CN103592615B - 一种电能表内置负荷开关的智能测试装置 - Google Patents
一种电能表内置负荷开关的智能测试装置 Download PDFInfo
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Abstract
针对现有技术设备对电能表检测的不足，本发明公开了一种电能表内置负荷开关的智能测试装置，由计算机、控制单元、表位显示单元、测量通道切换单元、负载档位切换单元、继电器参数测量单元、波形监测单元、耐压测试单元、负载单元和负载参数测量单元组成。本发明的有益效果是：本装置对电能表进行负荷开关试验，是在实负荷下进行的，能够精确、合理地预测电能表内置负荷开关的寿命，相比人工测试效率提高40%，且符合国家电网公司的要求，减少了安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及仪表检测技术领域，具体涉及一种电能表内置负荷开关的智能测试装置。
背景技术
电能表的负荷开关通断功能是计量部门对电能表进行必检项目。按照国家电网公司要求，电能表负荷开关可采用内置或外置方式；当采用电能表内置式的负荷开关时，该电能表的最大电流不宜超过60A，且触点在负荷下通断寿命不小于6000次。按照上述规定，对电能表的负荷开关的现有检测方法是：将电能表电压线路施加参比电压，电流线路通过1.2倍的标定最大电流，使开关掉闸，随后关闭检测电源并合上负荷开关，循环上述的通断过程10次，合格的电能表应在完成上述苛刻条件测试后能够继续正常工作。
但是，目前国内的电能表检定装置对电能表进行负荷开关试验，都是在虚负荷下进行的，即采用大电流小电压方式，且仅对负荷开关的通断进行检测，不能预测负荷开关寿命。换句话说，电能表即便通过了该检测，也不代表该仪表就是符合国家电网公司要求的，仍然存在安全隐患。
发明内容
针对现有检测方法无法有效检测电能表内置负荷开关的实际性能的技术难题，本发明提供一种电能表内置负荷开关的智能测试装置，其具体的结构为：
一种电能表内置负荷开关的智能测试装置，由计算机1、控制单元2、表位显示单元3、测量通道切换单元4、负载档位切换单元5、继电器参数测量单元6、波形监测单元7、耐压测试单元8、负载单元9和负载参数测量单元10组成；其中，计算机1分别与继电器参数测量单元6和波形监测单元7的一端相连接，计算机1通过控制单元2分别与表位显示单元3、测量通道切换单元4、负载档位切换单元5和负载参数测量单元10的一端相连接；所述继电器参数测量单元6的另一端与测量通道切换单元4相连接；所述负载档位切换单元5和负载参数测量单元10的另一端分别与负载单元9相连接；所述耐压测试单元8外接待检测的电能表11；使用时，分别将测量通道切换单元4、波形监测单元7、耐压测试单元8和负载单元9的另一端与待测的电能表11相连接，并将耐压测试单元8与待测的电能表11相连接。
采用本发明所提供的一种电能表内置负荷开关的智能测试装置的检测方法，具体按如下检测步骤进行：
第一步，通过测试线将电能表11与控制单元2相连接；
第二步，通过计算机1设置负载单元9的负载档位，其中，负载单元9的功率因数可在1.0、0.8C或0.5L中选择，负载单元9的负载电流值可在10A、20A、40A、60A或72A中选择；
第三步，通过计算机2控制电能表11内置负荷开关进行通断，其中，电能表11内置负荷开关的通断次数在1至1000次之间，相邻两次通断的时间间隔在1至20秒之间；此每一次的通断过程中，通过波形监测单元7测量电能表11内置负荷开关触点压降和电流的波形，并将测量数据上传计算机1；
第四步，通过控制单元2将继电器参数测量单元6的测量回路与电能表11相连接，测量电能表11内置负荷开关的触点电阻、线圈电阻、动作时间和动作电压，并将测量数据上传至与控制单元2相连接的计算机1；
第五步，用耐压测试单元8测试电能表11内置负荷开关的介质耐压；耐压测试单元8对与至并联的电能表11输出AC2000V至AC4000V的电压，若电能表11发生击穿，则说明电能表11内置负荷开关失效；反之，说明电能表11内置负荷开关复合技术要求，采用人工的方式将耐压测试单元8的检测结果输入计算机1；
