CN203561674U - 一种电流监测装置及防窃电负荷监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电流监测装置及防窃电负荷监测系统，该电流监测装置包括电源及电池管理单元与电流监测器，电源及电池管理单元与电流监测器相连；电流监测器包括：电流传感器单元、信号处理转换单元、中央处理单元、时钟铁电存储单元、TD-LTE230M无线电力专网传输单元、射频通信单元，电流传感器单元与中央处理单元通过信号处理转换单元相连；时钟铁电存储单元、TD-LTE230M无线电力专网传输单元、射频通信单元分别与中央处理单元相连。本实用新型的电流监测装置及防窃电负荷监测系统，在数据的安全性及可靠性上得到提升，避免了使用GPRS传输用电信息时易受到攻击、易丢失数据、安全性低、误操作等问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力领域，特别涉及一种电流监测装置及防窃电负荷监测系统。
背景技术
近年来，随着经济的高速增长和科学技术的发展，窃电现象呈现出高发和上升势态，窃电问题比以往更为严重。一些单位和个人，尤其是高能耗企业，将盗窃电能降低成本作为获利手段，采取各种方法窃取电量，以达到不交或少交电费的目的。窃电问题一直困扰着供电部门，窃电造成电能大量流失，严重损害了供电企业的合法权益，扰乱了正常的供用电秩序，同时也严重影响了电力事业的健康发展，而且给电网安全带来了严重威胁。窃电现象的主要特点表现为窃电手段科技化、窃电过程隐蔽化、窃电数量大额化，给国家造成了严重的经济损失。针对以上现象，一些电力企业虽然已经采取了人工排查、对高供低计用户实施高供高计改造以及推广用电信息采集系统的建设等措施，但这些传统的防窃电方法存在着很大的不足及客观缺陷，例如：人工排查和高供高计不仅不能实现实时监测，而且也浪费了大量的人力和物力成本，没有从根本上实现实时、高效、准确地防窃电。
为了解决现有防窃电措施的不足，已经有人开发出一种专用变压器供电（以下简称专变）用户负荷监测系统。该系统主要是在原有的用电信息采集系统的基础上增加了无线电流监测装置和无线数据收发装置。无线电流监测装置采集用户变压器一次侧用电信息，无线数据收发装置接收来自无线电流监测装置的数据，再通过无线公网GPRS的方式上传给远程主站，把该数据最后与二次侧用户电能表计量的用电数据进行比对分析，从而可以判断该用户是否有窃电嫌疑。该系统结构原理如图1所示，这种方式虽然可以实现对用户的用电情况实时、准确、直观以及全面的监控，但仍有其不足之处，主要有：
1.目前已有的系统上传主站的方式主要是基于无线公网的GPRS形式，而GPRS按流量计费，每台无线数据收发装置每月最低需5M，计费为20～100元。尽管长期挂在网上，只要不发生数据通信就不会产生费用，但必须随时监视网络状况，一旦发现掉网马上重新连网并同时将自己新的IP地址上报主站，从而增加了数据流量，而此部分流量费用也需由用户支付。据不完全统计，国家电网公司每年给中国移动公司缴纳几亿元的通讯费用。
目前现有的专变用户防窃电负荷监测系统中的无线数据收发装置主要采用无线公网GPRS方式上报主站的模式。如果按15分钟上报一次，每条短信费按0.1元计算，那么一年内一台无线数据收发装置需要支付给移动通信公司的短信费用为（24*60/15）*0.1*365=3504元，假如一年按照3万套来安装计算，则一年内需要给移动公司支付的短信费用为3504*30000≈1亿元。可见使用GPRS费用高得惊人。
2.电流监测装置采集变压器一次侧用电信息后，需把用电数据传输给无线数据收发装置，无线数据收发装置再通过无线公网GPRS的方式把该数据上传给远程主站，这种中转上传方式势必会增加负荷监测系统的成本。
实用新型内容
