CN204008817U - 一种电流监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了电力监测技术领域中的一种电流监测装置。本实用新型的电流监测装置包括电流传感器、A/D转换器、选择电路、TD-LTE230M无线传输电路和电源；所述电流传感器和A/D转换器连接；所述A/D转换器和选择电路连接；所述选择电路和TD-LTE230M无线传输电路连接；所述电流传感器、A/D转换器、选择电路、TD-LTE230M无线传输电路分别与电源连接。本实用新型通过TD-LTE230M无线传输电路取代现有电流监控使用的GPRS模块，信息传输安全性高。

Description

一种电流监测装置

技术领域

本实用新型涉及电力监测技术领域，具体地，涉及一种电流监测装置。

背景技术

近年来，随着经济的高速增长和科学技术的发展，中国的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，一些单位或个人，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。主要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、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，已经有人开发一种针对专变用户的负荷监测系统。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负荷监测装置和无线数据收发装置。无线负荷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负荷监测装置的数据，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。现有电流监测装置的原理图如图1所示。

这种方式虽然可以做到了对用户的用电情况准确、直观以及全面的监控。但也有其不足之处。例如：

上述的系统与主站的通信方式主要是基于无线公网的GPRS形式，而GPRS属于公用的信息传输方式，因此，信息传输安全性较差。

发明内容

本实用新型提供一种电流监测装置，用以解决现有电流监控存在的信息传输安全性差等不足。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电流监测装置，该装置包括电流传感器、A/D转换器、选择电路、TD-LTE230M无线传输电路和电源；

电流传感器和A/D转换器连接；A/D转换器和选择电路连接；选择电路和TD-LTE230M无线传输电路连接；电流传感器、A/D转换器、选择电路、TD-LTE230M无线传输电路分别与电源连接。

优选地，装置还包括射频电路；射频电路分别与选择电路和电源连接。

优选地，装置还包括磁场检测电路；磁场检测电路分别与选择电路和电源连接。

优选地，装置还包括存储电路；存储电路分别与选择电路和电源连接。

优选地，装置还包括看门狗芯片；看门狗芯片分别与选择电路和电源连接。

优选地，装置还包括掉电保护电路；掉电保护电路分别与选择电路和电源连接。

优选地，射频电路的通信频率为433MHz或915MHz。

优选地，磁场检测电路包括霍尔位置传感器和运算放大器；运算放大器和霍尔位置传感器连接；霍尔位置传感器和选择电路连接；运算放大器和霍尔位置传感器分别与电源连接。

优选地，存储电路包括时钟电路和铁电存储器；时钟电路和铁电存储器连接；时钟电路和铁电存储器分别与选择电路和电源连接。

优选地，电源包括电流互感器、电池、电量保护电路、DC/DC转换电路和电能检测电路；电流互感器和电池连接；电池分别与电量保护电路、DC/DC转换电路和电能检测电路连接。

本实用新型的上述技术方案的有益效果如下：

上述技术方案中，本实用新型通过TD-LTE230M无线传输电路取代现有电流监控使用的GPRS模块，信息传输安全性高。同时具有稳定性高、实时性强等优点。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为现有电流监测装置的原理图；

图2为本实用新型电流监测装置的原理图；

图3为实施例1中电流监测装置的结构图；

图4为在图3的基础上增加射频电路后的结构图；

图5为在图4的基础上增加磁场检测电路后的结构图；

图6为在图5的基础上增加存储电路后的结构图；

图7为在图6的基础上增加看门狗芯片后的结构图；

图8为在图7的基础上增加掉电保护电路后的结构图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

为了解决现有电流监控存在的信息传输安全性差、稳定性低和电流监控装置结构复杂等不足，本实用新型提供了一种电流监测装置。本实用新型电流监测装置的结构图如图2所示。

实施例1

本实施例提供了一种电流监测装置，如图3所示，该装置包括电流传感器、A/D转换器、选择电路、TD-LTE230M无线传输电路和电源；

电流传感器和A/D转换器连接；A/D转换器和选择电路连接；选择电路和TD-LTE230M无线传输电路连接；电流传感器、A/D转换器、选择电路、TD-LTE230M无线传输电路分别与电源连接。

本实施例通过TD-LTE230M无线传输电路取代现有电流监控使用的GPRS模块，具有信息传输安全性高、稳定性高、实时性强等优点。由于TD-LTE230M无线传输电路属于电力系统的专有线路，出现故障后，维护也较容易。

