一种配网跌落式熔断器非接触电压电流监测装置及方法

本发明涉及电力系统监测，尤其涉及配网跌落式熔断器非接触电压电流监测装置及方法。

背景技术：

1、电力系统中10kv输电线路及配变变压器是电力输送与电压水平变换的重要组成部分，其工作可靠度对低压用户的电力供应有重要的作用。

2、在配网终端，为了更好地进行过载防护和绝缘，改善输电线路的供电可靠性，常在配电变压器的高电压侧和10kv的分支上设置跌落式熔断器，在配电线路的末端一般采用跌落式熔断器进行保护，是一种比较普遍有效的做法，可以在负荷侧发生大电流故障时通过熔丝熔断迅速切断故障，保证非故障线路的正常供电。

3、经检索，申请号cn115377807a的中国专利，公开了一种配电箱电流电压监测装置，其提及了在进行电流电压监测过程中，设备组件安装麻烦的问题，并公开了便于检修或更换的方案；

4、申请号cn110095747a的中国专利，公开了一种配网用电压电流传感器在线监测方法及系统，其公开了如何实现电流电压传感的可靠性，以减少误差。

5、然而，在配电线路的末端的跌落式熔断器会因为外力，负载过大，线路上过电压、过电流而造成跌落式熔断器断开导致大面积停电等情况时有发生，跌落式熔断器断开后，导致在发生故障后信息不能及时传递至运维人员，尤其对于农村地区台区与台区之间的距离相对较小，密度较大，发生故障后不能第一时间判断故障发生在哪个台区。

6、主要依靠用户拨打报修电话以及10kv辖区分管供电所工作人员巡视线路才能对其进行定点，人力损耗、时间损耗巨大。造成了故障判定时间长、停电时间长与停电面积大等众多问题。为帮助配网运维人员掌握跌落式熔断器运行状态，及时发现故障，并快速查找故障点恢复故障侧的正常供电，对跌落式熔断器的状态进行监测是非常必要的，使其能够实时准确的监测跌落式熔断器的状态，保障居民的用电。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决解决配网跌落式熔断器状态监测问题，而提出的配网跌落式熔断器非接触电压电流监测装置。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、根据本发明的一个方面，提供了一种配网跌落式熔断器非接触电压电流监测装置。

4、一种配网跌落式熔断器非接触电压电流监测装置，包括：对中结构、卡扣、卡槽、底座、信号处理单元、电压测量结构和电流测量结构，其中，电压测量结构包括内层金属感应极板、外层金属接地屏蔽极板；

5、电流测量结构包括罗氏线圈。

6、进一步地，所述电压测量结构和所述电流测量结构均包含可开合外壳且使用材质为fr4。

7、进一步地，所述卡扣内部放置有被测导线；

8、所述对中结构，用于固定所述被测导线的位置；

9、所述卡槽内放置电流测量的罗氏线圈pcb板，用于测量被测导线电流。

10、进一步地，内层金属感应极板和被测导线形成一次耦合电容；

11、所述外层金属接地屏蔽极板用于屏蔽外界电场干扰并于内层金属感应极板形成二次耦合电容，被测导线电压通过下式关系求得：

12、

13、式中，hs为增益变化比，vo为内层金属感应极板输出电压，vi为所述被测导线电压，cm为所述一次耦合电容的电容值，cs为所述二次耦合电容的电容值，rm为采样电阻。

14、进一步地，所述pcb罗氏线圈通过biot-savart定理和法拉第电磁感应定律求出被测导线中的电流，所述被测导线电流通过下式关系求得

15、

16、

17、

18、

19、式中，b为空间一点处的磁感应强度，r为pcb上绕线载流导体离中心的距离，i(t)为流过载流导体的电流，φ为磁通量，μ0为真空磁导率，a、b分别为线圈的内径，h为pcb板的高度，n为线圈的匝数、v为输出电压

20、进一步地，所述底座用于放置信号处理单元的电路。

21、进一步地，所述信号处理单元还包括电压信号采集电路、电流信号采集电路、第一整流电路、第二整流电路、电源模块、单片机控制模块、wifi模块、gps定位模块和上位机。

