电流采集装置及电流监测系统的制作方法

本实用新型涉及智能电网领域，尤其涉及一种电流采集装置及电流监测系统。

背景技术：

国民经济的快速发展，使得现代的电力系统向着大电网、大容量、高电压的方向转变，越来越多的电气设备被使用。在电力系统各种电气设备中，变压器作为一种关键设备，它主要是完成电压、电流的转换和能量的传输工作，其运行故障不仅关系到供电的可靠性，并且严重威胁到电力系统的运行安全。因此，研究变压器故障诊断技术，提高变压器的运行维护水平，是电力系统中一项具有重大现实意义和实用价值的课题。

由于变压器维修成本很高，因此对变压器的在线监测显得格外重要。但是变压器并不是集中工作的，而是以分布式的方式分散在各个地方独立运行，因此人工监测工作量巨大而且信息滞后。而且对于偏远无人值守、电压等级低的变电所，经常存在不能长期人工监测的情况，这对于人们的日常用电存在安全隐患。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型提出一种电流采集装置及电流监测系统，能够实时监测铁芯夹件的接地电流，无需人工监测，降低了工作量，保证了信息的实时获取，而且能够对接地电流进行长期监测，避免了用电隐患。

为解决上述问题，本实用新型采用的一个技术方案为：一种电流采集装置，所述电流采集装置应用于变压器铁芯夹件的接地线的电流监测，所述电流采集装置包括电流传感器、采集单元以及电源，所述采集单元分别与所述电流传感器、电源电连接；所述电流传感器设置有贯穿两平行侧面的开口，所述接地线穿过所述开口，所述电流传感器一端与所述采集单元电连接；所述电源包括储能模块、磁场感应发电机以及风力发电机，所述磁场感应发电机可旋转地固定在所述采集单元远离所述电流传感器的一端，内部设置有感应线圈，所述变压器的磁场穿过所述感应线圈，所述风力发电机设置在所述磁场感应发电机远离所述电流传感器的一端，所述储能模块存储所述磁场感应发电机和所述风力发电机传输的电流并向与所述储能模块电连接的所述采集单元供电；所述采集单元固定在在所述电流传感器与所述磁场感应发电机之间，通过所述采集单元将电流传感器采集的铁芯夹件接地线的电流信号发送给边缘计算服务装置，进而通过所述边缘计算服务装置将所述电流信号发送给远程监控平台。

进一步地，所述开口一端设置有两个彼此相对的凸台，所述凸台上设置有至少一个贯穿所述凸台的螺孔，所述螺孔垂直于所述开口，通过所述螺孔将所述电流采集装置固定在所述接地线上。

进一步地，所述采集单元包括壳体，所述电流传感器感器一端固定在所述壳体一侧，所述磁场感应发电机固定在所述壳体远离所述电流传感器的一侧，所述储能模块固定在所述壳体内部。

进一步地，所述采集单元还包括采集电路，所述采集电路包括运放电路、模数转换电路以及单片机，所述采集单元通过所述采集电路与所述电流传感器电连接。

进一步地，所述采集单元还包括第一天线，所述第一天线固定在所述壳体一侧，所述第一天线与所述采集电路电连接，通过所述第一天线将所述采集电路采集的电流信号发送给所述边缘计算装置。

进一步地，所述采集单元还包括至少一个防水接头，所述防水接头设置在所述壳体一侧，与所述第一天线相对，所述防水接头与所述采集电路电连接，通过所述防水接头传输所述采集电路采集的电流信号。

进一步地，所述磁场感应发电机包括矩形方框，所述矩形方框一端向靠近采集单元的方向凸出形成凸出端，所述凸出端可旋转地固定在所述采集单元上。

进一步地，所述感应线圈并排设置在所述矩形方框内部。

基于相同的发明构思，本实用新型还提出一种电流监测系统，所述电流监测系统应用于所述变压器铁芯夹件的接地线的电流监测，所述电流监测系统包括边缘计算服务装置、远程监控平台以及如上所述的电流采集装置；所述边缘计算服务装置接收所述电流采集装置发送的接地线的电流信号，对所述电流信号加密处理后发送给所述远程监控平台；所述远程监控平台接收加密处理后的所述电流信号，监测所述接地线的电流值，并记录报警事件。

