用视在功率监控小电流并实时处置平台的制作方法

本发明属于电磁测量技术领域，具体涉及一种用视在功率监控小电流并实时处置平台。

背景技术：

我国自上世纪60年代末，为了加强用电安全，逐步在电力系统中采取保护措施，其中漏电保护器是通用的技术手段。漏电保护器通过检测监护设备或者线路的异常电流或者电压信号，当检测的信号达到其设定阈值时，促使执行机构动作切断电源，避免烧坏电器、发生火灾或触电等事故，从而确保人身和用电设备的安全，达到防护的目的。

后来，也有的采用小电流接地的方式，其在高压设备的进线端（即高压开关的出线侧）安装零序电流互感器，将电流互感器的二次侧接到小电流接地选线装置上。当高压设备回路中出现一相接地或者是两相接地的时候，此回路内就会产生一个不平衡电流，电流互感器检测到不平衡电流并传送给小电流接地选线装置，小电流接地选线装置给出一个跳闸信号，让高压开关跳闸，将高压设备从电网中脱离开来，避免高压设备被烧毁，还同时避免通过电网扩大故障范围。

上述防护措施均属于后保护的范畴，只有等缺陷电流发展到一定程度，达到保护阈值时才会动作，是一种通过停电才能启动保护的方法，不能够通过检测破坏能量的发展过程，在不影响安全的情况下提早做到预防处理来阻碍其发展，甚至将处于萌芽状态的隐患消除。并且一旦达到保护阈值就会发生突然停电，给生产、生活带来严重影响，尤其是涉及人的设备，如电梯、交通和娱乐设备等。而日渐兴起的泛在电力物联网建设，安全、洁净、减少停电特别是突然停电已成为电网发展的必然趋势，同时对透明电网、预判故障及供电质量提出了更高的要求。这就需要感知整个配电网的工作过程，通过智能检测发现隐患，便于予以及时处置，做到有序停电、减少停电次数、缩短停电时间甚至不在关键时刻停电。

可见，漏电保护器和小电流接地等技术已不能满足电力物联网发展的需求，亟需研发一种新的能主动发现问题的检测技术来避免无序停电，达到安全且节能生产、减少浪费的目的。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种用视在功率监控小电流并实时处置平台，能够自动根据视在电量在相邻的相同长度时段内的变化幅度，判断线路中电流的变化趋势，在视在电量增长幅度较大时，能够给出预警信号，提醒工作人员采取安检措施。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：设计一种根据需要同时或分别用视在功率监控小电流并实时处置平台，包括电流传感器，其特征在于：视在功率传感器、中央处理器和主机；

电流传感器：用以检测接地线、绝缘部的接地引线或者零序电流线路上的电流，得到相应线路上的电流；

视在功率传感器：设置了电流采样电路和运算器，

电流采样电路对电流传感器的检测电流进行采集；

运算器将电流采样电路采集的电流乘以给定的视在电压，得到视在功率，并将视在功率进行实时累计，得到视在电量；

中央处理器：按设定的时间间隔读取视在功率传感器的视在电量，计算视在电量在各时间段内的变化量，比较两相邻时段内视在电量变化量的相对变化幅度，依据相对变化幅度做出继续检测或者上报主机的决定，

中央处理器的各采集口上设置了电子切换开关；

主机：用于接收中央处理器的报警信号后进行报警；

用于发出脉冲常数校验中央处理器或者视在功率传感器，主机通过电子切换开关控制中央处理器处于读取工作还是校验工作。

2、根据权利要求1所述的用视在功率监控小电流并实时处置平台，其特征在于：中央处理器对视在电量的处理过程如下：

s1：每间隔时间t读取一次视在电量，读取的时间点将检测时间分为多个时间段，将两个相邻时段中的前一时段称为第x时间段、后一时段则称为第x+1时间段，其中x为自然数；

