CN102636688B

CN102636688B - 低压线路三相电流不平衡率检测仪

Info

Publication number: CN102636688B
Application number: CN201210127644.8A
Authority: CN
Inventors: 郭小进; 余建华; 汪祥兵
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Wuhan Electric Power Technical College
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Wuhan Electric Power Technical College
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2032-04-27
Also published as: CN102636688A

Abstract

本发明涉及电力系统电量及线路三相电流不平衡率的测量装置，具体的是涉及一种低压线路三相电流不平衡率检测仪，包括有外壳、开口CT、液晶显示器、控制把手、LED指示灯、蜂鸣器、电路板、按键、绝缘操作杆连接头和绝缘内推杆，并由供电电池提供电源，电路板通过螺钉直接固定在外壳内部，本发明的优点还在于：能够通过测量A相、B相、C相电流（分别为I_A、I_B、I_C）和零序电流I_N，自动计算三相电流不平衡率；按选择实际线路情况选择不同的调整标准；调试方便，测量误差小，精度高；保证使用人员的安全；本仪器耗电低。

Description

低压线路三相电流不平衡率检测仪

技术领域

本发明涉及电力系统电量及线路三相电流不平衡率的测量装置，具体的是涉及一种低压线路三相电流不平衡率检测仪。

背景技术

降低低压电网三相电流不平衡率是降低电网线损率的一个重要措施。目前，检测三相电流用的钳形电流表只能测量三相电流大小，不能监测出实际线路三相电流不平衡率，更不能给出调整指示。同时在带电的情况下接近线路或上变压器架进行测量，既不安全又不方便，分支线路电流检测更是难以进行。再者，很多供电所工作人员不知道如何计算三相电流不平衡率、更不知道需不需要调整和如何调整，导致很多供电所根本就没有进行调整，而目前市场上还没有检测线路三相电流不平衡率的相关产品。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术而提出一种低压线路三相电流不平衡率检测仪，利用该仪器，使用者可以直接测量低压线路的三相和中心线的电流值，仪器自动计算出三相电流不平衡率，并可以根据设定要求，给出调整指示及需要调整的大小，指导工作人员进行相关操作，从而降低低压电网线损率、提高经济效益。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：低压线路三相电流不平衡检测仪，包括有外壳、开口CT、液晶显示器107、控制把手106、LED指示灯112、蜂鸣器108、电路板109、按键110、绝缘操作杆连接头113和绝缘内推杆111，并由供电电池提供电源，电路板109通过螺钉直接固定在外壳内部，

其中，开口CT由开口CT固定部分101和开口CT转动部分102组成，开口CT固定部分101由螺钉103固定在外壳上，开口CT转动部分102通过销钉104和外壳相连，能够以销钉104为中心转动，控制把手106和开口CT转动部分102连接，弹簧105安装在控制把手106和外壳之间，当下压控制把手106时，带动开口CT转动部分102转动，从而打开开口CT的开口，让导线进入开口CT，当松开控制把手106时，在弹簧105的作用下，开口CT开口复归闭合，此时可以进行电流测量；

绝缘操作杆连接头113内部安装有绝缘内推杆111，绝缘内推杆111上端和开口CT转动部分102接触，当从下端顶起绝缘内推杆111时，绝缘内推杆111向上移动，顶起开口CT转动部分102以销钉104为中心转动，从而打开开口CT的开口。

按上述方案，所述的绝缘操作杆连接头113下方连接有的上绝缘操作杆（不带操作把手的绝缘操作杆），其由第一金属连接件301、上绝缘内推杆302、第一空心绝缘外杆303和第二金属连接件304构成，其中上绝缘内推杆302安装在第一空心绝缘外杆303的中间，可以沿径向方向移动，第一金属连接件301和第二金属连接件304分别粘接在第一空心绝缘外杆303的两端。

