CN204241598U - 智能台区识别仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能台区识别仪，能有效克服三共干扰带来的信号串扰问题，大幅度提高识别准确率，本实用新型智能台区识别仪测试线及电源线设置有去耦合装置、干扰波吸波装置、消除自身电路板产生的电磁干扰装置，能有效的从电磁干扰源头和传播路径上克服共高压共地共电缆沟的干扰，包括波形发生单元与载波单元相连，载波单元与耦合单元相连，接口转换单元与载波单元相连，接口转换单元与波形发生单元相连，波形显示单元与载波单元相连，单人即可操作仪器，判别准确，使用方便。

Description

智能台区识别仪

技术领域

本实用新型涉及一种电力检测仪，具体的说，是涉及一种智能台区识别仪。

背景技术

基于FSK载波通讯技术的台区识别仪，由于FSK载波通讯原理的固有特性，这种台式识别仪有其缺陷，主要表现在如下两大方面：首先识别距离的不确定性问题，对于同一条线路的不同时段有时可以接收到载波信号，有时却无法收到，其主要原因在于低压电网的不同时段用户对电网产生的噪声的强度不同，不同时段用户载荷不同造成的线路阻抗不同，从而造成载波信号的严重衰减，无法稳定的远距离传输，使得基于载波通讯原理的台区识别仪无法可靠稳定识别；识别准确性问题，台区变压器存在共高压、共地、共电缆沟的特点，FSK高频载波信号容易产生信号串线、串开关、串台区。其次，脉冲电流方式台区识别仪的缺陷，识别信号问题，由于瞬间电流的宽频特性，而难以识别信号的大小，不能解决信号在开关间串扰的问题；瞬间电流过大问题，该方式的台区识别仪使用时产生的电流高达一百多安，可能造成一些难以估计的问题。

传统的台区用户识别仪采用传统的电力载波通信方式，如中国专利文献CN 102680842A公开的一种台区自动识别测试仪及其识别方法，该实用新型的目的是提供一种台区自动识别测试仪及其识别方法，在延长通信距离的同时，能够准确识别用户所属台区，其技术方案是:在变压器低压输出端装有主控端，以及位于电力线用户端装有若干个服务端，主控端和服务端分别通过耦合电路与电力线连接以实现与载波信号的耦合分离，主控端用于接收外界输入台区信息，同时将包含有台区信息的地载波信号耦合到电力线上，服务端将电力线上的载波信号分离出来，并对信号分析判断，将与该服务端处于同一台区的主控端所发台区信息传输至与该服务端对应的用户端电表箱，同时服务端可作为中继器，将载波信号转发出去实现接续传递，其中继算法采用可信值管理的办法，转发时采用时间片和声的方式，该实用新型有三个明显缺点，一是通信电路设计没有针对解决共高压共地平行走线共电缆沟的情况下，信号串扰问题，主控端发出信号，多个服务端都有可能接收到，中继转发更容易引入新的干扰，这样就容易造成误判；二是电力载波信号是高频信号，信道环境衰减大，干扰噪声严重，距离长干扰大的用户难以识别；三是电路结构复杂，软件未作抗干扰识别设计，现场需要多人操作，使用不方便。

另一种传统的台区用户识别是采用脉冲识别，如中国专利文献CN101603995，公开的一种电缆检测装置及其实现检测的方法，该实用新型采用可控开关元件，如固态继电器，晶闸管，IGBT等，通过在动力线路的用户端或末端连续瞬间接通关断，在线路中产生连续的瞬间脉冲电流，并通过追踪脉冲电流实现电缆检测，该实用新型的缺点一是通信电路设计没有针对解决共高压共地平行走线共电缆沟的情况下，产生的信号串扰问题，脉冲方式会产生明显的窄带干扰噪声和突发噪声，而且会影响到很宽的带宽，因而更容易造成信号串扰；二是其手持脉冲检测器中电磁感应天线设计困难，灵敏度过低则接受不到信号，灵敏度过高则会收到多个信号难以判别，手持检测器未对接收信号作滤波放大设计，制作符合指标要求的手持检测器成本昂贵；三是使用不便，用手持检测器跟踪确定电缆走向需要耗费时间，一天也跟踪不了多少电缆，效率不高。

