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申请/专利权人：深圳供电局有限公司

摘要：本发明提供一种公变低压侧分支负荷重载预警装置及方法，其中，公变低压侧分支负荷重载预警装置包括主控模块和多个分支模块，主控模块用于采集主线路的线路信息和轮询读取各分支线路的线路信息，分支模块用于分别采集各分支线路的线路信息，所述主控模块和所述分支模块均包括：穿刺电流互感器，用于采集线路电流、电压信号；采样单元，用于获取线路实时电压、电流、高频电流采样数据；主控单元，控制所述采样单元进行采样，并根据采样数据计算线路功率，并在电流发生突变时计算电流增量，判断电流增量和线路功率是否超过设定阈值，若是则通过通信单元发出报警信息。本发明实现了线路电压、电流及其高频分量采集，可靠地提供负荷重载预警信息。

主权项：1.一种公变低压侧分支负荷重载预警装置，其特征在于，包括主控模块和多个分支模块，所述主控模块用于采集主线路的线路信息和轮询读取各分支线路的线路信息，所述分支模块用于分别采集各分支线路的线路信息，所述主控模块和所述分支模块均包括：穿刺电流互感器，用于采集线路电流和电压信号；采样单元，用于获取线路实时电压、电流和高频电流采样数据；主控单元，用于控制所述采样单元进行采样，并根据线路实时电压和电流的采样数据计算线路功率，根据高频电流采样数据计算得到电流高频分量，判断电流高频分量是否超过第一设定阈值，若超过则确定电流发生突变，并在电流发生突变时计算电流增量，判断电流增量和线路功率中的任一个是否超过设定阈值，若是则通过通信单元发出报警信息；其中，电流增量的计算方式是：根据突变的延续时间t，经电流I对时间t的积分计算出电流增量。

全文数据：一种公变低压侧分支负荷重载预警装置及方法技术领域本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种公变低压侧分支负荷重载预警装置及方法。背景技术公变低压侧电网结构复杂，负载变化大，故障频发，严重干扰了正常供电，造成了较大的经济损失。近来安装于线路上的采集设备能够较为可靠的采集线路负荷电流的有效值，按指定时间间隔形成负荷曲线，通过对曲线的分析得出负荷的时间分布。这种方式直观、可靠，对于特定的重载线路，这种基于有效值判断的方式难以确定负荷电流突变的具体时刻，对电流的变化率的监测较难实现。此外由于负荷电流的增大瞬时值往往超过测量互感器的有效测量范围，造成大电流的采集不准确，从而不能有效反应重载时刻的实际电流，给后续的数据分析造成困扰。发明内容本发明所要解决的技术问题在于，提供一种公变低压侧分支负荷重载预警装置及方法，以实现负荷的实时监测与预警，为低压侧电网的安全运行提供可靠的数据支撑和重载预警。为了解决上述技术问题，本发明提供一种公变低压侧分支负荷重载预警装置，包括主控模块和多个分支模块，所述主控模块用于采集主线路的线路信息和轮询读取各分支线路的线路信息，所述分支模块用于分别采集各分支线路的线路信息，所述主控模块和所述分支模块均包括：穿刺电流互感器，用于采集线路电流、电压信号；采样单元，用于获取线路实时电压、电流、高频电流采样数据；主控单元，控制所述采样单元进行采样，并根据采样数据计算线路功率，并在电流发生突变时计算电流增量，判断电流增量和线路功率是否超过设定阈值，若是则通过通信单元发出报警信息。其中，所述穿刺电流互感器为开合式结构，磁芯材料为高导磁率坡莫合金，二次线圈匝数2800T，安装后初始相对导磁率不低于6000。其中，所述穿刺电流互感器一侧安装有穿刺螺钉，用于刺破导线绝缘层以联通导线芯线，所述穿刺螺钉为复合式结构，上部为螺纹杆，所述螺纹杆的下端固定有不锈钢尖针。其中，所述采样单元包括电压采样电路、电流采样电路、二阶Sallen-Key滤波器和AD采样芯片，所述电压采样电路、电流采样电路、二阶Sallen-Key滤波器的输出信号输入到所述AD采样芯片。其中，所述电压采样电路具体为分压比是2000的高精密电阻分压器，所述电流采样电路包括电流电压转换器和差分放大器，所述差分放大器的输出信号输入至所述二阶Sallen-Key滤波器。其中，第一电阻、第二电阻连接到所述差分放大器的正向输入端，第三电阻连接到所述差分放大器的反向输入端，第四电阻连接在所述差分放大器的反向输入端与输出端之间。