CN102129061A - 三相仿真电能表自动接线检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三相仿真电能表自动接线检测装置及方法,该装置包括:仿真电能表,模拟三相电压/电流及中性点的接入/接出;响应接线检测单元的检测信号,扫描各个端口处的电平信息获得接线结果并发送给接线检测单元;接线检测单元,模拟三相电压/电流、中性点接出以及三相回流接入端;响应上位机的检测指令,通过将相应端口的输出置为低电平来执行接线顺序检测;将仿真电能表返回的接线结果发送给所述上位机;以及,上位机,向接线检测单元发送检测指令;对接线结果进行分析,并将接线错误信息提供给用户。该装置利用弱电信号结合无线通信技术方法自动检测接在挂表台上的每一块三相仿真电能表的电压及电流接线是否正确。
Description
技术领域
本发明涉及检测技术领域,尤其涉及一种基于仿真的自动检测三相电能表电压、电流线接线状态的装置及方法。
背景技术
电能计量工作中,除计量仪器仪表设备本身的性能之外,计量人员采集的参数的准确性以及接线形式的正确性也具有同样的重要性。此外,电能表的安装维护、校验检定也是由计量人员完成的。因此,通过业务培训和业务检测来提高计量人员的业务素质是提高电能计量效率和计量准确度的有效途径。目前,各电力部门普遍使用真实的检定设备和真实的电能表对计量人员在计量操作中的接线形式进行培训和检测。培训及检测过程中,计量人员必须按照正确的线序完成接线操作,由考核人员通过肉眼依次检查各表的接线是否正确并实行针对性纠错。
目前三相电能表接线检测过程所使用的真实检定设备主要包括:多功能标准表、精密时基源、三相程控功率源和电能表校验软件。这些设备的结构功能复杂,销售及维修保养价格昂贵,导致检测成本过高。使用真实的电能表作为被检表时,计量人员在电能表校验、安装、接线过程中可能会发生操作失误,或被测计量人员本身对电流、电压线路相序和极性并不熟悉,往往会产生错误接线操作,尤其是经过电流和电压互感器二次端子接入的三相三线电能表,更容易接错线,甚至损坏电能表给供电部门造成不应有的经济损失。此外,考核人员只能在校表过程中判断接线是否有误,并通过肉眼依次检查每一个端口的接线情况来获得接线结果,并根据该接线结果判断计量人员的接线操作具体存在哪种错误,例如:电压相序错误、电流相序错误、电流极性错误、电压断线、电流断线等,这将导致检测和纠错过程繁琐,耗时长,效率低,准确性差。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何利用弱电信号结合无线通信技术方法自动检测接在挂表台上的每一块三相仿真电能表的电压及电流接线是否正确。
(二)技术方案
为解决上述技术问题,本发明的技术方案提供了一种三相仿真电能表自动接线检测装置,所述装置包括:仿真电能表、接线检测单元和上位机;其中,
所述仿真电能表通过弱电信号模拟三相电压、三相电流以及中性点的接入和接出;响应所述接线检测单元的检测信号,依次扫描各个端口处的电平信息,根据所述电平信息获得相应端口的接线结果并发送给所述接线检测单元;
所述接线检测单元通过弱电信号模拟三相电压、三相电流以及中性点的接出,并提供三相回流的接入端;响应上位机的检测指令,通过将相应端口的输出置为低电平来依次对挂接的多个所述仿真电能表的三相电压接线、中性点接线和三相电流接线的接线顺序进行检测;将仿真电能表返回的接线结果发送给所述上位机;
所述上位机响应用户指令向所述接线检测单元发送检测指令;对所述接线检测单元发送的接线结果进行分析,并将接线错误信息提供给用户。
其中,所述接线检测单元与多个所述仿真电能表通过串联挂接,以检测三相电流接线顺序;其中,挂接的最后一个仿真电能表的三相电流接出端与所述接线检测单元的三相回流接入端连接。
其中,所述接线检测单元与多个所述仿真电能表通过并联挂接,以检测三相电压和中性点接线顺序。
优选地,所述仿真电能表通过直流低压电源I/O端口、驱动芯片以及光耦芯片提供三相电压、三相电流和中性点的模拟输入/输出端;所述接线检测单元通过直流低压电源I/O端口和光耦提供三相电压、三相电流和中性点的模拟输入端,以及三相回流模拟输入端。