当三相不平衡检测仪需要连接操作杆时，第一金属连接件301和绝缘操作杆连接头113通过螺纹连接。同时，上绝缘内推杆302和绝缘内推杆111接触，上绝缘内推杆302移动后可以带动绝缘内推杆111向上移动。再者，第一金属连接301和第二金属连接件304限制上绝缘内推杆302，使其在一定范围内移动但又不能从第一空心绝缘外杆303中掉出。

所述的上绝缘操作杆还连接有下绝缘操作杆（带操作把手的绝缘操作杆），其由第三金属连接件201、下绝缘内推杆202、第二空心绝缘外杆203、第四金属连接件204和操作把手205组成，其中下绝缘内推杆202安装在第二空心绝缘外杆203的中间，可以沿径向方向移动，下绝缘内推杆202和上绝缘操作杆的上绝缘内推杆302接触，第三金属连接件201和第四金属连接件204分别粘接在第二空心绝缘外杆203的两端，且第三金属连接件201和上绝缘操作杆的第二金属连接件304通过螺纹连接，上绝缘内推杆302和下绝缘内推杆202相接触，操作把手205粘接在下绝缘内推杆202伸出第二空心绝缘外杆203的伸出部分。

当三相电流不平衡检测仪接操作杆时，推动操作把手205时，下绝缘内推杆202移动后可以带动上绝缘内推杆302移动，从而推动三相不平衡检测仪绝缘内推杆111向上移动。同时，第三金属连接件201和第四金属连接件204限制下绝缘内推杆202，使其在一定范围内移动但又不能从第二空心绝缘外杆203中掉出来。

按上述方案，所述的电路板109包括有单片机、语言控制器、放大电路和滤波电路，电路板109通过导线连接液晶显示器107、按键110、蜂鸣器108和指示灯112；交流电流经过开口ＣＴ转换成0到20ma小交流电流，再通过取样电阻转换成0到5V信号交流电压信号后，送到滤波电路，滤波电路为50Hz的带通滤波器，滤波电路滤掉干扰信号，滤波后干净的交流电压信号经过精密整流电路后整流成0到5V的直流电压信号，通过有单片机控制放大倍数的数字放大电路，使直流电压信号放大到适合Ａ/Ｄ转换器需求的信号。单片机控制Ａ/Ｄ转换器进行转换并且读取转换后的数字值，

单片机通过数据线和控制信号线控制液晶显示器，控制液晶显示器显示测量数据、测量提示、三相电流不平衡率和是否进行调整或不调整的指示，

单片机通过数据线和控制信号线控制语言控制器，语言控制器输出直接控制蜂鸣器，语言控制器在单片机的控制下，通过蜂鸣器发出指示或读出测量的数据，

单片机直接连接按键，通过按键完成用户各种功能要求，

单片机直接读取开口CT位置检测信号，完成开口CT是闭合还是张开的检测，

单片机直接控制指示灯，发出信号指示用户进行操作。

本实用新型的优点还在于：

１．能够通过测量A相、B相、C相电流（分别为I_A、I_B、I_C）和零序电流I_N，自动计算三相电流不平衡率；

２．按选择实际线路情况（是城镇、企业配电变压器出口还是农村或农村配电变压器出口或低压干线或低压主分支线始端）选择不同的调整标准；

３．根据三相不平衡率和调整标准，自动判断是否要进行调整，如果需要调整，自动计算是增加还是减少负荷及调整数值的大小；

４．测量数据能够进行软件校准，调试方便，测量误差小，精度高；

５. 测量过程中全自动进行，自动调整放大倍数，保证测量精度；

６．本仪器还具有液晶显示、语音提示、LED灯指示功能，方便工作人员进行相关操作和数据显示，而且可在夜间进行操作；

７. 本仪器配有绝缘操作杆，在杆底部安有操作把手，通过把手操作检测仪进行测量。能够方便工作人员测量变压器出口及架空线路，并且保证使用者和设备之间有一定的距离，保证使用人员的安全；

