CN201138510Y - 低压电力线载波通讯阻波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种低压电力线载波通讯阻波器，其特点是，该阻波器由棒状或“U”形软磁体、金属线圈和电容组成，线圈环绕于软磁体，电容并联于线圈两端。该阻波器可以串接在电能表零线回路中，使其成为载波电能表，也可以串接在位于采集器与多用户表箱之间的火线或零线中。本实用新型阻波器的软磁体可以是锰锌铁氧体或镍锌铁氧体，还可以由非晶体材料或者纳米晶材料制成。本实用新型阻波器能有效地阻止了阻波器以下，用户端用电器所产生的杂波干扰，使得阻波器以上的低压电力线中，载波信号频段范围内的干扰大为减少，从而保证了集中器、采集器、电能表之间能有效地进行计量数据传输和控制信号传输。

Description

低压电力线载波通讯阻波器

技术领域

本实用新型涉及一种以低压电力线作为载体进行载波通讯时所用阻波器，尤其是一种用于电能表载波集中抄收系统中的低压电力线载波通讯阻波器。

背景技术

对电能表电能计量数据的抄收是电力公司与用户之间电力商品买卖关系的依据。传统抄表形式是人工对每一块电能表的数据进行抄写，随后出现了无线远距离抄收，红外远距离抄收和GPS远距离抄收，这些抄收方式虽比人工“一对一”手工抄表前进了一大步，能够实现对一定距离范围内多块电能表的一次性同时抄收，但均不能达到低压电力线载波集中抄收方式所能达到的功能，低压电力线载波集中抄表方式能对数量大，分布广的电能表进行集中化计量抄收，同时还能为电力公司对电能表实施有效控制提供有效的手段。尽管低压电力线载波集中抄表的技术研发、产品试用经历了比较漫长的周期，遇到了重重困难，但该领域的技术发展，产业化进程的步伐始终没有停止过。在低压电力线载波集中抄表技术领域中，面临的一个重要问题是如何克服或排除用户用电器所产生的干扰，此类干扰形形色色，难以准确甄别，而且随机产生，对低压电力线中载波传输信号会产生严重干扰，甚至会完全淹没载波信号。同时，当用户使用一些容性负载(如开关电源)时，其滤波电容对相对频率比较高的载波信号呈现出非常低的阻抗，使载波信号近似短路，载波发射电路的输出阻抗也难以匹配。这些因素都直接影响电能表计量数据的实时抄收和控制信号的实时作用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种专用于低压电力线载波通讯的阻波器器件，以此阻波器一方面阻止用户电能表端以下所有用电器产生的杂波对载波频率段信号的干扰，另一方面，此阻波器还能阻止频率相对较高的载波信号被用户端容性负载短路或衰减。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是，该阻波器由直棒状或“U”形软磁体、金属线圈和电容构成，金属线圈环绕于棒状或“U”形软磁体，在金属线圈两端并联电容。电感线圈两端成为该阻波器电气连接端。环绕于该棒状软磁体外围的金属线圈等效为一个电感，阻波器等效为一个电容和一个电感的并联，形成谐振阻波，即载波信号中心频率附近的干扰杂波被该阻波器阻挡，其它频率的干扰杂波则照常通过，不受该阻波器阻挡。

上述技术方案中的阻波器串接在电能表零线回路中，即金属线圈两端分别连接电能表零线的进线端子和出线端子。这样形成一种带有阻波器的载波电能表。并可以根据需要，再在阻波器与电能表零线进线端子之间串接锰铜分流器或电流互感器，以全回路取样方式来计量电能。此技术方案中阻波器阻止其谐振频率附近的信号通过或极大地衰减这些干扰信号。

上述技术方案中的阻波器还可以串接在位于采集器与多用户表箱之间的火线或零线中。此技术方案中，可以实用于各种带有485总线或脉冲信号输出的普通单(三)相电能表，产生于这些电能表以下用电器干扰在谐振频率(即低压电力线载波频率)附近杂波统统被该阻波器所阻止。这样，采集器与集中器之间能保持良好的通讯，传输各电能表计量数据和控制信息。