本实用新型的目的是公开一种电流监测装置及防窃电负荷监测系统，以解决现有技术中存在的防窃电监测系统在监测过程中安全性差的问题。
该电流监测装置包括电源及电池管理单元与电流监测器，电源及电池管理单元与电流监测器相连；该电流监测器包括：电流传感器单元、信号处理转换单元、中央处理单元、时钟铁电存储单元、TD-LTE230M无线电力专网传输单元、射频通信单元，电流传感器单元与中央处理单元通过信号处理转换单元相连；时钟铁电存储单元、TD-LTE230M无线电力专网传输单元、射频通信单元分别与中央处理单元相连。
在上述技术方案中，本实用新型电流监测装置的电流监测器还包括看门狗和掉电保护单元，看门狗和掉电保护单元与中央处理单元相连。
在上述技术方案中，本实用新型电流监测装置的电流监测器还包括磁场检测单元，磁场检测单元与中央处理单元相连。
在上述技术方案中，信号处理转换单元包括信号处理单元与A/D转换单元，信号处理单元与中央处理单元通过A/D转换单元相连。
本实用新型的电流监测装置采用TD-LTE230M技术，在数据的安全性、可靠性及实时性方面得到提升，同时降低了电力企业的成本；避免了使用GPRS传输用电信息时容易受到攻击、易丢失数据、安全性低、误操作等问题。
为了解决现有技术中存在的防窃电监测系统在监测过程中安全性差的问题，本实用新型还提出了一种防窃电负荷监测系统，该防窃电负荷监测系统包括上述的电流监测装置和主站，电流监测装置通过TD-LTE230M无线电力专网传输单元与主站通信。
本实用新型的防窃电负荷监测系统由于省略了无线数据收发装置，大大降低了防窃电负荷监测系统的成本，同时把TD-LTE230M技术应用在防窃电负荷监测系统中，替代原有GPRS技术。由于TD-LTE230M技术使用权专属电力企业。因此，相对以往GPRS技术，使用TD-LTE230M技术对用电信息进行传输避免了数据易受到攻击、易丢失、安全性低、误操作、高危险等问题，每年为电力企业节省了巨额的用电信息传输成本。
附图说明
图1是现有技术的防窃电负荷监测系统原理结构图；
图2是本实用新型的电流监测装置的原理图；
图3是本实用新型的信号处理单元及A/D转换单元的原理图；
图4是本实用新型的中央处理单元的原理图；
图5是本实用新型的磁场检测单元的原理图；
图6是本实用新型的时钟铁电存储单元的原理图；
图7是本实用新型的看门狗和掉电保护单元的原理图；
图8是本实用新型的射频通信单元的原理图；
图9是本实用新型的TD-LTE230M无线电力专网传输单元的原理图；
图10是本实用新型的电源及电池管理单元的原理图；
图11是本实用新型的防窃电负荷监测系统的结构图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的几个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
为了解决现有技术中存在的防窃电监测系统在监测过程中安全性差的问题，本实用新型提供了一种电流监测装置。
如图2所示，本实用新型的电流监测装置包括：电源及电池管理单元210与电流监测器，电源及电池管理单元210与电流监测器相连；该电流监测器包括：电流传感器单元201、信号处理转换单元、中央处理单元204、时钟铁电存储单元206、射频通信单元208、TD-LTE230M无线电力专网传输单元209，电流传感器单元201与中央处理单元204通过信号处理转换单元相连；信号处理转换单元包括信号处理单元202与A/D转换单元203，信号处理单元202与中央处理单元204通过A/D转换单元203相连；时钟铁电存储单元206、射频通信单元208、TD-LTE230M无线电力专网传输单元209分别与中央处理单元204相连。