８. 本仪器耗电低，而且具有自动关闭液晶显示器背光和关闭系统的功能，减少电池的耗电，提高电池使用时间。

附图说明

图1 为本发明的低压线路三相不平衡检测仪结构示意图；

图2 带操作把手的绝缘操作杆；

图3 不带操作把手的绝缘操作杆；

图4 绝缘操作杆和三相不平衡检测仪安装效果图；

图5三相不平衡检测仪硬件框图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明。

本发明的低压线路三相电流不平衡检测仪，包括有外壳、开口CT、液晶显示器107、控制把手106、LED指示灯112、蜂鸣器108、电路板109、按键110、绝缘操作杆连接头113和绝缘内推杆111，并由供电电池提供电源，电路板109通过螺钉直接固定在外壳内部；

其中，开口CT由开口CT固定部分101和开口CT转动部分102组成，开口CT固定部分101由螺钉103固定在外壳上，开口CT转动部分102通过销钉104和外壳相连，能够以销钉104为中心转动，控制把手106和开口CT转动部分102连接，弹簧105安装在控制把手106和外壳之间，当下压控制把手106时，带动开口CT转动部分102转动，从而打开开口CT的开口，让导线进入开口CT，当松开控制把手106时，在弹簧105的作用下，开口CT开口复归闭合，此时可以进行电流测量。

所述的绝缘操作杆连接头113下方连接有的上绝缘操作杆，其由第一金属连接件301、上绝缘内推杆302、第一空心绝缘外杆303和第二金属连接件304构成，其中上绝缘内推杆302安装在第一空心绝缘外杆303的中间，可以沿径向方向移动，第一金属连接件301和第二金属连接件304分别粘接在第一空心绝缘外杆303的两端，如图3所示。

当三相电流不平衡检测仪连接操作杆时，第一金属连接件301和绝缘操作杆连接头113通过螺纹连接。同时，上绝缘内推杆302和绝缘内推杆111接触，上绝缘内推杆302移动后可以带动绝缘内推杆111向上移动。再者，第一金属连接301和第二金属连接件304限制绝缘内推杆302，使其在一定范围内移动但又不能从第一空心绝缘外杆303中掉出。

所述的上绝缘操作杆还连接有下绝缘操作杆，其由第三金属连接件201、下绝缘内推杆202、第二空心绝缘外杆203、第四金属连接件204和操作把手205组成，其中下绝缘内推杆202安装在第二空心绝缘外杆203的中间，可以沿径向方向移动，下绝缘内推杆202和上绝缘操作杆的上绝缘内推杆302接触，第三金属连接件201和第四金属连接件204分别粘接在第二空心绝缘外杆203的两端，且第三金属连接件201和上绝缘操作杆的第二金属连接件304通过螺纹连接，上绝缘内推杆302和下绝缘内推杆202相接触，操作把手205粘接在下绝缘内推杆202伸出第二空心绝缘外杆203的伸出部分，如图2所示。

当三相电流不平衡检测仪连接操作杆时，推动操作把手205时，下绝缘内推杆202移动后可以带动上绝缘内推杆302移动，从而推动三相电流不平衡检测仪绝缘内推杆111向上移动。同时，第三金属连接件201和第四金属连接件204限制下绝缘内推杆202，使其在一定范围内移动但又不能从第二空心绝缘外杆203中掉出来。

本发明的硬件构成如图5所示。核心是单片机。线路交流电流经过开口ＣＴ（量程为100A）转换成0到20mA小交流电流信号，此交流信号不能直接测量，必须通过250Ω的取样电阻转换成0到5V交流电压信号，再送到50Hz的带通滤波器，滤掉干扰信号。滤波后干净的交流电压信号经过精密整流电路后整流成0到5V的直流电压信号，精密整流电路包括精密整流电路和滤波电路，精密整流电路可以把毫伏级别的交流信号转换成直流信号，减少信号的耗损，滤波电路保证输出的直流信号平稳可靠。通过由单片机控制放大倍数的数字放大器，使直流电压信号放大（放大系数可以大于1、等于1或小于1）到适合Ａ/Ｄ转换器需求的信号，本发明采用16位的A/D（模拟量/数字量转换器），输入模拟电压信号为0到5V，输出数字信号为0-65535。在测量信号的过程中，首先单片机会控制数字放大器的放大倍数为1，此时读取A/D输出的数字信号，如果数字信号小余32767（即输入信号小余2.5V），为保证测量精度，单片机会增加数字放大器的放大倍数，直至输出数字信号在32767到65535之间。同样，如果输出数字信号达到了65535，单片机会缩小数字放大器的放大倍数，保证信号在可测量的范围内。数字放大器的可以选择的的放大系数有：0.05、0.1、0.125、0.2、0.25、0.4、0.5、0.8、1、1.6、2、3.2、4、6.2、7.6、14共16档。