进一步地，所述边缘计算服务装置包括机箱、边缘计算服务器、第二天线以及协议转换器，所述边缘计算服务器与所述协议转换器设置在所述机箱内部，所述边缘计算服务装置通过所述第二天线与所述电流采集装置通信连接。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：通过电流传感器采集变压器的铁芯夹件接地线的电流，实现了接地电流的实时监测，无需人工监测，降低了工作量，保证了信息的实时获取，而且通过设置在电流传感器上的发电机和储能模块实现了电能的自动获取，从而能够对接地电流进行长期监测，避免了用电隐患。

附图说明

图1为本实用新型电流采集装置一实施例的结构图；

图2为图1中电流采集装置一实施例的主视图；

图3为图1中电流采集装置一实施例的左视图；

图4为本实用新型电流监测系统一实施例的结构图；

图5为本实用新型电流监测系统的边缘计算服务装置一实施例的结构图；

图6为本实用新型电流监测系统一实施例的工作流程图。

图中：10、电流传感器；20、采集单元；30、电源；11、开口；12、螺孔；21、壳体；22、第一天线；23、防水接头；31、磁场感应发电机；311、感应线圈；32、风力发电机；41、机箱；42、第二天线。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

请参阅图1、2、3，其中，图1为本实用新型电流采集装置一实施例的结构图；图2为图1中电流采集装置一实施例的主视图；图3为图1中电流采集装置一实施例的左视图。结合图1、图2、图3对本实用新型的电流采集装置做详细说明。

在本实施例中，电流采集装置应用于变压器铁芯夹件的接地线的电流监测，电流采集装置包括电流传感器10、采集单元20以及电源30，采集单元20分别与电流传感器10、电源30电连接；电流传感器10设置有贯穿两平行侧面的开口11，接地线穿过开口11，电流传感器10一端与采集单元20电连接。电源30包括电池、磁场感应发电机31以及风力发电机32，磁场感应发电机31可旋转地固定在采集单元20远离电流传感器10的一端，内部设置有感应线圈311，变压器的磁场穿过感应线圈311，风力发电机32设置在磁场感应发电机31远离电流传感器10的一端，电池存储磁场感应发电机31和风力发电机32传输的电流并向与电池电连接的采集单元20供电；采集单元20固定在在电流传感器10与磁场感应发电机31之间，通过采集单元20将电流传感器10采集的铁芯夹件接地线的电流信号发送给边缘计算服务装置，进而通过边缘计算服务装置将电流信号发送给远程监控平台。

在本实施例中，电流传感器10为开合式电流传感器，通过电流传感器10采集流过电气设备(主要指变压器)的铁芯夹件接地引下线的微电流，并通过屏蔽信号线发送至采集单元20。

在一个优选的实施例中，电流传感器10可采用可拆卸穿心式高精度电流传感器，开口11的尺寸达到10.5*2.5cm，测量范围0.1ma-20a，满足各种现场需求，而且可在不断开变压器铁芯夹件的接地线的情况下直接固定于铁芯夹件的接地线上，方便了安装维修工作，避免了铁芯和夹件接地线的断开风险。

另外，本发明的开合式电流传感器10还配套有金属保护外壳，可屏蔽干扰信号，防雨防风。

在本实施例中，电流传感器10的开口11一端两侧设置有两个彼此相对的凸台，凸台上设置有至少一个贯穿凸台的螺孔12，且两个凸台上的螺孔12彼此相对，该螺孔12垂直于开口11，通过穿过螺孔12的螺丝将电流采集装置固定在接地线上。

在本实施例中，贯穿凸台的螺孔12数量为3个，在其他实施例中，螺孔12的数量也可以为1个、2个以及其他数量，在此不做限定。

设置在电量传感器一端的采集单元20包括壳体21、采集电路、第一天线22以及至少一个防水接头23。其中，电流传感器10一端固定在壳体21一侧，磁场感应发电机31固定在壳体21远离电流传感器10的一侧，与电流传感器10相对。电源30的储能模块固定在壳体21内部。

在本实施例中，壳体21为矩形壳体，在其他实施例中，壳体21还可以为菱形、圆柱形、棱柱型以及其他形状，在此不做限定。

在本实施例中，为了防干扰，壳体21为金属外壳。

在本实施例中，采集电路包括运放电路、模数转换电路以及单片机，采集单元20通过采集电路与电流传感器10电连接。通过运放电路对电流传感器10输出的电流信号进行放大，模数转换电路将该电流信号转换为单片机能够接受的数字信号，单片机对该数字信号进行处理后通过第一天线22发送给边缘计算服务装置。

