CN211670852U - 一种基于中压载波技术的通信系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及载波通信设备技术领域，具体为一种基于中压载波技术的通信系统，包括两条以上中压电缆和一个主载波机，所述主载波机通过两个以上的主耦合器耦合连接到各条中压电缆上，每条所述中压电缆上还至少耦合有一个从耦合器，每个所述从耦合器电连接至一从载波机，所述从载波机电连接有电能表和用于检测所述从载波机位置的位置监测装置，通信更加安全可靠。

Description

一种基于中压载波技术的通信系统

技术领域

本实用新型涉及载波通信设备技术领域，具体为一种基于中压载波技术的通信系统。

背景技术

目前，中压载波的通信系统应用的范围越来越广，其中较为常见的应用会出现偏远的山区等不利于无线通信的地方，会利用这种系统来进行远程抄电表、算电费等作业，而偏远的山区或者偏远的大型电厂，由于地形本身的晃动或者电厂大型发电设备引起的振动等，都会影响附近载波设备及相关设备的正常工作，导致信号的传输稳定性差、可靠性不是很高、通信距离和速率不够好等问题，如果设备的位移幅度过大，是会影响设备的正常作业，就不能按时有效完成店电力抄表等远程的作业，所以特别需要一种监控式的系统来反应设备是否稳定作业。

另外，对于远程的电力线载波通信的技术，下面再做进一步介绍：作为从机信号调制中间器件，能把从机的数据调制到10KV电力线上，传输给远程的主机，用于各种变电站、配电网络、发电厂、高速公路沿线隧道、工厂、大型商场、写字楼及居民楼，在实际应用中，约10%的远程抄表采集终端的安装点比较特殊， 如地下室的配电房、地面上有些点信号不稳定时有时无、农村偏远地区、山区等，这些位置的无线公网信号弱，有些点甚至大范围无信号， 不能支持稳定可靠的终端通信。

为了能够替代人工的用电量抄表，市场上开发出了一款智能抄表系统，其原理是利用三大网络运营商的信号来传输用户的用电量情况，这种无线公网仅限于网络信号强、运营商基站分布密集的城市群中，一旦来到农村偏远山区等无基站的地方就失去了作用，并且该信号可靠性低，容易受其它电磁波信号的干扰。

将所需传输数据通过耦合的方式整合进中压10kV电力线中，以电力线为通信介质，为采集终端和主站之间提供稳定、可靠、透明的数据传输服务，无须修改主站、采集终端参数实现从主站对无无线覆盖区域终端数据的远方抄读，终端在线率100%。

那么其中起到关键作用的耦合器，现有技术中，主要采用电感式和电容式的结构，电感式的耦合器包括注入式耦合和卡接式耦合这两类，注入式耦合是把电感耦合器安装在电缆屏蔽层和接地回路中，把载波信号注入到电感屏蔽层中，这种耦合方式的主要优点是接入衰耗极小，卡接式耦合也称为非注入式耦合，是把电感耦合器直接卡在中压电缆上，通过电缆的屏蔽层接地形成回路，把载波信号耦合到电缆屏蔽层中，这种耦合方式的主要优点是不用断电安装，接入衰耗较小，适用于山区或者地形等安装条件较差的场所；电容耦合器都采用注入式耦合，尤其适合架空线路，这种方式又可分为“电容耦合器+结合滤波器”耦合方式和“一体化电容”电容耦合方式，“电容耦合器+结合滤波器”耦合方式和传统高压载波的耦合方式相同，分为“相-相耦合”和“相-地”耦合，一体化电容耦合器具有体积小、成本低、运行安全可靠等特点，可安装于环网柜内。