s2：在第x时间段的起始点读取s3中的视在电量为zx；

s3：在第x时间段的终止点读取s3中的视在电量为zx+1，计算视在电量在第x时间段的变化量为：mx=zx+1-zx；

s4：在第x+1时间段的终止点读取s3中视在电量为zx+2，计算视在电量在第x+1时间段的变化量为：mx+1=zx+2-zx+1；

计算视在电量在第x+1时间段中变化量相对于在第x时间段中变化量的变化幅值nx=mx+1-mx，判断nx相对于mx的变化幅度；

s5：如果nx≤0.1mx，则x=x+1，重复步骤s4和s5；

如果0.1mx＜nx≤0.3mx，则调整时间段的长度为1/5～1/10t，恢复x=1，将zx+2代替zx，重复步骤s3～5；

如果nx＞0.3mx，则将nx、mx和mx+1的信息上报主机。

优选的，中央处理器还在s4中设定了视在电量变化量的限值k，如果mx+1≤k，则计算nx后进入s5；如果mx+1＞k，则将mx、mx+1上报主机。

优选的，中央处理器还在s4和s5之间增加检测湿度的步骤：检测线路上的湿度信息s，湿度设定值为q，如果s＞q，则调整时间段的长度为1/5～1/10t；如果s≤q，则维持原时间段长度t。

优选的，在步骤s5中，如果nx＞0.3mx时，检测线路所在环境的湿度信息，如果sx+1＞sx，则调整时间段的长度为1/5～1/10t，恢复x=1，将zx+2代替zx，重复步骤s6～8；如果sx+1≤sx，则将nx、mx+1和mx+2的信息上报主机。

优选的，中央处理器还在检测湿度与s5之间增加检测温升的步骤：检测线路上的温升信息f，温升设定值为p，如果f＞p，则调整时间段的长度为1/5～1/10t；如果f≤p，则维持原时间段长度t。

优选的，中央处理器还设定存储变化幅值n的数量为y，y为自然数，当x+1＞y时，n、m和z均各自向前覆盖一个数位,然后再重复步骤s4和s5。

优选的，主机还负责整体校验中央处理器的功能，主机发送校验指令将电子切换开关切换至主机侧，主机发出脉冲常数；然后发出召测指令，读取中央处理器的所有采集口的数值，进行累加计算得到第一计算值；计算脉冲常数与端口数的乘积，作为第二计算值；如果第一计算值等于第二计算值，则中央处理器整体读取无误；如果第一计算值不等于第二计算值，则中央处理器的整体读取存有误差。

优选的，主机还负责单路校验功能，主机先发出召测指令读取中央处理器各采集口读取的视在电量并求和得到视在电量总值a，记录待测采集口的视在电量c；然后发出校验指令将待测采集口的电子切换开关切换至主机侧，主机发出脉冲常数；然后发出召测指令再次读取各个采集口的视在电量并求和得到视在电量总值b，如果b=a-c+脉冲常数，则检测的采集口测量无误，反之则存有误差。

优选的，主机还可对中央处理器中的数据进行清零。

优选的，给定的视在电压为设定的数值信息或者电压给定电路给出的模拟信号。

优选的，所述视在电压的数值范围为1～20v。

优选的，报警的方式为屏幕弹出报警信息、发送手机信息或者在电子地图显示警情地点。与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、由于采用电流采样电路采集接地、绝缘或者漏电电流后乘以给定的视在电压形成视在功率，通过视在功率累计成视在电量的形式，就可计算其在两相邻相同时长的时段内的变化幅度，真实反应线路中破坏能量的变化趋势，采取必要的安检措施，控制其发展势态或者彻底消除破坏能量，避免现有技术中因电流达到阈值而突然跳闸断电的发生，从而为保障正常生产奠定电力基础。

2、此检测平台能够克服接地、绝缘或者漏电电流不稳定容易误判，或者电流太小而无法检测出来而存有潜在危害的弊端；同时实现了积累效应，避免瞬时判定带来的反映不真实而增加无需突然停电的次数；另外还能通过视在电量的变化量掌握破坏能量的发展势态，以便采取系统自愈、在线不停电、短时停电或者计划停电等处置措施，确保安全生产，避免造成原料浪费，减少损失。

3、由于中央处理器考虑了湿度、温升等变化因素，就可判断视在电量在相邻的两时间段内的变化量增加，是否是由湿度或温升增加引起的，减少误报现象；以及湿度或温升恢复后，通过变化量是否回落，判断湿度或温升的变化是否损坏了线路的绝缘性能。

4、由于中央处理器设置了视在电量变化量的限定值，避免视在电量在以小幅的增长速度使得检测电流慢慢迫近保护阈值，减少漏报现象的前提下，使得检测更加精确。

5、由于给定的视在电压不论采用设定值的方式还是电压给定电路的方式，都是技术成熟的现有技术，性能稳定可靠，便于实现。

6、由于视在电压是根据接地电阻等现场情况进行预估来的，并可以根据现场情况的变化进行调整，其数值范围一般为1～20v，采用该视在电压后，可以对检测到的微小电流转换成时间段内反映破坏能量的视在电量形式，真实反应接地电流、绝缘水平和漏电电流对电力系统的破坏能力。

