一種電流監測裝置及防竊電負荷監測系統的製作方法
2023-09-21 18:43:55 1
一種電流監測裝置及防竊電負荷監測系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電流監測裝置及防竊電負荷監測系統，該電流監測裝置包括電源及電池管理單元與電流監測器，電源及電池管理單元與電流監測器相連；電流監測器包括：電流傳感器單元、信號處理轉換單元、中央處理單元、時鐘鐵電存儲單元、TD-LTE230M無線電力專網傳輸單元、射頻通信單元，電流傳感器單元與中央處理單元通過信號處理轉換單元相連；時鐘鐵電存儲單元、TD-LTE230M無線電力專網傳輸單元、射頻通信單元分別與中央處理單元相連。本實用新型的電流監測裝置及防竊電負荷監測系統，在數據的安全性及可靠性上得到提升，避免了使用GPRS傳輸用電信息時易受到攻擊、易丟失數據、安全性低、誤操作等問題。
【專利說明】一種電流監測裝置及防竊電負荷監測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電力領域，特別涉及一種電流監測裝置及防竊電負荷監測系統。【背景技術】
[0002]近年來，隨著經濟的高速增長和科學技術的發展，竊電現象呈現出高發和上升勢態，竊電問題比以往更為嚴重。一些單位和個人，尤其是高能耗企業，將盜竊電能降低成本作為獲利手段，採取各種方法竊取電量，以達到不交或少交電費的目的。竊電問題一直困擾著供電部門，竊電造成電能大量流失，嚴重損害了供電企業的合法權益，擾亂了正常的供用電秩序，同時也嚴重影響了電力事業的健康發展，而且給電網安全帶來了嚴重威脅。竊電現象的主要特點表現為竊電手段科技化、竊電過程隱蔽化、竊電數量大額化，給國家造成了嚴重的經濟損失。針對以上現象，一些電力企業雖然已經採取了人工排查、對高供低計用戶實施高供高計改造以及推廣用電信息採集系統的建設等措施，但這些傳統的防竊電方法存在著很大的不足及客觀缺陷，例如:人工排查和高供高計不僅不能實現實時監測，而且也浪費了大量的人力和物力成本，沒有從根本上實現實時、高效、準確地防竊電。
[0003]為了解決現有防竊電措施的不足，已經有人開發出一種專用變壓器供電(以下簡稱專變)用戶負荷監測系統。該系統主要是在原有的用電信息採集系統的基礎上增加了無線電流監測裝置和無線數據收發裝置。無線電流監測裝置採集用戶變壓器一次側用電信息，無線數據收發裝置接收來自無線電流監測裝置的數據，再通過無線公網GPRS的方式上傳給遠程主站，把該數據最後與二次側用戶電能表計量的用電數據進行比對分析，從而可以判斷該用戶是否有竊電嫌疑。該系統結構原理如圖1所示，這種方式雖然可以實現對用戶的用電情況實時、準確、直觀以及全面的監控，但仍有其不足之處，主要有:
[0004]1.目前已有的系統上傳主站的方式主要是基於無線公網的GPRS形式，而GPRS按流量計費，每臺無線數據收發裝置每月最低需5M，計費為20?100元。儘管長期掛在網上，只要不發生數據通信就不會產生費用，但必須隨時監視網絡狀況，一旦發現掉網馬上重新連網並同時將自己新的IP位址上報主站，從而增加了數據流量，而此部分流量費用也需由用戶支付。據不完全統計，國家電網公司每年給中國移動公司繳納幾億元的通訊費用。
[0005]目前現有的專變用戶防竊電負荷監測系統中的無線數據收發裝置主要採用無線公網GPRS方式上報主站的模式。如果按15分鐘上報一次，每條簡訊費按0.1元計算，那麼一年內一臺無線數據收發裝置需要支付給移動通信公司的簡訊費用為(24*60/15)*0.1*365=3504元，假如一年按照3萬套來安裝計算，則一年內需要給移動公司支付的簡訊費用為3504*30000 乂 I億元。可見使用GPRS費用高得驚人。
[0006]2.電流監測裝置採集變壓器一次側用電信息後，需把用電數據傳輸給無線數據收發裝置，無線數據收發裝置再通過無線公網GPRS的方式把該數據上傳給遠程主站，這種中轉上傳方式勢必會增加負荷監測系統的成本。
實用新型內容[0007]本實用新型的目的是公開一種電流監測裝置及防竊電負荷監測系統，以解決現有技術中存在的防竊電監測系統在監測過程中安全性差的問題。