现有的很多现场作业，较多地会运用电感耦合器，特别是卡接式耦合器，也即非注入式耦合器，如申请号为03257768.0的中国专利公开的一种非注入式电感耦合器。其包括两个合并后可套在电力电缆或电力电缆接地线外的半圆形非晶微晶合金磁芯;与锁紧装置相连且固定在环形非晶微晶合金磁芯外圆周上的环形不锈钢抱箍;和缠绕在非晶微晶合金磁芯和不锈钢抱箍环上数圈,且两引出端与载波机相连的感应线圈绕组。与不锈钢抱箍相连的锁紧装置由挂钩、鸭嘴和可调螺母组成。本实用新型提供的非注入式电感耦合器是利用套在电力电缆或电力电缆接地线屏蔽层外面的非晶微晶合金磁芯和感应线圈来实现信号的传输,其无需破坏原有的电缆或电缆接地线的结构,而且结构紧凑,安装十分方便且比较灵活，有如申请号为201120139759.X的中国专利公开的一种卡接式中压电感耦合器,所述的耦合器由两个形状相同的耦合器体拼接成筒状体,筒状体的高度取值范围是:8-15厘米,在两个耦合器体相接触部分的外圆周上,设置有卡扣,筒状体外还设置有绝缘层，这是一种结构简单,设计巧妙,操作方便、快捷,可以进行带电操作,耦合效果好的卡接式中压电感耦合器。但是这种现有的结构与电缆的结合度还不够好，信号耦合的效果还不能达到很好，特别是在需要经常进行信息交互或者是信号不太好的地方使用等情况下，并不能非常好地进行通信，容易出错或者接收不到等不良问题，另外，结构的稳定性还可以进一步提升。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种适用于偏远地区的基于中压载波技术的通信系统。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于中压载波技术的通信系统，包括两条以上中压电缆和一个主载波机，所述主载波机通过两个以上的主耦合器耦合连接到各条中压电缆上，每条所述中压电缆上还至少耦合有一个从耦合器，每个所述从耦合器电连接至一从载波机，所述从载波机电连接有电能表和用于检测所述从载波机位置的位置监测装置。

作为对本实用新型的优选，所述主耦合器和所述从耦合器均为电感耦合器。

作为对本实用新型的优选，所述中压电缆为10kV电缆。

作为对本实用新型的优选，所述从载波机上安装有减振装置。

作为对本实用新型的优选，所述从载波机和电能表之间还接入有集中器。

作为对本实用新型的优选，所述位置监测装置为位移传感器。

作为对本实用新型的优选，所述位置监测装置为振动传感器。

作为对本实用新型的优选，所述从载波机还电连接有温度传感器。

作为对本实用新型的优选，所述从载波机还电连接有湿度传感器。

作为对本实用新型的优选，所述从耦合器包括两片呈半圆环形并能拼成一个圆环形磁芯的第一半磁环和第二半磁环，所述第一半磁环外包裹有第一外壳体，所述第二半磁环包裹有第二外壳体，所述第一外壳体上固定有沿磁芯轴向延伸的用于包裹电缆的第一弧形外包围板，所述第二外壳体上固定有沿磁芯轴向延伸并配合所述第一弧形外包围板一起包裹电缆的第二弧形外包围板。

