一种基于感应取电的在线监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及电力设备技术领域，特别是涉及一种基于感应取电的在线监测装置。


背景技术：

2.由于缺乏供电电源和通信等因素，现有电力设备普遍没有获取位置、电流测量和运行温度监测等功能，无法满足透明电网和电力物联网的需求。以隔开关为例，隔离开关是高压开关电器中使用最多的一种电器，适用于频率50hz-60hz、额定电压为6-10kv的配电系统中，可直接作为电源隔离使用，当隔离开关对电气设备进行检修时可提供一个电气间隔，并且是一个明显可见的断开点，用以保障维护人员的人身安全。隔离开关本身的工作原理及结构比较简单，但是由于使用量大，工作可靠性要求高，对供电系统的设计、建设和安全运行的影响均较大。上述传统隔离开关不具备运行状态监测功能，无法对隔离开关的开关状态、过流状态和过热状态的可靠预警。
3.公告号为cn102222984b的中国专利公开了一种智能开关柜在线监测感应取电装置，用于架空高压输电线路在线监测设备的电源供给。该装置的特点是其功率控制方式基于相角控制原理。该装置的核心控制模块以单片机为核心，检测电流调理电路模块和电压调理电路模块的输出信号，并对检测到的信号采用相角控制算法进行运算，从而产生相角控制信号。触发电路模块在核心控制模块输出的相角控制信号作用下控制触发电路模块中的可控硅的通断，从而控制接在其后的整流滤波模块中的电流电压，和取电铁芯上的磁化电流。本实用新型在高压输电线路电流在40a-1000a的范围内可以为负载提供稳定的2w以上的功率。
4.然而上述技术方案中的感应取电装置无法实现微瓦(μw)至毫瓦(mw)级的电力的收集与管理，无法在隔离开关电流低至1a的情况下工作，产品的运行稳定性还有待提升。因此目前需要一种基于感应取电的在线监测装置用以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是克服了现有技术的问题，提供了一种基于感应取电的在线监测装置。
6.为了达到上述目的，本实用新型采用以下方案：
7.一种基于感应取电的在线监测装置，包括：
8.壳体，壳体内设有电流互感器、电源模块和监测模块，壳体一侧开设有可供被监测设备导电部插入的开口；
9.电流互感器，电流互感器设于壳体内上端，电流互感器套设于被监测设备导电部外侧，电流互感器连接有电源模块和监测模块，电流互感器通过常开继电器单元与电源模块和监测模块交替连接，电流互感器的变比值不小于600；
10.电源模块，电源模块设于壳体内下端其包括：
11.用于收集电能的电能收集电路单元；
12.用于积蓄存储电能的储能单元，储能单元包括储能电容器；
13.用于检测储能电容器电压的电压比较单元，当电压比较单元检测储能电容器电压大于上阈值时电源模块通过稳压电路单元向监测模块供电，当电压比较单元检测储能电容器电压小于下阈值时电源模块禁止稳压电路单元输出等待电能的收集储存；
14.用于给监测模块供电的稳压电路单元；
15.监测模块，监测模块设于壳体内下端其包括：
16.中央处理器，中央处理器中设有采样单元；
17.用于周期性切换电流互感器输出信号的常开继电器单元，监测模块通过常开继电器单元与电流互感器连接；
18.用于将电流互感器二次输出信号调理到与采样单元电压匹配的信号调理电路单元；
19.用于传输被监测设备定位以及监测数据的定位通信单元。
20.进一步的，监测模块还包括温度监测电路单元，温度监测电路单元与中央处理器连接，中央处理器可通过温度监测电路单元接收设于被监测设备上的温度传感器信息，温度传感器为高灵敏度铂热电阻pt1000。
21.进一步的，监测模块还包括开关监测电路单元，开关监测电路单元与中央处理器连接，中央处理器可通过开关监测电路单元接收设于被监测设备开关上的微触开关信息。
22.进一步的，电源模块还包括用于将交流信号变为直流信号的整流电路单元，电源模块通过整流电路单元与电流互感器连接，整流电路单元为4根二极管组成的全桥整流电路。
23.进一步的，电能收集电路单元中的芯片为bq25570。
