附設在電力線路上的高壓直接計量裝置的製作方法
2023-10-07 01:58:39
專利名稱：附設在電力線路上的高壓直接計量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種高壓計量裝置，特別涉及的是一種附設在高壓電 力線上對每根相線用電情況進行直接計量，並將其傳輸給遠端用戶端接收裝置 的高壓直接計量裝置。
背景技術：
高壓計量是電力計量技術中最重要的一個組成部分，各種技術層出不窮， 其研究方向主要集中在以下兩點，第一點是如何採集高壓線路上的電流值，電
壓值；第二點是如何防止竊電發生。
針對第一點而言，目前慣用的方法是採用獨立的電流互感器和電壓互感器， 分別獲取電壓值和電流值；但是在安裝時由於需要各自保持一定的距離，防止 相互的電磁幹擾，同時由於互感器自身作為用電設備，從能量守恆的角度來看， 仍存在一定的電能消耗，從而影響準確性；中國專利中公開了多項關於高壓互 感器或電流互感器的專利，但是由於其都是基於變壓器的基礎理論上，進行的 改進，因此其是無法根本改變現有互感器的缺陷，如工藝複雜、體積龐大並 且反應出的電壓值的準確率隨著材料、工藝精度和環境的改變而產生較大的誤 差的缺陷，同時在和所述的電流互感器結合使用時，體積更為龐大。
對於第二點而言，曾經有用電設備製造商，設計成將高壓計量設備以及相 應的顯示單元設置在高壓線路上，從而使用戶不能觸及到計量設備，進而杜絕 可能產生的竊電隱患，但是這種方式使用戶或用電管理部門查抄電能值帶來很 大的危險，同時由於顯示設置於高壓線路上容易受到高壓產生磁場的影響，最 終有損顯示設備的壽命。
鑑於上述缺陷，本實用新型創作者經過長時間的研究和實踐終於獲得本創作。
發明內容本實用新型的目的在於，提供一種附設在電力線路上的高壓直接計量裝置， 用以解決現有技術中取得電流值和電壓值中的結構龐大準確性差的缺陷，以及 在實際應用中存在竊電隱患的問題。
為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案在於，提供一種附設在電力 線路上的高壓直接計量裝置，其至少附設於一條高壓電力線上，其包括
一電壓採集單元，用以從電力線上直接獲取第一電壓信號；
一電流採集單元，用以從電力線上直接獲取表徵實時電流值的第二電壓信
號；
一第一處理單元，其分別與所述的電壓採集單元和電流採集單元相連接， 將所述的第一電壓信號和第二電壓信號轉換成實時的電壓值和電流值換算成瞬 時功率值，並在一第一預設時間內對瞬時值進行積分，輸出一第一電能值信號；
一第二處理單元，其與所述的第一處理單元相連接，將所述的第一電能值 信號累加形成一第二電能值信號，每隔第二預設時間發出所述第二電能值信號；
一發射電路，其接收到所述的第二電能值信號將其傳輸至一用戶端接收裝置。
為了器件的安全，所述的第一處理單元和所述的第二處理單元之間設置有 一隔離轉換電路，其將所述的第一電能值信號進行隔離轉換輸出給所述的第二 處理單元，用以防止高壓線路幹護C。
其中，所迷的電壓採集單元包括
一電壓採樣組件，其直接從所述的相線上採集實時的電壓信號； 一電壓信號處理電路，其將所述的實時的電壓信號進行整流轉換為直流的 第一電壓信號；
以及電源電路，其將所述的電壓信號進行穩壓、濾波轉換成電源電壓輸出。 較佳的，所述的電壓採樣組件為機械結構組件，其包括 一導電釆樣件，其為一導電材料，直接接觸金屬電力線或透過絕緣皮直接 接觸電力線芯，獲取電力線上實時的電壓信號；
一採樣固定件，其確保所述的導電採樣件與所述的電力線連接穩固。 其中，所述的電壓信號處理電路包括
一與所述導電採樣件串聯的第 一穩壓管，所述的第 一穩壓管的 一端接地； 一與所迷的導電採樣件相連的降壓電阻，其輸出為所述的第一電壓信號。 其中，所述的電流採集單元為一設置於所述的電力線上的錳銅片，其兩端通過兩個降壓電阻，用以獲取表徵電流值的第二電壓信號。
較佳的，所述的第一處理單元為一比例乘法積分集成晶片，其包括 一比例處理部分，將所述的第一電壓信號轉換為實時的電壓值，將所述的