作为对本实用新型的优选，所述第一半磁环和所述第二半磁环均为横截面呈矩形的磁环结构。

作为对本实用新型的优选，所述第一外壳体为截面呈矩形的C型中空方管，所述第二外壳体为截面呈矩形的C型中空方管。

作为对本实用新型的优选，所述第一外壳体和所述第二外壳体均为注塑壳体。

作为对本实用新型的优选，所述第一弧形外包围板和所述第二弧形外包围板均为注塑板且分别一体成型于所述第一外壳体上和所述第二外壳体上。

作为对本实用新型的优选，所述第一外壳体在沿磁芯轴向的前后两侧均具有所述第一弧形外包围板，所述第二外壳体在沿磁芯轴向的前后两侧均具有所述第二弧形外包围板。

作为对本实用新型的优选，所述第一外壳体靠电缆使用一侧的部位上安装有第一弹性弧形板，所述第二外壳体靠电缆使用一侧的部位上安装有第二弹性弧形板。

作为对本实用新型的优选，所述第一弧形外包围板靠电缆使用一侧的部位上安装有第一延伸弹性弧形板，所述第二弧形外包围板靠电缆使用一侧的部位上安装有第二延伸弹性弧形板。

作为对本实用新型的优选，所述第一弧形外包围板背对电缆使用一侧的部位上安装有第一屏蔽层，所述第二弧形外包围板背对电缆使用一侧的部位上安装有第二屏蔽层。

作为对本实用新型的优选，所述第一弧形外包围板在沿磁芯轴向的长度不小于所述第一外壳体在沿磁芯轴向的长度，所述第二弧形外包围板在沿磁芯轴向的长度不小于所述第二外壳体在沿磁芯轴向的长度。

本实用新型的有益效果：系统的监控能力得到加强，即使反馈现场信息，使得系统一直能持续稳定工作，可靠性也得以提高；

电感耦合器安装在电缆上后位置更加准确，结构稳定性更好，耦合效果也更好，误差率更低，通信效果更好：抗干扰性好、通信距离和效率提升，也利于组网。

附图说明

图1为实施例1的系统架构示意图；

图2为实施例2中耦合器未安装时的立体结构示意图；

图3为图2的上方视角的立体结构示意图；

图4为实施例2中耦合器安装在电缆上时的立体结构示意图；

图5为实施例2中半磁环有两个半注塑壳体拆分状态的立体结构示意图。

图中，A1、中压电缆，A2、主载波机，A3、主耦合器，A4、从耦合器，A5、从载波机，A61、电能表，A62、位置监测装置，A7、减振装置，A8、集中器，A63、温度传感器，A64、湿度传感器，1、第一半磁环，2、第二半磁环，a、第一外壳体，b、第二外壳体，c、第一弧形外包围板，d、第二弧形外包围板，e、第一弹性弧形板，f、第二弹性弧形板，g、第一延伸弹性弧形板，h、第二延伸弹性弧形板，31、第一屏蔽层，32、第二屏蔽层,100、锁紧件，200、初级线圈。

具体实施方式

以下具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例1，如图所示，一种基于中压载波技术的通信系统，包括两条以上中压电缆A1和一个主载波机A2，所述主载波机A2通过两个以上的主耦合器A3耦合连接到各条中压电缆A1上，每条所述中压电缆A1上还至少耦合有一个从耦合器A4，每个所述从耦合器A4电连接至一从载波机A5，所述从载波机A5电连接有电能表A61和用于检测所述从载波机A5位置的位置监测装置A62，本方案中，通过位置监测装置A62的检测，可以检测到从载波机A5的位置信息的变化并反馈至主载波机A2直至主站，可以观察从载波机A5的状态来反应现场是否出现异常，然后可以派人去查看，并根据具体位置信息的变化和每个时间段的信息来作出决策，具有较好的实用性，以确保现场设备的正常安全工作，另外，整个网络配备多个从载波机A5和电缆，可以对多个地点进行电力抄表以及现场情况监测的任务，保证现场设备正常抄表作业的安全可靠性。

其中，所述主耦合器A3和所述从耦合器A4均为电感耦合器。所述中压电缆A1应采用10kV电缆。

当然，所述从载波机A5上还可以安装有减振装置A7。例如减振弹簧类的设备等，保证设备在发生剧烈位移的情况不会有较大损伤。而对于位置的检测中涉及的位置监测装置A62，可以采用位移传感器或者振动传感器，使用现有的传感器即可，当然，最好使用一些精度较高的传感器位移。

所述从载波机A5和电能表A61之间还接入有集中器A8，以更加好地进行电力抄表作业，虽然没有集中器也能直接抄表，但是抄表的效率、费用以及数据完整率、数据共享等方面将受到很大影响，所以本实施例还是推荐采用集中器为宜。集中器可以按照以下配置要求进行选择：

采集方式： 实时采集，自动定时采集，自动补抄；

平均无故障工作时间MTBF：MTBF≥80000个小时，年可用率≥99.99%；

数据存储容量：256MB可扩充；

电源输入：三相四线，3×220/380V，允许偏差-20%~+20%；

功率消耗：小于15伏安；

通信通道 RS-485接口：2路，调制型红外接口：1个，本地通讯模块接口：1个，远程通讯模块接口：1个，本地RS232通讯接口：1个，USB接口1个，J-45接口1个；