上述技术方案中的棒状或“U”形软磁体为铁氧体材料制成，具体材料为锰锌铁氧体或镍锌铁氧体，金属线圈为带绝缘层的铜线。

上述技术方案中的棒状或“U”形软磁体还可以由铁基非晶材料或纳米晶材料制成，金属线圈为带绝缘层的铜线。

本实用新型还给出另外一种低压电力线载波通讯阻波器的技术方案，该阻波器由金属线圈和电容构成，金属线圈呈空芯环绕，在金属线圈两端并联电容。空芯电感线圈两端成为阻波器电气连接端。空芯环绕金属线圈等效为一个电感，阻波器等效为一个电容和一个电感的并联，形成谐振阻波，即载波信号中心频率附近的干扰杂波被该阻波器阻挡，其它频率的干扰杂波则照常通过，不受该阻波器阻挡。此阻波器可以串接在电能表零线回路中，形成带有阻波器的载波电能表。此阻波器也可以串接在位于采集器与多用户表箱之间的火线或零线中，此阻波器与采集器、集中器相互配套构成一种低压电力线载波通讯装置，安装该装置能实现对普通电能表(带485或脉冲信号输出端)计量数据的载波集中抄收。由于空芯电感线圈电感量参数比较稳定，虽然其体积相对较大，仍具有实用意义。尤其在与采集器、集中器构成载波装置时，此种空芯金属线圈阻波器更能发挥其良好的阻波性能。

本实用新型的优点是，阻波器串接在电能表零线回路中，一方面能有效阻止了电能表以下，用户端用电器所产生的杂波干扰，使得各电能表以上电力线中的载波信号不会受到产生于用户端用电器的杂波干扰，另一方面，阻波器还能减少用户端容性负载对载波信号的衰减或短路。此时，阻波器从阻挡或衰减干扰噪声和防止有用载波信号被衰减或短路两个方面保证了集中器与各电能表之间计量数据和控制信号地有效传输。本实用新型阻波器还可以串接在位于采集器与多用户表箱之间的火线或零线中，这样，该多用户表箱中的电能表就可以选用普通单(三)相电能表。此阻波器既可以阻挡该多用户表箱电能表以下所有用户用电器所产生的对载波信号的干扰，同时也可以减少用户端容性负载对载波信号的衰减和短路，从而保证了采集器与集中器之间载波传输电能计量数据。

附图说明

图1是本实用新型阻波器之一的直棒状软磁体与金属线圈结构示意图。

图2是本实用新型阻波器之二的“U”形软磁体与金属线圈结构示意图。

图3是图2的俯视图。

图4是本实用新型阻波器之三的空芯金属线圈结构示意图。

图5是图4的右视图。

图6是本实用新型阻波器之一的直棒状软磁体金属线圈阻波器与单相载波电能表的电气连接图。

图7是本实用新型阻波器之一的直棒状软磁体金属线圈阻波器及零线锰铜分流器与单相载波电能表的电气连接示意图。

图8是本实用新型阻波器之一的直棒状软磁体金属线圈阻波器与三相载波电能表的电气连接图。

图9是本实用新型阻波器与采集器、集中器配套用于的多用户普通电能表载波抄表系统的结构示意图。

图10是采用了本实用新型阻波器后形成的低压电力线载波集中抄表系统结构示意图。

以上附图中，1是棒状软磁体，2是金属线圈，3是“U”形软磁体，4是金属线圈，5是空芯金属线圈，6是棒状软磁体，7是铜质漆包线，8是电容，9是单相电能表零线进线端子，10是单相电能表零线出线端子，11是棒状软磁体，12是铜质漆包线，13是电容，14是锰铜取样分流器，15是单相电能表零线进线端子，16是单相电能表零线出线端子，17是棒状软磁体，18是铜质漆包线，19是电容，20是三相电能表零线进线端子，21是三相电能表零线出线端子，22是变压器，23是低压电力线，24是集中器，25是带阻波器采集器，26是采集器，27是阻波器，28是信号线，29是普通电能表(无载波功能且带有485或脉冲信号输出)，30是电力营销系统，31是主站计算机，32是变压器，33是低压电力线，34是信号线或公用网路，35是信号线，36是集中器I，37是集中器N，38是带在阻波器的载波电能表，38是集中器i，39是集中器n，40是采集器，41是阻波器，42是无载波功能的电能表(带485或脉冲信号输出)，43是变压器。

具体实施例

实施例一：

本实例给出了直棒状软磁体阻波器应用于单相载波电能表。

已有的载波电能表由于难以克服用电器杂波对载波信号的干扰，影响到抄见率及所抄见数据的可靠性，为此，应用受阻。本实施例是在现有的载波电能表零线回路中串接本实用新型直棒状软磁体阻波器，以达到阻止电能表下端用电器杂波对载波信号的干扰。