在本实施例中，模数转换电路为16位高精度模数转换芯片，其型号可以为ad7705、ad77006、ad7707、ad976a以及其他型号，用户可根据自身需要进行设置，在此不做限定。

在一个优选的实施例中，单片机可以为stm32系列的单片机，在其他实施例中，单片机也可以为stm8系列以及其他型号的单片机，只需该单片机能够对模数转换电路输出的电流信号进行处理即可，在此不做限定。

在本实施例中，采集电路还包括温湿度测量模块，该模块与单片机连接，通过该温湿度测量模块测量电流采集器所在的环境温湿度，通过环境温湿度和实验数据获取确定温湿度对电流传感器10和采集电路的影响，电流采集装置现场运行时自动做补偿，使采集更精确，保证了数据采集的线性与稳定性。

并且在电流采集装置内部还设置有散热系统与除湿系统，采集电路根据获取的温湿度控制散热系统与除湿系统工作，从而使电流采集装置内部处于良好的工作环境，从而提高其工作稳定性。

第一天线22设置在壳体21的一侧，第一天线22所在的侧面垂直于电流传感器10所在的侧面，且与防水接头23所在的侧面平行。第一天线22与采集电路电连接，通过第一天线22将采集电路采集的电流信号发送给边缘计算装置。

防水接头23设置在壳体21一侧，与第一天线22相对，防水接头23与采集电路电连接，通过防水接头23传输采集电路采集的电流信号。

在本实施例中，防水接头23与采集电路的单片机电连接，单片机将处理后的接地线的电流信号发送给与防水接头23连接的其他装置。

在本实施例中，防水接头23的数量为2个，一个为光纤通信接口，另一个为充电接口，且这两个接口可以互换。

为了实现通信方式多样化，采集电路的单片机支持485、can、以太网、无线网络等通信方式，并支持iec61850、iec104等多种通信协议。

磁场感应发电机31包括矩形方框和至少一个感应线圈311，矩形方框的一端向靠近采集单元20的方向凸出形成凸出端，该凸出端可旋转地固定在采集单元20的壳体21上。通过该凸出端，矩形方框可相对于凸出端旋转，从而调整矩形方框内的感应线圈311切割磁场的角度，从而提高感应发电机的发电效率。在本实施例中，感应线圈311平置在矩形方框内，且在感应线圈311具有多个时，多个感应线圈311并排设置在矩形方框内部。

在本实施例中，储能模块为电池，其中电池为纽扣电池，其类型可以为锂电池、镍氢电池、镍镉电池以及其他类型的可充电电池，在此不做赘述。

在本实施例中，考虑到磁场感应发电机31与风力发电机32供电的能力，电流采集装置采用低功耗策略，即采集单元20的采集电路采用间隔工作模式，采集一次后就进入睡眠模式，通过单片机中计时器唤醒进入下一次采集。同时在采集电流传感器10获取的电流信号时检测储能模块的电压，通过电压的高低来调整计时器的间隔时间。睡眠的过程中，采集电路的运放电路则处于持续工作状态，如发现电流突变马上唤醒采集电路的单片机工作。

在本实施例中，可以将储能模块的电压按高低分为几个不同的等级，并根据等级的不同设置不同的采集频率。其中，电压等级越高，采集频率越高，电压等级越低采集频率越低。

本实用新型提供的电流采集装置具有以下优点：

(1)开合式电流传感器，开合尺寸10.5*2.5cm，可带电安装，不需要改变本体结构。

(2)采集电路采用16位高精度的ad转换电路。

(3)考虑到系统的使用环境，结合了多种滤波和抗干扰的设计。

(4)通信方式多样化，支持485，can、以太网，无线网络等。

(5)各种通信方式都加装了成熟的防雷电路，提高了系统的可靠性。

(6)结合现场的使用环境和用户的要求，设置了光纤通信接口。使通信不受距离的限制，同时增强了通信的可靠性。

(4)电流采集装置自带充电接口和光纤接口各一个，充电接口和光纤接口互通，其他设备可通过本系统网口直接与上位机联系。

(5)监测装置支持多种通信协议，支持iec61850、iec104等。

(6)配置有1-3个通信通道，通道数量可满足用户的不同要求。

(7)通过嵌入式系统来实时监测箱体内部温湿度，并实时控制散热系统和除湿系统，确保装置在恶劣的环境条件下仍能安全可靠的工作。

(8)实现变压器铁芯夹件接地线电流的连续监测和记录，具有数据采集、分析、监视和报警、自检、自启动功能。

有益效果：通过电流传感器采集变压器的铁芯夹件接地线的电流，实现了接地电流的实时监测，无需人工监测，降低了工作量，保证了信息的实时获取，而且通过设置在电流传感器上的发电机和储能模块实现了电能的自动获取，从而能够对接地电流进行长期监测，避免了用电隐患。

