CN101567140B

CN101567140B - 高压电能计量培训装置

Info

Publication number: CN101567140B
Application number: CN2009100649213A
Authority: CN
Inventors: 董生怀; 支长义; 王占清; 柴书峰
Original assignee: Zhengzhou Wonder Electric Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Wonder Electrical Power Co Ltd
Priority date: 2009-05-15
Filing date: 2009-05-15
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2029-05-15
Also published as: CN101567140A

Abstract

本发明提供一种高压电能计量培训装置，该装置包括程控电源、电压互感器、电流互感器、接线盒、电能表、计算机和相位检测箱，其中，所述程控电源的电压输出端通过电压互感器连接接线盒的电压输入接线端，所述程控电源的电流输出端通过电流互感器连接接线盒的电流输入接线端，所述接线盒的电压输出接线端和电流输出接线端分别连接电能表的接线端，所述相位检测箱连接电能表的接线端以检测电能表接线结果，所述计算机与程控电源通信以控制程控电源输出不同的电压、电流信号，所述计算机与相位检测箱通信以接收、分析相位检测箱的检测结果并判断、显示电能表接线结果正确与否。该装置具有安全有效、可靠性强的优点。

Description

高压电能计量培训装置

技术领域

本发明涉及一种对电力高压计量人员、用电检查人员进行技能培训、技能鉴定的实验装置或培训装置，具体地说，涉及一种高压电能计量培训装置。

背景技术

在电力系统生产中，电能是其最终产品，对电能的计量极为重要；电能计量的准确性一方面与计量装置有关，另一方面也与操作人员密不可分，因此，对高压计量操作人员进行计量培训就显得尤为重要。

现在市场上常见的高压计量设备只能适用于高压计量现场，并且由于其体积庞大，比较笨重，不方便搬进实验实训室进行培训教学；在对操作人员进行培训时，传统的培训方式通常是进行文字讲解、绘图描述，这种培训方式理论性强但缺乏实际动手能力的训练，使得培训效果不佳；随着多媒体技术的广泛应用，人们通过计算机多媒体辅助手段进行理论培训，然后到现场观摩，但该培训方式依旧不能进行实际操作，并且现场环境具有实际的高压，对培训而言存在不安全因素。

为了解决以上问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对目前高压计量操作人员教学培训及技术训练手段缺乏的不足，从而提供一种安全有效、可靠性强的高压电能计量培训装置。

为了实现上述目的，本发明提供一种高压电能计量培训装置，该装置包括程控电源、电压互感器、电流互感器、接线盒、电能表、计算机和相位检测箱；

其中，所述程控电源的电压输出端通过所述电压互感器连接所述接线盒的电压输入接线端，所述程控电源的电流输出端通过所述电流互感器连接所述接线盒的电流输入接线端，所述接线盒的电压输出接线端和电流输出接线端分别连接所述电能表的接线端，所述相位检测箱连接所述电能表的接线端以检测电能表接线结果，所述计算机与所述程控电源通信以控制程控电源输出不同的电压、电流信号，所述计算机与所述相位检测箱通信以接收、分析相位检测箱的检测结果并判断、显示电能表接线结果正确与否。

基于上述，所述相位检测箱包括电平转换电路、微型处理器、电压幅度相位测量模块、电流相位幅度测量模块、电压电流相位测量模块、电压电流取样电路、电流变换互感器和电源模块；

其中，所述微型处理器分别连接所述电压幅度相位测量模块、所述电流相位幅度测量模块、所述电压电流相位测量模块和所述电平转换电路，所述电源模块分别连接所述微型处理器、所述电压幅度相位测量模块、所述电流相位幅度测量模块和所述电压电流相位测量模块以提供工作电源，所述电压电流取样电路分别连接所述电压幅度相位测量模块、所述电流相位幅度测量模块和所述电压电流相位测量模块以提供取样电压、电流信号，所述电流变换互感器连接所述电压电流取样电路以将强电信号转换为弱电信号。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，该装置有以下几点优点：1、该装置用程控电源模拟高压计量装置，并且装置的模拟电压、电流和功率因数连续可调，很好地解决了安全和耗电问题；2、该装置可模拟出不同负荷下(阻性、容性和感性)三相三线表的计量运行情况；还可模拟出电压、电流不平衡下及典型窃电发生时三相三线表的计量运行情况；3、该装置可以对三相三线有功表、无功表和失压计时器的安装接线进行培训及电能表与负荷管理终端接口的接线练习培训。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明所述相位检测箱的电路原理框图；