第六步，计算机1读取波形监测单元7、继电器参数测量单元6、耐压测试单元8的测量数据，结合通断次数以及预先设定的预测公式，预测电能表11内置负荷开关寿命,其中，在计算机1内预先设定的预测公式为：
其中：S为负荷开关寿命；A为负荷开关通断次数；△R为经过A次通断负荷开关接触电阻变化的平均值；△T为经过A次通断负荷开关动作时间变化的平均值；IC为经过A次通断负荷开关闭合瞬间电流尖峰幅值的平均值；UC为经过A次通断负荷开关闭合瞬间电压尖峰幅值的平均值；IO为经过A次通断负荷开关断开瞬间电流尖峰幅值的平均值；UO为经过A次通断负荷开关断开瞬间电压尖峰幅值的平均值；I为负荷开关通断时的电流；θ为负载功率因素；此外，K1、K2、K3、K4、K5、K6和K7均为匹配系数。
本发明一次可测试3个电能表，采用轮换测试方式。
本发明的有益效果是
本装置及检测方法对电能表进行负荷开关试验，是在实负荷下进行的，能够精确、合理地预测电能表内置负荷开关的寿命，相比人工测试效率提高40%，且符合国家电网公司的要求，减少了安全隐患。
附图说明
图1为本发明的电路结构框图。
图中的序号为：计算机1、控制单元2、表位显示单元3、测量通道切换单元4、负载档位切换单元5、继电器参数测量单元6、波形监测单元7、耐压测试单元8、负载单元9、负载参数测量单元10、电能表11。
具体的实施方式
现结合图1详细说明本发明。一种电能表内置负荷开关的智能测试装置，由计算机1、控制单元2、表位显示单元3、测量通道切换单元4、负载档位切换单元5、继电器参数测量单元6、波形监测单元7、耐压测试单元8、负载单元9和负载参数测量单元10组成；其中，计算机1分别与继电器参数测量单元6和波形监测单元7的一端相连接，计算机1通过控制单元2分别与表位显示单元3、测量通道切换单元4、负载档位切换单元5和负载参数测量单元10的一端相连接；所述继电器参数测量单元6的另一端与测量通道切换单元4相连接；所述负载档位切换单元5和负载参数测量单元10的另一端分别与负载单元9相连接；所述耐压测试单元8外接待检测的电能表11；
所述计算机1接收分别来自于继电器参数测量单元6、波形监测单元7和负载参数测量单元10的测量数据，计算机1向控制单元2下发测量通道切换指令和负载档位切换指令。所述控制单元2接收由计算机1发出的测量通道切换指令和负载档位切换指令、依照计算机1的指令控制表位显示单元3显示信息、控制测量通道切换单元4切换测量通道、控制负载档位切换单元5切换负载档位、读取负载参数测量单元10的测量数据、且与电能表11进行通讯。所述继电器参数测量单元6用于测量电能表11内部的负荷开关各项参数，其测量项目包括：触点电阻、线圈电阻、动作电压和动作时间。所述波形监测单元7用于监测电能表11内部的负荷开关在实负荷下通断时的触点压降和电流的波形。所述耐压测试单元8用于测试电能表11的介质耐压，采用手动接线、手动操作方式测试。所述负载单元9由电阻元件、电容元件和电感元件组成，作为电能表的实际负载；
所述负载参数测量单元10用于测量负载电压、电流和功率因数。使用时，分别将测量通道切换单元4、波形监测单元7、耐压测试单元8和负载单元9的另一端与待测的电能表11相连接，并将耐压测试单元8与待测的电能表11相连接。
此外，计算机1分别与控制单元2、继电器参数测量单元6之间采用RS232通讯，计算机1与波形监测单元7之间采用USB通讯。负载单元9充当实际负载时，负载单元9的功率因数可在1.0、0.8C或0.5L中选择，负载单元9的负载电流值可在10A、20A、40A、60A或72A中选择。使用时，计算机1运行的配套的专用软件，并根据继电器参数测量单元6、波形监测单元7、和负载参数测量单元10发回的测量数据，结合测试条件进行综合分析，预测智能电能表内置负荷开关寿命。
