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一種可帶電裝卸的低壓電流無線測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可帶電裝卸的低壓電流無線測量裝置，主要針對(duì)已經(jīng)鋪設(shè)好的線路，且不方便停電拆裝的低壓輸電場合，提供一種長期、實(shí)時(shí)的電流監(jiān)測裝置，可應(yīng)用于用電監(jiān)測、反竊電稽查等場合。主要由電流采樣處理部分、協(xié)議控制部分、無線傳輸部分和取能電源部分構(gòu)成。本發(fā)明可測電流范圍寬、強(qiáng)度大，無須停電安裝，具備無線通信接口。采用了感應(yīng)取電與電池供電相結(jié)合的供電模式，工作續(xù)航能力持久。
【專利說明】—種可帶電裝卸的低壓電流無線測量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電學(xué)量測量領(lǐng)域，具體地說涉及一種可帶電裝卸的低壓電流無線測量
>J-U ρ?α裝直。

【背景技術(shù)】
[0002]線路電流的準(zhǔn)確測量在電學(xué)測量中具有重要意義，特別是在線路非拆裝、設(shè)備不停機(jī)、實(shí)時(shí)在線條件下的電流負(fù)荷測量，在用電線路檢查、故障排查、反竊電稽查中有著廣泛應(yīng)用需求。
[0003]目前，交流電流的非接入線路測量多使用的穿線式電流互感器來實(shí)現(xiàn)，具有準(zhǔn)確度高、對(duì)輸電線路影響小等優(yōu)點(diǎn)，但是由于需要穿線，這種電流測量裝置需要在線路規(guī)劃和鋪設(shè)時(shí)就考慮安裝，或者對(duì)線路停電并重新穿線，因此多用于儀器設(shè)備、配電控制箱內(nèi)部或安裝后就不再變動(dòng)的場合。此外穿線式電流互感器多采用硬質(zhì)磁芯，其測量范圍較窄，一旦磁芯飽和就不能再準(zhǔn)確測量。另外一些采用的開口式電流互感器，這種電流測量裝置不需要穿線，與數(shù)字儀表一體，現(xiàn)場測量比較方便，適用多數(shù)低壓配電線路臨時(shí)檢修場合，但大多都是采用的硬質(zhì)磁芯電流互感器，測量范圍較窄，不適合大電流、寬電流范圍和電壓較高的場合，也不適合時(shí)間較長的無人值守的測量需求。當(dāng)前熱點(diǎn)研究的光電式電流傳感測量法可以彌補(bǔ)上述普通電流互感器的缺點(diǎn)，測量范圍寬，幾乎不對(duì)輸電線路造成影響，適合高壓應(yīng)用，可不停電安裝等，但是存在設(shè)備復(fù)雜、穩(wěn)定性和抗干擾能力較差、工作取電難等缺點(diǎn)。此外這類電流測量裝置大多不帶有數(shù)據(jù)接口，不適合長時(shí)間和無人值守的場合，有些雖然具有無線通信接口，但是又存在安裝、更換都不方便等缺點(diǎn)。
[0004]Rogowski線圈是另外一種電流互感器，其內(nèi)部沒有磁性鐵芯，因而測量范圍寬、不會(huì)飽和、線性度好、無二次開路危險(xiǎn)，但價(jià)格相對(duì)較高，應(yīng)用范圍相對(duì)較小。
[0005]Rogowski線圈優(yōu)良的性能為本發(fā)明提供了解決思路。本發(fā)明主要針對(duì)已經(jīng)鋪設(shè)好的線路，且不方便停電拆裝的低壓輸電場合，提供一種長期、實(shí)時(shí)的電流監(jiān)測裝置，可應(yīng)用于用電監(jiān)測、反竊電稽查等場合。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為了適應(yīng)用電監(jiān)測的長期性和實(shí)時(shí)性需要，適應(yīng)輸電線路已經(jīng)鋪設(shè)完成難以重新鋪設(shè)，被測電流范圍寬、強(qiáng)度大，需要不停電安裝的情形下的電流測量。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案由四部分功能電路組成:電流采樣處理部分、協(xié)議控制部分、無線傳輸部分和取能電源部分。
[0008]所述的電流采樣處理部分使用柔性Rogowski線圈進(jìn)行電流采樣,利用專用三相電能計(jì)量芯片進(jìn)行電流有效值的計(jì)算。該部分可以不停電拆裝，負(fù)責(zé)對(duì)被測量線路的電流進(jìn)行采樣，經(jīng)濾波、放大、數(shù)字積分和AD轉(zhuǎn)換后，計(jì)算得到被測量電流的真有效值，供協(xié)議控制部分使用。