图1为直棒状软磁体与金属线圈结构示意图。

图6给出了直棒状锰锌铁氧体阻波器与5(30)安培单相载波电能表的安装连接示意图。根据载波频率为120KHz，直棒状锰锌铁氧体6的直径为35毫米，长度为113毫米，带绝缘层铜线7的线径为3.75毫米，线圈匝数为20匝，分两层绕制，内层12匝，外层8匝，并联在线圈两端的电容8为47nF。线圈一端接于电能表零线三号进线端子9，线圈另一端接于电能表零线四号出线端子10。考虑到阻波器通过电流后会产生热量，在电能表壳内安装阻波器时，通过隔板使阻波器与电路板隔开。

图2、图3中的“U”形软磁体阻波器同样也能适用于此实例中，替换直棒状软磁体阻波器。

图4、图5中的空芯线圈阻波器同样也能适用于此实例中，替换直棒状软磁体阻波器。

实施例二：

本实例给出了直棒状软磁体阻波器设置于双回路取样单相载波电能表，即阻波器安装在取样器件(锰铜分流器或电流互感器)与电能表零线四号出线端子之间，具体电气连接结构如图7所示。锰铜取样分流器14的另一端接于电能表零线进线端子15，锰铜取样分流器14是另一端连接于线圈12的一端，线圈12的另一端连接于电能表零线出线端子16。这样，零线回路中取样器件上获取的计量信号在载波频段范围内不会受到电能表以下干扰信号的影响。

在单相电能表中加装阻波器后，频率处在120KHZ±3KHZ附近的干扰信号明显地被阻波器衰减，衰减后干扰信号强度不到衰减以前干扰信号强度的10％。这样，频率为120KHZ的载波信号就能比较顺利地在电能表以上的电力线中传输，从而提高集中抄表的可靠性，使电能表计量数据抄见率达到99％以上，抄表距离不小于1千米。

如果在具有预付费、分时、自动通断功能的电能表中加装此阻波器，就能很好地实现电力营销部门对每个电能表各项功能的实时控制。

图2、图3中的“U”形软磁体阻波器同样也能适用于此实例中，替换直棒状软磁体阻波器。

图4、图5中的空芯线圈阻波器同样也能适用于此实例中，替换直棒状软磁体阻波器。

实施例三：

本实例给出了直棒状软磁体阻波器设置于三相载波电能表。具体电气连接结构如图8所示。直棒软磁体为锰锌铁氧体17，线圈为铜漆包线18，钽介电容19并联在线圈两端头，线圈的一端连接于三相电能表零线进线端20，线圈的另一端连接于三相电能表零线出线端21。此阻波器串接在三相电能表的零线回路中，使该三相电能表以下用电器不会对载波频段范围产生干扰。对于全回路取样三相电能表，只需将锰铜取样分流器串接于零线进线端子20与相应线圈端头之中即可。

图2、图3中的“U”形软磁体阻波器同样也能适用于此实例中，替换直棒状软磁体阻波器。

图4、图5中的空芯线圈阻波器同样也能适用于此实例中，替换直棒状软磁体阻波器。

实施例四：

本实例给出了阻波器、采集器、集中器三者结合形成一种新型载波装置，该载波装置的应用，为大量无载波功能电能表进行低压电力线载波集中抄表，提供了可行方案。

图9给出了一台区变压器下方，通过设置集中器、采集器和阻波器，对无载波功能电能表进行载波集中抄改造的电气连接示意图。

在变压器22以下，集中器24接入电力线23(粗实线表示电力线)，每个带阻波器采集器25也接入电力线23，阻波器27串接于采集器26与多用户表之间的火线(或零线)中。采集器26与普通电能表29之间采用485总线28方式(或脉冲信号线方式)进行连接并通讯，采集器26将采集到的电能表计量信息以载波方式经低压电力线23传输到集中器24中，再由集中器24通过电话网或互联网将各电能表计量数据传输到电力营销管理部门的主计算机中。同样，此载波装置也能将电力营销部门的控制信息经集中器24和采集器26传送到的每个电能表，使各电能表所固有的功能(如分时、预付费、欠费断开等)得以实现。

同理，此载波装置也能应用于没有载波功能普通三相电能表，使这些三相电能表通过载波方式实现集中抄表和实时控制。

本实施例是将阻波器安装在采集器壳体内(如附图9所示)，形成整体结构，便于安装。成为一种带有特定阻波器的采集器，由于采集器内部安装空间相对宽松，所以，阻波器可以首选图4图5所示的空芯线圈阻波器，空芯线圈电感量稳定性好，所构成阻波器的阻波效果也相对较好。此种阻波器的采用，一方面能保证阻波效果，另一方面也能保证流过阻波器的最大电流要求。