控制单元2由一片STM32嵌入式微控制器、驱动芯片MAX232、驱动芯片MAX485和驱动芯片74LVC4245组成。STM32嵌入式微控制器分别与一块驱动芯片MAX232、四块驱动芯片MAX485和两块驱动芯片74LVC4245相连接；其中，自驱动芯片MAX232引出一路RS232通讯接口；自驱动芯片MAX485分别引出一路RS485通讯接口；自一块驱动芯片74LVC4245引出三路SPI通讯接口，自另一块驱动芯片74LVC4245引出四路SPI通讯接口。通过RS232接口实现STM32嵌入式微控制器与计算机1之间的通讯。通过RS485接口实现STM32嵌入式微控制器与电能表11之间的通讯，通过RS485接口实现STM32嵌入式微控制器与负载参数测量单元10之间的通讯；与电能表11通讯的RS485接口有三路，与负载参数测量单元10通讯的RS485接口有一路；通过SPI接口实现STM32嵌入式微控制器分别与三个表位显示单元3、三个测量通道切换单元4和一个负载档位切换单元5之间的通讯。
表位显示单元3由七片驱动芯片74HC4094和七块7位数码管组成，七片驱动芯片74HC4094之间采用级联方式连接，每块驱动芯片74HC4094均对应且连接一块7位数码管；表位显示单元3含有SPI接口，并通过SPI接口与控制单元2相连接。
测量通道切换单元4由两片驱动芯片74HC4094、一个继电器驱动芯片ULN2003和十个继电器组成；其中，两片驱动芯片74HC4094之间采用级联的方式连接，级联的两片驱动芯片74HC4094经输出隔离后与继电器驱动芯片ULN2003相连接，继电器驱动芯片ULN2003后端与10个继电器相连接并驱动该10个继电器；该10个继电器用于控制测量通道切换单元4内测量通道的通断。测量通道切换单元4含有SPI接口，通过SPI接口与控制单元2连接。
负载档位切换单元5由三片驱动芯片74HC4094、一个继电器驱动芯片ULN2003和二十四个继电器组成，三片驱动芯片74HC4094之间采用级联的方式连接，三片驱动芯片74HC4094的末端经输出隔离后与继电器驱动芯片ULN2003连接，继电器驱动芯片ULN2003的末端再与二十四个继电器相连接并驱动该24个继电器，该24个继电器用于控制负载档位切换单元5内切换负载档位的交流接触器的通断。负载档位切换单元5内设SPI接口，通过SPI接口与控制单元2连接。
继电器参数测量单元6为一台型号为RPT-5C继电器参数测试仪，负责对电能表11内置负荷开关进行参数测量，测量的参数包括包括触点电阻、线圈电阻、动作时间。
波形监测单元7为一台型号为TektronixDPO4034B的示波器，波形监测单元7的测量带宽为350MHz，采样率为2.5GS/s。波形监测单元7配有电流钳表，能够同时检测电能表11的负载电压和负载回路电流波形。
耐压测试单元8为一台型号为MS2670C的耐压测试仪，耐压测试单元8的输出电压为AC0至5000V。
负载单元9由电阻、电感和电容元件、交流接触器组成，通过交流接触器通断各电阻、电感和电容元件的连接关系，组成各种功率值的负载。交流接触器通过负载档位切换单元5控制其通断。
负载参数测量单元10为一台型号为DSW-9902B的功率测量仪,负载参数测量单元10用于测量负载电压、电流、功率因数。通过RS485接口，将负载参数测量单元10与控制单元2连接并通讯。
一种电能表内置负荷开关的智能测试装置的检测方法，具体检测步骤如下：
第一步，通过测试线将电能表11与控制单元2相连接；
第二步，通过计算机1设置负载单元9的负载档位，其中，负载单元9的功率因数可在1.0、0.8C或0.5L中选择，负载单元9的负载电流值可在10A、20A、40A、60A或72A中选择；
第三步，通过计算机2控制电能表11内置负荷开关进行通断，其中，电能表11内置负荷开关的通断次数在1至1000次之间，相邻两次通断的时间间隔在1至20秒之间；此每一次的通断过程中，通过波形监测单元7测量电能表11内置负荷开关触点压降和电流的波形，并将测量数据上传计算机1；
第四步，通过控制单元2将继电器参数测量单元6的测量回路与电能表11相连接，测量电能表11内置负荷开关的触点电阻、线圈电阻、动作时间和动作电压，并将测量数据上传至与控制单元2相连接的计算机1；
第五步，用耐压测试单元8测试电能表11内置负荷开关的介质耐压；耐压测试单元8对与至并联的电能表11输出AC2000V至AC4000V的电压，若电能表11发生击穿，则说明电能表11内置负荷开关失效；反之，说明电能表11内置负荷开关复合技术要求，采用人工的方式将耐压测试单元8的检测结果输入计算机1；