图3是所述相位检测箱中电平转换电路及MCU的电路原理图；

图4是所述相位检测箱中电压幅度相位测量模块的电路原理图；

图5是所述相位检测箱中电流幅度相位测量模块的电路原理图；

图6是所述相位检测箱中电压电流相位测量模块的电路原理图；

图7是所述相位检测箱中电压电流取样电路及电流变换互感器的电路原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，一种高压电能计量培训装置，该装置包括程控电源11、电压互感器TV、电流互感器TA、接线盒12、电能表13，相位检测箱14和计算机15，其中，所述程控电源11的电压输出端通过所述电压互感器连接所述接线盒12的电压输入接线端，所述程控电源11的电流输出端通过所述电流互感器连接所述接线盒12的电流输入接线端，所述接线盒12的电压输出接线端和电流输出接线端分别连接所述电能表13的接线端，所述相位检测箱14连接所述电能表13的接线端以检测电能表13接线结果，所述计算机15与所述程控电源11通信以控制程控电源输出不同的电压、电流信号，所述计算机15与所述相位检测箱14通信以接收、分析相位检测箱的检测结果并判断、显示电能表接线结果正确与否。

其工作过程是：工频输入电源给程控电源11提供单相电源，经程控电源11后输出三相三线信号，分别给电压互感器TV、电流互感器TA提供一次电压和电流，电压互感器TV、电流互感器TA的二次输出的电压和电流分别连接到接线盒12，从接线盒12出端引线，经相位检测箱14检测后到电能表13进行计量。

该装置各部件作用及连接关系：

程控电源11是一种高精密虚负荷电源，用于将外部工频电源信号转换成模拟的电压电流信号，并向实验装置输出可控的、符合不同实验参数要求的电源信号；程控电源11输入端外接工频输入，由工频输入电源供电；程控电源11与计算机15通讯且受控于计算机15，根据计算机15的控制输出不同的电压电流信号，其输出端与接线盒12相连接；

电压互感器TV一次端接程控电源11，其二次端接接线盒12，用于将程控电源11输出的电压信号进行电压变换，学员培训时将其与接线盒12连接；

电流互感器TA一次端接程控电源11，其二次端接接线盒12，用于将程控电源11输出的电流信号进行电流变换，学员培训时将其与接线盒12连接；

接线盒12是培训时学员的操作部分，其与电能表13的表尾相连，用于学员培训时的线路连接实训；接线盒12的信号来自于电压互感器TV和电流互感器TA的二次端，学员培训时将其与电能表13连接；

电能表13用于不同实验结果下电能消耗的计量，培训时由学员将其与接线盒12相连；

相位检测箱14接于电能表13的表尾；学员将接线盒12与电能表13连接后，通过相位检测箱14检测其操作结果，并将操作结果传输给计算机15进行分析，从而判断其接线方式的正确与否；

计算机15是一种通用的计算机，主要实现对程控电源11的操作控制及对相位检测箱14检测结果的显示。

如图2所示，所述相位检测箱14包括电平转换电路1、微型处理器2、电压幅度相位测量模块3、电流相位幅度测量模块4、电压电流相位测量模块5、电压电流取样电路6、电流变换互感器7和电源模块8，其中，所述微型处理器2分别连接所述电压幅度相位测量模块3、所述电流相位幅度测量模块4、所述电压电流相位测量模块5和所述电平转换电路1，所述电源模块8分别连接所述微型处理器2、所述电压幅度相位测量模块3、所述电流相位幅度测量模块4和所述电压电流相位测量模块5以提供工作电源，所述电压电流取样电路6分别连接所述电压幅度相位测量模块3、所述电流相位幅度测量模块4和所述电压电流相位测量模块5以提供取样电压、电流信号，所述电流变换互感器7连接所述电压电流取样电路6以将强电信号转换为弱电信号。