第二電壓信號轉換為實時電流值；
一乘法部分，將所述的實時電流值和實施電壓值相乘，獲取瞬時功率值；
一積分部分，將獲取的瞬時功率值在所述的第一預設的時間內進行積分， 獲取第一電能值信號。
較佳的，所述的第二處理單元為一處理器，其輸入端獲取表徵第一電能值 信號，並對其進行累加形成第二電能值，其中所述的處理器與一時鐘電路相連 接，所述的所述時鐘電路每隔所述的第二預設時間發出 一觸發信號至所述的處 理器，使其輸出端輸出此時第二電能信號給所述的發射電路。
較佳的於，所述的隔離轉換電路包括 一光耦隔離電路，其光信號發射端 與所述的第一處理單元的輸出端相連接，其信號轉換端與所述的第二處理單元 的輸入端相連4妄。
為了便於用電管理部門實現對所述的附設在電力線路上的高壓直接計量裝 置，還包括 一通信電路與所述的第二處理單元相連接，用以接收一控制信號， 從而改變所述的第二處理單元的命令設置。
與所述的附設在電力線路上的高壓直接計量裝置相應的用戶端接收裝置為 一無線顯示用戶端接收裝置，其包括
一接收電路，用以接收所述的發射電路發射的第二電能值信號； 一解碼電路，將所述的第二電能值信號進行解碼，輸出一解碼信號； 一處理器，其獲取所述的解碼信號後進行解碼，轉換為所述的第二電能值； 一顯示電路，將所述的第二電能值顯示給用戶。
與現有技術比較本實用新型的有益效果在於，首先，本實用新型設置在電 力線上，而與之相對應的用戶端接收裝置設置於安全位置，從而避免的用戶發 生觸電危險；
其次，由於用戶不能接觸到電力線上的電壓、電流信號的採集以及電能計 算過程，從而避免了竊電的發生；
最後，採用了直接的計量方式，而不再用互感器的方式，從而使體積小、 電壓值/電流值測量精度高。
圖1為本實用新型附設在電力線路上的高壓直接計量裝置的功能結構框圖2為本實用新型附設在電力線路上的高壓直接計量裝置以及對應用戶端 接收裝置的機械機構示意圖3為本實用新型附設在電力線路上的高壓直接計量裝置的電壓採集單元 中電壓採樣組件的結構放大圖4為本實用新型附設在電力線路上的高壓直接計量裝置一較佳實施例的 電路示意圖5為本實用新型附設在電力線路上的高壓直接計量裝置對應用戶端接收 裝置功能結構框圖6為本實用新型附設在電力線路上的高壓直接計量裝置對應用戶端接收 裝置一較佳實施例的電路示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型上述的和另外的技術特徵和優點作更詳細的 說明。
請參閱圖l所示，其為本實用新型附設在電力線路上的高壓直接計量裝置 的功能結構框圖，為了實現防竊電的目的，將對電力線L上電壓、電流信號採 集，以及電能值的計算完全設置在高壓線路L上，僅僅將與其相對應的用戶端 接收裝置設置在用戶可以安全接收的位置，從而對於用戶而言其僅僅可以獲知 目前的電能值，而不能接觸到相應的採集和計量部分，大大的降低了竊電的隱 患；同時又要克服計量裝置由於受到高壓線路環境的影響，可能引起的計量不 準確的隱患。為此本實用新型附設在電力線路上的高壓直接計量裝置包括一 電壓釆集單元ll，用以從電力線L上直接獲取第一電壓信號； 一電流採集單元
12, 用以從電力線L上直接獲取表徵電流值的第二電壓信號； 一第一處理單元
13, 其接收所述的第一電壓信號和第二電壓信號，轉換成實時的電壓值和電流 值換算成瞬時功率值，並在一第一預設時間內對瞬時值進行積分處理，輸出一 第一電能值信號；所述的第一處理單元13和所述的第二處理單元15之間設置 有一隔離轉換電路14,其將所述的第一電能值信號進行隔離轉換後輸出給所述 的第二處理單元15,用以防止高壓線路幹擾。所述的第二處理單元15,其接收 經過所述的隔離轉換電路14傳輸過來的第一電能信號並進行累加，每隔一第二預設時間發出一第二電能值信號； 一發射電路10，其接收到所述的第二電能信 號將其傳輸至一用戶端接收裝置。這裡所述的第一預設時間和第二預設時間是 根據用戶具體的需要來設定，僅僅是決定了第一、第二處理單元的一個執行頻 率問題， 一般情況下第二預設時間不小於第一預設時間的，如果所述的用戶端 接收裝置對於目前指定電力線L上電能的消耗不需要實時的顯示的話，即可以 根據第二預設時間進行顯示更新。