[0008]該電流監測裝置包括電源及電池管理單元與電流監測器，電源及電池管理單元與電流監測器相連；該電流監測器包括:電流傳感器單元、信號處理轉換單元、中央處理單元、時鐘鐵電存儲單元、TD-LTE230M無線電力專網傳輸單元、射頻通信單元，電流傳感器單元與中央處理單元通過信號處理轉換單元相連；時鐘鐵電存儲單元、TD-LTE230M無線電力專網傳輸單元、射頻通信單元分別與中央處理單元相連。
[0009]在上述技術方案中，本實用新型電流監測裝置的電流監測器還包括看門狗和掉電保護單元，看門狗和掉電保護單元與中央處理單元相連。
[0010]在上述技術方案中，本實用新型電流監測裝置的電流監測器還包括磁場檢測單元，磁場檢測單元與中央處理單元相連。
[0011]在上述技術方案中，信號處理轉換單元包括信號處理單元與A/D轉換單元，信號處理單元與中央處理單元通過A/D轉換單元相連。
[0012]本實用新型的電流監測裝置採用TD-LTE230M技術，在數據的安全性、可靠性及實時性方面得到提升，同時降低了電力企業的成本；避免了使用GPRS傳輸用電信息時容易受到攻擊、易丟失數據、安全性低、誤操作等問題。
[0013]為了解決現有技術中存在的防竊電監測系統在監測過程中安全性差的問題，本實用新型還提出了一種防竊電負荷監測系統，該防竊電負荷監測系統包括上述的電流監測裝置和主站，電流監測裝置通過TD-LTE230M無線電力專網傳輸單元與主站通信。
[0014]本實用新型的防竊電負荷監測系統由於省略了無線數據收發裝置，大大降低了防竊電負荷監測系統的成本，同時把TD-LTE230M技術應用在防竊電負荷監測系統中，替代原有GPRS技術。由於TD-LTE230M技術使用權專屬電力企業。因此，相對以往GPRS技術，使用TD-LTE230M技術對用電信息進行傳輸避免了數據易受到攻擊、易丟失、安全性低、誤操作、高危險等問題，每年為電力企業節省了巨額的用電信息傳輸成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是現有技術的防竊電負荷監測系統原理結構圖；
[0016]圖2是本實用新型的電流監測裝置的原理圖；
[0017]圖3是本實用新型的信號處理單元及A/D轉換單元的原理圖；
[0018]圖4是本實用新型的中央處理單元的原理圖；
[0019]圖5是本實用新型的磁場檢測單元的原理圖；
[0020]圖6是本實用新型的時鐘鐵電存儲單元的原理圖；
[0021]圖7是本實用新型的看門狗和掉電保護單元的原理圖；
[0022]圖8是本實用新型的射頻通信單元的原理圖；
[0023]圖9是本實用新型的TD-LTE230M無線電力專網傳輸單元的原理圖；
[0024]圖10是本實用新型的電源及電池管理單元的原理圖；
[0025]圖11是本實用新型的防竊電負荷監測系統的結構圖。
【具體實施方式】[0026]下面結合附圖，對本實用新型的幾個【具體實施方式】進行詳細描述，但應當理解本實用新型的保護範圍並不受【具體實施方式】的限制。
[0027]為了解決現有技術中存在的防竊電監測系統在監測過程中安全性差的問題，本實用新型提供了 一種電流監測裝置。
[0028]如圖2所示，本實用新型的電流監測裝置包括:電源及電池管理單元210與電流監測器，電源及電池管理單元210與電流監測器相連；該電流監測器包括:電流傳感器單元201、信號處理轉換單元、中央處理單元204、時鐘鐵電存儲單元206、射頻通信單元208、TD-LTE230M無線電力專網傳輸單元209，電流傳感器單元201與中央處理單元204通過信號處理轉換單元相連；信號處理轉換單元包括信號處理單元202與A/D轉換單元203，信號處理單元202與中央處理單元204通過A/D轉換單元203相連；時鐘鐵電存儲單元206、射頻通信單元208、TD-LTE230M無線電力專網傳輸單元209分別與中央處理單元204相連。
[0029]本實用新型的電流監測裝置的電流監測器還包括磁場檢測單元205、看門狗和掉電保護單元207，磁場檢測單元205、看門狗和掉電保護單元207分別與中央處理單元204相連。