如图3所示，所述电平转换电路包括电平转换芯片U1、两个光电隔离芯片(U3，U4)、电源隔离芯片U2、电阻(R13，R14，R15，R16)、电容(C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7)，其中，通讯信号经所述电平转换芯片U1转换后输出到两个光电隔离芯片(U3，U4)进行隔离，隔离后的通讯信号用于输出到微型处理器，所述电源隔离芯片U2分别连接两个光电隔离芯片(U3，U4)以提供工作电源；计算机1 5的串口TXD、RXD信号经过电平转换芯片U1、光电隔离芯片(U3，U4)后，由RS232电平转换为TTL电平，然后，与微型处理器MCU的通讯接口RXD、TXD相连；

所述电平转换芯片U1采用芯片MAX202，两个光电隔离芯片(U3，U4)均采用芯片6N137；电源隔离芯片U2是DC/DC电源隔离芯片。

所述微型处理器2即是芯片U6，采用微处理芯片AT89S52；微型处理器2连接有芯片U5、晶振CY1和两个电容(C21，C22)；芯片U5是电可擦除PROM，采用24LC04B芯片。

如图3、图4、图5、图6所示，所述电压幅度相位测量模块3、所述电流相位幅度测量模块4、所述电压电流相位测量模块5，即测量芯片U7、U8、U9均采用芯片ATT7028，前述测量模块还包括有电阻(R25，R26，R27)、晶振(Y1，Y2，Y3)和电容(C32，C33，C34，C35，C36，C37，C38，C39，C40，C41，C42，C43，C44，C45，C46，C47，C48)；所述测量芯片功能包括A/D转换部分、数字信号处理部分、通信等；

微型处理器与电压幅度相位测量模块3、电流相位幅度测量模块4、电压电流相位测量模块5之间采用的是I²C总线数据传输方式；微型处理器的8脚为I²C总线的数据线SDA，微型处理器MCU的7脚为I²C总线的时钟SCL，分别与三个测量芯片U7、U8、U9的数据线、时钟相连接。

如图7所示，电流变换互感器7有三个，即第一相、第二相、第三相电流变换互感器(T1，T2，T3)；电流变换互感器7起电流变换作用，将强电信号转换为弱电信号，其一次侧用于连接三相电流信号；

所述电压电流取样电路包括21个电阻(R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8，R9，R10，R11，R12，R17，R18，R19，R22，R23，R24，RJ1，RJ2，RJ3)、3个可调电阻(R28，R29，R30)、18个电容(C8，C9，C10，C11，C12，C13，C14，C15，C16，C17，C18，C19，C23，C24，C25，C29，C30，C31)；

其中，电阻(R1，R2，R3，R4)和电容(C8，C11，C14，C17)组成第一相电流采样电路，电阻R2一端连接电阻R1一端，电阻R2另一端连接电阻R3一端，电阻R3另一端连接电阻R4一端，电阻R1另一端连接电容C8一端，电容C8另一端接地，电阻R4另一端连接电容C17一端，电容C17另一端接地，电容C11一端连接电阻R1另一端，电容C11另一端连接电阻R4另一端，电容C14一端连接电阻R1另一端，电容C1 4另一端连接电阻R4另一端，所述电阻R1另一端和所述电阻R4另一端分别用于输出第一相采样高、低电流信号(V1P，V1N)，所述电阻R2一端和所述电阻R3另一端用于与第一相电流变换互感器T1二次侧两端连接；