基于相同的构思，本实用新型还提出了一种电流监测系统，请参阅图4、图5、图6，图4为本实用新型电流监测系统一实施例的结构图，图5为本实用新型电流监测系统的边缘计算服务装置一实施例的结构图，图6是本实用新型电流监测系统一实施例的工作流程图。结合图4、图5以及图6对本实用新型的电流监测系统作详细说明。

本实用新型的音响电流监测系统包括如上任一项所述的电流采集装置、边缘计算服务装置以及远程监控平台，

其中，边缘计算服务装置接收电流采集装置发送的接地线的电流信号，对所述电流信号加密处理后发送给所述远程监控平台。

在本实施例中，边缘计算服务装置应用边缘代理ipk认证，解决了电流采集装置的安全接入控制问题，确保了物联组网应用时内外网的通讯安全。其支持现场同步采集、多采集点汇集、协同控制、局域组网与无线专网同时接入、scada数据安全接入，边缘计算服务装置解决实现了物联网数据优化、本地间与后台多地联动的区块存储，可有效应用实现边缘计算。边缘计算服务装置在本系统中提供代理转发、安全接入技术，在电流采集装置与远程监控平台之间互通的时候通过加密芯片及协议分析，只提取对远程监控平台有用的接地线的电流信息，多余的信息一律过滤掉，保证远程监控平台网络的安全、并且边缘计算服务装置还提供大数据分析及计算，其分析所有电流采集装置发送的数据，并对不同时间、不同温湿度等环境下接地线的电流信号数据的变化进行分析。

在本实施例中，边缘计算服务装置包括机箱41、边缘计算服务器、第二天线42以及协议转换器，边缘计算服务装置通过第二天线42与电流采集装置通信连接，其中，第二天线42固定在机箱41上，边缘计算服务器与协议转换器电连接，且二者均设置在机箱41内部。

在本实施例中，电流采集装置与边缘计算服务器之间通过无线通信连接，二者之间的通信频率为433mhz，在其他实施例中，通信频率也可以为其他频率，也可以根据用户需求使二者之间有线连接或蓝牙、wifi连接。

在本实施例中，远程监控平台与边缘计算服务装置之间可以通过有线或无线的方式传输信息。

远程监控平台接收加密处理后的电流信号，监测接地线的电流值，并记录报警事件。远程监控平台，采用有线传输的模式，支持iec61850/104协议，监测边缘计算服务器提供的趋势图和实时数据或根据边缘计算服务器提供的接地线的实时电流信号数据生成电流变化趋势图，同时可远程设置系统的告警值，在电流信号达到报警值时进行报警，并且远程监控平台记录该报警事件。

在本实施例中，远程监控平台可以为电脑、平板电脑、手机等能够显示获取的电流信号数据、生成相关趋势图以及报警的智能终端，在此不做限定。

本实用新型的电流监测系统可以实现变压器铁芯夹件接地线电流的连续监测和记录，具有数据采集、分析、监视和报警、自检、自启动功能。配置了专用的远程监控平台。该监控平台提供在线监测的趋势图和实时监测数据。历史趋势图可分时段查看，为故障分析提供了可靠的依据。能记录报警事件。操作人员可手动恢复报警。实时监测变压器的系统状态，及时发现潜在故障，故障消除后自动恢复，具备免维护特点。

有益效果：本实用新型的在线监测系统采用远程监控平台和电流采集装置结合实时采集接地线的电流信号的方式，进行参数设置、提供系统运行状态和故障信息等，使监控人员可以随时掌握变压器的当前工作状态，避免变压器的停机检测，节省了人力、物力，极大的提高了变压器运行的可靠性和经济性，同时避免了安全隐患，可实现变电所无人值守。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。