在仪器测量之前，必须对A/D进行校准，以保证测量的准确性。为使用方便，本仪器采用的是软件校准方法。校准的方法为：给开口CT输入0A电流信号，得到一个测量值为Ａ，再给开口CT输入100A电流信号，得到一个测量值Ｂ。则在实际测量时，测量的电流实际值大小为：（Ｂ－Ａ）×（测量值－Ａ）／100/放大倍数。

单片机通过数据线和控制信号线控制液晶显示器，控制液晶显示器显示测量数据、测量提示、三相电流不平衡率和是否进行调整或不调整的指示。

单片机通过数据线和控制信号线控制语言控制器，语言控制器输出直接控制蜂鸣器。语言控制器在单片机控制下，通过蜂鸣器发出指示或读出测量的数据。语音控制器预先存放有0到9十个数字、测量提示（如“B相测量完成”，“A相需要调整”等）的语音数据，并且每个读音都有一个唯一编号，当需要发某个读音时，单片机控制语音控制器通过蜂鸣器发出相应编号里面保存的语音即可。

为方便携带和使用，检测仪采用4节供电电池供电，具有电池电压检测电路，当电池电压不足时，通过液晶显示器和声音提示工作人员更换电池。电池电压检测电路为一个电压比较器。其中包含一个标准的2.5V电压比较基准，电池电压经过电阻网络分压，取其1/2电压和标准电压进行比较，当电池电压的1/2（即要求电池电压为5V）低于2.5V时，发信号给单片机，单片机给出提示，要求用户更换电池。

由单片机控制的液晶显示器显示测量的电流大小、线路三相电流不平衡率是多少等信息，方便用户查阅。液晶显示器配有自动控制的背景灯，用户读数据时背景灯自动点亮，当长时间不用时，背景灯自动关闭，以降低电池的消耗。

指示灯用于提示用户当前测量状态。如果没有进行工作，指示灯熄灭。在工作过程中测量某相电流时，指示灯会以2Hz的频率闪烁，当电流测量完成后，指示灯会一直点亮，提示用户已经测量完成。

开口CT位置检测为一个微动开关，当开口CT口张开时，开口CT位置检测微动开关断开，反之闭合。通过此信号，单片机能够检测到开口CT是否是闭合，只有在闭合状态才能够进行电流的测量。在连续的测量过程中，通过开口CT位置检测微动开关可以确定测量的是某相，其闭合、断开的过程及和测量相之间的关系如下所示：

选择调整标准→开始测量→微动开关闭合→微动开关断开(推动操作把手205，打开开口CT)→微动开关闭合(松开操作把手205，关闭开口CT)→测量A相→测量完成→微动开关断开(推动操作操作把手205，打开开口CT)→微动开关闭合(松开操作把手205，关闭开口CT)→测量B相→测量完成→微动开关断开(推动操作把手205，打开开口CT)→微动开关闭合(松开操作把手205，关闭开口CT)→测量C相→测量完成→微动开关断开(推动操作把手205，打开开口CT)→微动开关闭合(松开操作把手205，关闭开口CT)→测量中性线→测量完成→微动开关断开(推动操作把手205，打开开口CT)→微动开关闭合(松开操作把手205，关闭开口CT)→计算三相电流不平衡率→给出调整意见。