24.进一步的，储能电容器包括至少两个串联的10f3v电容器，储能电容器的电压不低于5v，稳压电路单元的稳压输出器件为rt8059，稳压输出器件的输入电压范围为2.8v-5.5v。
25.进一步的，中央处理器为低功耗中央处理器，中央处理器为stm32l系列的低功耗芯片。
26.进一步的，常开继电器单元为双路固态继电器g3vm-352c，常开继电器单元以10s为周期切换电流互感器的输出信号，常开继电器单元每周期闭合0.2s将电流互感器的输出信号切换到监测模块。
27.进一步的，定位通信单元为支持gnss定位功能的nb-iot无线通信模块bc20。
28.进一步的，壳体包括上壳和底板，上壳一侧设有用于卡接被监测设备导电部的卡口，底板四周设有可供上壳卡入的防水卡槽，上壳通过防水卡槽与底板固定连接。
29.整流电路单元采用4只低正向压降的锗二极管构成全桥整流电路；电能收集电路单元以bq25570为核心可在输入电压低至0.1v情况下实现电能收集；储能电路单元选择两只10法拉3v的低内阻超级电容串联；电压比较单元选择lm393，设定输出启动电压阈值为4.9v，关断输出电压阈值为3.0v；稳压输出单元选择rt8059，输入电压范围为2.8v-5.5v，与储能单元电压相匹配，输出电压3.3v。
30.与现有的技术相比，本实用新型具有如下优点：本实用新型基于ct感应取电技术
实现低至ua级别的电能转换，采用bq25570芯片实现微瓦(μw)至毫瓦(mw)级的电力的收集与管理，采用超级电容器实现电能存储，通过arm芯片实现对被监测设备导电部感知、电流测量及被监测设备温度的实时监测与异常预警。设备能够在被监测设备电流低至1a的情况下工作，并能在断电后持续工作一定时长。因此该基于感应取电的在线监测装置既满足了透明电网、泛在电力物联网的需求，又可更好的进行电力的收集与管理不依赖于外部电源工作，提高产品稳定性。
附图说明
31.下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。
32.图1是本实用新型的一种基于感应取电的在线监测装置的原理整体结构示意图。
33.图2是本实用新型的一种基于感应取电的在线监测装置的实物整体结构示意图。
具体实施方式
34.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
35.如图1和2所示，一种基于感应取电的在线监测装置，包括：
36.壳体14，如图1所示，壳体14内设有电流互感器1、电源模块15和监测模块16，壳体14一侧开设有可供被监测设备导电部2插入的开口1403；
37.电流互感器1，电流互感器1设于壳体14内上端，如图1所示，电流互感器1套设于被监测设备导电部2外侧，电流互感器1连接有电源模块15和监测模块16，电流互感器1通过常开继电器单元8与电源模块15和监测模块16交替连接。有两个作用一是输送到电源电路，作为设备的供电电源；二是连接到常开继电器单元8，再经过信号调理电路单元9连接到中央处理器10的ad转换器，供测量电流大小用。电流互感器1的变比值不小于600；10kv配电网隔离开关流过电流一般在600a以内，因此在本实施例中电流互感器变比选择600：1。
38.电源模块15，如图1所示，电源模块15设于壳体14内下端其包括：
39.用于收集电能的电能收集电路单元4；
40.用于积蓄存储电能的储能单元6，储能单元6包括储能电容器；
41.用于检测储能电容器电压的电压比较单元5，当电压比较单元5检测储能电容器电压大于上阈值时电源模块15通过稳压电路单元7向监测模块16供电，当电压比较单元5检测储能电容器电压小于下阈值时电源模块15禁止稳压电路单元7输出等待电能的收集储存；在本实施例中，电压比较单元5监测储能电容器的电压，当电压大于上阈值(如4.9v)后，使能稳压电路，使其稳压电路单元7给监测模块16供电；当电压小于下阈值(如3.0v)后，禁止稳压电路单元7的输出，等待电能的收集储存，以此实现在被监测设备流过小电流时设备的间歇性工作。当被监测设备中持续流过大电流时，来自于电流互感器1的电能功率大于设备耗电功率，超级电容电压能持续维持5v，此种情况设备可以持续工作。由此达到设备在小电流和大电流情况下均能工作。
