基于屏蔽層載波通信的電力電纜地線電流的在線監測系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于屏蔽層載波通信的電力電纜地線電流的在線監測系統，其特征在于：包括一電流互感器、第一電感耦合器以及第二電感耦合器；該電流互感器采集被測近端電纜接地線電容電流經一電流調理電路送給一下位機提取電流有效值；所述的下位機連接有LCD顯示模塊和第一載波模塊；所述第一載波模塊經第一高平電纜、第一電感耦合器與所述被測近端電纜連接；所述第二電感耦合器提取電力電纜末端的信號依次經第二高頻電纜、第二載波模塊以及串口電路與一上位機連接。本實用新型布線簡單便捷，設備成本低廉，信號傳輸準確，監測效果良好，適用于城鎮地下電力網絡信號傳輸。
【專利說明】基于屏蔽層載波通信的電力電纜地線電流的在線監測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電力線載波通信技術，特別是一種基于屏蔽層載波通信的電力電纜地線電流的在線監測系統。
【背景技術】
[0002]電力線載波通信利用輸電線路作為載波通信媒介，不產生通道上的材料和施工成本投入，是電力系統中最具特色的一種通信方式；且配電網線路結構堅固，載波機為適應線路環境在調制解調、編解碼、抗干擾等技術方面歷經多項技術革新，使電力線載波通信正真成為一種即經濟便捷、又安全可靠的配電自動化通信方式。但是在電力系統中，電力線載波通信由于通道狀況差，衰減大，阻抗變化大，以及突發干擾強等原因，使載波通信難以開通或者不穩定。
實用新型內容
[0003]有鑒于此，本實用新型的目的是提供一種基于屏蔽層載波通信的電力電纜地線電流的在線監測系統。
[0004]本發明采用以下方案實現:一種基于屏蔽層載波通信的電力電纜地線電流的在線監測系統，其特征在于:包括一電流互感器、第一電感耦合器以及第二電感耦合器；該電流互感器采集被測近端電纜接地線電容電流經一電流調理電路送給一下位機提取電流有效值；所述的下位機連接有LCD顯示模塊和第一載波模塊；所述第一載波模塊經第一高平電纜、第一電感耦合器與所述被測近端電纜連接；所述第二電感耦合器提取電力電纜末端的信號依次經第二高頻電纜、第二載波模塊以及串口電路與一上位機連接。
[0005]在本實用新型一實施例中，所述電流互感器的型號是HCT215。
[0006]在本實用新型一實施例中，所述的電流調理電路包括依次連接的四階有源巴特沃斯低通濾波器電路和絕對值電路。
[0007]在本實用新型一實施例中，所述的第一、二電力載波模塊為BWP09電力載波模塊。
[0008]本實用新型布線簡單便捷，設備成本低廉，信號傳輸準確，監測效果良好，適用于城鎮地下電力網絡信號傳輸。本系統不僅適用于電力電纜在線監測，還可適用于諸如城市配電網自動化信息傳輸、早期無復合光纖的海底電纜的通信等場合，因此具有廣闊的應用空間。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型硬件架構原理示意圖。
[0010]圖2是本實用新型低通濾波器電路原理圖。
[0011]圖3是本實用新型絕對值電路原理圖。
【具體實施方式】[0012]下面結合附圖及實施例對本實用新型做進一步說明。
[0013]如圖1、2和3所示，本實施例提供一種基于屏蔽層載波通信的電力電纜地線電流的在線監測系統，其特征在于:包括一電流互感器、第一電感耦合器以及第二電感耦合器；該電流互感器采集被測近端電纜接地線電容電流經一電流調理電路送給一下位機提取電流有效值；所述的下位機連接有LCD顯示模塊和第一載波模塊；所述第一載波模塊經第一高平電纜、第一電感耦合器與所述被測近端電纜連接；所述第二電感耦合器提取電力電纜末端的信號依次經第二高頻電纜、第二載波模塊以及串口電路與一上位機連接。
[0014]具體的，在電力電纜首端，利用電流互感器HCT215采集電纜接地線電容電流，經過信號調理電路后，利用下位機PIC16F877A程序編程提取電流有效值，并通過1602液晶現地時時顯示，然后通過異步串行通信方式，將信號傳給電力載波通信模塊BWP09，信號經調制后，利用電感耦合器SL-Y2將信號耦合至電力電纜金屬屏蔽層。
[0015]在電力電纜末端，利用電感耦合器SL-Y2將信號提取出來并傳輸給電力載波通信模塊BWP09，經模塊解調后，利用串口與上位機進行通信，最后在上位機利用LabVIEW制作監測畫面，將接收到的數據通過人機交互界面顯示出來，從而完成對電流信號的載波傳輸與遠程監測。
[0016]本實施例中，電流互感器電路的作用在于將電力電纜接地線上一次側A級別的電流轉換成二次側mA級別的電流，并通過運放電路或負載電阻轉換成電壓信號。本系統選用HCT215測量用電流互感器，該互感器額定工作頻率為50Hz，額定電流比為5A/5mA，精度〈0.2%，非線性度〈0.1%，相位差在5?10分。根據相關文獻，電纜正常運行時，接地線電流一般在2A左右。因此，本系統二次負載選用200 Ω電阻，此時電流互感器線性測量范圍為0?5A。負載電阻越小，則互感器精度越高，且線性范圍越大，因此該值可根據現場具體情況進行調整。