单片机直接连接按键，通过按键完成用户各种功能要求。

单片机直接读取开口CT位置检测信号，完成开口CT是闭合还是张开的检测。

单片机直接控制指示灯，发出信号指示用户进行相关操作。

供电电池为各个功能电路、单片机提供电源。同时电池电压检测电路检测供电电池电压是否过低，当过低时，发出信号给单片机，由单片机通过液晶显示器发出提示信息，提示用户更换供电电池。

检测仪设有五个按键，如图1所示，其中：A为系统复位按键，B为开始测量按键，C为取消本次测量按键，D数据循环显示按键，E为三相电流不平衡率标准选择。每个按键的作用配合检测仪的使用进行说明。

图4绝缘操作杆和三相电流不平衡检测仪安装效果图。当将上绝缘操作杆（不带操作把手）和下绝缘操作杆（带操作把手）相连后，绝缘内推杆111、上绝缘内推杆302和下绝缘内推杆202相互接触，形成一个联动系统。只要推动操作把手205，三个绝缘内推杆即绝缘内推杆111、上绝缘内推杆302和下绝缘内推杆202一起联动，推动开口CT转动部分102以销钉104为中心旋转，从而打开开口CT的开口，进而套进导线，松开把手，在弹簧105作用下自动闭合，即可进行线路电流的测量。

本测量装置软件主要完成A相、B相、C相电流（分别为I_A、I_B、I_C）、零序电流I_N测量、三相电流不平衡率计算、调整指示、声光提示等功能。

本测量装置通过四次分别测量和记录A相、B相、C相电流（分别为I_A、I_B、I_C）和零序电流I_N的大小，通过如下公式计算出三相电流不平衡率K：

针对不同的线路条件，三相电流不平衡率限制值标准也不相同。一般情况下，三相不平衡率限制标准为：(1) 配电变压器出口三相电流不平衡率：城镇、企业＜10％，农村＜15％。(2) 低压干线或低压主分支线始端三相电流不平衡率＜20％。

如果计算的三相电流不平衡率超出限制标准范围，提示用户要进行负荷调整。负荷调整计算方法为：把每相电流（I_A、I_B、I_C）分别和调整后的相电流平均值进行比较，相电流和平均值差值越大，说明此相负荷电流过大或过低，需要调整。并且根据需要调整的值的大小进行排序，指出首要调整的相，同时指出要调整的大小。以A相为例，说明当要进行负载调整时，A相调整电流值的计算方法。A相调整量由公式

It=（I_B+I_C-2*I_A）/3

计算。It数值大小表示A相要调整的大小，正号表示要增加负荷，而负号则表示要减少负荷。

本发明的使用方法：

如果是就近测量线路的三相不平衡率，可以不安装绝缘操作杆。此时只要打开检测仪电源开关，循环按三相电流不平衡率标准选择按键E，选择合适的标准，标准分为三档：10％、15％、20％。对于三相电流不平衡率选择：（1）配电变压器出口三相不平衡率，城镇、企业选10％，农村选15％；（2）对于低压干线或低压主分支始端三相不平衡率选择20％。选好标准后，按下开始测量按键B，通过检测仪上安装的控制把手（图2、3所示），张开开口CT的钳口，去测量A相电流，此时指示灯以2Hz的频率闪烁。当测量完成后，语音提示为“A相测量完成”，同时指示灯常亮。依次测量B相电流、C相电流、中性线电流。当测量完成后，仪器会自动计算线路三相电流不平衡率大小，并给出调整或不调整建议及调整值的大小。

当操作失误需要重新测量时，按取消本次测量按键C，然后再重新操作。

如果想显示测量值，只要按数据显示按键D，检测仪会循环显示测量的电流值大小、三相电流不平衡率、调整建议及调整大小。

对于架空线路或对安全距离有要求的线路进行测量时，可以根据距离长短安装绝缘操作杆（如图4所示）。安装完成后，只要向上顶起操作把手205，开口CT的钳口会张开，其测量操作方法同上。