相应地,本发明的技术方案还提供了一种利用上述三相仿真电能表自动接线检测装置进行接线检测的方法,其特征在于,所述方法包括:
S1:检测人员通过上位机发送检测指令,上位机将所述检测指令发送给接线检测单元;
S2:接线检测单元响应所述指令,通过依次将三相电压、中性点、三相电流模拟接出端口的输出置为低电平,依次对挂接的多个所述仿真电能表的三相电压接线、中性点、三相电流的接入、接出线的接线顺序进行检测,同时向待检测的仿真电能表发送相电流/中性点/相电压接入检测指令;
S3:仿真电能表响应所述检测指令,依次扫描自己的所有端口以获得各端口处的电平信息;根据所述电平信息获得相应端口的接线结果,并发送给所述接线检测单元;
S4:接线检测单元将仿真电能表返回的接线结果发送给上位机;上位机对接线结果进行分析,并将接线错误信息提供给用户。
进一步地,所述方法在步骤S1之前还包括:
S0:接线人员通过物理连接仿真电能表上的三相电压/电流接入、接出端完成接线操作。
进一步地,步骤S2中,执行三相电流检测时,当检测到某一电能表某一相电流的电流接入端和电流接出端中的一端为低电平时,将另一端设置为输出并置为低电平,以作为下一块被测仿真电能表的电流接入。
进一步地,步骤S3中,根据所述电平信息获得相应端口的接线结果的过程包括:对于X相电压/电流接入检测,若某一端口被检测到低电平,则视为X相电压/电流线接入此端口;若只检测到一个低电平,且所述低电平对应的仿真电能表端口为X相电压/电流信号端子,则判断X相电压/电流接线正确;若只检测到一个低电平,且所述低电平对应的仿真电能表端口不是X相电压/电流信号端子,则判断为X相电压/电流错相;若检测获得两个或两个以上的低电平,则判断X相电压/电流线短路;若没有检测到低电平,则判断X相电压/电流断相。
进一步地,步骤S3中,根据所述电平信息获得相应端口的接线结果的过程还包括:若根据电平信息,接线检测单元的X相电流出线连接到某一待测电能表X相电流的出线端时,判断X相电流反向。
优选地,所述上位机、接线检测单元和仿真电能表之间通过无线通信方式传输指令/数据。
(三)、有益效果
与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下优势:使用12V低电压电源供电,利用直流5V的I/O端口电平变化实现接线检测,无需高压信号接入,保证工作人员操作安全,同时降低了设备成本和维护费用;接线检测过程完全通过接线检测单元自动完成,无需操作人员亲自逐条线路检查,节省检测时间,提高工作效率;使用无线通讯技术,免去了复杂的通信线路连接,抗干扰能力强。
附图说明
图1为本发明的三相仿真电能表自动接线检测装置的结构图;
图2为本发明的三相仿真电能表自动接线检测装置中仿真电能表和接线检测单元使用的CPU模块的电路原理图;
图3为本发明的三相仿真电能表自动接线检测装置中仿真电能表的接线模块的电路原理图;
图4为本发明的三相仿真电能表自动接线检测装置中仿真电能表的显示输出模块的电路原理图;
图5为本发明的三相仿真电能表自动接线检测装置中接线检测单元的输出子模块的电路原理图;
图6为本发明的三相仿真电能表自动接线检测装置中接线检测单元的输入子模块的电路原理图;
图7为本发明的三相仿真电能表自动接线检测方法中电压接线检测的流程图;
图8为本发明的三相仿真电能表自动接线检测方法中电流接线检测的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明的目的,但不用来限定本发明的范围。
电能表的接线主要包括三相三线制接法和三相四线制接法。以三相四线制接法为例,三相电能表应有与三相电流Ia,Ib,Ic对应的三相电流线,与三相电压Ua,Ub,Uc对应的三相电压线,以及中性线。为了保证每块电能表的电流相等,多个电能表应该串联连接,且电能表的每一相电流都具有进线和出线两个端子;即:表1的Ia出线应连接表2的Ia进线,依次类推。同样地,为了保证每块电能表的输入电压相等,多个电能表应该并联连接;即:表1的Ua连接表2的Ua,表1的Ub连接表2的Ub,依次类推。电能表接线的完整检测过程应该包括电压接线检测、中性点接线检测和电流接线检测;可能出现的接线错误包括:电流错相、电流断线、电流短路、电压错相、电压断线和电压短路等。
