具有无线测温功能的带电换表控制器设计_庄宇峰.pdf

国外电子测量技术北大中文核心期刊D O I:1 0.1 9 6 5 2/j.c n k i.f e m t.2 2 0 4 4 1 1具有无线测温功能的带电换表控制器设计庄宇峰1 孙 宇1 苏 新2 行鸿彦3(1.国网常州供电公司 常州 2 1 3 0 0 0;2.河海大学物联网工程学院 常州 2 1 3 0 2 2;3.南京信息工程大学 南京 2 1 0 0 4 4)摘 要:为减少停电换表对用户产生的用电影响,提升供电可靠性和用户用电体验,设计了一种具有无线测温功能的带电换表控制装置。该装置由带电换表装置、感应取电设备以及无线测温模块3个部分组成。可在带电的情况下辅助更换用户的低压三相电表,平衡三相电路相序,并利用温度传感器以及无线收发器实现相应的无线测温功能。经过实验验证,带电换表控制装置的电流电压平均检测误差小于0.1%,所设计的感应取电模块在低压下也可以满足低功耗测温需求,能有效地解决电池有限容量引起的传感器短寿问题,同时设备经过验证满足国家安全标准。关键词:三相电表;相序检测;无线测温;感应取电中图分类号:T P 2文献标识码:A国家标准学科分类代码:4 7 0.4 0 3 1D e s i g n o f a n u n i n t e r r u p t e d m e t e r r e p l a c e m e n t c o n t r o l l e r w i t h w i r e l e s s t e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n tZ h u a n g Y u f e n g1 S u n Y u1 S u X i n2 X i n g H o n g y a n3(1.S t a t e G r i d C h a n g z h o u E l e c t r i c P o w e r S u p p l y C o m p a n y,C h a n g z h o u 2 1 3 0 0 0,C h i n a;2.C o l l e g e o f I n t e r n e t o f T h i n g s E n g i n e e r i n g,H o h a i U n i v e r s i t y,C h a n g z h o u 2 1 3 0 2 2,C h i n a;3.N a n j i n g U n i v e r s i t y o f I n f o r m a t i o n S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,N a n j i n g 2 1 0 0 4 4,C h i n a)A b s t r a c t:T o r e d u c e t h e i m p a c t o f p o w e r o u t a g e o n c u s t o m e r s f o r m e t e r c h a n g e,t h e n i m p r o v e t h e r e l i a b i l i t y o f p o w e r s u p p l y a n d t h e e x p e r i e n c e o f p o w e r c o n s u m p t i o n,w e d e s i g n a c o n t r o l d e v i c e w i t h w i r e l e s s t e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n t.T h e d e v i c e i s c o m p o s e d o f a l i v e m e t e r c h a n g i n g d e v i c e,a n i n d u c t i o n d e v i c e a n d a w i r e l e s s t e m p e r a t u r e m e a s u r i n g m o d u l e.I t c a n r e p l a c e t h e l o w-v o l t a g e t h r e e-p h a s e m e t e r,b a l a n c e t h e p h a s e s e q u e n c e o f t h e t h r e e-p h a s e c i r c u i t,a n d r e a l i z e t h e c o r r e s p o n d i n g w i r e l e s s t e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n t b y u s i n g t h e t e m p e r a t u r e s e n s o r a n d w i r e l e s s t r a n s c e i v e r.T h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e a v e r a g e d e t e c t i o n e r r o r o f c u r r e n t a n d v o l t a g e o f t h e c o n t r o l d e v i c e i s l e s s t h a n 0.1%,a n d t h e d e s i g n e d m o d u l e c a n m e e t t h e n e e d s o f l o w-p o w e r t e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n t a t l