【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電力監測，特別是一種卡扣式自取電無線通信電流互感器。
技術介紹
1、電流互感器廣泛用于電力系統的測量與保護設備，但傳統設計通常依賴外部供電，通過有線通信方式傳輸數據。這種方式存在供電局限性，傳統電流互感器需要外部供電，而高壓輸電線路環境中布線困難，供電成本高；通信不穩定，有線通信方式易受復雜環境干擾，難以實現遠距離、實時的數據傳輸；靈活性不足，設備安裝和維護復雜，不適應偏遠地區的使用場景。
2、隨著物聯網和無線通信技術的快速發展，研究者提出通過感應取電技術實現自主供電，通過無線通信技術傳輸數據的解決方案。然而，現有技術仍存在感應取電不穩定、通信模塊功耗高、保護機制不完善等問題，急需一種新型設備來克服這些挑戰。
技術實現思路
1、本專利技術設計了一種卡扣式自取電無線通信電流互感器，旨在解決高壓輸電線路監測設備的供電與通信問題，提供一種結構緊湊、運行可靠、安裝便捷的卡扣式電流互感器系統，實現從高壓輸電線路中穩定獲取電能，擺脫對外部電源的依賴；通過低功耗無線通信模塊，實現遠距離、實時的數據傳輸；通過多重保護機制，提高設備運行的安全性與可靠性。
2、為實現上述目的，本專利技術采樣如下技術方案：
3、一種卡扣式自取電無線通信電流互感器，包括：卡扣式電流互感器模塊、感應取電模塊、泄流控制模塊、采樣補償模塊和無線通信模塊；所述卡扣式電流互感器模塊輸出端分別連接感應取電模塊和采樣補償模塊，所述感應取電模塊輸出端連接泄流控制模塊，所述泄流控制模塊輸出
4、所述卡扣式電流互感器模塊用于從高壓輸電線路中感應電流；
5、所述感應取電模塊包括取電ct、整流電路、濾波電路和穩壓電路，所述取電ct用于從線圈二次側獲取能量并對鋰電池進行充電儲能，整流電路用于將感應交流電流轉換為直流電，濾波電路用于穩定輸出直流電壓；
6、所述泄流控制模塊通過滯回比較器實現對mos管的控制，用于防止過電流或過壓對后續電路的損害；
7、所述采樣補償模塊對電流信號進行采樣和補償，將采集的數據實時傳輸到無線通信模塊；
8、所述無線通信模塊包括stm32微控制器和nbiot通信模塊，用于接收采集的電流數據并無線傳輸至遠程服務器。
9、進一步地，所述感應取電模塊通過利用高磁導率材料優化鐵心結構，并根據負載匹配關系選擇最佳匝數，獲的電磁能量的高轉化效率，轉化率的表達式如下：
10、；
11、其中 e2為二次側感應電壓， r2為負載電阻；
12、也使感應取電模塊能夠在0a至120a電流范圍內穩定輸出12v直流電壓。
13、進一步地，所述感應取電模塊中整流濾波時取電ct與負載的等效電路，整流電路采用全橋整流設計，由四個二極管組成，確保感應交流電能轉換為直流電能；設二次側輸出電壓為 u 2，有效值滿足；其中為一次側等效到二次側的正弦波電流， r l為負載電阻；整流后通過濾波，輸出直流電壓，1.4v為整流橋壓降；在整流橋前端接入瞬態抑制二極管tvs，其瞬態抑制電壓由高壓線路的最大感應電流決定，以保護后級電路免受過電壓的損害。
14、進一步地，所述整流電路和穩壓電路均采用全橋整流設計結合lc濾波電路，所述lc濾波電路由電感 l和電容 c組成，其截止頻率由公式確定，并確保電壓波動小于0.1v，消除高頻干擾，輸出平穩的直流電壓；穩壓采用線性穩壓器將感應交流電轉化為12v穩定直流電壓，為無線通信模塊和其他后級設備供電。
15、具體地，還包括對整流和濾波后的電路進行分析，對于穩壓輸出電路，由于整流橋和濾波電容的影響，其等效負載電壓與勵磁電流波形關系如下：將輸出電壓視為方波，勵磁電流呈三角形，其計算公式為：；
16、其中，為時間； l為勵磁電感， t為交流電周期；平均負載電流 i av計算需考慮整流橋二極管壓降1.4v，公式為：；為互感器二次側電壓有效值。