第六步，计算机1读取波形监测单元7、继电器参数测量单元6、耐压测试单元8的测量数据，结合通断次数以及预先设定的预测公式，预测电能表11内置负荷开关寿命；其中，在计算机1内预先设定的预测公式为
其中：
S为负荷开关寿命；
A为负荷开关通断次数；
△R为经过A次通断负荷开关接触电阻变化的平均值；
△T为经过A次通断负荷开关动作时间变化的平均值；
IC为经过A次通断负荷开关闭合瞬间电流尖峰幅值的平均值；
UC为经过A次通断负荷开关闭合瞬间电压尖峰幅值的平均值；
IO为经过A次通断负荷开关断开瞬间电流尖峰幅值的平均值；
UO为经过A次通断负荷开关断开瞬间电压尖峰幅值的平均值；
I为负荷开关通断时的电流；
θ为负载功率因素；
此外，K1、K2、K3、K4、K5、K6和K7均为匹配系数。
本发明一次可同时测试3个电能表，采用轮换测试方式。
Claims (3)
1.一种电能表内置负荷开关的智能测试装置，其特征在于：所述智能测试装置由计算机（1）、控制单元（2）、表位显示单元（3）、测量通道切换单元（4）、负载档位切换单元（5）、继电器参数测量单元（6）、波形监测单元（7）、耐压测试单元（8）、负载单元（9）和负载参数测量单元（10）组成；其中，计算机（1）分别与继电器参数测量单元（6）和波形监测单元（7）的一端相连接，计算机（1）通过控制单元（2）分别与表位显示单元（3）、测量通道切换单元（4）、负载档位切换单元（5）和负载参数测量单元（10）的一端相连接；所述继电器参数测量单元（6）的另一端与测量通道切换单元（4）相连接；所述负载档位切换单元（5）和负载参数测量单元（10）的另一端分别与负载单元（9）相连接；所述耐压测试单元（8）外接待检测的电能表（11）；
所述计算机（1）接收分别来自于继电器参数测量单元（6）、波形监测单元（7）和负载参数测量单元（10）的测量数据，计算机（1）向控制单元（2）下发测量通道切换指令和负载档位切换指令；
所述控制单元（2）接收由计算机（1）发出的测量通道切换指令和负载档位切换指令，并依照计算机（1）的指令控制表位显示单元（3）显示信息、控制测量通道切换单元（4）切换测量通道、控制负载档位切换单元（5）切换负载档位、读取负载参数测量单元（10）的测量数据、且与电能表（11）进行通讯；
所述继电器参数测量单元（6）用于测量电能表（11）内部的负荷开关各项参数，其测量项目包括：触点电阻、线圈电阻、动作电压和动作时间；
所述波形监测单元（7）用于监测电能表（11）内部的负荷开关在实负荷下通断时的触点压降和电流的波形；
所述耐压测试单元（8）用于测试电能表（11）的介质耐压，采用手动接线、手动操作方式测试；
所述负载单元（9）由电阻元件、电容元件和电感元件组成，作为电能表的实际负载；
所述负载参数测量单元（10）用于测量负载电压、电流和功率因数；
使用时，分别将测量通道切换单元（4）、波形监测单元（7）、耐压测试单元（8）和负载单元（9）的另一端与待测的电能表（11）相连接，并将耐压测试单元（8）与待测的电能表（11）相连接。
2.如权利要求1所述的一种电能表内置负荷开关的智能测试装置，其特征在于：计算机（1）分别与控制单元（2）、继电器参数测量单元（6）之间采用RS232通讯，计算机（1）与波形监测单元（7）之间采用USB通讯；负载单元（9）充当实际负载时，负载单元（9）的功率因数可在1.0、0.8C或0.5L中选择，负载单元（9）的负载电流值可在10A、20A、40A、60A或72A中选择。