o w v o l t a g e,t h e s h o r t l i f e o f t h e s e n s o r c a u s e d b y t h e l i m i t e d b a t t e r y c a p a c i t y i s e f f e c t i v e l y s o l v e d,a n d t h e e q u i p m e n t h a s b e e n v e r i f i e d t o m e e t t h e n a t i o n a l s a f e t y s t a n d a r d s.K e y w o r d s:t h r e e-p h a s e e l e c t r i c i t y;p h a s e s e q u e n c e d e t e c t i o n;w i r e l e s s t e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n t;i n d u c t i o n c h a r g i n g 收稿日期:2 0 2 2-1 0-1 30 引 言电能表运行中存在使用寿命和一定程度的损耗,逾期或异常电表需及时更换,然而频繁地断电更换电表操作违背了用电的用电稳定性原则1。当下电表大部分为直接接入式,更换不可避免地会出现短时停电,严重降低用电体验感。预约用户,停送电准备与检查工作的时间成本巨大,同时作业质量完全依赖于工作人员业务能力,错接线、误操作与低效工作引起的触电等风险的问题无法杜绝2。因此,对于直接接入式三相电能表的带电换表控制装置具有显著的经济与社会价值3。近年来,众多研究者投入到带电换表装置研发。马媛等1通过剥开B V电缆的绝缘层取电,再熔融恢复电缆绝缘层,实现带电换表,但该作业方法难度较大中具有一定危险性,取电负荷也有限制;李明远等3设计了一款通用型单、三相电能表不停电更换装置,但计量模47北大中文核心期刊国外电子测量技术 块仅考虑了换表时间、时长及防窃电功能,未实现电物理量的测量与监控,仍有安全隐患;刘洪儒等4工程师根据二极管正逆向阻值不同的特性设计出单相电表的带电作业装置,但该装置仅适用于单相电表,且没有针对易起火的 连 接 处 测温 模 块;储海 峰 等5设 计 了具 备蓝牙通信功能的不停电换表装 置,能 应对 错 接 线和 窃电等问题,但成本较高不利于普遍部署;王叶锋等6通过短接取电线夹与原电流回路 保 证 换 表时 持 续 供电,同时利用辅助装置采集实时电 能 信 息,但 存 在 穿刺 导线取电导致绝缘层损坏、供电不稳、安全载流量小等风险;L i u等7设计了一种小巧的 不 停 电 换表 装 置,但 一方面装置对电表型号有要求,第2换 表过 程 中 不对 电压、电流和温 度 进 行 检测,存 在 安全 隐 患;朱亮 等8设计的换表装置有同样的问题。综上,在不停电换表技术与装置的研究已较为全面,能克服不停电换表中取电,减少电量损失等技术难点1-8,但上述研究的装置对于换表过程中电流电压信息实时监测,温度测量预警等实际需求的探索仍有不足9,导致上述装置难以在实际应用中推广。基于上述内容,本文研究了带电换三相电表作业原理,将旁路带电法引入带电换表作业,同时利用感应取电供电无线测温模块,实时监测连接处温度,设计了一款具备感应取电无线测温功能的带电换表控制器。1 具有无线测温功能的带电换表控制器1.1 带电换表装置1)带电换表工作原理国内外专家对带电换表控制器的研究未能兼顾带电换表作业的安全性与工作效率,如表1所示,对此,本文设计的带电换表控制器考虑到了实时监测电压、电流和温度,节省作业时长等需求,详细研究了三相直接表的带电换表工作原理。表1 带电换表技术方案对比方案作业时间/m i n优点缺点文献11 0杜绝作业时电缆破损需要对绝缘层开口熔融修复文献33型号通用不监测换表时电压、电流和温度文献45能自动电量检测仅针对单相电表文献57蓝牙通信,防窃电不监测换表时电压、电流和温度文献63监测换表时电压、电流不监测温度,不通用文献71装置小巧,操作简便不监测换表时电压、电流和温度文献85操作简便不监测换表时电压、电流和温度本文2实时监测电压、电流和温度,长续航 三相直接表带电更换相比单相的操作更加复杂,但主要原理一致。三相表直接表用户多为通信基站、商铺、政府相关部门等二类及以上用户,对持续、可靠供电需求相较单相表用户更高。本文设计的带电换电表装置针对三相电表,主要包括旁路供电箱和线路固定座;旁路供电箱由核心器件检测主控模块和线控继电器等器件组成;线路固定座由支架、专用接线柱组等器件组成。该装置具有相序判别、电压监测、电流监测、温度监测、漏电保护、故障报警等功能7。如图1所示,为用户表箱线路;为旁路供电箱核心;为线控继电器;为线路连接器;为线路连接器;为电流监测;为相序监测;、分别表示电源指示灯;1 1为进线开关;1 2为用户开关。用户表箱内进线开关1 1为本装置提供工作电源。本装置具有纠错保护功能的带电换表装置包括检测主控模块和线路继电器6。用户表箱进线开关1 1前的A相、B相、C相和N相分别通过进线电缆接入连接线控继电器的输入端,用户表箱出线开关1 2的A相、B相、C相及N相分别通过出线电缆连接线控继电器的图1 带电换表模块原理输出端6。连接线控断路器的输入端的A相、B相、C相电路上分别设有一个电流互感器,3个电流互感器均与检测主控模块相连接。连接线控继电器的输入端的A相、B相、C相及N相分别接入检测主控模块的三相进线电压接口和零线接口。线控断路器接入检测主控模块的断路器口、C相进线电压接口和零线接口。线控继电器接入检测主控模块的继电器控制接口。连接57 国外电子测量技术北大中文核心期刊线控继电器的输出端的A相、B相、C相分别接入检测主控模块的A相出线电压接口、B相出线电压接口、C相出线电压接口7。2)带电换表装置检测模块本文所采用的电路检测回路分别设置于A相、N相电缆所连接的开关1 2两处,并经过线路接入相序监测主控模