯片输出的信息通过Lora无线通信模块传输至上位机。
如图2所示，卡扣式的电压感应单元2与卡扣式的电流感应单元3贴装开模于一体，用于检测电力线表面温度的温度测量芯片4贴合在电压感应单元2上，电压感应单元2与电流感应单元3都装有在卡扣时起固定限位作用的固定螺丝6。
卡扣式的电压感应单元如图3、图4所示，包括：电压感应单元上盖壳体2-1、电压感应单元下盖壳体2-2、电木压线1、两个固定在电压感应单元下盖壳体上的电压感应元件仓2-3、分别置于两个电压感应元件仓2-3内的电压感应元件2-4，电压感应下盖壳体2-2上固定有转轴5，电压感应上盖壳体2-1上装有固定螺丝6，电压感应单元上盖壳体2-1上留有用于与电木压线结构1螺纹连接的丝口，电木压线1包括电木压线螺栓1-1以及与其端部一体成型的电压母线橡胶1-2，电压感应电路排布在电压感应单元内。电木压线将被测电力线7紧压在半圆柱形电压感应元件仓内，直至电压母线橡胶1-2无法形变为止，以保证被测电力线与电压感应元件贴合，电压感应单元上盖壳体2-1围绕转轴5旋转至与电压感应单元下盖壳体2-2卡扣闭合的位置，拧紧固定螺丝6即可实现电力线的锁死卡扣。
电压感应元件为两个电容容值参数不同、填充物为电介常数稳定的圆弧状矩形电容片，圆弧状矩形电容片成半圆状对被测电力线成包裹形态，具体原理示意图如图5所示。圆弧状矩形电容片1和圆弧状矩形电容片2的电容容值参数不同，双圆弧状矩形电容片远离电力线一侧的极板通过地线接入端口，与地线联通(如图6所示的地线联通点3-5)；两个靠近电力线一侧的极板分别引线A和B，将感应出的交变电压的幅值和波形接入差分电路中，求差值并送入后续采集电路中。差分电路能够将感应出来的电压信号相减以抵消共同受到的外界干扰，从而获得与实测电压同频、相差固定、比例固定的感应电压。因此当单相电缆线被电木压线结构紧压在半圆柱形电压感应元件仓内时，电压感应元件就能够产生感应电压。
电流感应单元如图6所示，包括：电流感应单元上盖壳体3-1、电流感应单元下盖壳体3-2，电流感应上盖壳体3-1贴有环状磁芯3-3，电流感应单元下盖壳体3-2贴有环状磁芯3-3且环状磁芯3-3的两个端部贴有霍尔电流感应芯片3-4，电流感应单元下盖壳体3-2上固定有转轴5，电流感应单元下盖壳体3-2上装有紧固螺丝6，电流感应电路排布在电流感应单元内，电流感应上盖壳体3-1围绕转轴5旋转至与电流感应单元下盖壳体3-2卡扣闭合的位置，拧紧固定螺丝6即可实现电力线的锁死卡扣。闭合磁路的磁芯和霍尔电流感应芯片能够感应出被测电力线电流变化引起的磁场变化，从而感应出与实测电流同频、相差固定、比例固定的感应电流。
对卡装好的非侵入式电力线采集装置进行进一步的电压精度校正，其校正流程如图7所示。
本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非侵入式电力线采集装置，其特征在于，包括：卡扣式电压感应单元、卡扣式电流感应单元、温度感应单元、测量单元、运算单元、通信单元，被测电力线卡接在所述电压感应单元卡扣闭合时所形成腔体和电流感应单元卡扣闭合时所形成腔体的重合区域内，温度感应单元贴合在卡扣式电压感应单元上，卡扣式电压感应单元传输其检测的电压信号至测量单元，卡扣式电流检测单元传输其检测的电流信号至测量单元，温度感应单元输出其检测的温度数据至测量单元，测量单元对电压信号、电流信号、温度数据进行数据处理后输出电压测量值、电流测量值、温度测量值至计算芯片，运算单元根据电压测量值、电流测量值、温度测量值计算电力数据和环境数据，通信模块将计算芯片输出的电力数据和环境数据上传至上位机。
2.根据权利要求1所述一种非侵入式电力线采集装置，其特征在于，所述卡扣式电压感应单元包括：电压感应单元上盖壳体、电压感应单元下盖壳体、与电压感应单元上盖壳体丝扣连接的电木压线、两个固定在电压感应单元下盖壳体上的电压感应元件仓、分别置于两个电压感应元件仓内的电压感应元件，电压感应下盖壳体上固定有转轴，电压感应电源上盖壳体套在转轴上，所述电压感应单元上盖壳体围绕转轴旋转至与电压感应单元下盖壳体卡扣闭合的位置，电木压线将被测电力线压实在电压感应单元上盖壳体与电压感应单元下盖壳体卡扣闭合时所形成的的腔体内。
3.根据权利要求1所述一种非侵入式电力线采集装置，其特征在于，所述卡扣式电流感应单元包括：电流感应单元上盖壳体、电流感应单元下盖壳体，电流感应单元下盖壳体上固定有转轴，电流感应单元上盖壳体套在转轴上，电流感应上盖壳体贴有环状磁芯，电流感应单元下盖壳体贴有环状磁芯且环状磁芯的两个端部贴有霍尔电流感应芯片，所述电流感应上盖壳体围绕转轴旋转至与电流感应单元下盖壳体卡扣闭合的位置。
4.根据权利要求2所述一种非侵入式电力线采集装置，其特征在于，所述电木压线包括电木压线螺栓以及与其端部一体成型的电压母线橡胶。
5.根据权利要求2所述一种非侵入式电力线采集装置，其特征在于，所述温度感应单元贴合在电压感应单元上盖壳体上。
6.根据权利要求2所述一种非侵入式电力线采集装置，其特征在于，所述电压感应上盖壳体上装有紧固螺丝。
7.根据权利要求3所述一种非侵入式电力线采集装置，其特征在于，所述电流感应单元下盖壳体上焊接有地线联通点。
8.根据权利要求3所述一种非侵入式电力线采集装置，其特征在于，所述电流感应上盖壳体上装有紧固螺丝。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述一种非侵入式电力线采集装置，其特征在于，测量单元对电压信号、电流信号、温度数据进行如下数据处理得到电压测量值、电流测量值、温度测量值：对电压信号进行差分、放大、模数转换处理得到电压测量值，对电流信号进行放大、模数转换处理得到电流测量值，对温度数据进行模数转换处理得到温度测量值。
10.根据权利要求1至8中任意一项所述一种非侵入式电力线采集装置，其特征在于，所述通信单元为Lora无线通信单元。
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