3.如权利要求1所述的一种电能表内置负荷开关的智能测试装置，其特征在于：控制单元（2）由一片STM32嵌入式微控制器、驱动芯片MAX232、驱动芯片MAX485和驱动芯片74LVC4245组成；STM32嵌入式微控制器分别与一块驱动芯片MAX232、四块驱动芯片MAX485和两块驱动芯片74LVC4245相连接；其中，自驱动芯片MAX232引出一路RS232通讯接口；自驱动芯片MAX485分别引出一路RS485通讯接口；自一块驱动芯片74LVC4245引出三路SPI通讯接口，自另一块驱动芯片74LVC4245引出四路SPI通讯接口；通过RS232接口实现STM32嵌入式微控制器与计算机（1）之间的通讯；通过RS485接口实现STM32嵌入式微控制器与电能表（11）之间的通讯，通过RS485接口实现STM32嵌入式微控制器与负载参数测量单元（10）之间的通讯；与电能表（11）通讯的RS485接口有三路，与负载参数测量单元（10）通讯的RS485接口有一路；通过SPI接口实现STM32嵌入式微控制器分别与三个表位显示单元（3）、三个测量通道切换单元（4）和一个负载档位切换单元（5）之间的通讯；
表位显示单元（3）由七片驱动芯片74HC4094和七块7位数码管组成，七片驱动芯片74HC4094之间采用级联方式连接，每块驱动芯片74HC4094均对应一块7位数码管；表位显示单元3含有SPI接口，并通过SPI接口与控制单元（2）相连接；
测量通道切换单元（4）由两片驱动芯片74HC4094、一个继电器驱动芯片ULN2003和十个继电器组成；其中，两片驱动芯片74HC4094之间采用级联的方式连接，级联的两片驱动芯片74HC4094经输出隔离后与继电器驱动芯片ULN2003相连接，继电器驱动芯片ULN2003后端与10个继电器相连接并驱动该10个继电器；该10个继电器用于控制测量通道切换单元（4）内测量通道的通断；测量通道切换单元（4）含有SPI接口，通过SPI接口与控制单元（2）连接；
负载档位切换单元（5）由三片驱动芯片74HC4094、一个继电器驱动芯片ULN2003和二十四个继电器组成，三片驱动芯片74HC4094之间采用级联的方式连接，三片驱动芯片74HC4094的末端经输出隔离后与继电器驱动芯片ULN2003连接，继电器驱动芯片ULN2003的末端再与二十四个继电器相连接并驱动该24个继电器，该24个继电器用于控制负载档位切换单元（5）内切换负载档位的交流接触器的通断；负载档位切换单元（5）内设SPI接口，通过SPI接口与控制单元（2）连接；
继电器参数测量单元（6）为一台型号为RPT-5C继电器参数测试仪，负责对电能表（11）内置负荷开关进行参数测量，测量的参数包括包括触点电阻、线圈电阻、动作时间；
波形监测单元（7）为一台型号为TektronixDPO4034B的示波器，波形监测单元（7）的测量带宽为350MHz，采样率为2.5GS/s；波形监测单元（7）配有电流钳表，能够同时检测电能表（11）的负载电压和负载回路电流波形；
耐压测试单元（8）为一台型号为MS2670C的耐压测试仪，耐压测试单元（8）的输出电压为AC0至5000V；
负载单元（9）由电阻、电感和电容元件、交流接触器组成，通过交流接触器通断各电阻、电感和电容元件的连接关系，组成各种功率值的负载；
交流接触器通过负载档位切换单元（5）控制其通断；
负载参数测量单元（10）为一台型号为DSW-9902B的功率测量仪,负载参数测量单元（10）用于测量负载电压、电流、功率因数；
通过RS485接口，将负载参数测量单元（10）与控制单元（2）连接并通讯。
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| CN101900799A (zh) * | 2009-09-30 | 2010-12-01 | 广东电网公司电力科学研究院 | 一种基于模拟溯源法的数字电能表校验装置 |
| CN203037844U (zh) * | 2013-01-10 | 2013-07-03 | 安徽省电力科学研究院 | 一种电能表内置负荷开关的智能测试装置 |
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2013
- 2013-11-14 CN CN201310563569.4A patent/CN103592615B/zh not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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