第一相电流信号经电阻电阻(R2，R3)分压，再经电阻(R1，R4)分流，再经电容(C8，C17)滤波，再经电容(C11，C14)整流，输出第一相采样高、低电流信号。

同理，电阻(R5，R6，R7，R8)和电容(C9，C12，C15，C18)组成第二相电流采样电路，电阻R6一端连接电阻R5一端，电阻R6另一端连接电阻R7一端，电阻R7另一端连接电阻R8一端，电阻R5另一端连接电容C9一端，电容C9另一端接地，电阻R8另一端连接电容C18一端，电容C18另一端接地，电容C12一端连接电阻R5另一端，电容C12另一端连接电阻R8另一端，电容C15一端连接电阻R5另一端，电容C15另一端连接电阻R8另一端，电阻R5另一端和电阻R8另一端分别用于输出第二相采样高、低电流信号(V3P，V3N)，电阻R6一端和电阻R7另一端用于与第二相电流变换互感器T2二次侧两端连接；

第二相电流信号经电阻电阻(R6，R7)分压，再经电阻(R5，R8)分流，再经电容(C9，C18)滤波，再经电容(C12，C15)整流，输出第二相采样高、低电流信号。

电阻(R9，R10，R11，R12)和电容(C10，C13，C16，C19)组成第三相电流采样电路，电阻R10一端连接电阻R9一端，电阻R10另一端连接电阻R11一端，电阻R11另一端连接电阻R12一端，电阻R9另一端连接电容C10一端，电容C10另一端接地，电阻R12另一端连接电容C19一端，电容C19另一端接地，电容C13一端连接电阻R9另一端，电容C13另一端连接电阻R12另一端，电容C16一端连接电阻R9另一端，电容C16另一端连接电阻R12另一端，电阻R9另一端和电阻R12另一端分别用于输出第三相采样高、低电流信号(V5P，V5N)，电阻R10一端和电阻R11另一端用于与第三相电流变换互感器T3二次侧两端连接；

第三相电流信号经电阻电阻(R10，R11)分压，再经电阻(R9，R12)分流，再经电容(C10，C19)滤波，再经电容(C13，C16)整流，输出第三相采样高、低电流信号。

综上，三相电流信号经电流变换互感器7变换，由电压电流取样电路6取样，三相采样电流信号分别为V1P、V1N、V3P、V3N、V5P、V5N。

将所述电阻R3一端、所述电阻R7一端、所述电阻R11一端相连接作为低电压输出端VN；

所述低电压输出端VN连接电阻R17一端，电阻R17另一端连接电容C23一端，电容C23另一端接地，其中，电阻R17另一端用于输出第一相采样低电压信号V2N；电阻RJ1一端连接可调电阻R28一端，可调电阻R28另一端连接电容C29一端，电容C29另一端接地，可调电阻R28另一端连接电阻R22一端，电阻R22另一端连接所述低电压输出端VN，其中，所述电阻RJ1另一端用于连接第一相电压信号，所述可调电阻R28另一端用于输出第一相采样高电压信号V2P；

所述低电压输出端VN连接电阻R18一端，电阻R18另一端连接电容C24一端，电容C24另一端接地，其中，电阻R18另一端用于输出第二相采样低电压信号V4N；电阻RJ2一端连接可调电阻R29一端，可调电阻R29另一端连接电容C30一端，电容C30另一端接地，可调电阻R29另一端连接电阻R23一端，电阻R23另一端连接所述低电压输出端VN，其中，所述电阻RJ2另一端用于连接第二相电压信号，所述可调电阻R29另一端用于输出第二相采样高电压信号V4P；

所述低电压输出端VN连接电阻R19一端，电阻R19另一端连接电容C25一端，电容C25另一端接地，其中，电阻R19另一端用于输出第三相采样低电压信号V6N；电阻RJ3一端连接可调电阻R30一端，可调电阻R30另一端连接电容C31一端，电容C31另一端接地，可调电阻R30另一端连接电阻R24一端，电阻R24另一端连接所述低电压输出端VN，其中，所述电阻RJ3另一端用于连接第三相电压信号，所述可调电阻R30另一端用于输出第三相采样高电压信号V6P。