7、本发明中视在功率传感器可以设置在接地线上检测泄漏电流，也可以设置零序电流线路上检测漏电电流，还可以设置设备绝缘部位上的接地引线上检测其绝缘水平，可以应用于交直流的高低压线路上，应用场合灵活多样。

8、本发明打破常规保护方法，提出了主动检测、监控变化过程、实时恰当处置的新方法，通过视在电量的方式反映破坏能量的变化趋势，以此做好事前安检措施，遏制其发展态势，避免突然停电，从而顺应泛在电力物联网的建设，便于在本领域内推广应用。

附图说明

图1是本发明的整体框图；

图2是中央处理器读取视在电量的时间轴线示意图；

图3是中央处理器的逻辑控制框图（上半部份）；

图4是图3的下半部分；

图5是主机的工作流程图；

图6是主机对中央处理器进行整体校验的逻辑框图；

图7是主机对中央处理器进行单路校验的逻辑框图（上半部分）；

图8是图7的下半部分。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明的主旨思想是：采用电流检测装置检测设备的接地线、零序电流线路或者绝缘部的接地引线上的电流，对检测的电流取样后乘以一定给定的视在电压，形成视在功率，对视在功率进行累计获得视在电量，然后每间隔相同时长的时间间隔读取一次视在电量，看相同时段内的视在电量变化量，如果视在电量在每个时段内的变化量变化幅度不大，基本处于持平的稳定状态，则说明线路上破坏能量没有明显变化，继续维持上述时间间隔进行读取视在电量，查看视在电量的变化量；如果视在电量的变化幅度达到了一定程度，则缩小读取视在电量的时间间隔，加大读取频次，密切关注视在两相邻相同时段内的视在电量变化情况。如果没有明显增加，则维持继续关注状态；如果视在电量回落到加大频次前的状态，则将读取视在电量的时间间隔调回原来的长度；如果视在电量的变化幅度超过了一定数值，则立刻报警或者上报主机报警，通知工作人员及时采取安检措施，查找引发视在电量变化量变化的原因，做到事前处理，遏制电流增大的发展态势，从而避免现有技术中由于电流发展到保护阈值而突然跳闸。

当然上述过程中，还可以引入视在电量变化量的给定值，只要变化量达到该给定值，则立刻报警或者上报主机报警，避免视在电量虽然相对于相邻时间的变化量而言，增长幅度不大，但多个时段的积累也会使检测电路中的电流迫近保护阈值的情况。还可以引入湿度和温升等环境变化参量，当检测到湿度或者温升达到一定值时，同样缩小读取视在电量的时间间隔，加大读取频次，密切关注视在两相邻相同时段内的视在电量变化情况。在检测到视在电量的变化幅度相对较大时，还可以查看两相邻时段内的湿度、温升变化情况，如果湿度或者温升增大了，则说明视在电量增大的幅度有可能是环境引起的，则可通过加大读取频次的方式施以关注，如果湿度或温升逐渐回落了，视在电量的变化量也回落了，说明湿度和温升的变化没有破坏设备的绝缘性能，不必报警，减少系统的误报现象；如果湿度或温升逐渐回落了，视在电量的变化量没有回落，则说明湿度和温升的变化从某种程度上损坏了设备的绝缘性能，需要报警进行安检工作，做好事前处理，将缺陷扼杀在萌芽状态。

为实现上述思想，如图1所示，采取的具体预警管理平台中设置了电流传感器、视在功率传感器、中央处理器和主机。其中

电流传感器：用于检测接地线、绝缘部的接地引线或者零序电流电路上的电流，作为线路的电流取样装置；

视在功率传感器中设置了电流采样电路和运算器，电流采样电路对电流传感器的检测电流进行采集，然后运算器将采集的检测电流乘以给定的视在电压，得到视在功率，并将视在功率进行实时累计，得到作为累计值的视在电量；