显示屏类型：点阵LCD，分辨率：160×160；

使用环境 正常工作温度：-25℃~+55℃；

极限工作温度：-40℃~+70℃；

相对湿度：10%~100%包括凝露；

大气压力：63~108kpa。

进一步，所述从载波机A5还可以电连接有温度传感器A63，所述从载波机A5还可以电连接有湿度传感器A64。对现场温度和湿度进行数据采集，反馈这两项的目的在于，载波机也好，集中器也好，都有工作的温度和湿度的适宜范围，超过后会影响其正常工作，这些数据参加能更好地反应现场条件，当出现特殊异常的情况，可以及时进行处理，使得整个系统的可靠性进一步提升。传感器可以采用精度较高的现有设备。

而对于主载波机A2和从载波机A5的选择，可以采用如下配置的主从机：

WFCT-890中压载波通信机为了满足各种通信现场业务对载波设备的需求，其中集成了基本通信服务、综合网管服务、集中管理服务和数据交换服务。

中压载波通信机主机、从机配对使用，采用OFDM 调制解调方式，利用10kV 配电线路作为通信传输介质透明传输载波通信信号，实现主站与终端或数据发送端和数据接收端之间数据传输的业务功能。

技术参数：

工作环境 工作环境温度：－40℃～＋75℃；

相对湿度：10％～100％；

交流工作电压：AC100V～265V；

通信方式 一点对多点最多15点；

频率范围 40kHz～500kHz；

传输速率 2kbps～10kbps；

接收灵敏度：-87dBm；

发送功率： ≤5W；

绝缘电阻 ：装置所有电路与外壳之间绝缘电阻在标准实验条件下，不小于5MΩ；

绝缘强度：装置所有电路与外壳的介质强度能耐受交流50Hz，电压2kV(有效值)，历时1min实验，而无绝缘击穿或闪络现象；

外形尺寸 主机：宽×高×深=180mm×290mm×95mm；

从机：宽×高×深=180mm×290mm×95mm。

实施例2，如图2-5所示，本实施例提供一种适用于实施例1的耦合器，主从耦合器均可以采用以下结构，具体为：包括两片呈半圆环形并能拼成一个圆环形磁芯的第一半磁环1和第二半磁环2，所述第一半磁环1外包裹有第一外壳体a，所述第二半磁环2包裹有第二外壳体b，外壳体采用塑料或者塑胶制的壳体，以更好地保护好半磁环，中压配网载波通信的通频段为10-500kHz，从实际应用的效果来看，卡式电感耦合器的磁环宜采用相对磁导率不要太高的铁磁材料，尽量选用铁氧磁环，如锰锌铁氧体、镍锌铁氧体。所述第一外壳体a上固定有沿磁芯轴向延伸的用于包裹电缆的第一弧形外包围板c，所述第二外壳体b上固定有沿磁芯轴向延伸并配合所述第一弧形外包围板c一起包裹电缆的第二弧形外包围板d。本申请的电感耦合器是卡接式，所以可以不断电直接安装在电缆上，而第一外壳体a和第二外壳体b就是在电缆的上进行拼合成一个环形的壳体，以使得第一半磁环1和第二半磁环2相应拼成圆环形的完整磁环进行耦合，所以，半磁环和外壳体的形状相仿，外壳体是空心的结构，里面就是用于放置半磁环的，当然，外壳体尺寸稍大一点，以正好容纳半磁环为宜，那么其中很重要的一点在于，电缆有一段会被包夹在两个外壳体a拼成的完整圆环形外壳的内圈包围的圆形中心区域中，也就会经过完整磁环的中心区域，而要通过磁场进行效果较好的耦合的话，应最好将电缆保持笔直并垂直于完整磁环的径向面这种状态来经过完整磁环的中心区域，以减少损耗，提高信号的耦合质量，保证信号的安全可靠性，减少出错率，第一弧形外包围板c和第二弧形外包围板d分别延长了第一外壳体a和第二外壳体b在轴向夹持电缆的长度，单块外包围板的轴向长度控制在单个外壳体轴向长度的0.5-2倍之间为宜，外壳体的轴向两端均可以设计有外包围板，也即第一外壳体a和第二外壳体b在轴向的两端可以均具有外包围板，提升包夹电缆的时候电缆的笔直程度和电缆垂直磁环径向的程度，以提升耦合效果。另外，在两个外壳体连通外包围板包夹住电缆以后进行固定的时候，可以在两个外壳体轴向同一侧的第一弧形外包围板c和第二弧形外包围板d上通过外界的绳索捆绑或者通过外界的抱紧箍来进行安装固定的方式，将第一、二外壳体和外包围板都固定安装至电缆上，当然，也可以直接在第一弧形外包围板c和第二弧形外包围板d上原先安装常规的锁扣结构或者抱紧箍等锁紧件100，来完成耦合器在电缆的拼装，这样锁紧件不用像现有技术一样设置在磁环的部位上，而线圈是绕制在外壳体上，可以减少很多操作以及耦合的干扰。