[0030]電流傳感器單元201主要是使用帶有磁芯電流互感器，負責從中高壓電力線提取中高壓電力線的電流以及電場抽能。單磁芯互感器由鐵芯及纏繞在鐵芯上的線圈組成。線圈用來進行電流採樣以及電場抽能，其感應的電流用於向信號處理單元202及A/D轉換單元203提供採樣電流，所抽取的能量用來給電流監測裝置供電。
[0031 ] 如圖3所示為信號處理單元202及A/D轉換單元203的原理圖，信號處理單元202及A/D轉換單元203主要用來處理由電流傳感器單元201感知的電流信息，經過A/D轉換後，把電流信息轉換成中央處理單元204可識別的數位訊號。
[0032]如圖4所示為中央處理單元204的原理圖，中央處理單元204主要是起到整個電流監測裝置核心控制及數據處理的作用，用來計算瞬時功率，並控制射頻通信單元208以及TD-LTE230M無線電力專網傳輸單元209，把此數據通過無線的形式發送；接收並處理磁場檢測單元205發送的數據，以此判斷周圍磁場是否為幹擾磁場，並做出相應的告警等一系列動作。
[0033]如圖5所示為磁場檢測單元205的原理圖，磁場檢測單元205主要由模擬霍爾位置傳感器SS490和運算放大器LM358兩部分組成。當周圍沒有磁場時，傳感器輸出2.5V電壓；當周圍有磁場時，其輸出與所檢測到的磁場強度成正比的電壓值。運算放大器LM358的作用是驅動傳感器SS490，傳感器SS490的輸出電壓通過運算放大後輸入中央處理單元204的AD 口。中央處理單元204通過檢測此電壓信號，並做相應的處理，來檢測磁場強度大小，當檢測到的磁場強度超出預設閾值時，通過射頻的方式報警信息，提示電流監測裝置周圍存在強磁場幹擾。
[0034]如圖6所示為時鐘鐵電存儲單元206的原理圖，時鐘鐵電存儲單元206的作用是為中央處理單元204提供精準時鐘，保證收發對時的精準性。本實用新型中時鐘電路採用RX8025T, RX8025T 是一款擁有 I2C (Inter 一 Integrated Circuit，兩線式串行總線)接口和溫度補償功能的新型實時時鐘晶片，內部集成32.768KHZ溫度補償晶體振蕩器，可用於各種需要高精度時鐘的場合。通過設置相應補償的控制位，可以實現不同間隔的溫度補償功能，從而大大提高了時鐘的精度。晶片可設置四種不同的時段進行溫度補償，默認設置是2S補償。該晶片採用C-MOS工藝生產，具有極低的功能消耗，可長期使用電池供電。
[0035]由於中央處理單元204程序龐大，僅使用其內部的存儲單元無法滿足龐大的程序存儲，因此需要使用外擴的鐵電存儲單元來完成程序存儲。在本實用新型中，鐵電存儲單元可採用FM24CL64。但不限於此，可根據需求選擇其它晶片。
[0036]如圖7所示為看門狗和掉電保護單元207的原理圖，看門狗和掉電保護單元207的作用是確保無線數據收發裝置不會因為程序跑飛而死機，確保無線數據收發裝置能夠從由外部原因導致的異常中復位，並確保在電壓降低到設定閾值時，能夠使系統復位。
[0037]如圖8所示為射頻通信單元208的原理圖，射頻通信單元208用來實現監測裝置之間的通信。通信方式主要以射頻通信的方式進行，通信頻率可以選擇433MHz或915MHz。
[0038]如圖9所示為TD-LTE230M無線電力專網傳輸單元209的原理圖，為了保證電力企業的自主權，保證遠程通信數據的安全性、可靠性及實時性，降低電力企業的成本，採用無線電力專網傳輸數據是未來形勢所趨。本實用新型中採用的TD-LTE230M無線電力專網傳輸單元(但不限於此，可根據需求選擇其它模塊或單元)具有透明、包容性強的通訊協議，高吞吐量、適合多種通訊場所等特點。TD-LTE230M無線電力專網傳輸技術具有低成本廣覆蓋、系統兼容性好、安全性強、海量實時在線終端用戶等特點。避免了原有使用GPRS傳輸用電信息時容易受到攻擊、易丟失數據、安全性低、誤操作危險高等問題。