综上，三相电压信号经过电阻网络分压，由电压电流取样电路6取样，电压信号分别为V2P、V2N、V4P、V4N、V6P、V6N。

电压信号、电流信号分别进入三种测量芯片U7、U8、U9的输入端，经过测量芯片内部ADC取样、DSP运算，由测量芯片通讯输出接口DOUT传送到微型处理器；微型处理器经过处理后将数据发送至计算机，计算机内的软件分析后显示出相应的接线图、相量图。

本装置真实模拟现场，学员可根据实际配线工艺要求，在装置内部进行互感器二次侧与电能表之间的配线练习；学员配线完毕后，可以通过计算机15控制程控电源11，程控电源11给本装置提供三相三线电源，从而让电能表13进行电能计量；通过计算机15操作软件发送相应的指令使程控电源11输出电压电流的相位、幅度发生变化，模拟出用户不同的负荷性质，观察电能表13的计量状态，学会分析不同负荷情况下用户电能表的转动情况；还可以人为设置典型的窃电方式，观察电能表的计量情况。

通过计算机15向相位检测箱14发送指令，由相位检测箱14将检测到的数据回传至计算机15，软件进行分析后显示相应的相量图、接线图，可以和学员分析的数据进行比对，进而验证接线是否正确，从而大大减轻教师的劳动强度，并达到了较为理想的培训目的。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims

1.一种高压电能计量培训装置，该装置包括程控电源、电压互感器、电流互感器、接线盒、电能表、计算机和相位检测箱，其中，所述程控电源的电压输出端通过所述电压互感器连接所述接线盒的电压输入接线端，所述程控电源的电流输出端通过所述电流互感器连接所述接线盒的电流输入接线端，所述接线盒的电压输出接线端和电流输出接线端分别连接所述电能表的接线端，所述相位检测箱连接所述电能表的接线端以检测电能表接线结果，所述计算机与所述程控电源通信以控制程控电源输出不同的电压、电流信号，所述计算机与所述相位检测箱通信以接收、分析相位检测箱的检测结果并判断、显示电能表接线结果正确与否；

所述相位检测箱包括电平转换电路、微型处理器、电压幅度相位测量模块、电流相位幅度测量模块、电压电流相位测量模块、电压电流取样电路、电流变换互感器和电源模块，其中，所述微型处理器分别连接所述电压幅度相位测量模块、所述电流相位幅度测量模块、所述电压电流相位测量模块和所述电平转换电路，所述电源模块分别连接所述微型处理器、所述电压幅度相位测量模块、所述电流相位幅度测量模块和所述电压电流相位测量模块以提供工作电源，所述电压电流取样电路分别连接所述电压幅度相位测量模块、所述电流相位幅度测量模块和所述电压电流相位测量模块以提供取样电压、电流信号，所述电流变换互感器连接所述电压电流取样电路以将强电信号转换为弱电信号；

其特征在于：所述电平转换电路包括电平转换芯片U1、光电隔离芯片U3、光电隔离芯片U4和电源隔离芯片U2，其中，通讯信号经所述电平转换芯片U1转换后输出到光电隔离芯片U3、光电隔离芯片U4进行隔离，隔离后的通讯信号用于输出到微型处理器，所述电源隔离芯片U2分别连接光电隔离芯片U3、光电隔离芯片U4以提供工作电源；

所述电压电流取样电路包括电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R17，电阻R18，电阻R19，电阻R22，电阻R23，电阻R24，电阻RJ1，电阻RJ2，电阻RJ3，可调电阻R28，可调电阻R29，可调电阻R30，电容C8，电容C9，电容C10，电容C11，电容C12，电容C13，电容C14，电容C15，电容C16，电容C17，电容C18，电容C19，电容C23，电容C24，电容C25，电容C29，电容C30，电容C31；