另一种台区用户识别方法及台区用户识别仪，如中国专利文献CN103063967A，公开的台区用户识别方法和台区用户识别仪，该实用新型是将用户识别仪夹在被识别用户线路上，当被识别用户线路的供电状态从一种状态改变为另一种状态时，用户识别仪判断并记录供电状态改变的时刻数据，将被识别的用户线路进行断电和复电，记录断电和复电时刻，将用户识别仪记录的供电状态改变时刻与人工记录的断电或复电时刻进行比较，若两者相符，则被识别用户属于设定台区，否则就不是，该实用新型缺点一是操作难以实施，电力公司对于停电送电有严格安全规定，电力公司绝不允许为了识别台区就同一区域多次停送电，用户居民也难以接受家里多次停送电，二是通信电路设计没有针对解决共高压共地平行走线共电缆沟的情况下，产生的信号串扰问题。

另一种低压台区识别方法及台区识别仪，如中国专利文献CN103698643A，该实用新型是向电网注入强供电电压脉冲序列的发射端，通过检测电压脉冲序列识别台区的接收端，其方法是在发射端将包括起始码，地址码，相位码，地址反码和相位反码信息的二进制编码以电压脉冲序列方式注入到电网中，单个电压脉冲的宽度为20微秒～500微秒，幅值为5V`50V，同时使用IGBT功率管委电网发送电压脉冲，其最大瞬间电流为40A，发射方式采用过零点发送。

该实用新型的最大缺点是几乎无法实施，因为在电网注入可能高达50伏以及瞬间电流为40A的脉冲，会严重影响电网的安全运行，瞬间的电压波动和大电流会烧毁用户电表和家电设备，会严重影响电能质量，除非试验，大规模推广使用时一定会遭到电力公司拒绝，同时该实用新型通信电路设计没有针对解决共高压共地平行走线共电缆沟的情况下，产生的信号串扰问题。

以往的台区识别仪的电磁兼容设计，仅对常见的电磁兼容指标如快速瞬变脉冲群抗扰度等作设计，以为解决这些技术指标通过型式试验中电磁兼容测试就足够了，所以出现信号串扰问题后，都没有从电磁兼容的角度去考虑分析解决问题，而都是采取更换不同的电路和测试方法来被动应付信号串扰问题，其结果不但没有从根本上解决问题，反而造成成本上升和使用不便，解决一般信号信息处理领域里出现的问题，采用本领域的技术手段是不够的，需要采用电磁场领域的技术去分析信号串扰问题，针对不同类型的干扰，采取针对性的信号串扰抑制手段，才能突破以往技术路线，从根本上解决信号串扰问题，取得意想不到的效果。

信号串扰问题长期存在于电力营销类仪表中，如智能电表，抄表采集器，集中器等，在现场出现台区串扰严重，一个集中器可能上报数倍于本区的表，造成数据混乱，可见信号串扰是个长期悬而未决的技术问题。

彻底解决串扰问题，就要研究电磁干扰形成的原因，并从干扰产生的源头作抑制，干扰传播的路径作切断，这样只用常规的电路也可以实现台区识别，并大幅度提高判别准确率。

本实用新型采用的载波单元的输出采用差分驱动设计即ATOP1和ATOP2输出在源头上消除了共模干扰，吸波设计，接地设计，去藕设计，都在传播路径上消除了电磁干扰，因而解决了三共干扰带来的信号串扰问题，消除了误判别情况。