17、具體地，所述泄流控制模塊控制邏輯是采用滯回比較器設計，滯回特性由上下限閾值電壓決定，表達式如下：；其中為上限閾值電壓；為基準電壓；為下線閾值電壓；為反饋電阻；為分壓電阻。
18、具體地，所述互感器在純電阻負載條件下，二次側輸出功率與負載關系為：；
19、其中?為互感器的鐵心磁路長度，為工頻頻率50hz，為一次測電流， n2為二次側匝數， s為磁芯截面積， μ為磁導率；通過該公式及實際仿真結果可知ct的最大功率與一次側電流的平方成正比，由于在負載電阻共模匹配時最優，當鐵心未飽和時功率輸出穩定，因此需控制勵磁電流小于飽和電流。
20、進一步地，所述無線通信模塊的控制核心是基于stm32微控制器，控制數據采集、處理與傳輸；其通信技術使用nbiot模塊支持無線數據傳輸，結合mqtt協議實現高效的數據發送和接收，實現監測數據的實時傳輸和故障狀態反饋。
21、進一步地，所述數據采集是通過stm32的adc接口，將模擬信號轉換為數字信號，數據采集頻率由定時中斷控制，頻率可調；采集數據打包為數據包，通過mqtt協議發送至服務器；所述數據包內容包括：監測設備id、采樣時間、電流值和設備狀態。
22、進一步地，還包括故障檢測功能模塊，用于實時檢測通信鏈路的穩定性；當發生通信中斷時，自動重啟該模塊，并記錄故障信息，并根據監測場景調整數據發送頻率。
23、本專利技術的有益效果如下：
24、一種卡扣式自取電無線通信電流互感器，通過對取電ct設計，優化鐵心材料與結構，使其適應0a至120a寬范圍電流的能量采集需求；整流與穩壓電路采用全橋整流設計結合lc濾波電路，將感應交流電轉化為12v穩定直流電壓，為無線通信模塊和其他后級設備供電；并通過滯回比較器實現對過流與過壓的精準保護，避免設備損壞；其通信技術使用nbiot模塊支持長距離、低功耗的無線數據傳輸，結合mqtt協議實現高效的數據發送和接收，且動態頻率調整支持根據監測場景動態調整數據發送頻率，優化設備功耗與通信效率。所述卡扣式自取電無線通信電流互感器卡扣式設計，該設計簡化安裝過程，適用于多種電力線路環境，模塊化布局便于設備擴展與維護，提高系統的靈活性。
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1.一種卡扣式自取電無線通信電流互感器，其特征在于，包括：卡扣式電流互感器模塊、感應取電模塊、泄流控制模塊、采樣補償模塊和無線通信模塊；所述卡扣式電流互感器模塊輸出端分別連接感應取電模塊和采樣補償模塊，所述感應取電模塊輸出端連接泄流控制模塊，所述泄流控制模塊輸出端連接采樣補償模塊和無線通信模塊；采樣補償模塊輸出端連接無線通信模塊；
2.根據權利要求1所述的卡扣式自取電無線通信電流互感器，其特征在于，所述感應取電模塊通過利用高磁導率材料優化鐵心結構，并根據負載匹配關系選擇最佳匝數，獲的電磁能量的高轉化效率，轉化率的表達式如下：
3.根據權利要求1所述的卡扣式自取電無線通信電流互感器，其特征在于，所述感應取電模塊中整流濾波時取電CT與負載的等效電路，整流電路采用全橋整流設計，由四個二極管組成，確保感應交流電能轉換為直流電能；設二次側輸出電壓為U2，有效值滿足；其中為一次側等效到二次側的正弦波電流，?RL為負載電阻；整流后通過濾波，輸出直流電壓，1.4V為整流橋壓降；在整流橋前端接入瞬態抑制二極管TVS，其瞬態抑制電壓由高壓線路的最大感應電流決定，以保護后級電路
4.根據權利要求1所述的卡扣式自取電無線通信電流互感器，其特征在于，所述整流電路和穩壓電路均采用全橋整流設計結合LC濾波電路，所述LC濾波電路由電感L和電容C組成，其截止頻率由公式確定，并確保電壓波動小于0.1V，消除高頻干擾，輸出平穩的直流電壓；穩壓采用線性穩壓器將感應交流電轉化為12V穩定直流電壓，為無線通信模塊和其他后級設備供電。