中央处理器按设定的时间间隔读取视在功率传感器的视在电量，计算视在电量在各时间段内的变化量，比较两相邻时段内视在电量变化量的相对变化幅度，依据相对变化幅度做出继续检测或者上报主机的决定。如图3和图4所示，其对视在电量的处理过程如下：

s1：每间隔时间t读取一次视在电量，读取的时间点将检测时间分为多个时间段，将两个相邻时段中的前一时段称为第x时间段、后一时段则称为第x+1时间段，其中x为自然数；

s2：在第x时间段的起始点读取s3中的视在电量为zx；

s3：在第x时间段的终止点读取s3中的视在电量为zx+1，计算视在电量在第x时间段的变化量为：mx=zx+1-zx；

s4：在第x+1时间段的终止点读取s3中视在电量为zx+2，计算视在电量在第x+1时间段的变化量为：mx+1=zx+2-zx+1；

计算视在电量在第x+1时间段中变化量相对于在第x时间段中变化量的变化幅值nx=mx+1-mx，判断nx相对于mx的变化幅度；

s5：如果nx≤0.1mx，则x=x+1，重复步骤s4和s5；

如果0.1mx＜nx≤0.3mx，则调整时间段的长度为1/5～1/10t，将zx+2代替z1，恢复x=1，重复步骤s3～5；

如果nx＞0.3mx，则将nx、mx和mx+1的信息上报主机，提醒工作人员采取安检措施。

为了避免视在电量在以小幅的增长速度使得检测电流慢慢迫近保护阈值，引进了视在电量变化量的限值k，即mx+1必须在小于k的前提下进行上述比对，一旦出现mx+1大于k的情况，同样需要立刻上报主机。同时考虑了减少环境的变化情况，只要检测到湿度超过给定值q或者温升超过给定值p，则调整读取视在电量的时间间隔，加大读取频次。在判断到nx＞0.3mx时，也引入了湿度变化的考量，如果后一时段的平均湿度大于前一时段的平均湿度，则认为视在电量的变化幅值增大了可能与湿度的变化有关，于是不再直接发送主机报警，才是采取加大读取频次，继续密切关注；如果后一时段的平均湿度没有明显大于前一时段的平均湿度，才会发送主机进行报警，报警的方式为屏幕弹出报警信息、发送手机信息或者在电子地图显示警情地点。

为了避免随着检测时间的延长，造成距离读取时间久远数据的存储，而积累了好多参考价值不大的数据，可以设定变化幅值n的数量为y，y为自然数，可以根据具体情况取值5、10或者15，可以灵活设置即只保留n1、n2、n3……ny以及与其相关的m值，当x+1＞y时，用m2代替m1，m3代替m2，直至mx+1代替mx，用z2代替z1，z3代替z2，直至zx+2代替zx+1,用n2代替n1，n3代替n2，直至nx代替nx-1，如图2所示，相当于n、m和z均各自向前覆盖一个数位,然后再计算新的nx，继续与mx比对；如果x+1≤y则继续检测直至保存y个n值。

避免环境对读取数据的影响，能够真实反映设备的绝缘性能，还引进了对湿度和温升的考量。设置湿度设定值为q，温升设定值为p，每次读取视在电量时，均查看一下湿度值s和温升值f，如果s＞q或者f＞p，同0.1mx＜nx≤0.3mx这种情况一样，调整时间段的长度为1/5～1/10t，将zx+2代替z1，恢复x=1，重复步骤s3～5。还有在nx＞0.3mx时，查看下湿度信息在下一时段的值sx+1是否大于sx，如果sx+1＞sx，则暂时不上报主机，仍然采取调整时间段长度的措施，调整时间段的长度为1/5～1/10t，将zx+2代替z1，恢复x=1，重复步骤s3～5，以密切关注，确定变化幅值的变化与湿度和温升无关。所用湿度信息可以由最高值分析法、平均值法、累积量分析法、湿度影响量分析法、季节变量分析法获得。

如图5所示，主机主要用于读取中央处理器中的数据，接收中央处理器的报警信号，附带视在功率传感器的地址信息进行报警，提醒工作人员及时进行安检工作，在进行安检后，将中央处理器的数据清零。同时为了确保中央处理器读取视在电量信息的准确性，还在中央处理器的各个采集口上设置了电子切换开关，电子切换开关可以采集口切换在视在功率传感器，或者切换在主机。如图6所示，当需要校验时，设定需要检测的中央处理器的采集口数量为e，设定e的初始值为1则主机发出校验指令，电子切换开关接通主机输出脉冲常数的线路上，主机发出脉冲常数，中央处理器的各口对脉冲常数进行采集，读取中央处理器的所有采集口的数值，进行累加计算得到第一计算值；计算脉冲常数与端口数的乘积，作为第二计算值；如果第一计算值等于第二计算值，则说明中央处理器工作正常；如果第一计算值不等于第二计算值，则如果不符则说明中央处理器有问题，工作异常。