Claims

1.低压线路三相电流不平衡检测仪，其特征在于包括有外壳、开口CT、液晶显示器（107）、控制把手（106）、LED指示灯（112）、蜂鸣器（108）、电路板（109）、按键（110）、绝缘操作杆连接头（113）和绝缘内推杆（111），并由供电电池提供电源，电路板（109）通过螺钉直接固定在外壳内部，

其中，开口CT由开口CT固定部分（101）和开口CT转动部分（102）组成，开口CT固定部分（101）由螺钉（103）固定在外壳上，开口CT转动部分（102）通过销钉（104）和外壳相连，能够以销钉（104）为中心转动，控制把手（106）和开口CT转动部分（102）连接，弹簧（105）安装在控制把手（106）和外壳之间，当下压控制把手（106）时，带动开口CT转动部分（102）转动，从而打开开口CT的开口，让导线进入开口CT，当松开控制把手（106）时，在弹簧（105）的作用下，开口CT开口复归闭合，此时可以进行电流测量；

绝缘操作杆连接头（113）内部安装有绝缘内推杆（111），绝缘内推杆（111）上端和开口CT转动部分（102）接触，当从下端顶起绝缘内推杆（111）时，绝缘内推杆（111）向上移动，顶起开口CT转动部分（102）以销钉（104）为中心转动，从而打开开口CT的开口；

所述的绝缘操作杆连接头（113）下方连接有的上绝缘操作杆，其由第一金属连接件（301）、上绝缘内推杆（302）、第一空心绝缘外杆（303）和第二金属连接件（304）构成，其中上绝缘内推杆（302）安装在第一空心绝缘外杆（303）的中间，可以沿径向方向移动，第一金属连接件（301）和第二金属连接件（304）分别粘接在第一空心绝缘外杆（303）的两端；

所述的上绝缘操作杆还连接有下绝缘操作杆，其由第三金属连接件（201）、下绝缘内推杆（202）、第二空心绝缘外杆（203）、第四金属连接件（204）和操作把手（205）组成，其中下绝缘内推杆（202）安装在第二空心绝缘外杆（203）的中间，可以沿径向方向移动，下绝缘内推杆（202）和上绝缘操作杆的上绝缘内推杆（302）接触，第三金属连接件（201）和第四金属连接件（204）分别粘接在第二空心绝缘外杆（203）的两端，且第三金属连接件（201）和上绝缘操作杆的第二金属连接件（304）通过螺纹连接，上绝缘内推杆（302）和下绝缘内推杆（202）相接触，操作把手（205）粘接在下绝缘内推杆（202）伸出第二空心绝缘外杆（203）的伸出部分。

2.按权利要求1所述的低压线路三相电流不平衡检测仪，其特征在于所述的电路板（109）包括有单片机、语言控制器、放大电路和滤波电路，电路板（109）通过导线连接液晶显示器（107）、按键（110）、蜂鸣器（108）和指示灯（112）；交流电流经过开口ＣＴ转换成0到20ma小交流电流，再通过取样电阻转换成0到5V信号交流电压信号后，送到滤波电路，滤波电路为50Hz的带通滤波器，滤波电路滤掉干扰信号，滤波后干净的交流电压信号经过精密整流电路后整流成0到5V的直流电压信号，通过有单片机控制放大倍数的数字放大电路，使直流电压信号放大到适合Ａ/Ｄ转换器需求的信号，单片机控制Ａ/Ｄ转换器进行转换并且读取转换后的数字值；

单片机通过数据线和控制信号线控制液晶显示器，控制液晶显示器显示测量数据、测量提示、三相电流不平衡率和是否进行调整或不调整的指示；

单片机通过数据线和控制信号线控制语言控制器，语言控制器输出直接控制蜂鸣器，语言控制器在单片机的控制下，通过蜂鸣器发出指示或读出测量的数据；

单片机直接连接按键，通过按键完成用户各种功能要求；

单片机直接读取开口CT位置检测信号，完成开口CT是闭合还是张开的检测；

单片机直接控制指示灯，发出信号指示用户进行操作。