本实用新型的电流监测装置的电流监测器还包括磁场检测单元205、看门狗和掉电保护单元207，磁场检测单元205、看门狗和掉电保护单元207分别与中央处理单元204相连。
电流传感器单元201主要是使用带有磁芯电流互感器，负责从中高压电力线提取中高压电力线的电流以及电场抽能。单磁芯互感器由铁芯及缠绕在铁芯上的线圈组成。线圈用来进行电流采样以及电场抽能，其感应的电流用于向信号处理单元202及A/D转换单元203提供采样电流，所抽取的能量用来给电流监测装置供电。
如图3所示为信号处理单元202及A/D转换单元203的原理图，信号处理单元202及A/D转换单元203主要用来处理由电流传感器单元201感知的电流信息，经过A/D转换后，把电流信息转换成中央处理单元204可识别的数字信号。
如图4所示为中央处理单元204的原理图，中央处理单元204主要是起到整个电流监测装置核心控制及数据处理的作用，用来计算瞬时功率，并控制射频通信单元208以及TD-LTE230M无线电力专网传输单元209，把此数据通过无线的形式发送；接收并处理磁场检测单元205发送的数据，以此判断周围磁场是否为干扰磁场，并做出相应的告警等一系列动作。
如图5所示为磁场检测单元205的原理图，磁场检测单元205主要由模拟霍尔位置传感器SS490和运算放大器LM358两部分组成。当周围没有磁场时，传感器输出2.5V电压；当周围有磁场时，其输出与所检测到的磁场强度成正比的电压值。运算放大器LM358的作用是驱动传感器SS490，传感器SS490的输出电压通过运算放大后输入中央处理单元204的AD口。中央处理单元204通过检测此电压信号，并做相应的处理，来检测磁场强度大小，当检测到的磁场强度超出预设阈值时，通过射频的方式报警信息，提示电流监测装置周围存在强磁场干扰。
如图6所示为时钟铁电存储单元206的原理图，时钟铁电存储单元206的作用是为中央处理单元204提供精准时钟，保证收发对时的精准性。本实用新型中时钟电路采用RX8025T，RX8025T是一款拥有I2C（Inter－IntegratedCircuit，两线式串行总线）接口和温度补偿功能的新型实时时钟芯片，内部集成32.768KHz温度补偿晶体振荡器，可用于各种需要高精度时钟的场合。通过设置相应补偿的控制位，可以实现不同间隔的温度补偿功能，从而大大提高了时钟的精度。芯片可设置四种不同的时段进行温度补偿，默认设置是2S补偿。该芯片采用C-MOS工艺生产，具有极低的功能消耗，可长期使用电池供电。
由于中央处理单元204程序庞大，仅使用其内部的存储单元无法满足庞大的程序存储，因此需要使用外扩的铁电存储单元来完成程序存储。在本实用新型中，铁电存储单元可采用FM24CL64。但不限于此，可根据需求选择其它芯片。
如图7所示为看门狗和掉电保护单元207的原理图，看门狗和掉电保护单元207的作用是确保无线数据收发装置不会因为程序跑飞而死机，确保无线数据收发装置能够从由外部原因导致的异常中复位，并确保在电压降低到设定阈值时，能够使系统复位。
如图8所示为射频通信单元208的原理图，射频通信单元208用来实现监测装置之间的通信。通信方式主要以射频通信的方式进行，通信频率可以选择433MHz或915MHz。
如图9所示为TD-LTE230M无线电力专网传输单元209的原理图，为了保证电力企业的自主权，保证远程通信数据的安全性、可靠性及实时性，降低电力企业的成本，采用无线电力专网传输数据是未来形势所趋。本实用新型中采用的TD-LTE230M无线电力专网传输单元（但不限于此，可根据需求选择其它模块或单元）具有透明、包容性强的通讯协议，高吞吐量、适合多种通讯场所等特点。TD-LTE230M无线电力专网传输技术具有低成本广覆盖、系统兼容性好、安全性强、海量实时在线终端用户等特点。避免了原有使用GPRS传输用电信息时容易受到攻击、易丢失数据、安全性低、误操作危险高等问题。