[0009]所述的協(xié)議控制部分主要負(fù)責(zé)通信協(xié)議的處理，控制與其它設(shè)備的通信過程，同時(shí)完成本發(fā)明裝置的低功耗電源管理功能。該部分以高性能單片機(jī)為處理核心，使用嵌入式C語言開發(fā)程序，其主要任務(wù)為解析接收到的數(shù)據(jù)幀，取回電流采樣處理模塊測量得到的電流真有效值，按通信協(xié)議組織對(duì)接收數(shù)據(jù)幀的應(yīng)答返回幀，控制無線傳輸部分做出響應(yīng)應(yīng)答；依據(jù)設(shè)定的工作模式，完成裝置的電源管理。
[0010]所述的無線傳輸部分負(fù)責(zé)無線傳輸協(xié)議的控制，提供一種無線接口界面，以無線傳輸方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明裝置與其它連接儀器設(shè)備的數(shù)據(jù)的具體傳輸。
[0011]所述的取能電源部分負(fù)責(zé)為整個(gè)裝置提供電能，采取感應(yīng)取能線圈從輸電線路上感應(yīng)取能與充電電池想結(jié)合的方式，保證裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。
[0012]作為優(yōu)選，所述的電流采樣處理部分使用柔性Rogowski線圈采樣，采用插拔式開口設(shè)計(jì)，方便不改動(dòng)線路、不停電拆裝，測量線徑范圍為3-80mm，電流范圍為0-500A，電壓等級(jí)為10kV，在(Γ30Α電流范圍內(nèi)，測量準(zhǔn)確度優(yōu)于±1.5%，在3(Γ350Α電流范圍內(nèi)，測量準(zhǔn)確度優(yōu)于±0.5%。
[0013]作為優(yōu)選，所述的協(xié)議控制部分?jǐn)?shù)據(jù)通信協(xié)議支持DL/T 645-2007協(xié)議；具備正常工作模式和“工作-休眠-工作-休眠”的間歇工作模式。
[0014]作為優(yōu)選，所述的無線傳輸部分具備16個(gè)通信信道，信道可任意選擇，防止通信沖突和干擾；同時(shí)設(shè)置8種可選發(fā)射功率，以控制功耗。
[0015]作為優(yōu)選，所述的取能電源部分的感應(yīng)線圈采用開口式半圓形硅鋼片鐵芯，其截面為20mmX50mm，線圈匝數(shù)為150，合計(jì)氣隙不超過3mm。以DC-DC開關(guān)轉(zhuǎn)換電源為感應(yīng)取電后的穩(wěn)壓降壓核心，將電能轉(zhuǎn)換為5V電壓、最大IA的電流，供裝置和充電使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]圖2是本發(fā)明的取能電源模塊設(shè)計(jì)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明如下:
如圖1所示，本發(fā)明是一種可帶電裝卸的低壓電流無線測量裝置，由電流采樣處理部分I電路、協(xié)議控制部分2電路、無線傳輸部分3電路和取能電源部分4電路四部分構(gòu)成。
[0019]電流采樣處理部分I使用柔性Rogowski線圈5對(duì)母線線路6進(jìn)行電流采樣，根據(jù)RogOWSki線圈的工作原理，獲得與母線電流的微分成比例關(guān)系的電流信號(hào)。經(jīng)負(fù)載電阻后電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，再經(jīng)濾波7處理后，送專用電能計(jì)量芯片8 (ADE7878)處理，計(jì)量芯片8內(nèi)置放大增益、數(shù)字積分器和二階Σ -Δ式AD轉(zhuǎn)換等電路，對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字積分(得到與電流成比例信號(hào))、AD轉(zhuǎn)換和計(jì)算得到被測電流的真有效值。協(xié)議控制部分2選用AVR處理器9 (ATmegaS - 168PA)為控制核心，根據(jù)遠(yuǎn)端連接設(shè)備11的讀取要求，通過spi總線從電流采樣處理部分I讀回被測電流的真有效值，依據(jù)DL/T 645-2007協(xié)議組織形式組織應(yīng)答數(shù)據(jù)幀，控制無線傳輸部分3通過與接收相同的無線信道發(fā)送給遠(yuǎn)端主機(jī)11。無線傳輸部分3負(fù)責(zé)具體的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議控制，選用低功耗Zigbee無線通信技術(shù)，以TI CC2530芯片10傳輸協(xié)議控制單元，支持ZigBee 2007協(xié)議棧，其無線發(fā)射功率和通信信道可以通過通信協(xié)商確定。。