因此,本发明的核心思想在于,提供能够模拟三相电压接入接出、三相电流接入接出以及中性点接入接出的仿真电能表,通过5V直流低压信号模拟三相电压、电流,由接线人员通过其上的物理接线端子进行模拟接线操作。同时提供能够模拟三相电压接出、三相电流接出、中性点接出以及三相回流接入的接线检测单元,通过将相应的端口置低电平,并扫描仿真电能表各端口的电平信息进行连接关系判断,由此对多个仿真电能表的电压、电流及中性点的接线顺序进行检测。
如图1所示,当执行电压和中性点接线检测时,该接线检测单元并联挂接多个仿真电能表;当执行电流接线检测时,该接线检测单元串联挂接多个仿真电能表,且最后一块仿真电能表的三相回流输出端接回接线检测单元的三相回流输入端。
仍参照图1,本发明的三相仿真电能表自动接线检测装置包括仿真电能表、接线检测单元和上位机。
其中,仿真电能表由CPU控制模块、通讯模块、显示模块和接线模块组成。
仿真电能表的CPU模块利用串口传输指令数据来控制通信模块实现仿真电能表与接线检测单元、上位机之间的通信。本发明的一个实施例中,采用ARM7为核心的飞利浦公司的LPC2114作为CPU模块,采用CEL公司生产的ZICM2410芯片作为通信模块,其内部集成51内核CPU,通信速率为250Kbps;使用ZigBee协议完成无线数据传输,上位机、仿真电能表以及接线检测装置可在100米范围内相互可靠通信;LPC2114通过UART0串口传输指令数据驱动ZICM2410芯片工作。如图2所示为本实施例中使用的CPU控制模块的电路原理图。
图3为仿真电能表的接线模块的一个实施例的电路原理图。如图3所示,接线模块利用CPU模块的I/O口,通过74LVCC4245驱动芯片以及光耦的隔离作用来模拟三相电压、电流接入、接出线以及脉冲输出;anode为正极,cathode为负极;由于使用12V电源供电,无需接入高压信号,由此保证了工作人员的操作安全性。接线模块的每一个端口都为双向端口,同时具有输入输出功能。当进行接线检测时,接线模块的三相电压信号端口、三相电流信号端口都为输入状态,三相电流回流端口为输出状态。
仿真电能表的显示模块可以用于驱动一个液晶显示屏,有选择性地显示三相电压、电流、各时段有功、无功电能、时间等信息。在本发明的一个实施例中,也可以通过CPU的通用I/O口模拟SPI总线控制IS752串口扩展芯片驱动两个液晶屏幕显示数据,附加一个辅液晶屏显示表型号、等级、生产厂家等附属信息。如图4所示为仿真电能表的一个实施例的显示模块的驱动电路原理示意图。
本发明的自动接线检测单元由CPU控制模块、通讯模块和接线模块组成。CPU控制模块通过通讯模块接收上位机发送的检测指令,并根据检测指令生成检测信号。本发明的一个实施例中,所述检测信号为由高到低的电平信号。CPU控制模块和通讯模块的硬件组成与仿真电能表装置相同。
自动接线检测单元的接线模块进一步包括:模拟三相电压、电流出线的输出子模块,以及模拟三相电流回线的输入子模块。本发明的一个实施例中,输出子模块通过ULN2803驱动芯片模拟电能表的三相电压、电流输出;输入子模块通过TLP127光耦(用于隔离)芯片模拟电能表的三相电流回流输入。
图5为自动接线检测单元的输出子模块的一个实施例的电路原理图。如图5所示,该模块的18-13接口分别用于引出A相电压信号线、B相电压信号线、C相电压信号线、A相电流信号线、B相电流信号线、C相电流信号线;图6为自动接线检测单元的输入子模块的一个实施例的电路原理图。
接线检测单元在接收到上位机的检测指令后,先并联检测所有挂接电能表的电压线和中性点的接线顺序,再串联检测所有挂接电能表的电流线接线;或,先串联检测所有挂接电能表的电流线接线顺序,再并联检测所有挂接电能表的电压线和中性点的接线顺序。下面将以先电压、后电流的实施例进行详细说明。