本實用新型還包括 一通信電路17與所述的第二處理單元15相連接，用 以接收一控制信號，用以改變所述的第二處理單元15的命令設置，其通常以無 線方式(如GPRS方式)，受用電管理部門控制； 一時鐘電路18,其與所述的 第二處理單元15相連接，用以設定所述的第二預設時間，並在到達該時刻發出 觸發信號給所述的第二處理單元15,從而使其將第二電能信號通過發射電路10 發射出去。 一存儲電路19,用以存儲標記有時間點的電能值，以及相應的從所 述的通信電路17獲取的控制指令信息，用以將其傳輸給用電管理部門進行相應 的核查。
需要說明的是這裡僅僅以計量一條高壓電力線L上的電能消耗為例，如果 要計量多條電力線L的電能值，通常可以基於本實用新型採用兩種方法實現
第一種方法是在每一條電力線L上都要設置所述的電壓採集單元11以及電 流採集單元12,然後將採集到的數據都匯聚到一個第一處理單元13和一個第二 處理單元15，經過各自計算每條電力線L上消耗的第一電能值後累加，通過一 個發射電路IO傳輸給一用戶端接收裝置。
第二種方法是在每一條電力線L上設置一本實用新型的附設在電力線路上 的高壓直接計量裝置，然後將每一電力線L上的第二電能值進行相加後傳輸到 一用戶端接收裝置，其中用以獲取第二電能信號的過程可以在其中一條電力線L 上的附設在電力線路上的高壓直接計量裝置中，也可以單獨設置一個設備作為 一個累加和發射裝置，但是其發明思路都與本實用新型保護範圍 一致。
請參閱圖2所示，其為本實用新型附設在電力線路上的高壓直接計量裝置 以及對應用戶端接收裝置的機械機構示意圖；所述的附設在電力線路上的高壓 直接計量裝置附設在所述的電力線L上，其包括一殼體3， 一電力線L穿過所 述的殼體3，其內部設置有控制板4，所述的控制板4要與所述的電力線L相垂 直，用以防止控制板4上的器件受到高壓磁場的影響；通過一無線連結方式將 第二電能信號傳輸至一遠端安全位置處的用戶端無線接收裝置2。當然還包括
8用電管理部門所使用的無線控制裝置5 (如手持機、PDA以及其他具有發射接 收功能的設備)，用以和所述的附設在電力線路上的高壓直接計量裝置中的通 信電路進行數據的交互。
請參閱圖3所示，其為本實用新型附設在電力線路上的高壓直接計量裝置
的電壓採集單元中電壓採樣組件的結構放大圖；其對應的是在圖2中A標示區 域，其體現的是本實用新型的直接取電壓的技術方案，所述的電壓採樣組件為 機械結構組件，其包括
一導電採樣件R1，其為一導電材料製得，在所述的電力線L為金屬棵線的 情況下，直接接觸金屬相線(圖中未示)；當所述的電力線L具有絕緣皮的情 況下，透過絕緣皮直接接觸相線芯，獲取電力線L上實時的電壓信號；其中， 所述的導電採樣件R1具有針齒狀結構，所以可以針刺穿透所述的絕緣皮。
一採樣固定件，其包括 一固定塊111以及一螺栓112,通過所述螺栓112 螺紋旋入所述殼體3內，所述的螺栓112頭頂靠在所述的固定塊111上，從而 使所述的導電採樣件Rl和電力線L接觸的更加穩固，需要說明的是能夠達到上 述目的和思想的例子並不局限僅僅依靠所述螺栓112和固定塊111組成的結構。
同時結合圖2所示，這裡採用的直接取電流的技術方案是在電力線L上設 置一段電阻恆定的導體RO,這裡採用的錳銅片，通過獲得實時的電壓值除以其 電阻值即可獲知其流過電流值的大小。