[0020]本發(fā)明裝置具備兩種工作模式:正常工作模式和間歇工作模式，其中間歇工作模式在“工作”和“休眠”兩種狀態(tài)交替下工作，適應(yīng)電能不充足狀況，以達(dá)到節(jié)能的目的。
[0021]在正常工作模式下，遠(yuǎn)端設(shè)備可以直接向本發(fā)明裝置請(qǐng)求測量數(shù)據(jù)，收到數(shù)據(jù)請(qǐng)求后，本裝置即將測量得到的電流數(shù)據(jù)，以設(shè)計(jì)的發(fā)射功率發(fā)射給遠(yuǎn)端設(shè)備。
[0022]在間歇工作模式下，遠(yuǎn)端設(shè)備需要先向本裝置發(fā)送喚醒保持指令，本裝置正確收到喚醒保持指令后，將回復(fù)喚醒保持確認(rèn)應(yīng)答，并暫停進(jìn)入休眠狀態(tài)一段時(shí)間，保證接收遠(yuǎn)端設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。遠(yuǎn)端設(shè)備收到本裝置的喚醒保持確認(rèn)應(yīng)答后，應(yīng)在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)向本發(fā)明裝置請(qǐng)求測量數(shù)據(jù)，超過設(shè)定時(shí)間后本裝置將再次進(jìn)入間歇工作模式。本裝置收到數(shù)據(jù)請(qǐng)求后，即將測量得到的電流數(shù)據(jù)，以設(shè)計(jì)的發(fā)射功率發(fā)射給遠(yuǎn)端設(shè)備，并再一次進(jìn)行計(jì)時(shí)等待后進(jìn)入間歇工作狀態(tài)。
[0023]本發(fā)明的電源供應(yīng)采取了感應(yīng)取能與充電電池和大容量電容相結(jié)合的方式，附圖2為其結(jié)構(gòu)原理圖。感應(yīng)線圈12采用開口式半圓形硅鋼片鐵芯，其截面為20mmX 50mm，線圈匝數(shù)為150，氣隙δ?和δ2合計(jì)不超過3_。經(jīng)前置電路13、整流濾波電路14、保護(hù)電路15配合產(chǎn)生的直流電壓，一端至電源管理單元16，另一端至充電管理單元17。電源管理單元16以脈寬調(diào)制型DC-DC轉(zhuǎn)換器19 (ΜΑΧ5035)為前端降壓核心器件，將電源電壓保持為5V。充電管理單元17選用UC3906芯片，提供四種充電狀態(tài)，發(fā)揮電池18的最大容量，延長電池18的使用壽命。當(dāng)輸電線路電流較大，超過6Α時(shí)，感應(yīng)取電電力充足，取能線圈直接給系統(tǒng)供電，并給電池18充電；當(dāng)輸電線路電流較小或無電時(shí)，通過電池18對(duì)系統(tǒng)供電，可保證本發(fā)明裝置的長期穩(wěn)定持續(xù)工作。
【權(quán)利要求】
1.一種可帶電裝卸的低壓電流無線測量裝置，其特征在于它包括四個(gè)主要功能電路部分:電流采樣處理部分、協(xié)議控制部分、無線傳輸部分和取能電源部分；以柔性Rogowski線圈作為電流采樣傳感器，可以不停電裝卸；具備無線通信接口界面，數(shù)據(jù)通信支持支持DL/T 645-2007協(xié)議；工作電源采用從母線感應(yīng)取能與電池供電相結(jié)合的方式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可帶電裝卸的低壓電流無線測量裝置，其特征是采用柔性Rogowski線圈作為電流采樣傳感器，以專用電能計(jì)量集成電路作為數(shù)據(jù)處理單元，電流測量范圍寬至0-500A，電壓等級(jí)10kV，可以不停電裝卸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可帶電裝卸的低壓電流無線測量裝置，其特征是具備無線通信接口界面，無線通信可設(shè)置8種可選發(fā)射功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可帶電裝卸的低壓電流無線測量裝置，其特征是裝置的電源采用從母線感應(yīng)取能與電池相結(jié)合的形式，感應(yīng)取能線圈采用開口式半圓形硅鋼片鐵芯，留有氣隙防止過早磁飽合。
【文檔編號(hào)】G01R19/25GK104198805SQ201410476354
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】吳清早, 夏偉琪, 王玨, 鞠險(xiǎn)峰, 李佳燚 申請(qǐng)人:黑龍江省電工儀器儀表工程技術(shù)研究中心有限公司