其中，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电容C8、电容C11、电容C14、电容C17组成第一相电流采样电路，电阻R2一端连接电阻R1一端，电阻R2另一端连接电阻R3一端，电阻R3另一端连接电阻R4一端，电阻R1另一端连接电容C8一端，电容C8另一端接地，电阻R4另一端连接电容C17一端，电容C17另一端接地，电容C11一端连接电阻R1另一端，电容C11另一端连接电阻R4另一端，电容C14一端连接电阻R1另一端，电容C14另一端连接电阻R4另一端，电阻R1另一端和电阻R4另一端分别用于输出第一相采样高、低电流信号(V1P，V1N)，电阻R2一端和电阻R3另一端用于与第一相电流变换互感器T1二次侧两端连接；

电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8和电容C9、电容C12、电容C15、电容C18组成第二相电流采样电路，电阻R6一端连接电阻R5一端，电阻R6另一端连接电阻R7一端，电阻R7另一端连接电阻R8一端，电阻R5另一端连接电容C9一端，电容C9另一端接地，电阻R8另一端连接电容C18一端，电容C18另一端接地，电容C12一端连接电阻R5另一端，电容C12另一端连接电阻R8另一端，电容C15一端连接电阻R5另一端，电容C15另一端连接电阻R8另一端，电阻R5另一端和电阻R8另一端分别用于输出第二相采样高、低电流信号(V3P，V3N)，电阻R6一端和电阻R7另一端用于与第二相电流变换互感器T2二次侧两端连接；

电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12和电容C10、电容C13、电容C16、电容C19组成第三相电流采样电路，电阻R10一端连接电阻R9一端，电阻R10另一端连接电阻R11一端，电阻R11另一端连接电阻R12一端，电阻R9另一端连接电容C10一端，电容C10另一端接地，电阻R12另一端连接电容C19一端，电容C19另一端接地，电容C13一端连接电阻R9另一端，电容C13另一端连接电阻R12另一端，电容C16一端连接电阻R9另一端，电容C16另一端连接电阻R12另一端，电阻R9另一端和电阻R12另一端分别用于输出第三相采样高、低电流信号(V5P，V5N)，电阻R10一端和电阻R11另一端用于与第三相电流变换互感器T3二次侧两端连接；

将电阻R3、电阻R7、电阻R11的一端相连接作为低电压输出端VN；

所述低电压输出端VN连接电阻R17一端，电阻R17另一端连接电容C23一端，电容C23另一端接地，其中，电阻R17另一端用于输出第一相采样低电压信号V2N；电阻RJ1一端连接可调电阻R28一端，可调电阻R28另一端连接电容C29一端，电容C29另一端接地，可调电阻R28另一端连接电阻R22一端，电阻R22另一端连接所述低电压输出端VN，其中，电阻RJ1另一端用于连接第一相电压信号，可调电阻R28另一端用于输出第一相采样高电压信号V2P；

所述低电压输出端VN连接电阻R18一端，电阻R18另一端连接电容C24一端，电容C24另一端接地，其中，电阻R18另一端用于输出第二相采样低电压信号V4N；电阻RJ2一端连接可调电阻R29一端，可调电阻R29另一端连接电容C30一端，电容C30另一端接地，可调电阻R29另一端连接电阻R23一端，电阻R23另一端连接所述低电压输出端VN，其中，电阻RJ2另一端用于连接第二相电压信号，可调电阻R29另一端用于输出第二相采样高电压信号V4P；

所述低电压输出端VN连接电阻R19一端，电阻R19另一端连接电容C25一端，电容C25另一端接地，其中，电阻R19另一端用于输出第三相采样低电压信号V6N；电阻RJ3一端连接可调电阻R30一端，可调电阻R30另一端连接电容C31一端，电容C31另一端接地，可调电阻R30另一端连接电阻R24一端，电阻R24另一端连接所述低电压输出端VN，其中，电阻RJ3另一端用于连接第三相电压信号，可调电阻R30另一端用于输出第三相采样高电压信号V6P。