实用新型内容

针对上述现有技术中的不足，本实用新型提供一种结构简单，最大限度消除三共干扰的智能台区识别仪。

本实用新型所采取的技术方案是：

一种智能台区识别仪，包括波形发生单元和载波单元；

波形发生单元与载波单元相连，载波单元与耦合单元相连，接口转换单元分别与载波单元和波形发生单元相连接，波形显示单元与载波单元相接；

所述台区识别仪的测试线及电源线设置有去耦合装置；

所述台区识别仪的测试线及电源线设置有干扰波吸波装置；

所述台区识别仪设置有消除自身电路板产生的电磁干扰装置。

所述去耦合装置为环绕台区识别仪测试线及电源线的铁氧体磁环。

所述干扰波吸波装置为包裹于台区识别仪测试线及电源线外表面的的吸波材料，所述吸波材料为聚合物树脂磁性材料。

所述消除自身电路板产生的电磁干扰装置为所述台区识别仪电路板的接地端设置有螺纹孔，螺纹孔通过螺钉与台区识别仪外壳金属装置上的外壳螺纹孔相连接；外壳金属装置通过两端设置有鳄鱼嘴的金属线与现场地线相连接。

所述波形发生单元产生波形信号传输到载波单元。

所述接口转换单元与笔记本电脑相连接；接口转换单元与波形发生单元和载波单元相连接。

所述耦合单元与载波芯片相连，耦合单元与电源线相连接。

本实用新型相对现有技术的有益效果：

本实用新型中采用的载波单元的输出采用差分驱动设计即ATOP1和ATOP2输出在源头上消除了共模干扰，吸波设计，接地设计，去藕设计，都在传播路径上消除了电磁干扰，因而彻底解决了三共干扰带来的信号串扰问题，消除了误判别的情况。

变压器台区识别仪采用发生不同波形，电表侧识别仪看显示波形判别台区归属，电路设计简单，使得单人也可以操作，携带方便，大大提高了工作效率，仪器无主分机区别，因而通用性强，使用更方便。

以往的台区识别仪不注重电磁兼容设计，无论台区识别仪采用何种调制方式，主机分机发出信号都能通过共地干扰和耦合干扰传送到其他线路上去，造成一个发射端出来的信号，多个接收端都能接收到，因而造成现场判别困扰，本实用新型采用了接地吸波去耦设计后，电磁辐射信号要么被吸收，要么被导入大地，切断了信号共地干扰和耦合干扰的传播路径，使得一个发射端出来的信号，不会传送到其他线路上去，同时载波芯片的差分输出方式，也在源头上抑制了共模干扰的产生。

实际使用时，若电表侧台区识别仪能收到变压器侧台区识别仪发出信号，则为对应归属关系，如不能，则不是对应归属关系，这样就解决了误判别的发生，大大提高了准确率。

测试人在设置好台区识别仪的波形后，将其分别安装在不同变压器处，然后在电表处，用台区识别仪测量信号，若A变压器侧识别仪发送的是三角波，而电表侧显示波形也是三角波，则两者为对应关系，因为识别仪消除了三共干扰，所以显示屏上显示的波形，只能是一种波形，所以判别很容易，产品小型化，操作简单，携带方便。

附图说明

图1是本实用新型智能台区识别仪的电路板接地结构示意图；

图2是本实用新型智能台区识别仪的机箱外壳结构示意图；

图3是本实用新型智能台区识别仪的电路结构示意图；

图4是本实用新型智能台区识别仪的耦合单元示意图。

附图中主要部件符号说明：

图中：

1、电路板的接地端            2、螺纹孔

3、外壳螺纹孔                4、外壳金属装置。

具体实施方式

以下参照附图及实施例对本实用新型进行详细的说明：

附图1-4可知，一种智能台区识别仪，包括波形发生单元和载波单元；

波形发生单元与载波单元相连，载波单元与耦合单元相连，接口转换单元分别与载波单元和波形发生单元相连接，波形显示单元与载波单元相接，所述耦合单元与载波芯片相连，耦合单元与电源线相连接。