其中，所述二阶Sallen-Key滤波器包括第一运算放大器和第二运算放大器及相应的电阻、电容，其中，第六电阻连接到所述第一运算放大器的正向输入端，第十一电阻连接在所述第一运算放大器的反向输入端与输出端之间，所述第一运算放大器和所述第六电阻、第十一电阻共同作为所述二阶Sallen-Key滤波器的缓冲输入级；第一电容、第二电容和第七电阻依次串接后连接在所述第二运算放大器的正向输入端，第五电阻的一端连接在所述第二运算放大器的输出端，另一端连接在所述第一电容和所述第二电容之间，第九电阻的一端接地，另一端连接在所述第一电容和所述第二电容之间，第十电阻的一端接地，另一端连接在所述第七电阻和所述第二电容之间，第十二电阻连接在所述第二运算放大器的反向输入端与输出端之间，第十三电阻的一端接地，另一端连接在所述第二运算放大器的反向输入端，第八电阻连接在所述第二运算放大器的输出端。其中，所述差分放大器的输出信号经所述第六电阻输入所述第一运算放大器的同向输入端，所述第二运算放大器的输出信号输出至所述AD采样芯片。其中，所述主控模块还包括电源模块，所述电源模块进一步包括ACDC控制器、电池充放电电路及电池，所述ACDC控制器将穿刺获取的线路电源转换成12V直流电源，再经降压输出3.3V作为所述主控单元及其外设的工作电源，充放电管理电路在所述主控单元的控制下给后备电池充电。其中，所述分支模块还包括DCDC转换模块，用于将所述主控模块的12V电源转换成所述分支模块本身的工作电源，同时起到安全隔离作用。本发明还提供一种公变低压侧分支负荷重载预警方法，包括：步骤S1，启动采样，获取线路实时电压、电流、高频电流采样数据；步骤S2，根据高频电流采样数据计算得到电流高频分量，根据电压采样电路输出信号和电流采样电路输出信号计算线路功率；步骤S3，判断电流高频分量是否超过第一设定阈值，若超过则确定电流发生突变，并进一步计算电流增量；步骤S4，分别判断计算出的电流增量是否超过第二设定阈值、线路功率是否超过第三设定阀值，当电流增量和线路功率任一个超过设定阀值时则发出报警信息。其中，所述电流增量的计算方式是：根据突变的延续时间t，经电流I对时间t的积分计算出电流增量ΔQt＝∫Idt。本发明实施例的有益效果在于：实现了线路电压、电流的实时采集，线路负荷的实时计算，电流信号中的高频分量采集，可靠地提供负荷重载预警信息。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例一一种公变低压侧分支负荷重载预警装置的架构示意图。图2为本发明实施例一中主控模块和分支模块的结构示意图。图3为本发明实施例一中穿刺螺钉的结构示意图。图4为本发明实施例一中电流采样电路和二阶Sallen-Key滤波器的结构示意图。图5为本发明实施例二一种公变低压侧分支负荷重载预警方法的流程示意图。具体实施方式以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。请同时参照图1、图2所示，本发明实施例一提供一种公变低压侧分支负荷重载预警装置，包括主控模块1和多个分支模块2，所述主控模块1用于采集主线路的线路信息和轮询读取各分支线路的线路信息，所述分支模块2用于分别采集各分支线路的线路信息，所述主控模块1和所述分支模块2均包括：穿刺电流互感器3，用于采集线路电流、电压信号；采样单元4，用于获取线路实时电压、电流、高频电流采样数据；主控单元5，控制所述采样单元4进行采样，并根据采样数据计算线路功率，并在电流发生突变时计算电流增量，判断电流增量和线路功率是否超过设定阈值，若是则通过通信单元6发出报警信息。具体地，本实施例中的穿刺电流互感器3为开合式结构，磁芯材料为高导磁率坡莫合金，二次线圈匝数2800T，线路电流800A时输出电流285.71mA，高导磁率的坡莫合金切割后采取研磨加工其端面，使其安装后初始相对导磁率不低于6000，确保穿刺电流互感器在小电流时的精度不低于0.5％。该穿刺电流互感器3一侧安装有穿刺螺钉，用于刺破导线绝缘层以联通导线芯线。如图3所示，穿刺螺钉30为复合式结构，上部为铜质螺纹杆31，外径8mm，牙距为1mm，螺纹杆31的下端固定有不锈钢尖针32。穿刺电流互感器3输出电压、电流模拟信号，电压值为线路的相电压，电流为线路电流的2800：1即穿刺电流互感器的变比。采样单元4包括电压采样电路、电流采样电路、二阶Sallen-Key滤波器和AD采样芯片。电压采样电路具体为分压比是2000的高精密电阻分压器。电流采样电路包括电流电压转换器和差分放大器。电流电压转换器的采样电阻为1欧姆，差分放大器的放大倍数为2，请再参照图4所示，差分放大器U1型号为OPA349，第一电阻R1、第二电阻R2连接到U1的正向输入端，第三电阻R3连接到U1的反向输入端，第四电阻R4连接在U1的反向输入端与输出端之间。