如图7和图8所示，主机还负责单路校验功能，主机先发出召测指令读取中央处理器各采集口读取的视在电量并求和得到视在电量总值a，记录待测采集口的视在电量c；然后发出校验指令将待测采集口的电子切换开关切换至主机侧，主机发出脉冲常数；然后发出召测指令再次读取各个采集口的视在电量并求和得到视在电量总值b，如果b=a-c+脉冲常数，则说明该采集口连接的视在功率传感器工作正常，否则工作异常。e=e+1，判定e是否大于e，如果大于则说明已检测完；如果不大于则切换下一个采集口，重复上面的过程，直至检测完各采集口，如此分别判断中央处理器各采集口所连接的视在功率传感器是否正常。

本发明的工作过程如下：

电流传感器检测接地线、绝缘部的接地引线或者零序电流线路上的电流，得到相应线路上的电流，视在功率传感器中的电流采样电路对检测到的电流进行采集，然后运算器将电流采样乘以给定的视在电压，得到视在功率；将得到的视在功率进行实时累计，得到视在电量。

中央处理器先检测湿度值s和温升值f，如果湿度值s没有超过其设定值q，温升值f也没有超过其设定值p，则每隔时间段长度t读取一次上述视在电量；如果湿度值s和温升值f二者中有一项超过其设定值或者均超过其设定值，则调整读取间隔时间为1/5～1/10t，第一次读取的视在电量为z1，以开始的第一时段为1时段，在1时间段的终止点读取视在电量为z2，计算视在电量在1时间段内的变化量m1=z2-z1。在2时段的终止点读取的视在电量为z3，计算视在电量在2时间段内的变化量m2=z3-z2，m2相对于m1的变化幅值为n1=m2-m1。如果n1≤0.1m1，则在3时段的终止点读取视在电量为z4，计算视在电量在3时间段内的变化量m3=z4-z3，m3相对于m2的变化幅值为n2=m3-m2，n2≤0.1m2，则在4时段的终止点读取视在电量为z5，依次往下读取，直至读取到y+2时段，计算出ny。然后后一点的值代替前一点的值，后一段的值代替前一时段的值，假如时间轴向右延伸的话，相当于每过时间t，时间轴就向左移动一个单位t，而时间轴上的坐标不变，一直检测下去，如图2所示，相当于n、m和z均各自向前覆盖一个数位。

在上述过程中，一旦出现0.1mx＜nx≤0.3mx，x的取值范围为1～y，则调整时间段的长度为1/5～1/10t，恢复x=1，将zx+2代替zx，以调整后的时段重新开始检测。一旦出现nx＞0.3mx，在湿度不上升的情况下，则将nx、mx和mx+1的信息上报主机。主机接收到包含nx、mx和mx+1的报警信息后，以短信、弹出屏幕、电子地图或者声光的形式报警，以便通知工作人员根据信息对应功率传感器安装的位置进行安检。安检之后，主机通过中央处理器对相应的视在功率传感器进行清零，重新进行检测。

在上述整个检测的过程中，主机可以定期发出校验指令，进行整体校验或者单路校验。由于采用了脉冲常数的方式进行数据采集校验，所以需要将累计的视在电量值以脉冲的方式输出，当然如果不考虑脉冲校验方式的话，视在功率传感器完全可以以数据的方式给出视在电量值。

上述实施例中，视在电压的给定值可以通过已知的接地电阻乘以测得的电流值的方法进行预判而得，并根据现场情况进行调整，其取值范围一般为1～20v，具体可以为其间内的任一数值。视在电压可以选用设定数值的数字信号方式，也可以采用电压给定电路的模拟信号方式。采用该视在电压后，可以对检测到的微小电流转换成时间段内反映破坏能量的视在电量形式，真实反应接地电流、绝缘水平和漏电电流对电力系统的破坏能力；还对检测电流起到相应程度的放大作用，改善了由于检测电流很小而变化不明显的状况，提高检测精度，利于及早采取安检措施。

本发明可以检测接地线上的接地电流和设备绝缘部位上的接地引线上的电流；还可以检测零序电流线路的漏电电流，也就是进出回路中的差电流，以及交直流的高低压线路中，应用场合灵活多样。可以综合参考检测情况、现场的温湿度以及磁场等其它影响因素，真实反应线路上的破坏能量，利于做出精准处置措施。

读取视在电量的时间间隔可以人为进行灵活设定，时间段的具体长度可以为1、2、3、……乃至24小时，及其上述时间的10的倍数。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。