CN112540214A - 一种自取能和测量一体的环流监测装置及环流监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自取能和测量一体的环流监测装置及方法，监测装置包括：开合式电流互感器、切换模块、工频测量模块、感应电源模块、通讯模块以及主控模块，其中，开合式电流互感器用于套设在接地线上；切换模块具有与电流互感器的输出端连接的切换输入端、两个分别与频测量电路的输入端和感应电源电路的输入端连接的切换输出端以及用于连接切换输入端和其中一个切换输入端的切换连接部；感应电源模块用于供电；本发明的环流监测装置及方法，取能和测量模块为同一模块，通过切换模块进行取能和测量的切换，结构简单，成本较低，现场无需布线，现场安装、维护方便，安装效率高；而且本案采用间隙工作，不仅满足了环流监测工作要求，且能耗较低。

Description

一种自取能和测量一体的环流监测装置及环流监测方法

技术领域

本发明涉及环流监测技术领域，尤其是一种自取能和测量一体的环流监测装置及环流监测方法。

背景技术

接地环流监测用于对护层接地环流缓变数值进行监测，反映护层接地良好程度、电缆老化程度、线芯负荷大小变化等情况，是一种可靠用于监测电缆接地绝缘状态的有效手段；在当前的环流监测技术中，环流采集***一般是由环流传感器、供电电源、采集器、通讯模块等各自相对独立的模块或单元组成；其中环流传感器一般是安装在高压电缆的接地线上，通过电磁感应技术，将工频接地电流信号转换为与之相对应的小电流信号；供电电源用于向采集器提供稳定、可靠的工作电源，供电方式一般包括交流电源、直接电源、CT应用电源以及太阳能电源等；采集器将环流传感器转换得到的小电流信号进行模/数转换，再经过滤波处理后通过有线或者无线通讯上传至平台软件进行显示。

目前的环流监测技术存在以下问题：1、环流传感器至采集器之间为有线连接，增加在较小的现场空间进行布线的工作量，同时也不便于后期的产品维护；2、供电电源为独立的一个装置，且与采集器之间为有线连接，结构复杂，并进一步增加了在现场的布线工作量；3、一些应用现场无法提供稳定电源或者只能通过电池供电，如何保证***的可靠、长时间运行，是面临的一个挑战；因此需要寻找一种能够解决此类问题的方法。

发明内容

有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个，本发明提供了一种自取能和测量一体的环流监测装置，包括：开合式电流互感器、切换模块、工频测量模块、感应电源模块、通讯模块以及主控模块，

其中，所述开合式电流互感器用于套设在所述接地线上；所述切换模块、所述工频测量模块、所述感应电源模块、所述通讯模块以所述主控模块构成环流监测装置的控制电路模块，所述环流监测装置还包括容纳所述控制电路模块的控制电路容纳腔，所述控制电路容纳腔固定在所述开合式电流互感器上，所述切换模块具有与所述电流互感器的输出端连接的切换输入端、两个分别与所述频测量电路的输入端和所述感应电源电路的输入端连接的切换输出端以及用于连接所述切换输入端和其中一个所述切换输入端的切换连接部；所述感应电源模块的输出端分别与所述切换模块、所述工频测量模块、所述感应电源模块、所述通讯模块以及所述主控模块连接；所述主控模块分别与所述切换模块、所述工频测量模块、感应电源模块、通讯模块连接。

根据本专利背景技术中对现有技术所述，目前的环流监测技术存在以下问题：布线复杂、结构复杂、无法保证***的可靠、长时间运行；而本发明公开的自取能和测量一体的环流监测装置，开合式电流互感器既用作感应取电互感器，通过磁感应的方式获取一次侧电缆中的电流能量，又用作测量电流互感器，对一次侧电缆中的电流进行精度测量；在实际使用时，默认开合式电流互感器与感应电源模块连接，此时储能部充电，等设定的采集周期到来时，主控模块中，定时器将MCU唤醒，MCU通过控制切换模块将开合式电流互感器与工频测量模块连接，并对工频测量模块的测量信号进行分析得到分析结果，进而完成数据的精度采样分析，本案中，取能和测量模块为同一模块，通过切换模块进行取能和测量的切换，结构简单，成本较低，实现了环流监测设备的一体化设计，现场无需布线，现场安装、维护方便，安装效率高，适于大批量生产，易于推广；而且本案采用间隙工作，不仅满足了环流监测工作要求，且能耗较低。