本实用新型的电流监测装置还可以包括射频电路；如图4所示，射频电路分别与选择电路和电源连接。当监测三相电流时，需要3个本实用新型的电流监测装置，射频电路用来在3个本实用新型的电流监测装置之间进行无线信号传递。本实施例的射频电路的通信频率为433MHz或915MHz。

此外，电流监测装置还可以包括磁场检测电路；如图5所示，磁场检测电路分别与选择电路和电源连接。磁场检测电路包括霍尔位置传感器和运算放大器；运算放大器和霍尔位置传感器连接；霍尔位置传感器和选择电路连接；运算放大器和霍尔位置传感器分别与电源连接。当磁场检测电路检测出电流监测装置周围的磁场强度大于设定值时，磁场检测电路会通过选择电路发出报警信号。报警信号通过蜂鸣器或报警灯来提示用户；报警信号也可以通过TD-LTE230M无线信号进行远程报警。

电流监测装置还包括存储电路；如图6所示，存储电路分别与选择电路和电源连接，存储电路包括时钟电路和铁电存储器；时钟电路和铁电存储器连接；时钟电路和铁电存储器分别与选择电路和电源连接。存储电路用于保存必要的信息，便于信息查询。

电流监测装置还包括看门狗芯片；如图7所示，看门狗芯片分别与选择电路和电源连接。

电流监测装置还包括掉电保护电路；如图8所示，掉电保护电路分别与选择电路和电源连接。

电流监测装置的电源包括电流互感器、电池、电量保护电路、DC/DC转换电路和电能检测电路；电流互感器和电池连接；电池分别与电量保护电路、DC/DC转换电路和电能检测电路连接。电流互感器能从被测电力线路获取电能，然后将电能存储到电池中，不用人为对电源进行充电，解决了高空电源充电难的问题，极大地简化了对电流监控装置的维护。

此外，本实施例的电流监测装置无需无线接收装置就可与远程主站通信，降低了结构复杂度。

实施例2

以下通过一个实际的场景对本实用新型进行说明。

本实施例提出一种基于新型TD-LTE230M技术的电流监测装置。该装置可以无需无线接收装置就可与远程主站直接通信，大大降低了防窃电成本。在电流监测集成TD-LTE230M无线传输电路，把从变压器一次侧监测到的用电信息直接通过TD-LTE230M方式上传给远程主站。

230MHz(VHF)PIN频段一共十五对双工频点和十个单工频点受到全国无线电管理委员会批准并保护专供电力管理系统使用。由于使用权全部归属电力企业，是极好的独占式通讯资源，保证了系统信道使用唯一性，法律法规上不允许被挪作它用，可以作为一种一次投资永久享用的资源，可免费使用。因此，本实施例将新型TD-LTE 230M电力无线宽带用电信息采集技术应用在新型的专变用户防窃电负荷监测系统中。

针对现有的防窃电负荷监测系统架构以及采用无线公网GPRS方式上传主站方式的不足，本实施例提出了一种新型的防窃电负荷监测系统架构，以及基于新型无线电力专网TD-LTE230M技术的电流监测装置。该新型防窃电负荷监测系统架构如图2所示：

该系统具体工作原理如下：

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)把此用电数据通过无线微功耗的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无线传输电路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。

电流监测装置主要由电流传感器、A/D转换器、选择电路、存储电路、看门狗芯片和掉电保护电路、磁场检测电路、射频电路、TD-LTE230M无线传输电路以及电源组成。

一)、电流传感器

电流传感器主要是使用带有磁芯的电流互感器，负责从中高压电力线提取中高压电力线的电流以及电场空间抽能。单磁芯互感器由铁芯、缠绕在铁芯上的线圈组成。线圈用于电流采样以及电场空间抽能，其感应得到的电流用于向后续部件提供采样电流。

二)、A/D转换器

A/D转换器主要用来处理由电流传感器感知的电流信息，经过A/D转换后，把电流信息转换成选择电路可识别的数字信号。

三)、选择电路

选择电路用于为电流监测装置的各种信号选择对应的操作部件，并控制射频电路以及TD-LTE230M无线传输电路，把此数据通过无线的形式发送；接收磁场检测电路发送的数据，以此判断周围磁场是否为干扰磁场。并做出相应的告警的一系列动作。本领域技术人员应该知道的是，本实施例的选择电路为现有的公知电路，例如：TI公司的MSP430系列单片机等。