42.用于给监测模块16供电的稳压电路单元7；
43.监测模块16，如图1所示，监测模块16设于壳体14内下端其包括：
44.中央处理器10，中央处理器10中设有采样单元；
45.用于周期性切换电流互感器1输出信号的常开继电器单元8，监测模块16通过常开继电器单元8与电流互感器1连接；
46.用于将电流互感器1二次输出信号调理到与采样单元电压匹配的信号调理电路单元9；在本实施例中，信号调理电路单元9以小体积运放tlv8811为核心构建。
47.用于传输被监测设备定位以及监测数据的定位通信单元13。
48.优选的，如图1所示，监测模块16还包括温度监测电路单元12，温度监测电路单元12与中央处理器10连接，中央处理器10可通过温度监测电路单元12接收设于被监测设备上的温度传感器信息，温度传感器为高灵敏度铂热电阻pt1000。
49.优选的，如图1所示，监测模块16还包括开关监测电路单元11，开关监测电路单元11与中央处理器10连接，中央处理器10可通过开关监测电路单元11接收设于被监测设备开关上的微触开关信息。
50.优选的，如图1所示，电源模块15还包括用于将交流信号变为直流信号的整流电路单元3，电源模块15通过整流电路单元3与电流互感器1连接，整流电路单元3为4根二极管组成的全桥整流电路。
51.优选的，电能收集电路单元4中的芯片为bq25570。
52.优选的，储能电容器包括至少两个串联的10f3v电容器，储能电容器的电压不低于5v，稳压电路单元7的稳压输出器件为rt8059，稳压输出器件的输入电压范围为2.8v-5.5v。
53.优选的，中央处理器10为低功耗中央处理器10，中央处理器10为stm32l系列的低功耗芯片。
54.优选的，常开继电器单元8为双路固态继电器g3vm-352c，常开继电器单元8以10s为周期切换电流互感器1的输出信号，常开继电器单元8每周期闭合0.2s将电流互感器1的输出信号切换到监测模块16。常开继电器单元8的作用为周期性的切换互感器输出信号，如以10s为周期，每周期闭合常开继电器0.2s，将电流互感器的输出信号切换到测量回路，其余9.8s常开继电器单元8打开，电流互感器的输出信号给电源模块15供电。由此实现供电用互感器和测量用互感器的共用，减小设备成本、体积和重量。
55.优选的，定位通信单元13为支持gnss定位功能的nb-iot无线通信模块bc20。
56.优选的，如图2所示，壳体14包括上壳1401和底板1402，上壳1401一侧设有用于卡接被监测设备导电部2的卡口1403，底板1402四周设有可供上壳1401卡入的防水卡槽1404，上壳1401通过防水卡槽1404与底板1402固定连接。
57.整流电路单元3采用4只低正向压降的锗二极管构成全桥整流电路；电能收集电路单元4以bq25570为核心可在输入电压低至0.1v情况下实现电能收集；储能电路单元选择两只10法拉3v的低内阻超级电容串联；电压比较单元5选择lm393，设定输出启动电压阈值为4.9v，关断输出电压阈值为3.0v；稳压输出单元选择rt8059，输入电压范围为2.8v-5.5v，与储能单元6电压相匹配，输出电压3.3v。
58.本实用新型基于ct感应取电技术实现低至ua级别的电能转换，采用bq25570芯片实现微瓦(μw)至毫瓦(mw)级的电力的收集与管理，采用超级电容器实现电能存储，通过arm芯片实现对被监测设备导电部2感知、电流测量及被监测设备温度的实时监测与异常预警。设备能够在被监测设备电流低至1a的情况下工作，并能在断电后持续工作一定时长。因此该基于感应取电的在线监测装置既满足了透明电网、泛在电力物联网的需求，又可更好的
进行电力的收集与管理不依赖于外部电源工作，提高产品稳定性。
59.以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本技术的保护范围。