另外，根据本发明公开的一种自取能和测量一体的环流监测装置还具有如下附加技术特征：

进一步地，所述主控模块包括低功耗MCU（单片微型计算机）和定时器。

进一步地，所述感应电源模块包括输入端与一个所述切换输出端连接的前端保护泄放电路、输入端与所述前端保护泄放电路的输出端连接的整流滤波电路、输入端与所述整流滤波电路的输出端连接的微能量收集稳压电路、输入端与所述微能量收集稳压电路的输出端连接的储能部以及输入端与所述微能量收集稳压电路的输出端连接、输出端与所述前端保护泄放电路连接的监测电路，所述储能部的输出端分别与所述切换模块、所述工频测量模块、所述感应电源模块、所述通讯模块以及所述主控模块连接，所述监测电路用于将所述微能量收集稳压电路的输出电流值反馈给所述前端保护泄放电路让所述前端保护泄放电路根据所述输出电流值进行电流泄放。

更进一步地，所述储能部包括蓄能单元以及备用电源，所述蓄能单元和所述备用电源通过二极管并联。

采用蓄能单元和备用电源通过二极管并联，保证优先使用蓄能单元给采集电路及无线通讯电路供电，当一次测无流或电流过小（蓄能单元电量不足）时，使用备用电源供电。

更进一步地，所述蓄能单元为超级电容，所述备用电源为锂亚离子电池。

进一步地，所述工频测量模块包括输入端与所述切换模块的另一个所述切换输出端连接的前端冲击保护电路、输入端与所述前端冲击保护电路的输出端连接用于将所述开合式电流互感器发送的测量电流信号转换成有效值信号的整流电路、输入端与所述整流滤波电路的输出端连接且输出端与所述主控模块连接用于滤除电路上的高频谐波干扰的滤波放大电路。

进一步地，所述通讯模块为无线通讯模块，根据实际的需求，该无线通讯模块可以为近场通讯（BLE、ZIGBEE）等低功耗通讯方式或远距离通讯方式（NB-IoT，GPRS）等，内置天线。

进一步地，所述切换模块为双刀双掷继电器。

进一步地，所述主控模块通过光电耦合器与所述切换模块连接。

为了降低切换模块对主控模块的影响，主控模块通过光电耦合器来实现与切换模块的隔离。

根据本发明的另一方面，还提供了一种基于上述的一种自取能和测量一体的环流监测装置的环流监测方法，包括以下步骤：

所述主控模块根据预设的周期信息通过控制所述切换模块使所述开合式电流互感器与所述感应电源模块或所述工频测量模块连接，所述周期信息包含采集周期、充电周期以及上报周期；当处于充电周期时，所述主控模块通过控制所述切换模块使所述开合式电流互感器向所述感应电源模块充电；当处于采集周期时，所述主控模块通过控制切换模块使所述开合式电流互感器向所述工频测量模块发送测量电流信号，所述工频测量模块对所述测量电流信号进行整流滤波之后得到测量信号并发送给所述主控模块，所述主控模块对所述测量信号进行分析，并对于分析结果进行存储；当到达上报周期时，所述主控模块通过所述通讯模块将存储的所有待上报的所述分析结果发送给采集终端，然后通过控制所述切换模块使所述开合式电流互感器向所述感应电源模块充电。

另外，根据本发明公开的一种环流监测方法还具有如下附加技术特征：

进一步地，所述主控模块判断所述分析结果是否大于预设阀值，在大于所述预设阀值时，进一步将所述分析结果作为异常结果通过所述通讯模块发送给采集终端，在小于所述预设阈值时，进一步对所述测量信号进行存储。

进一步地，所述主控模块判断预定时间内异常结果上报的次数是否超过预设的上报次数，当判断超过时，进一步根据异常结果上报次数对所述上报周期进行调整。

本案采用智能间隙工作模式，能够根据被测接地电流的大小，调整数据上报的频次，提高***工作的长期性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的一个实施例中自取能和测量一体的环流监测装置的结构示意图；