請參閱圖4所示，其為本實用新型附設在電力線路上的高壓直接計量裝置 一較佳實施例的電路示意圖，所述的電壓採集單元除了包括 一電壓採樣組件 Rl,其直接從所述的相線上採集實時的電壓信號； 一電壓信號處理電路，其將 所述的實時的電壓信號進行整流轉換為直流的第一電壓信號；所述的電壓信號 處理電路包括一與所述導電採樣件Rl串聯的第一穩壓管DW1,所述的第一穩 壓管DW1的另一端接地， 一與所述的導電採樣件Rl相連的降壓電阻R2，其輸 出為所述的第一電壓信號；以及一電源電路，其對所述的實時電壓信號進行穩 壓、濾波轉換成電源電壓輸出至設置在控制板上的用電器件，所述的電源電路 包括依次串聯的電容C1、電阻R3、 R4和二極體D1，還有並聯的第二穩壓管 DW2、電容C9以及電容C10,其輸出的電源電壓為其他用電器件所接收。所述 的電流採樣單元除了位於電力線L上的錳銅片RO外，在其兩端分別串聯有降壓 電阻R5、 R6;所述的第一處理單元為一比例乘法積分集成晶片IC1，其輸出端 分別獲取第一電壓信號以及電力線L電流相對應的第二電壓信號，其包括一比例處理部分，將所述的第一電壓信號轉換為實時的電壓值，將所述的第二電 壓信號轉換為實時電流值；
一乘法部分，將所述的實時電流值和實施電壓值相乘，轉換成瞬時功率值；
一積分部分，將獲取的功率值在所述的第一預設的時間內進行積分，獲取 第一電能值。
所述的隔離轉換電路為 一光耦隔離電路IC2,其光信號發射端與所述的比例 乘法積分集成晶片IC1的輸出端相連接，其信號轉換端與所述的第二處理單元 的輸入端相連接；同時在所述的光信號發射端之前設置有一個LED燈，用以指 示所述的電力線L上有功率消耗；所述的第二處理單元為一微處理器MCU，其 與輸入端獲取表徵第一電能值的輸入信號，進行累加形成第二電能值，其中所 述的微處理器MCU與一時鐘電路相連接，所述時鐘電路每隔所述的第二預設時 間發出一觸發信號至所述的微處理器MCU，使其輸出端輸出第二電能信號給所 述的發射電路。對於其他的構成模塊都可以採用現有的通用設備，對本領域技 術人員而言是很容易選擇並設置的，這裡就不在贅述了。
請參閱圖5所示，其為本實用新型附設在電力線路上的高壓直接計量裝置 對應用戶端接收裝置功能結構框圖；所述的用戶端接收裝置設置在安全區域， 其並不參與高壓直接計量的信號採集和計算處理，對於用戶而言其僅僅是可以
用以知曉目前的指定電力線L上的電能消耗，所述的用戶端接收裝置為一無線
顯示用戶端接收裝置，其包括
一接收電路21,用以接收所述的發射電路IO發射的第二電能信號； 一解碼電路22,將所述的第二電能信號進行解碼，輸出一解碼信號； 一處理器23，其獲取所述的解碼信號後進行解碼，轉換為所述的第二電能
值；
一顯示電路24，將所述的第二電能信號顯示給用戶；同時也可以設置一個 通信電路，用以與外部的接收設備相連接，從而將所述的第二電能值傳輸出去， 下載到所述的接收設備(圖中未示)上，或是將相應的數據由所述的接收設備 上傳給用戶端接收裝置。
請參閱圖6所示，其為本實用新型附設在電力線路上的高壓直接計量裝置 對應用戶端接收裝置一較佳實施例的電路示意圖。所述的接收電路為一無線接 收器，其包括 一聲表面波濾波器Y1，其是利用石英、鈮酸鋰、鈦酸鋇晶體具 有壓電效應的性質做成的。 一電阻Rl和電感Ll分別與一三極體Ql的基極和集電極相連接，所述的三極體Ql的發射極接地。所述的解碼電路為一解碼晶片 IC,其與一作為解碼器的處理器MCU相連接，用以確定所述的第二電能值，並
通過一顯示電路與所述的微處理器MCU相連接，將所述的第二電能值進行顯 示。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，對本實用新型而言僅僅是說明性 的，而非限制性的。本專業技術人員理解，在本實用新型權利要求所限定的精 神和範圍內可對其進行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本實用新型的 保護範圍內。
權利要求1、一種附設在電力線路上的高壓直接計量裝置，其特徵在於，其包括一電壓採集單元，用以從電力線上直接獲取第一電壓信號；一電流採集單元，用以從電力線上直接獲取表徵實時電流值的第二電壓信號；一第一處理單元，其分別與所述的電壓採集單元和電流採集單元相連接，將所述的第一電壓信號和第二電壓信號轉換成實時的電壓值和電流值換算成瞬時功率值，並在一第一預設時間內對瞬時值進行積分，輸出一第一電能值信號；一第二處理單元，其與所述的第一處理單元相連接，將所述的第一電能值信號累加形成一第二電能值信號，每隔第二預設時間發出所述第二電能值信號；一發射電路，其接收到所述的第二電能值信號將其傳輸至一用戶端接收裝置。