所述台区识别仪的测试线及电源线设置有去耦合装置；

所述台区识别仪的测试线及电源线设置有干扰波吸波装置；

所述台区识别仪设置有消除自身电路板产生的电磁干扰装置。

所述去耦合装置为环绕台区识别仪测试线及电源线的铁氧体磁环。

所述干扰波吸波装置为包裹于台区识别仪测试线及电源线外表面的的吸波材料，所述吸波材料为聚合物树脂磁性材料。

所述消除自身电路板产生的电磁干扰装置为所述台区识别仪电路板的接地端设置有螺纹孔，螺纹孔通过螺钉与台区识别仪外壳金属装置上的外壳螺纹孔相连接；外壳金属装置通过两端设置有鳄鱼嘴的金属线与现场地线相连接。

所述波形发生单元产生波形信号传输到载波单元。

所述接口转换单元与笔记本电脑相连接；接口转换单元与波形发生单元和载波单元相连接。

一种具有智能台区识别仪的变压器归属识别方法，包括如下步骤：

根据测试小区变压器的数量选择智能台区识别仪数量；

不同的智能台区识别仪设置产生成不同固定波形；

将智能台区识别仪分别安装在变压器出线端；

测试人员在电表进线端连接智能台区识别仪进行信号检测，根据识别仪显示屏信号波形类型确定台区归属。

本实用新型中采用的载波单元的输出采用差分驱动设计即ATOP1和ATOP2输出在源头上消除了共模干扰，吸波设计，接地设计，去藕设计，都在传播路径上消除了电磁干扰，因而解决了三共干扰带来的信号串扰问题，大大提高了判别准确率。

变压器台区识别仪采用发生不同波形，电表侧识别仪看显示波形判别台区归属，电路设计简单，使得单人也可以操作，携带方便，大大提高了工作效率。

以往的台区识别仪不注重电磁兼容设计，无论台区识别仪采用何种调制方式，主机分机发出信号都能通过共地干扰和耦合干扰传送到其他线路上去，造成一个发射端出来的信号，多个接收端都能接收到，因而造成现场判别困扰，采用了接地吸波去耦设计后，电磁辐射信号要么被吸收，要么被导入大地，切断了信号共地干扰和耦合干扰的传播路径，使得一个发射端出来的信号，不会传送到其他线路上去，同时载波芯片的差分输出方式，也在源头上抑制了干扰的产生。

实际使用时，若电表侧台区识别仪能收到变压器侧台区识别仪发出信号，则为对应归属关系，如不能，则不是对应归属关系，这样就解决了误判别的发生，大大提高了准确率。

测试人在设置好台区识别仪的波形后，将其分别安装在不同变压器处，然后在电表处，用台区识别仪测量信号，若A变压器侧识别仪发送的是三角波，而电表侧显示波形也是三角波，则两者为对应关系，因为识别仪消除了三共干扰，所以显示屏上显示的波形，只能是一种波形，所以判别很容易，产品小型化，操作简单，携带方便。

载波单元采用ST7538，采用同步/异步FSK调制方式，有8个工作频段，即：60kHz、66kHz、72kHz、76kHz、82，05kHz、86kHz、110kHz和132，5kHz；具体接口参数如下：