如图10所示为电源及电池管理单元210的原理图，整个电流监测装置的供电部分主要由电流互感器线圈电场抽能的方式进行供电，在线圈的后端接有两个LDO电源芯片，分别输出5V和3.3V电压。考虑到电压输入输出特性，LDO芯片可采用78L05和LM1117IMPX-3.3。供电部分不限于此，也可使用锂电池进行供电，同样，芯片可以选择其他芯片。
本实用新型的电流监测装置采用TD-LTE230M无线电力专网传输技术，在数据的安全性、可靠性及实时性方面得到提升，同时降低了电力企业的成本；避免了使用GPRS传输用电信息时容易受到攻击、易丢失数据、安全性低、误操作等问题。
为了解决现有技术中存在的防窃电监测系统在监测过程中安全性差的问题，本实用新型提出了一种防窃电负荷监测系统，该防窃电负荷监测系统包括上述的电流监测装置和主站，电流监测装置通过TD-LTE230M无线电力专网传输单元与主站通信。本实用新型的防窃电负荷监测系统结构如图11所示，具体工作原理如下：
装在A、B、C三相的电流监测装置分别采集电力变压器一次侧的三相的用电数据，采集完成后，其中两相的电流监测装置（如：电流监测装置B和电流监测装置C）把其采集到的用电数据通过无线微功耗的方式（诸如通过射频通信单元208的射频方式）传输给另外一相电流监测装置（如：电流监测装置A），该电流监测装置（如：电流监测装置A）接收完成后，再通过TD-LTE230M无线电力专网传输的方式，把三相用电数据上传给远程主站，从而完成整个防窃电负荷监测系统的工作。在三个电流监测装置中，只需有一个装置配置TD-LTE230M无线电力专网传输单元即可，另外两个监测装置可使用现有技术。当然，三个装置可分别配置相应的TD-LTE230M无线电力专网传输单元。
本实用新型的防窃电负荷监测系统由于省略了无线数据收发装置，大大降低了防窃电系统的成本，同时把新型TD-LTE230M无线电力专网传输技术应用在防窃电负荷监测系统中，替代原有GPRS技术。由于TD-LTE230M无线电力专网传输技术使用权专属电力企业。因此，相对以往GPRS技术，使用TD-LTE230M无线电力专网传输技术对用电信息进行传输避免了数据受到攻击、易丢失、安全性低、误操作等问题，每年为电力企业节省了巨额的用电信息传输成本。
以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种电流监测装置，其特征在于，包括：电源及电池管理单元与电流监测器，所述电源及电池管理单元与所述电流监测器相连；
所述电流监测器包括：电流传感器单元、信号处理转换单元、中央处理单元、时钟铁电存储单元、TD-LTE230M无线电力专网传输单元、射频通信单元，所述电流传感器单元与所述中央处理单元通过所述信号处理转换单元相连；
所述时钟铁电存储单元、所述TD-LTE230M无线电力专网传输单元、所述射频通信单元分别与所述中央处理单元相连。
2.根据权利要求1所述的电流监测装置，其特征在于，所述电流监测器还包括：看门狗和掉电保护单元，所述看门狗和掉电保护单元与所述中央处理单元相连。
3.根据权利要求1所述的电流监测装置，其特征在于，所述电流监测器还包括：磁场检测单元，所述磁场检测单元与所述中央处理单元相连。
4.根据权利要求1所述的电流监测装置，其特征在于，所述信号处理转换单元包括信号处理单元与A/D转换单元，所述信号处理单元与所述中央处理单元通过所述A/D转换单元相连。
5.一种防窃电负荷监测系统，其特征在于，包括权利要求1-4任意一项所述的电流监测装置和主站，所述电流监测装置通过TD-LTE230M无线电力专网传输单元与所述主站通信。
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