进一步，所述第一半磁环1和所述第二半磁环2均为横截面呈矩形的磁环结构。这也是较为常用的磁环形状，运用在本申请中能发挥更好的效果。所述第一外壳体a为截面呈矩形的C型中空方管，所述第二外壳体b为截面呈矩形的C型中空方管，中空方管的两个管口可以封口，也可以不封口，但是由于气隙对耦合电压的影响，两磁环拼接处的微小气隙应尽量减少，以减少漏磁，经过长期使用的实践，气隙保持在0.05mm以下，耦合的效果是最好的，气隙越大，耦合效果变差，当然，气隙不能是为0，也即不能完全贴紧以防止达到磁路饱和，避免磁饱和时信号失磁，而没有封口的结构，可以使得两个磁环的拼接处靠得更加紧密，达到较好的贴紧距离，以提升耦合效果。

前述提及，所述第一外壳体a和所述第二外壳体b可以采用塑料等类似材质的壳体，所以，可以通过注塑工艺形成注塑壳体来作为外壳体使用。由此，第一、二外壳体可以直接通过注塑工艺注塑成型在半磁环上，例如，第一半磁环1外直接注塑成型有第一外壳体a，也可以将第一外壳体a设计成在轴向上的两半可以扣合的部分，这样，就能完成半磁环的外壳体的包装作业。更为优化地，所述第一弧形外包围板c和所述第二弧形外包围板d均为注塑板且分别一体成型于所述第一外壳体a上和所述第二外壳体b上，也即在外壳体注塑时一同注塑成型即可，当然，第一弧形外包围板c和所述第二弧形外包围板d都是靠相应外壳体的弧形内圈部分开始在轴向延伸，且外包围板的内侧弧形壁面与外壳体的内圈壁面应保持形状相仿为宜，而为了两个半磁环的之间能贴近，完整磁环的内圈是要比电缆直径大一点的，这样才能保证电缆处于完整磁环的内圈中，同时，半磁环间的气隙能变得很小。当然，为了提升结构的稳定性和对称性，做进一步优化：所述第一外壳体a在沿磁芯轴向的前后两侧均具有所述第一弧形外包围板c，所述第二外壳体b在沿磁芯轴向的前后两侧均具有所述第二弧形外包围板d，这一点前面也有提到，使得整个包覆电缆的效果会更好。