此种带阻波器的采集器与相应集中器配合形成了完整的低压电力线载波装置，该装置可适用于对现有普通电能表进行载波集中抄表。

实施例五：

本实施例给出了一个现实的低压电力线载波集中抄表系统，如附图10所示。

电力营销管理系统30从主站计算机31获取电能计量信息，同时主站计算机经集中器向各电能表发送控制指令，如预付费电量数据或分时表时段设置更改，以及欠费情况下切断电源供给等。主站计算机31与集中器之间可以用多种信道34实现通信，比如电话网(PSTN)、局域网(LAN，Ethernet)、GSM/GPRS和其它符合RS-232标准的设备或信道，其中利用局域网和GPRS可以建立互联网的工作方式，主站可以通过Internet实现抄表。

集中器I 37、集中器N 38之间还可以设置(N-2)个集中器，每个集中器向上均经一个变压器与电力线33连接，图10中只绘出一个变压器32以示意。每个集中器向下直接与带有阻波器的载波电能表(如图6图7图8中的载波电能表)每个集中器最多可管理1000块电子式载波电能表。带阻波器载波电能表作为低压电力线载波集抄系统的基本单元，电子载波表具有数据同源、安装维护方便(安装与普通电能表相同)、使用成本低等优点，它把电能计量部分，数据采集部分，数据传输部分集成在同一个线路板中，成为一种具有通信能力的电能表。在此载波电能表中增加阻波器，大大提高了系统抄见率。

集中器i 38、集中器n 39之间同样也可以设置(N-2)个集中器，每个集中器向上均经一个变压器与电力线33连接，图10中只绘出一个变压器43以示意。每个集中器向下与一个采集器40和一个阻波器41构成一个载波装置，每个多用户表箱配置一个这样的载波装置即能实现对普通无载波功能电能的载波集抄功能。阻波器41串接在采集器40与表箱之间的火(相)线或零线之中。采集器40与普通电能表之间可以通过485总线35、脉冲信号线等方式进行连接并通讯，传输电能表的计量信息，此时阻波器阻挡或衰减了阻波器下方对载波信号有影响的杂波干扰，使采集器40采集到各电能表计量数据以载波方式经输电线路33顺利地传输到集中器中。对于许多使用普通电能表用户而言，只需要在每个变压器下，设置这样一个载波装置，就能比较方便地实现此变压器下所有普通电能表载波方式集中抄表功能及其它电能表的固有功能(分时功能、预付费功能、欠费断电功能等)。

Claims (10)

1、一种低压电力线载波通讯阻波器，其特征在于：该阻波器由直棒状或“U”形软磁体、金属线圈和电容构成，金属线圈环绕于棒状或“U”形软磁体，在金属线圈两端并联电容。

2、根据权利要求1所述的低压电力线载波通讯阻波器，其特征在于：所述阻波器串接在电能表零线回路中，即金属线圈两端分别连接电能表零线的进线端子和出线端子。

3、根据权利要求2所述的低压电力线载波通讯阻波器，其特征在于：所述阻波器与电能表零线进线端之间串接锰铜分流器或电流互感器。

4、根据权利要求1所述的低压电力线载波通讯阻波器，其特征在于：所述阻波器串接在位于采集器与多用户表箱之间的火线或零线中。

5、根据权利要求1所述的低压电力线载波通讯阻波器，其特征在于：所述棒状或“U”形软磁体为铁氧体材料制成，金属线圈为带绝缘层的铜线。

6、根据权利要求5所述的低压电力线载波通讯阻波器，其特征在于：所述棒状或“U”形软磁体为锰锌铁氧体或镍锌铁氧体，金属线圈为带绝缘层的铜线。

7、根据权利要求1所述的低压电力线载波通讯阻波器，其特征在于：所述棒状或“U”形软磁体为铁基非晶或纳米晶材料制成，金属线圈为带绝缘层的铜线。

8、一种低压电力线载波通讯阻波器，其特征在于：该阻波器由金属线圈和电容构成，金属线圈中空环绕，在金属线圈两端并联电容。

9、根据权利要求8所述的低压电力线载波通讯阻波器，其特征在于：所述阻波器串接在电能表零线回路中。

10、根据权利要求8所述的低压电力线载波通讯阻波器，其特征在于：所述阻波器串接在位于采集器与多用户表箱之间的火线或零线中。

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