[0039]如圖10所示為電源及電池管理單元210的原理圖，整個電流監測裝置的供電部分主要由電流互感器線圈電場抽能的方式進行供電，在線圈的後端接有兩個LDO電源晶片，分別輸出5V和3.3V電壓。考慮到電壓輸入輸出特性，LDO晶片可採用78L05和LM1117IMPX-3.3。供電部分不限於此，也可使用鋰電池進行供電，同樣，晶片可以選擇其他
-H-* I I
心/T O
[0040]本實用新型的電流監測裝置採用TD-LTE230M無線電力專網傳輸技術，在數據的安全性、可靠性及實時性方面得到提升，同時降低了電力企業的成本；避免了使用GPRS傳輸用電信息時容易受到攻擊、易丟失數據、安全性低、誤操作等問題。
[0041]為了解決現有技術中存在的防竊電監測系統在監測過程中安全性差的問題，本實用新型提出了一種防竊電負荷監測系統，該防竊電負荷監測系統包括上述的電流監測裝置和主站，電流監測裝置通過TD-LTE230M無線電力專網傳輸單元與主站通信。本實用新型的防竊電負荷監測系統結構如圖11所示，具體工作原理如下:
[0042]裝在A、B、C三相的電流監測裝置分別採集電力變壓器一次側的三相的用電數據，採集完成後，其中兩相的電流監測裝置(如:電流監測裝置B和電流監測裝置C)把其採集到的用電數據通過無線微功耗的方式(諸如通過射頻通信單元208的射頻方式)傳輸給另外一相電流監測裝置(如:電流監測裝置A)，該電流監測裝置(如:電流監測裝置A)接收完成後，再通過TD-LTE230M無線電力專網傳輸的方式，把三相用電數據上傳給遠程主站，從而完成整個防竊電負荷監測系統的工作。在三個電流監測裝置中，只需有一個裝置配置TD-LTE230M無線電力專網傳輸單元即可，另外兩個監測裝置可使用現有技術。當然，三個裝置可分別配置相應的TD-LTE230M無線電力專網傳輸單元。
[0043]本實用新型的防竊電負荷監測系統由於省略了無線數據收發裝置，大大降低了防竊電系統的成本，同時把新型TD-LTE230M無線電力專網傳輸技術應用在防竊電負荷監測系統中，替代原有GPRS技術。由於TD-LTE230M無線電力專網傳輸技術使用權專屬電力企業。因此，相對以往GPRS技術，使用TD-LTE230M無線電力專網傳輸技術對用電信息進行傳輸避免了數據受到攻擊、易丟失、安全性低、誤操作等問題，每年為電力企業節省了巨額的用電信息傳輸成本。
[0044]以上公開的僅為本實用新型的幾個具體實施例，但是，本實用新型並非局限於此，任何本領域的技術人員能思之的變化都應落入本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1.一種電流監測裝置，其特徵在於，包括:電源及電池管理單元與電流監測器，所述電源及電池管理單元與所述電流監測器相連； 所述電流監測器包括:電流傳感器單元、信號處理轉換單元、中央處理單元、時鐘鐵電存儲單元、TD-LTE230M無線電力專網傳輸單元、射頻通信單元，所述電流傳感器單元與所述中央處理單元通過所述信號處理轉換單元相連； 所述時鐘鐵電存儲單元、所述TD-LTE230M無線電力專網傳輸單元、所述射頻通信單元分別與所述中央處理單元相連。
2.根據權利要求1所述的電流監測裝置，其特徵在於，所述電流監測器還包括:看門狗和掉電保護單元，所述看門狗和掉電保護單元與所述中央處理單元相連。
3.根據權利要求1所述的電流監測裝置，其特徵在於，所述電流監測器還包括:磁場檢測單元，所述磁場檢測單元與所述中央處理單元相連。
4.根據權利要求1所述的電流監測裝置，其特徵在於，所述信號處理轉換單元包括信號處理單元與A/D轉換單元，所述信號處理單元與所述中央處理單元通過所述A/D轉換單元相連。
5.一種防竊電負荷監測系統，其特徵在於，包括權利要求1-4任意一項所述的電流監測裝置和主站，所述電流監測裝置通過TD-LTE230M無線電力專網傳輸單元與所述主站通?目 。
【文檔編號】G01R11/24GK203561674SQ201320727447
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年11月18日 優先權日:2013年11月18日
【發明者】趙羨龍, 侯克男, 楊立新, 宮臣, 丁賀蘋, 胡宇宣 申請人:國家電網公司, 北京南瑞智芯微電子科技有限公司