图7为本发明的接线检测单元执行三相电压及中性点检测的流程图。如图7所示,当执行电压接线检测时,接线检测单元提供电压输出端口,仿真电能表提供电压接入端口。接线检测单元首先将A相电压输出端置低电平,并通过通信模块向仿真电能表发送A相电压入线检测指令;仿真电能表响应该指令,依次扫描自己的A、B、C三相电压接入端和中性端共四个端口,检测端口处电平,并通过检测到的电平信息进行接线状态判断。以Ua接线检测为例,当某一端口被检测到低电平,则视为A相电压线接入此端口;若只检测到一个低电平,且该低电平对应的仿真电能表端口为Ua信号端子,则判断A相电压接线正确;若只检测到一个低电平,且该低电平对应的仿真电能表端口不是Ua信号端子,则判断为A相电压错相;如果检测获得两个或两个以上的低电平,则判断A相电压线短路;如果没有检测到低电平,则判断A相电压接入线未接,即:A相电压断相。依照上述检测过程依次检测B、C相电压以及中性线后,将检测结果存储在接线检单元中。
需要说明的是,尽管上述说明以及图7的流程图均示出了A、B、C的检测顺序,实际上,三相电压的检测顺序为任意排列,并不影响本发明技术方案的实施。
三相电压以及中性点检测完毕后,接线检测单元与仿真电能表串联继续进行三相电流检测。由于多个电能表为串联结构,每一电能表的每一相电流都具有入线和出线两个端口。前一个被检表的电流出线应与下一个被检表的电流入线相接;最后一个被检表的电流出线应与接线检测单元的电流回流端相接。当执行电流检测时,接线检测单元的电流出线端为输出,电流回线端为输入;而仿真电能表的电流进、出线端均能设置为输入或输出。
图8为本发明的接线检测单元执行三相电流检测的流程图。如图8所示,接线检测单元首先通过其A相电流出线输出低电平,并向仿真电能表发送A相电流入线检测指令;仿真电能表响应该指令,依次扫描自己的A、B、C三相电流入线以及A、B、C三相电流出线,检测这六个端口处的电平,并通过检测到的电平信息进行接线状态判断。以A相电流入线检测为例,当仿真电能表的某一端口被检测到低电平,则视为A相电流入线接入此端口;如果检测获得两个或两个以上的低电平,则判断A相电流入线短路;如果没有检测到低电平,则判断A相电流接入线未接,即A相电流失流。
与三相电压接线检测不同的是,在三相电流检测过程中,当检测到某一电能表某一相电流的其中一个端口(入线或出线端)为低电平时,将此结果发送至接线检测单元,并将该相的另外一个端口(出线或入线端)设置为输出,并置为低电平。例如,检测到第一块电能表的B相电流入线端为低电平时,将此结果发送至接线检测单元后,将第一块电能表的B相电流出线端设置为输出,并置为低电平,作为第二块电能表的电流入线;对第一块表的A、B、C三相电流接线检测完毕后,通过通信模块向第二块表发送入线检测指令;由此逐表检测。此外,由于电能表电流具有方向性,当接线检测单元的某一相电流出线连接到电能表某一相电流的出线端时,电能表依然能够将此相电流的入线端设置为输出并置低,并判断该相电流反向。
需要说明的是,尽管上述说明以及图8的流程图均示出了A、B、C的检测顺序,实际上,三相电流的检测顺序为任意排列,并不影响本发明技术方案的实施。
如上所述,接线检测单元依次对所有挂接的电能表完成三相电压线、中性点、以及三相电流线的接线顺序检测并存储检测结果。接线检测单元内应包含能实现如图7,8中所示的检测过程的程序,该程序可以使用标准C语言编写。此后,接线检测单元通过其通信模块将存储的检测结果发送给上位机。
本发明的上位机通过PC机串口控制通信模块,例如ZigBee,与接线检测单元进行通信,接收来自接线检测单元的数据代码,自动分析仿真电能表的接线情况,并向用户报告错误接线信息。
以上实施方式仅用于说明本发明,而并非对本发明的限制,有关技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型,因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴,本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (10)
1.一种三相仿真电能表自动接线检测装置,其特征在于,所述装置包括仿真电能表、接线检测单元和上位机;其中,