图2为本发明的一个实施例中自取能和测量一体的环流监测装置的原理框图；

图3为本发明的一个实施例中自取能和测量一体的切换模块的原理框图；

图4为本发明的一个实施例中感应电源模块的原理框图；以及

图5为本发明的一个实施例中工频测量模块的原理框图。

其中，1为开合式电流互感器，2为控制电路模块，21为切换模块，22为工频测量模块，221为前端冲击保护电路，222为整流电路，223为滤波放大电路，23为感应电源模块，231为前端保护泄放电路，232为整流滤波电路，233为微能量收集稳压电路，234为储能部，235为监测电路，24为通讯模块，25为主控模块。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件；下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“横”、“竖”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的构思如下，提供一种自取能和测量一体的环流监测装置和环流监测方法，开合式电流互感器既用作感应取电互感器，通过磁感应的方式获取一次侧电缆中的电流能量，又用作测量电流互感器，对一次侧电缆中的电流进行精度测量；在实际使用时，默认开合式电流互感器与感应电源模块连接，此时储能部充电，等设定的采集周期到来时，主控模块中，定时器将MCU唤醒，MCU通过控制切换模块将开合式电流互感器与工频测量模块连接，并对工频测量模块的测量信号进行分析得到分析结果，进而完成数据的精度采样分析，本案中，取能和测量模块为同一模块，通过切换模块进行取能和测量的切换，结构简单，成本较低，实现了环流监测设备的一体化设计，现场无需布线，现场安装、维护方便，安装效率高，适于大批量生产，易于推广；而且本案采用间隙工作，不仅满足了环流监测工作要求，且能耗较低。

下面将参照附图来描述本发明的自取能和测量一体的环流监测装置，图1为本发明的一个实施例中自取能和测量一体的环流监测装置的结构示意图；图2为本发明的一个实施例中自取能和测量一体的环流监测装置的原理框图；图3为本发明的一个实施例中自取能和测量一体的切换模块的原理框图；图4为本发明的一个实施例中感应电源模块的原理框图；以及图5为本发明的一个实施例中工频测量模块的原理框图。

如图1至图3所示，根据本发明的实施例，自取能和测量一体的环流监测装置包括：开合式电流互感器1、切换模块21、工频测量模块22、感应电源模块23、通讯模块24以及主控模块25，

其中，所述开合式电流互感器1用于套设在所述接地线上；所述切换模块21、所述工频测量模块22、所述感应电源模块23、所述通讯模块24以所述主控模块25构成环流监测装置的控制电路模块2，所述环流监测装置还包括容纳所述控制电路模块2的控制电路容纳腔，所述控制电路容纳腔固定在所述开合式电流互感器1上，所述切换模块21具有与所述电流互感器的输出端连接的切换输入端、两个分别与所述频测量电路的输入端和所述感应电源电路的输入端连接的切换输出端以及用于连接所述切换输入端和其中一个所述切换输入端的切换连接部；所述感应电源模块23的输出端分别与所述切换模块21、所述工频测量模块22、所述感应电源模块23、所述通讯模块24以及所述主控模块25连接；所述主控模块25分别与所述切换模块21、所述工频测量模块22、感应电源模块23、通讯模块24连接，如图2所示，虚线箭头表示信号流，实线箭头表示供电电流。

根据本专利背景技术中对现有技术所述，目前的环流监测技术存在以下问题：布线复杂、结构复杂、无法保证***的可靠、长时间运行；而本发明公开的自取能和测量一体的环流监测装置，开合式电流互感器1既用作感应取电互感器，通过磁感应的方式获取一次侧电缆中的电流能量，又用作测量电流互感器，对一次侧电缆中的电流进行精度测量；在实际使用时，默认开合式电流互感器1与感应电源模块23连接，此时储能部234充电，等设定的采集周期到来时，主控模块25中，定时器将MCU唤醒，MCU通过控制切换模块21将开合式电流互感器1与工频测量模块22连接，并对工频测量模块22的测量信号进行分析得到分析结果，进而完成数据的精度采样分析，本案中，取能和测量模块为同一模块，通过切换模块21进行取能和测量的切换，结构简单，成本较低，实现了环流监测设备的一体化设计，现场无需布线，现场安装、维护方便，安装效率高，适于大批量生产，易于推广；而且本案采用间隙工作，不仅满足了环流监测工作要求，且能耗较低。

另外，根据本发明公开的一种自取能和测量一体的环流监测装置还具有如下附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述主控模块25包括MCU（单片微型计算机）和定时器。