再者，如果为了电缆的包覆效果，可以设计所述第一外壳体a靠电缆使用一侧的部位上安装有第一弹性弧形板e，也即在内圈面上进行设置，具体可以黏贴海绵板或者橡胶板等这种弹性可压缩舒张的弧形板，同理，所述第二外壳体b靠电缆使用一侧的部位上安装有第二弹性弧形板f，在第一、二外壳体包紧电缆后可以更好地包紧电缆，让电缆的线性会更好，同时结构的严实度会更高。既然外壳体上可以设计这种弧形板，那么在外包围板的内壁一侧，也即靠电缆使用侧，也可以这么设计，则可以在所述第一弧形外包围板c靠电缆使用一侧的部位上安装有第一延伸弹性弧形板g，而所述第二弧形外包围板d靠电缆使用一侧的部位上也安装有第二延伸弹性弧形板h，材质可以参照前述弧形板。

而且，能进一步提升信号安全性和准确性方面，所述第一弧形外包围板c背对电缆使用一侧的部位上安装有第一屏蔽层31，所述第二弧形外包围板d背对电缆使用一侧的部位上安装有第二屏蔽层32，也即在外包围板的外侧可以贴附有防信号干扰用的屏蔽板作为屏蔽层，减少耦合过程中信号的受干扰程度。

另外，前述，单块外包围板的轴向长度控制在单个外壳体轴向长度的0.5-2倍之间为宜，实际使用过程中，更为优选的是，所述第一弧形外包围板c在沿磁芯轴向的长度不小于所述第一外壳体a在沿磁芯轴向的长度，所述第二弧形外包围板d在沿磁芯轴向的长度不小于所述第二外壳体b在沿磁芯轴向的长度，也即外包围板轴向长度为单个外壳体轴向长度的1-2倍之间是更好的选择。

初级线圈200可以绕制在任一一个外壳体上并与相应的载波设备电连接，次级线圈即为中压配网的电缆回路，初级线圈匝数配置为3匝，在使用时的效果会更好，耦合电压的误差可以控制在一个较小的范围。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于中压载波技术的通信系统，其特征在于：包括两条以上中压电缆（A1）和一个主载波机（A2），所述主载波机（A2）通过两个以上的主耦合器（A3）耦合连接到各条中压电缆（A1）上，每条所述中压电缆（A1）上还至少耦合有一个从耦合器（A4），每个所述从耦合器（A4）电连接至一从载波机（A5），所述从载波机（A5）电连接有电能表（A61）和用于检测所述从载波机（A5）位置的位置监测装置（A62）。

2.根据权利要求1所述的一种基于中压载波技术的通信系统，其特征在于：所述主耦合器（A3）和所述从耦合器（A4）均为电感耦合器。

3.根据权利要求1所述的一种基于中压载波技术的通信系统，其特征在于：所述中压电缆（A1）为10kV电缆。

4.根据权利要求1所述的一种基于中压载波技术的通信系统，其特征在于：所述从载波机（A5）上安装有减振装置（A7）。

5.根据权利要求1所述的一种基于中压载波技术的通信系统，其特征在于：所述从载波机（A5）和电能表（A61）之间还接入有集中器（A8）。

6.根据权利要求1所述的一种基于中压载波技术的通信系统，其特征在于：所述位置监测装置（A62）为位移传感器。

7.根据权利要求1所述的一种基于中压载波技术的通信系统，其特征在于：所述位置监测装置（A62）为振动传感器。

8.根据权利要求1所述的一种基于中压载波技术的通信系统，其特征在于：所述从载波机（A5）还电连接有温度传感器（A63）。

9.根据权利要求1所述的一种基于中压载波技术的通信系统，其特征在于：所述从载波机（A5）还电连接有湿度传感器（A64）。

10.根据权利要求1所述的一种基于中压载波技术的通信系统，其特征在于：所述从耦合器（A4）包括两片呈半圆环形并能拼成一个圆环形磁芯的第一半磁环（1）和第二半磁环（2），所述第一半磁环（1）外包裹有第一外壳体（a），所述第二半磁环（2）包裹有第二外壳体（b），所述第一外壳体（a）上固定有沿磁芯轴向延伸的用于包裹电缆的第一弧形外包围板（c），所述第二外壳体（b）上固定有沿磁芯轴向延伸并配合所述第一弧形外包围板（c）一起包裹电缆的第二弧形外包围板（d）。

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