5.根據權利要求4所述的卡扣式自取電無線通信電流互感器，其特征在于，還包括對整流和濾波后的電路進行分析，對于穩壓輸出電路，由于整流橋和濾波電容的影響，其等效負載電壓與勵磁電流波形關系如下：將輸出電壓視為方波，勵磁電流呈三角形，其計算公式為：；
6.根據權利要求1所述的卡扣式自取電無線通信電流互感器，其特征在于，所述泄流控制模塊控制邏輯是采用滯回比較器設計，滯回特性由上下限閾值電壓決定，表達式如下：；其中為上限閾值電壓；為基準電壓；為下線閾值電壓；為反饋電阻；為分壓電阻。
7.根據權利要求1所述的卡扣式自取電無線通信電流互感器，其特征在于，所述互感器在純電阻負載條件下，二次側輸出功率與負載關系為：；
8.根據權利要求1所述的卡扣式自取電無線通信電流互感器，其特征在于，所述無線通信模塊的控制核心是基于STM32微控制器，控制數據采集、處理與傳輸；其通信技術使用NBIoT模塊支持無線數據傳輸，結合MQTT協議實現數據的發送和接收，實現監測數據的實時傳輸和故障狀態反饋。
9.根據權利要求8所述的卡扣式自取電無線通信電流互感器，其特征在于，所述數據采集是通過STM32的ADC接口，將模擬信號轉換為數字信號，數據采集頻率由定時中斷控制，頻率可調；采集數據打包為數據包，通過MQTT協議發送至服務器；所述數據包內容包括：監測設備ID、采樣時間、電流值和設備狀態。
10.根據權利要求1所述的卡扣式自取電無線通信電流互感器，其特征在于，還包括故障檢測功能模塊，用于實時檢測通信鏈路的穩定性；當發生通信中斷時，自動重啟該模塊，并記錄故障信息，并根據監測場景調整數據發送頻率。
...【技術特征摘要】
1.一種卡扣式自取電無線通信電流互感器，其特征在于，包括：卡扣式電流互感器模塊、感應取電模塊、泄流控制模塊、采樣補償模塊和無線通信模塊；所述卡扣式電流互感器模塊輸出端分別連接感應取電模塊和采樣補償模塊，所述感應取電模塊輸出端連接泄流控制模塊，所述泄流控制模塊輸出端連接采樣補償模塊和無線通信模塊；采樣補償模塊輸出端連接無線通信模塊；
2.根據權利要求1所述的卡扣式自取電無線通信電流互感器，其特征在于，所述感應取電模塊通過利用高磁導率材料優化鐵心結構，并根據負載匹配關系選擇最佳匝數，獲的電磁能量的高轉化效率，轉化率的表達式如下：
3.根據權利要求1所述的卡扣式自取電無線通信電流互感器，其特征在于，所述感應取電模塊中整流濾波時取電ct與負載的等效電路，整流電路采用全橋整流設計，由四個二極管組成，確保感應交流電能轉換為直流電能；設二次側輸出電壓為u2，有效值滿足；其中為一次側等效到二次側的正弦波電流，?rl為負載電阻；整流后通過濾波，輸出直流電壓，1.4v為整流橋壓降；在整流橋前端接入瞬態抑制二極管tvs，其瞬態抑制電壓由高壓線路的最大感應電流決定，以保護后級電路免受過電壓的損害。
4.根據權利要求1所述的卡扣式自取電無線通信電流互感器，其特征在于，所述整流電路和穩壓電路均采用全橋整流設計結合lc濾波電路，所述lc濾波電路由電感l和電容c組成，其截止頻率由公式確定，并確保電壓波動小于0.1v，消除高頻干擾，輸出平穩的直流電壓；穩壓采用線性穩壓器將感應交流電轉化為12v穩定直流電壓，為無線通信模塊和其他后級設備供電。
5.根據權利要求4所述的卡扣...
【專利技術屬性】
技術研發人員：戚佳金，徐越飛，鄭太英，張欣，吳小歡，張靜，陳世喆，徐寅飛，陳云龍，王徽，葉銘豪，
申請(專利權)人：杭州電力設備制造有限公司，
類型：發明
國別省市：
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