二阶Sallen-Key滤波器包括第一运算放大器U2和第二运算放大器U3及相应的电阻、电容，其中，第六电阻R6连接到U2的正向输入端，第十一电阻R11连接在U2的反向输入端与输出端之间，U2和R6、R11共同作为二阶Sallen-Key滤波器的缓冲输入级；第一电容C1、第二电容C2和第七电阻R7依次串接后连接在U3的正向输入端，第五电阻R5的一端连接在U3的输出端，另一端连接在第一电容C1和第二电容C2之间，第九电阻R9的一端接地，另一端连接在第一电容C1和第二电容C2之间，第十电阻R10的一端接地，另一端连接在第七电阻R7和第二电容C2之间，第十二电阻R12连接在U3的反向输入端与输出端之间，第十三电阻R13的一端接地，另一端连接在U3的反向输入端，第八电阻R8连接在U3的输出端，U2、U3的型号均为OPA349。该二阶Sallen-Key滤波器的增益为：1+R12R13。U1的输出信号AD_I经第六电阻R6输入U2的同向输入端，U3的输出信号ADI_Sa输出至AD采样芯片。AD采样芯片与主控单元MCU的通信接口为SPI，控制信号包括：采样触发脉冲，采样完成终端信号。本发明实施例公变低压侧分支负荷重载预警装置的工作流程及原理为：首先，上电初始化；然后主控单元5启动AD采样芯片采样，分别读取电压采样电路输出信号、电流采样电路输出信号、二阶Sallen-Key滤波器输出信号，由于二阶Sallen-Key滤波器输出信号为电流中的高频分量，因此经有效值计算可得到电流高频分量，以用于后续判断电流是否发生突变；电流高频分量有效值的计算方式是：其中，im为采样值，m为采样序号，N为采样总数；主控单元5根据电压采样电路输出信号和电流采样电路输出信号计算线路功率；主控单元5判断电流高频分量是否超过第一设定阈值，若超过则确定电流发生突变，并进一步计算电流增量；电流增量的计算方式是：根据突变的延续时间t，经电流I对时间t的积分计算出电流增量ΔQt＝∫Idt；主控单元5分别判断计算出的电流增量是否超过第二设定阈值、线路功率是否超过第三设定阀值，当电流增量和线路功率任一个超过设定阀值时则发出报警信息。需要说明的是，如前所述，主控模块1和分支模块2均具有穿刺电流互感器3、采样单元4、主控单元5，因此主控模块1可判断其所在的主线路的电流是否发生突变、电流增量是否超过第二设定阈值、线路功率是否超过第三设定阀值，分支模块2也同样可判断其所在分支线路的电流是否发生突变、电流增量是否超过第二设定阈值、线路功率是否超过第三设定阀值。主控模块1与分支模块2的一个区别在于，主控模块1轮询读取各分支线路的线路信息例如报警信息后向主站报警，分支模块2的通信单元6具体为高速RS485接口。主控模块1与分支模块2的另一个区别在于，主控模块1具有电源模块，电源模块包括ACDC控制器、电池充放电电路及电池，ACDC控制器将穿刺获取的线路电源转换成12V直流电源，再经降压输出3.3V作为主控单元5及其外设的工作电源，充放电管理电路在主控单元5的控制下给后备电池充电，当外接电源掉电时，后备电池自动衔接，确保数据的及时保存和事件上报；而分支模块2则具有DCDC转换模块，用于将主控模块1的12V电源转换成分支模块2本身的工作电源，同时起到安全隔离作用。相应于本发明实施例一，如图5所示，本发明实施例二还提供一种公变低压侧分支负荷重载预警方法，包括：步骤S1，启动采样，获取线路实时电压、电流、高频电流采样数据；步骤S2，根据高频电流采样数据计算得到电流高频分量，根据电压采样电路输出信号和电流采样电路输出信号计算线路功率；步骤S3，判断电流高频分量是否超过第一设定阈值，若超过则确定电流发生突变，并进一步计算电流增量；步骤S4，分别判断计算出的电流增量是否超过第二设定阈值、线路功率是否超过第三设定阀值，当电流增量和线路功率任一个超过设定阀值时则发出报警信息。其中，所述电流增量的计算方式是：根据突变的延续时间t，经电流I对时间t的积分计算出电流增量ΔQt＝∫Idt。通过上述说明可知，本发明实施例的有益效果在于，实现了线路电压、电流的实时采集，线路负荷的实时计算，电流信号中的高频分量采集，可靠地提供负荷重载预警信息。以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