2、 根據權利要求1所述的附設在電力線路上的高壓直接計量裝置，其特徵 在於，所述的第一處理單元和所述的第二處理單元之間設置有一隔離轉換電路。
3、 根據權利要求1所述的附設在電力線路上的高壓直接計量裝置，其特徵 在於，所述的電壓採集單元包括一電壓採樣組件，其直接從所述的相線上採集實時的電壓信號； 一電壓信號處理電路，其與所述的電壓採樣組件相連接產生第一電壓信號； 以及電源電路，其將所述的電壓信號進行穩壓、濾波轉換成電源電壓輸出。
4、 根據權利要求3所述的附設在電力線路上的高壓直接計量裝置，其特徵 在於，所述的電壓採樣組件為機械結構組件，其包括一導電採樣件，其為一導電材料製成，直接接觸金屬電力線或透過絕緣皮 直接接觸電力線芯，獲取電力線上實時的電壓信號；一採樣固定件，其確保所述的導電採樣件與所述的電力線連接穩固。
5、 根據權利要求4所述的附設在電力線路上的高壓直接計量裝置，其特徵 在於，所述的電壓信號處理電路包括一與所述導電釆樣件串聯的第 一穩壓管，所述的第 一穩壓管的另 一端接地； 一與所述的導電採樣件相連的降壓電阻，其輸出所述的第 一電壓信號。
6、 根據權利要求1所述的附設在電力線路上的高壓直接計量裝置，其特徵 在於，所述的電流採集單元為一設置於所述的電力線上的錳銅片，其兩端設置兩個降壓電阻，用以獲取表徵電流值的第二電壓信號。
7、 根據權利要求6所述的附設在電力線路上的高壓直接計量裝置，其特徵在於，所述的第一處理單元為一比例乘法積分集成晶片，其包括一比例處理部分，將所述的第一電壓信號轉換為實時的電壓值，將所述的第二電壓信號轉換為實時電流值；一乘法部分，將所述的實時電流值和實施電壓值相乘，用以獲取瞬時功率值；一積分部分，將獲取的瞬時功率值在所述的第 一預設的時間內進行積分， 用以獲取第一電能值信號。
8、 根據權利要求7所述的附設在電力線路上的高壓直接計量裝置，其特徵 在於，所述的第二處理單元為一處理器，其輸入端獲取第一電能值信號，並對 其進行累加形成第二電能值，其中所述的處理器與一時鐘電路相連接，所述的 所述時鐘電路每隔所述的第二預設時間發出一觸發信號至所述的處理器，使所 述的處理器輸出端輸出此時第二電能信號給所述的發射電路。
9、 根據權利要求2或8所述的附設在電力線路上的高壓直接計量裝置，其 特徵在於，所述的隔離轉換電路包括 一光耦隔離電路，其光信號發射端與所 述的第一處理單元的輸出端相連接，其信號轉換端與所述的第二處理單元的輸 入端相連接。
10、 根據權利要求l所述的附設在電力線路上的高壓直接計量裝置，其特 徵在於，所述的用戶端接收裝置為一用戶端無線接收裝置，其包括一接收電路，用以接收所述的發射電路發射的第二電能值信號； 一解碼電路，將所述的第二電能值信號進行解碼，輸出一解碼信號； 一處理器，其獲取所述的解碼信號後進行解碼，轉換為所述的第二電能值； 一顯示電路，將所述的第二電能值顯示給用戶。
專利摘要本實用新型為一種附設在電力線路上的高壓直接計量裝置，其包括一電壓採集單元，用以從電力線上直接獲取第一電壓信號；一電流採集單元，用以從電力線上直接獲取表徵實時電流值的第二電壓信號；一第一處理單元，其分別與所述的電壓採集單元和電流採集單元相連接，將所述的第一電壓信號和第二電壓信號轉換成實時的電壓值和電流值換算成瞬時功率值，並在一第一預設時間內對瞬時值進行積分，輸出一第一電能值信號；一第二處理單元，其與所述的第一處理單元相連接，將所述的第一電能值信號累加形成一第二電能值信號，每隔第二預設時間發出所述第二電能值信號；一發射電路，其接收到所述的第二電能值信號將其傳輸至一用戶端接收裝置。
文檔編號G01R22/00GK201421477SQ20092014726
公開日2010年3月10日 申請日期2009年4月7日 優先權日2009年4月7日
發明者萬家盛, 汪志強 申請人:湖北盛佳電器設備有限公司;萬家盛