22、进一步地，所述电压信号采集电路和电流采集电路用于采集传感器的电压电流信号与整流电路连接；

23、所述第一整流电路和第二整流电路接受电压电流采集电路采集的信号进行整流与单片机控制模块连接；

24、所述单片机控制模块接受来自整流电路的电压电流稳态值和暂态值并于与wifi模块连接；

25、所述wifi模块把单片机采集到的电压电流稳态值和暂态值传输给上位机；

26、所述电源模块分别连接各模块及电路用于提供工作的电压；

27、所述gps定位模块用于对发生电压电流暂态值进行定位。

28、根据本发明的另一个方面，提供了基于配网跌落式熔断器非接触电压电流监测装置的方法。

29、一种配网跌落式熔断器非接触电压电流监测方法，包括以下步骤：

30、将上述装置连接上位机；

31、通过wifi模块向所述上位机输出被测导线的电压电流稳态值及暂态值；

32、通过电压电流稳态值及暂态值判断跌落式熔断器的状态。

33、相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

34、本申请中的配网跌落式熔断器非接触电压电流监测装置及方法，包括：电压信号测量结构、电流信号测量结构、信号处理单元。电压信号测量结构、电流信号测量结构均包括可开合外壳，且在实测量时可以扣合在被测导线上，以进行非接触式的测量。对中结构使的被测导线进行对中便于对中消除干扰；

35、实施时，跌落式熔断器下方到变压器高压侧的导线上通电时，通过电压电流信号测量结构测量出被测导线中的电压电流稳态值和暂态值，上位机把传输到的数据统计显示各电压电流稳态值和暂态值，以此来判断跌落式熔断器是因为何种原因引起的跌落，把数据存储再存储单元内再传输给gps定位模块，实现精确定位；

36、通过此方法能够判断出是因为雷击、满载、外力等原因引起的过电压过电流，配网运维人员掌握跌落式熔断器运行状态，及时发现故障，并快速查找故障点恢复故障侧的正常供电，进而能够实时准确的监测跌落式熔断器的状态，保障居民的用电。

技术特征：

1.一种配网跌落式熔断器非接触电压电流监测装置，其特征在于，包括：对中结构(1)、卡扣(6)、卡槽(2)、底座(5)、信号处理单元(8)、电压测量结构和电流测量结构，其中，电压测量结构包括内层金属感应极板(3)、外层金属接地屏蔽极板(4)；

2.根据权利要求1所述的配网跌落式熔断器非接触电压电流监测装置，其特征在于，所述电压测量结构和所述电流测量结构均包含可开合外壳且使用材质为fr4。

3.根据权利要求1所述的配网跌落式熔断器非接触电压电流监测装置，其特征在于，所述卡扣(6)内部放置有被测导线；

4.据权利要求3所述的配网跌落式熔断器非接触电压电流监测装置，其特征在于，内层金属感应极板(3)和被测导线形成一次耦合电容；

5.根据权利要求4所述的配网跌落式熔断器非接触电压电流监测装置，其特征在于，所述pcb罗氏线圈(7)通过biot-savart定理和法拉第电磁感应定律求出被测导线中的电流，所述被测导线电流通过下式关系求得

6.根据权利要求1所述的配网跌落式熔断器非接触电压电流监测装置，其特征在于，信号处理单元(8)的电路放置于所述底座(5)上。

7.根据权利要求6所述的配网跌落式熔断器非接触电压电流监测装置，其特征在于，所述信号处理单元(8)还包括电压信号采集电路(9)、电流信号采集电路(10)、第一整流电路(11)、第二整流电路(12)、电源模块(13)、单片机控制模块(14)、wifi模块(15)、gps定位模块(16)和上位机(17)。

8.根据权利要求7所述的配网跌落式熔断器非接触电压电流监测装置，其特征在于，所述电压信号采集电路和电流采集电路用于采集传感器的电压电流信号与整流电路连接；

9.一种配网跌落式熔断器非接触电压电流监测方法，根据权利要求1-8任一所述的配网跌落式熔断器非接触电压电流监测装置，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种配网跌落式熔断器非接触电压电流监测装置及方法，属于电力系统监测领域，包括：非接触电压传感器的内层金属感应极板、外层金属接地屏蔽极板、对中结构、底座、信号处理单元、卡扣、测量电流信号的罗氏线圈及卡槽。其中内层金属感应极板和被测导线形成一次耦合电容内层金属感应极板和外层金属接地屏蔽极板之间形成二次耦合电容，通过一、二次耦合电容分压，信号处理单元连接内层金属感应极板。该配网跌落式熔断器非接触电压电流监测装置及方法，通过监测跌落式熔断器线路上电压电流的稳态值和暂态值从而判断其跌落状态。

技术研发人员：邹湘祁,张文斌,黄汝金,蒋天意
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15