权利要求：1.一种公变低压侧分支负荷重载预警装置，其特征在于，包括主控模块和多个分支模块，所述主控模块用于采集主线路的线路信息和轮询读取各分支线路的线路信息，所述分支模块用于分别采集各分支线路的线路信息，所述主控模块和所述分支模块均包括：穿刺电流互感器，用于采集线路电流、电压信号；采样单元，用于获取线路实时电压、电流、高频电流采样数据；主控单元，控制所述采样单元进行采样，并根据采样数据计算线路功率，并在电流发生突变时计算电流增量，判断电流增量和线路功率是否超过设定阈值，若是则通过通信单元发出报警信息。2.根据权利要求1所述的公变低压侧分支负荷重载预警装置，其特征在于，所述穿刺电流互感器为开合式结构，磁芯材料为高导磁率坡莫合金，二次线圈匝数2800T，安装后初始相对导磁率不低于6000。3.根据权利要求1所述的公变低压侧分支负荷重载预警装置，其特征在于，所述穿刺电流互感器一侧安装有穿刺螺钉，用于刺破导线绝缘层以联通导线芯线，所述穿刺螺钉为复合式结构，上部为螺纹杆，所述螺纹杆的下端固定有不锈钢尖针。4.根据权利要求1所述的公变低压侧分支负荷重载预警装置，其特征在于，所述采样单元包括电压采样电路、电流采样电路、二阶Sallen-Key滤波器和AD采样芯片，所述电压采样电路、电流采样电路、二阶Sallen-Key滤波器的输出信号输入到所述AD采样芯片。5.根据权利要求4所述的公变低压侧分支负荷重载预警装置，其特征在于，所述电压采样电路具体为分压比是2000的高精密电阻分压器，所述电流采样电路包括电流电压转换器和差分放大器，所述差分放大器的输出信号输入至所述二阶Sallen-Key滤波器。6.根据权利要求5所述的公变低压侧分支负荷重载预警装置，其特征在于，第一电阻、第二电阻连接到所述差分放大器的正向输入端，第三电阻连接到所述差分放大器的反向输入端，第四电阻连接在所述差分放大器的反向输入端与输出端之间。7.根据权利要求6所述的公变低压侧分支负荷重载预警装置，其特征在于，所述二阶Sallen-Key滤波器包括第一运算放大器和第二运算放大器及相应的电阻、电容，其中，第六电阻连接到所述第一运算放大器的正向输入端，第十一电阻连接在所述第一运算放大器的反向输入端与输出端之间，所述第一运算放大器和所述第六电阻、第十一电阻共同作为所述二阶Sallen-Key滤波器的缓冲输入级；第一电容、第二电容和第七电阻依次串接后连接在所述第二运算放大器的正向输入端，第五电阻的一端连接在所述第二运算放大器的输出端，另一端连接在所述第一电容和所述第二电容之间，第九电阻的一端接地，另一端连接在所述第一电容和所述第二电容之间，第十电阻的一端接地，另一端连接在所述第七电阻和所述第二电容之间，第十二电阻连接在所述第二运算放大器的反向输入端与输出端之间，第十三电阻的一端接地，另一端连接在所述第二运算放大器的反向输入端，第八电阻连接在所述第二运算放大器的输出端。8.根据权利要求7所述的公变低压侧分支负荷重载预警装置，其特征在于，所述差分放大器的输出信号经所述第六电阻输入所述第一运算放大器的同向输入端，所述第二运算放大器的输出信号输出至所述AD采样芯片。9.根据权利要求1所述的公变低压侧分支负荷重载预警装置，其特征在于，所述主控模块还包括电源模块，所述电源模块进一步包括ACDC控制器、电池充放电电路及电池，所述ACDC控制器将穿刺获取的线路电源转换成12V直流电源，再经降压输出3.3V作为所述主控单元及其外设的工作电源，充放电管理电路在所述主控单元的控制下给后备电池充电。10.根据权利要求9所述的公变低压侧分支负荷重载预警装置，其特征在于，所述分支模块还包括DCDC转换模块，用于将所述主控模块的12V电源转换成所述分支模块本身的工作电源，同时起到安全隔离作用。11.一种公变低压侧分支负荷重载预警方法，其特征在于，包括：步骤S1，启动采样，获取线路实时电压、电流、高频电流采样数据；步骤S2，根据高频电流采样数据计算得到电流高频分量，根据电压采样电路输出信号和电流采样电路输出信号计算线路功率；步骤S3，判断电流高频分量是否超过第一设定阈值，若超过则确定电流发生突变，并进一步计算电流增量；步骤S4，分别判断计算出的电流增量是否超过第二设定阈值、线路功率是否超过第三设定阀值，当电流增量和线路功率任一个超过设定阀值时则发出报警信息。12.根据权利要求11所述的公变低压侧分支负荷重载预警方法，其特征在于，所述电流增量的计算方式是：根据突变的延续时间t，经电流I对时间t的积分计算出电流增量∆Qt=∫Idt。

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