所述仿真电能表通过弱电信号模拟三相电压、三相电流以及中性点的接入和接出;响应所述接线检测单元的检测信号,依次扫描各个端口处的电平信息,根据所述电平信息获得相应端口的接线结果并发送给所述接线检测单元;
所述接线检测单元通过弱电信号模拟三相电压、三相电流以及中性点的接出,并提供仿真电能表三相回流的接入端;响应上位机的检测指令,通过将相应端口的输出置为低电平来依次对挂接的多个所述仿真电能表的三相电压接线、中性点接线和三相电流接线的接线顺序进行检测;将仿真电能表返回的接线结果发送给所述上位机;
所述上位机响应用户指令向所述接线检测单元发送检测指令;对所述接线检测单元发送的接线结果进行分析,并将接线错误信息提供给用户。
2.如权利要求1所述的三相仿真电能表自动接线检测装置,其特征在于,所述接线检测单元与多个所述仿真电能表通过串联挂接,以检测三相电流接线顺序;其中,挂接的最后一个仿真电能表的三相电流接出端与所述接线检测单元的三相回流接入端连接。
3.如权利要求1所述的三相仿真电能表自动接线检测装置,其特征在于,所述接线检测单元与多个所述仿真电能表通过并联挂接,以检测三相电压和中性点接线顺序。
4.如权利要求1所述的三相仿真电能表自动接线检测装置,其特征在于,所述仿真电能表通过直流低压电源I/O端口、驱动芯片以及光耦芯片提供三相电压、三相电流和中性点的模拟输入/输出端;所述接线检测单元通过I/O端口和光耦提供三相电压、三相电流和中性点的模拟输入端,以及三相回流模拟输入端。
5.一种如权利要求1-4中任意一项所述的三相仿真电能表自动接线检测装置进行自动接线检测的方法,其特征在于,所述方法包括:
S1:检测人员通过上位机发送检测指令,上位机将所述检测指令发送给接线检测单元;
S2:接线检测单元响应所述指令,通过分别将三相电压、中性点、三相电流模拟接出端口的输出置为低电平,分别对挂接的多个所述仿真电能表的三相电压接线、中性点、三相电流的接入、接出线的接线顺序进行检测,同时向待检测的仿真电能表发送相电流/中性点/相电压接入检测指令;
S3:仿真电能表响应所述检测指令,依次扫描自己的所有端口以获得各端口处的电平信息;根据所述电平信息获得相应端口的接线结果,并发送给所述接线检测单元;
S4:接线检测单元将仿真电能表返回的接线结果发送给上位机;上位机对接线结果进行分析,并将接线错误信息提供给用户。
6.如权利要求5所述的自动接线检测方法,其特征在于,所述方法在步骤S1之前还包括:
S0:接线人员通过物理连接仿真电能表上的三相电压/电流接入、接出端完成接线操作。
7.如权利要求5所述的自动接线检测方法,其特征在于,步骤S2中,执行三相电流检测时,当检测到某一电能表某一相电流的电流接入端和电流接出端中的一端为低电平时,将另一端设置为输出并置为低电平,以作为下一块被测仿真电能表的电流接入。
8.如权利要求5所述的自动接线检测方法,其特征在于,步骤S3中,根据所述电平信息获得相应端口的接线结果的过程包括:对于X相电压/电流接入检测,若某一端口被检测到低电平,则视为X相电压/电流线接入此端口;若只检测到一个低电平,且所述低电平对应的仿真电能表端口为X相电压/电流信号端子,则判断X相电压/电流接线正确;若只检测到一个低电平,且所述低电平对应的仿真电能表端口不是X相电压/电流信号端子,则判断为X相电压/电流错相;若检测获得两个或两个以上的低电平,则判断X相电压/电流线短路;若没有检测到低电平,则判断X相电压/电流断相。
9.如权利要求6所述的自动接线检测方法,其特征在于,步骤S3中,根据所述电平信息获得相应端口的接线结果的过程还包括:若根据电平信息,接线检测单元的X相电流出线连接到某一待测电能表X相电流的出线端时,判断X相电流反向。
10.如权利要求5-9中任意一项所述的自动接线检测方法,其特征在于,所述上位机、接线检测单元和仿真电能表之间通过无线通信方式传输指令/数据。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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