四)、磁场检测电路

磁场检测电路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。霍尔位置传感器采用5V供电方式，当周围没有磁场时，霍尔位置传感器输出2.5V电压；当周围有磁场时，其输出与所检测的磁场强度成正比的电压值。运算放大器LM358的作用是驱动霍尔位置传感器。霍尔位置传感器的输出电压通过运放后输入给选择电路的AD口，选择电路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，选择电路通过射频电路发出报警信息，提示对应的某一高压电力线电流监测装置周围存在强磁场干扰。

五)、时钟铁电存储电路(即实施例1中的存储电路)

时钟铁电单元的作用是为选择电路提供精准时钟，保证收发对时的精准性。本实施例中时钟电路采用RX8025T。RX8025T是一款拥有I2C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。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。芯片内置高稳定度的32.768KHz的DTCXO(数字温度补偿晶体振荡器)，支持I2C总线的高速模式(400K)，具有定时报警功能(可设定：天，日期，小时，分钟)，宽范围接口电压：2.2V到5.5V，低电流功耗：0.8uA/3V(Typ.)，工作温度：-45℃～85℃，日计时误差≤±1秒/天。

时钟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。

六)、看门狗芯片和掉电保护电路

看门狗芯片和掉电保护电路作用是确保接收装置不会因为程序跑飞而死机，确保接收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。

七)、射频电路

射频电路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。通信频率可以采用433MHz或915MHz。

八)、TD-LTE230M无线传输电路

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，采用无线电力专网是未来所趋。目前中国普天、新联电子、上海协同、上海华冠等，并都有相对成熟的无线模块。本实施例可采用中国普天推出的全新4G技术的TD-LTE230M无线电力专网模块(但不限于此，可根据需求选择其它模块或芯片)。此模块具有透明、包容性强的通讯协议，高吞吐量、适合多种通讯场所等特点。新型TD-LTE230M电力无线通信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传输用电信息时所发生的容易受到攻击、易丢失数据、安全性低、误动作危险高等缺点。

九)、电源

由于电流监测装置需安装在位于高空的高压侧母线上，因此使其正常工作所需的电源成为关键。在本实施例中，电流监测装置的供电主要采用电场空间抽能的方式来实现。具体包括电流互感器，电能检测电路、电量保护电路、电池、DC/DC转换电路。

开始时，电流互感器通过电磁感应的方式，从高压母线上获取电能，并向电池持续提供电能。当电池达到电流监测装置正常工作所需的预制电能值时，此时电量保护电路启动，使多余电能通过电量保护电路进行泄放，起到保护电池和电流监测装置的作用；DC/DC转换电路接收电池释放的电能，转换为电流监测装置正常工作时所需的电能。当电能检测电路检测到电池电能减小到不足以支持电流监测装置正常工作时，此时电量保护电路关闭，使电池重新获取电能，进行充电。

DC/DC转换电路主要由两个LDO(low dropout regulator，低压差线性稳压器)电源芯片组成，分别输出5V、3.3V电压。在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。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电流监测装置，其特征是，该装置包括电流传感器、A/D转换器、选择电路、TD-LTE230M无线传输电路和电源；

所述电流传感器和A/D转换器连接；所述A/D转换器和选择电路连接；所述选择电路和TD-LTE230M无线传输电路连接；所述电流传感器、A/D转换器、选择电路、TD-LTE230M无线传输电路分别与电源连接。

2.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述装置还包括射频电路；所述射频电路分别与所述选择电路和电源连接。

3.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述装置还包括磁场检测电路；所述磁场检测电路分别与所述选择电路和电源连接。

4.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述装置还包括存储电路；所述存储电路分别与所述选择电路和电源连接。

5.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述装置还包括看门狗芯片；所述看门狗芯片分别与所述选择电路和电源连接。

6.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述装置还包括掉电保护电路；所述掉电保护电路分别与所述选择电路和电源连接。

7.如权利要求2所述的装置，其特征是，所述射频电路的通信频率为433MHz或915MHz。

8.如权利要求3所述的装置，其特征是，所述磁场检测电路包括霍尔位置传感器和运算放大器；所述运算放大器和霍尔位置传感器连接；所述霍尔位置传感器和所述选择电路连接；所述运算放大器和霍尔位置传感器分别与所述电源连接。

9.如权利要求4所述的装置，其特征是，所述存储电路包括时钟电路和铁电存储器；所述时钟电路和铁电存储器连接；所述时钟电路和铁电存储器分别与所述选择电路和电源连接。

10.如权利要求1所述的装置，其特征是，所述电源包括电流互感器、电池、电量保护电路、DC/DC转换电路和电能检测电路；所述电流互感器和电池连接；所述电池分别与电量保护电路、DC/DC转换电路和电能检测电路连接。