根据本发明的一些实施例，所述感应电源模块23包括输入端与一个所述切换输出端连接的前端保护泄放电路231、输入端与所述前端保护泄放电路231的输出端连接的整流滤波电路232、输入端与所述整流滤波电路232的输出端连接的微能量收集稳压电路233、输入端与所述微能量收集稳压电路233的输出端连接的储能部234以及输入端与所述微能量收集稳压电路233的输出端连接、输出端与所述前端保护泄放电路231连接的监测电路235，所述储能部234的输出端分别与所述切换模块21、所述工频测量模块22、所述感应电源模块23、所述通讯模块24以及所述主控模块25连接，所述监测电路235用于将所述微能量收集稳压电路233的输出电流值反馈给所述前端保护泄放电路231让所述前端保护泄放电路231根据所述输出电流值进行电流泄放，进而保证当一次侧电流偏大时，能够即时对外进行能量泄放。

如图4所示，整流滤波电路232将开合式电流互感器1传送来的能量进行整流滤波处理，并通过微能量收集稳压电路233进行处理，通过储能部234进行存储，感应电源模块23还包括前端保护泄放电路231，当一次侧电流偏大或储能部234电压充满时，能够即时对外进行能量泄放。

根据本发明的一些实施例，所述储能部234包括蓄能单元以及备用电源，所述蓄能单元和所述备用电源通过二极管并联。

采用蓄能单元和备用电源通过二极管并联，当接地电缆上有电流时，微能量收集稳压电路先给蓄能单元充电，保证优先使用蓄能单元给采集电路及无线通讯电路供电，当一次测无流或电流过小（蓄能单元电量不足）时，使用备用电源供电。

根据本发明的一些实施例，所述蓄能单元为超级电容，所述备用电源为锂亚离子电池。

如图5所示，根据本发明的一些实施例，所述工频测量模块22包括输入端与所述切换模块21的另一个所述切换输出端连接的前端冲击保护电路221、输入端与所述前端冲击保护电路221的输出端连接用于将所述开合式电流互感器1发送的测量电流信号转换成有效值信号的整流电路222、输入端与所述整流滤波电路232的输出端连接且输出端与所述主控模块25连接用于滤除电路上的高频谐波干扰的滤波放大电路223。

根据本发明的一些实施例，所述通讯模块24为无线通讯模块，根据实际的需求，该无线通讯模块可以为近场通讯（BLE、ZIGBEE）等低功耗通讯方式或远距离通讯方式（NB-IoT，GPRS）等，内置天线。

根据本发明的一个实施例，所述切换模块21为双刀双掷继电器。

根据本发明的一个实施例，所述主控模块25通过光电耦合器与所述切换模块21连接。

根据本发明的另一方面，还提供了一种基于上述的一种自取能和测量一体的环流监测装置的环流监测方法，包括以下步骤：

所述主控模块25根据预设的周期信息通过控制所述切换模块21使所述开合式电流互感器1与所述感应电源模块23或所述工频测量模块22连接，所述周期信息包含采集周期、充电周期以及上报周期；当处于充电周期时，所述主控模块25通过控制所述切换模块21使所述开合式电流互感器1向所述感应电源模块23充电；当处于采集周期时，所述主控模块25通过控制切换模块21使所述开合式电流互感器1向所述工频测量模块22发送测量电流信号，所述工频测量模块22对所述测量电流信号进行整流滤波之后得到测量信号并发送给所述主控模块25，所述主控模块25对所述测量信号进行分析，并对于分析结果进行存储；当到达上报周期时，所述主控模块25通过所述通讯模块24将存储的所有待上报的所述分析结果发送给采集终端，然后通过控制所述切换模块21使所述开合式电流互感器1向所述感应电源模块23充电。

另外，根据本发明公开的一种环流监测方法还具有如下附加技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述主控模块25判断所述分析结果是否大于预设阀值，在大于所述预设阀值时，进一步将所述分析结果作为异常结果通过所述通讯模块24发送给采集终端，在小于所述预设阈值时，进一步对所述测量信号进行存储。

根据本发明的一些实施例，所述主控模块25判断预定时间内异常结果上报的次数是否超过预设的上报次数，当判断超过时，进一步根据异常结果上报次数对所述上报周期进行调整。

本案采用智能间隙工作模式，能够根据被测接地电流的大小，调整数据上报的频次，提高***工作的长期性。

任何提及“一个实施例”、“实施例”、“示意性实施例”等意指结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处的该示意性表述不一定指的是相同的实施例。而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点均落在本领域技术人员的范围之内。

尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内；具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神；除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种自取能和测量一体的环流监测装置，其特征在于，包括：开合式电流互感器、切换模块、工频测量模块、感应电源模块、通讯模块以及主控模块，

其中，所述开合式电流互感器用于套设在所述接地线上；所述切换模块、所述工频测量模块、所述感应电源模块、所述通讯模块以所述主控模块构成控制电路模块，所述环流监测装置还包括容纳所述控制电路模块的控制电路容纳腔，所述控制电路容纳腔固定在所述开合式电流互感器上，所述切换模块具有与所述电流互感器的输出端连接的切换输入端、两个分别与所述频测量电路的输入端和所述感应电源电路的输入端连接的切换输出端以及用于连接所述切换输入端和其中一个所述切换输入端的切换连接部；所述感应电源模块的输出端分别与所述切换模块、所述工频测量模块、所述感应电源模块、所述通讯模块以及所述主控模块连接；所述主控模块分别与所述切换模块、所述工频测量模块、感应电源模块、通讯模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种自取能和测量一体的环流监测装置，其特征在于，所述感应电源模块包括输入端与一个所述切换输出端连接的前端保护泄放电路、输入端与所述前端保护泄放电路的输出端连接的整流滤波电路、输入端与所述整流滤波电路的输出端连接的微能量收集稳压电路、输入端与所述微能量收集稳压电路的输出端连接的储能部以及输入端与所述微能量收集稳压电路的输出端连接、输出端与所述前端保护泄放电路连接的监测电路，所述储能部的输出端分别与所述切换模块、所述工频测量模块、所述感应电源模块、所述通讯模块以及所述主控模块连接，所述监测电路用于将所述微能量收集稳压电路的输出电流值反馈给所述前端保护泄放电路让所述前端保护泄放电路根据所述输出电流值进行电流泄放。

3.根据权利要求2所述的一种自取能和测量一体的环流监测装置，其特征在于，所述储能部包括蓄能单元以及备用电源，所述蓄能单元和所述备用电源通过二极管并联。

4.根据权利要求1所述的一种自取能和测量一体的环流监测装置，其特征在于，所述工频测量模块包括输入端与所述切换模块的另一个所述切换输出端连接的前端冲击保护电路、输入端与所述前端冲击保护电路的输出端连接的整流电路、输入端与所述整流滤波电路的输出端连接且输出端与所述主控模块连接的滤波放大电路。

5.根据权利要求1所述的一种自取能和测量一体的环流监测装置，其特征在于，所述通讯模块为无线通讯模块。

6.根据权利要求1所述的一种自取能和测量一体的环流监测装置，其特征在于，所述切换模块为双刀双掷继电器。

7.根据权利要求1所述的一种自取能和测量一体的环流监测装置，其特征在于，所述主控模块通过光电耦合器与所述切换模块连接。

8.一种基于权利要求1至7中任意一项所述的一种自取能和测量一体的环流监测装置的环流监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述主控模块根据预设的周期信息通过控制所述切换模块使所述开合式电流互感器与所述感应电源模块或所述工频测量模块连接，所述周期信息包含采集周期、充电周期以及上报周期；当处于充电周期时，所述主控模块通过控制所述切换模块使所述开合式电流互感器向所述感应电源模块充电；当处于采集周期时，所述主控模块通过控制切换模块使所述开合式电流互感器向所述工频测量模块发送测量电流信号，所述工频测量模块对所述测量电流信号进行整流滤波之后得到测量信号并发送给所述主控模块，所述主控模块对所述测量信号进行分析，并对于分析结果进行存储；当到达上报周期时，所述主控模块通过所述通讯模块将存储的所有待上报的所述分析结果发送给采集终端。

9.根据权利要求8所述的一种环流监测方法，其特征在于，所述主控模块判断所述分析结果是否大于预设阀值，在大于所述预设阀值时，进一步将所述分析结果作为异常结果通过所述通讯模块发送给采集终端，在小于所述预设阈值时，进一步对所述测量信号进行存储。

10.根据权利要求9所述的一种环流监测方法，其特征在于，所述主控模块判断预定时间内异常结果上报的次数是否超过预设的上报次数，当判断超过时，进一步根据异常结果上报次数对所述上报周期进行调整。

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