*内部集成电力线驱动接口，并且提供电压控制和电流控制；

*内部集成+5V线性电源，可对外提供100mA电流；

*可编程通信速率高达4800bps；

*提供过零检测功能；

*具有看门狗功能；

*集成了一个片内运算放大器；

*内部含有一个具有可校验和的、24位可编程控制寄存器；

*采用TQFP44封装

波形发生单元采用ADI公司的任意函数发生器芯片AD9102实现，通过设置其内部寄存器，可以产生幅度及延迟都不同的三角波，锯齿波，矩形波，正弦波信号。

显示单元：由单片机ATmega16和LCD显示模组12864组成，也可以由美国泰克公司ArbExpress2，0软件包生成和显示波形。

分机接口转换单元采用CP2101实现USB口转UART口，实现笔记本电报和载波芯片以及波形发生单元的通信；

耦合单元由电容式耦合电路和chebyshev滤波器组成；

耦合单元主要功能是与电网安全隔离，以及从电源线提取载波信号，或者将载波信号耦合到电源线上，并阻止工频电流进入。

本实用新型提供的智能台区识别仪设有接地部分，即将电路板的铺铜主地，通过金属线连接至外壳金属螺孔部分，连接方式可用焊接方式，也可以采用螺丝孔连接。外壳金属部分可用两头带鳄鱼嘴的金属线，连接至现场地线；这样设备产生的电磁干扰就能被有效导入大地消除。电路板的多点接地能有效消除电路板自身产生的电磁干扰。

台区识别仪的测试线以及电源线均通过磁环穿绕；磁环使用铁氧体磁环，安装位置尽量靠近机箱出口，根据需要抑制干扰的频率不同，选择不同磁导率的铁氧体材料。

台区识别仪的测试线以及电源线外表均被吸波材料包裹，这样测试线发散出去的电磁信号均被吸波材料吸收，可以有效的抑制辐射耦合。吸波材料可选择磁介质型吸波材料，其主要成分为聚合物树脂磁性材料，即以聚合物为主体，填充损耗型柔软磁性材料，表面光滑柔韧可弯曲，粘有背胶，贴装方便，应用频率范围广泛，覆盖大部分电子产品频段。

耦合单元如图4负责把载波单元发送信号耦合到电力线上，以及从电力线上拾取对端发来载波信号，本耦合单元采取电容耦合为主要元件，TVS是瞬变抑制二极管，起浪涌保护作用，可以避免后面电路被高压击穿，电容C(耐压值超过300V)，将变压器与工频交流强电隔离，同时将载波信号耦合到通信电路中，电阻R一般小区1兆欧，其作用是离线时给电容C提供放电通道，以及防止高压在用电设备插头两端出现，耦合电容C和耦合变压器T的初级线圈组成滤波电路，阻止50HZ工频信号，chebyshev滤波器能提供较快衰减的截止频率，带外抑制能力很强，能对耦合进来的信号作进一步带通滤波处理。

Claims (7)

1.一种智能台区识别仪，其特征在于：包括波形发生单元和载波单元；

波形发生单元与载波单元相连，载波单元与耦合单元相连，接口转换单元分别与载波单元和波形发生单元相连接，波形显示单元与载波单元相接；

所述台区识别仪的测试线及电源线设置有去耦合装置；

所述台区识别仪的测试线及电源线设置有干扰波吸波装置；

所述台区识别仪设置有消除自身电路板产生的电磁干扰装置。

2.根据权利要求1所述智能台区识别仪，其特征在于：所述去耦合装置为环绕台区识别仪测试线及电源线的铁氧体磁环。

3.根据权利要求1所述智能台区识别仪，其特征在于：所述干扰波吸波装置为包裹于台区识别仪测试线及电源线外表面的的吸波材料，所述吸波材料为聚合物树脂磁性材料。

4.根据权利要求1所述智能台区识别仪，其特征在于：所述消除自身电路板产生的电磁干扰装置为所述台区识别仪电路板的接地端设置有螺纹孔，螺纹孔通过螺钉与台区识别仪外壳金属装置上的外壳螺纹孔相连接；外壳金属装置通过两端设置有鳄鱼嘴的金属线与现场地线相连接。

5.根据权利要求1所述智能台区识别仪，其特征在于：所述波形发生单元产生波形信号传输到载波单元。

6.根据权利要求1所述智能台区识别仪，其特征在于：所述接口转换单元与笔记本电脑相连接；接口转换单元与波形发生单元和载波单元相连接。

7.根据权利要求1所述智能台区识别仪，其特征在于：所述耦合单元与载波单元相连，耦合单元与电源线相连接。