[0017]要說明的是，電流互感器電路輸出的電壓信號為正弦波信號，不僅含有基波分量，還含有各種高頻諧波分量，不能直接接入單片機，而需要通過調理電路，利用低通濾波器電路去除高次諧波，并通過絕對值電路，將交流信號變換為直流信號，以適用于單片機10 口電平要求。
[0018]本實施例設計一個四階有源巴特沃斯低通濾波器電路，電路通帶截止頻率ω c=100 π rad/s,阻帶載止頻率ω s=200 n rad/s,通帶允許最大損耗Amax= 3dB,阻帶允許最小損耗Amin=10dB,通過兩個二階巴特沃濾波電路級聯而成,能夠濾除超過工頻的高次諧波分量，并且將工頻分量放大2倍，電路原理圖如圖2所示。
[0019]經過濾波和放大后的電壓信號為交流信號，不能滿足單片機A/D轉換器有效輸入電壓為直流信號的需要，因此仍須通過絕對值電路進行處理，將交流電壓轉換成直流電壓，電路如圖3所示。
[0020]本實施例下位機采用Microchip公司的8位COMS FLASH單片機PIC16F877A，該單片機是PIC16F87XA系列中功能最為齊全的型號，具有豐富的引腳功能。該芯片具有8通道的10位A/D轉換器，帶有3個定時器和9位地址探測的通用同步/異步串行通信(USART)模塊，滿足本系統數據采樣和通信要求。PIC16F877A還是一款低功耗處理芯片，工作電壓為2V?5.5V，在5V電壓、4MHz晶振情況下，典型工作電流小于2mA。
[0021]常用的單片機人機交互界面一般采用發光二極管、LED數碼管和液晶顯示器，本實施例需要顯示當前電流有效值，二極管和數碼管無法滿足要求，因此采用在實際應用中常見的1602液晶顯示模塊。該模塊是一種用于顯示數字、字母和符號的點陣式LCD，顯示容量為16*2個字符，模塊最佳工作電壓為5V，16引腳帶有背光功能，模塊內部控制器共有11條控制指令。
[0022]值得一提的是，本實施例中所述電力載波模塊是采用BWP09電力載波模塊，該模塊是一款低成本、高性能的電力載波模塊，該模塊集成了載波發送和接收電路，僅須外接電感耦合器，便可組成電力載波通信應用系統。模塊工作電源為5V和16V，載波頻率為60kHz，接口方式為TTL電平串行接口，載波速度為300bps，串口速率為9600bps，調制方式為FSK和DSSS。與PIC16F877A相連時，數據引腳TX、RX須交叉連接，使用串口與上位機連接時，需要使用TTL電平與RS232電平的轉換電路。
[0023]電感耦合器利用電磁感應原理，將高頻載波信號耦合至電纜屏蔽層，實現載波信號的遠程傳輸。電感耦合器分為注入式和卡接式，注入式電感耦合器具有信號衰減小，傳輸距離遠等優點，但須停電安裝，卡接式電感耦合器具有安裝簡單方便，無須停電的優點，但是相比注入式電感耦合器，具有信號衰減較大，傳輸距離較近等劣勢。本系統采用SL-Y2型注入式電廠耦合器，安裝時，將耦合器一次側串接入電力電纜接地線，二次側通過高頻電纜與電力載波通信模塊連接。
[0024]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，凡依本實用新型申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本實用新型的涵蓋范圍。
【權利要求】
1.一種基于屏蔽層載波通信的電力電纜地線電流的在線監測系統，其特征在于:包括一電流互感器、第一電感耦合器以及第二電感耦合器；該電流互感器采集被測近端電纜接地線電容電流經一電流調理電路送給一下位機提取電流有效值；所述的下位機連接有LCD顯示模塊和第一載波模塊；所述第一載波模塊經第一高平電纜、第一電感耦合器與所述被測近端電纜連接；所述第二電感耦合器提取電力電纜末端的信號依次經第二高頻電纜、第二載波模塊以及串口電路與一上位機連接。
2.根據權利要求1所述的基于屏蔽層載波通信的電力電纜地線電流的在線監測系統，其特征在于:所述電流互感器的型號是HCT215。
3.根據權利要求1所述的基于屏蔽層載波通信的電力電纜地線電流的在線監測系統，其特征在于:所述的電流調理電路包括依次連接的四階有源巴特沃斯低通濾波器電路和絕對值電路。
4.根據權利要求1所述的基于屏蔽層載波通信的電力電纜地線電流的在線監測系統，其特征在于:所述的第一、二電力載波模塊為BWP09電力載波模塊。
【文檔編號】G01R19/00GK203502479SQ201320658028
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月24日 優先權日:2013年10月24日
【發明者】李文泉, 章婧, 蘭生 申請人:福州大學