CN105068022B - 用于三相电源的模拟故障智能电表及电气试验模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于三相电源的模拟故障智能电表，内置有故障模拟运行程序，故障模拟运行程序中预设了若干错误模块，当运行错误模块，与错误模块相对应的软件故障被模拟发生；还设置有故障模拟控制装置，故障模拟控制装置与硬件模块相连，故障模拟控制装置改变硬件模块的接线，使硬件模块发生相对应的硬件故障。以及基于上述模拟故障智能电表的电气试验模拟装置。本发明能够模拟实现电网运行事件、模拟电能表典型故障、模拟电网的谐波试验等故障。当电能表现场出现异常故障时，使学员能够快速准确的处理电能表的故障并能出具系统、完整的故障报告，为各网省电力公司与电能表生产企业在电能表应用拓展、技术研究等方面提供了大量的实践依据。
Description
技术领域
本发明涉及教学试验系统技术领域，更具体地说，涉及一种用于三相电源的模拟故障智能电表，以及基于上述模拟故障智能电表的电气试验模拟装置。
背景技术
随着智能电网的建设，单、三相智能电能表在电力计量中得到广泛的应用，但在使用过程中也发现了诸多问题，现场发现的故障表直接更换表计并由电能表厂家负责处理，因现场的装表接电工和运行维护人员技术水平的限制，无法对电能表的故障做完整、系统的故障报告，因此电力系统人员及表厂家技术人员无法对智能电能表出现的各类故障进行深入的研究。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种模拟实现电网运行事件、模拟电能表典型故障、模拟电网的谐波试验等故障的用于三相电源的模拟故障智能电表，以及电气试验模拟装置。
本发明的技术方案如下：
一种用于三相电源的模拟故障智能电表，内置有故障模拟运行程序，故障模拟运行程序中预设了若干错误模块，当运行错误模块，与错误模块相对应的软件故障被模拟发生；还设置有故障模拟控制装置，故障模拟控制装置与硬件模块相连，故障模拟控制装置改变硬件模块的接线，使硬件模块发生相对应的硬件故障。
作为优选，硬件模块包括485通讯模块，在485通讯模块的RS485接口芯片的接收差分信号端、发送差分信号端与信号源分别通过第一开关、第二开关相连，分别控制接收差分信号端、发送差分信号端的断开、闭合，以及接收差分信号端、发送差分信号端与信号源反接，模拟RS485接线错误通讯故障。
作为优选，接收差分信号端与信号源的信号输出端通过第一开关相连，发送差分信号端与信号源的信号输入端通过第二开关相连；信号源的信号输出端还设置第二输出端供第二开关连接，信号源的信号输入端还设置第二输入端供第一开关连接。
作为优选，第一开关、第二开关分别与接收差分信号端、发送差分信号端连接时，RS485接口芯片与信号源正确连接；第一开关断开时，模拟接收差分信号端故障；第二开关断开时，模拟发送差分信号端故障；第一开关、第二开关分别与第二输出端、第二输入端连接时RS485接口芯片的接收差分信号端、发送差分信号端与信号源的信号输入端、信号输出端连接，模拟RS485接口芯片与信号源反接故障。
作为优选，硬件模块包括三相电源采样电路，在各相的采样子电路设置开关，分别改变各相采样子电路的采样电阻，或者控制各相采样子电路与计量芯片的断开与连接，模拟计量准确度超差故障。
作为优选，各相的采样子电路设置有串联的若干个电阻，在其中两相的采样子电路分别并联第三开关、第四开关，在另一相的采样子电路串联第五开关；第三开关、第四开关断开时，采样子电路正常，第三开关、第四开关闭合时，分别短接部分电阻，改变采样子电路的总电阻，模拟计量准确度超差故障；第五开关闭合时，采样子电路与计量芯片正确连接，第五开关断开时，计量芯片无法采样该相电压，模拟计量准确度超差故障。
作为优选，硬件模块包括表计电源供电电路，在表计电源的供电回路上设置开关，模拟表计电源供电故障。
作为优选，表计电源供电电路的稳压管的输入端设置第六开关，第六开关闭合时，表计电源供电电路正常供电，第六开关断开时，稳压管的输入端无电压输入，模拟表计电源供电故障。
作为优选，故障模拟控制装置包括开关、上位机，所述的开关为继电器，上位机控制继电器的断开与闭合。
一种电气试验模拟装置，包括所述的用于三相电源的模拟故障智能电表、正常电能表、示波器、与正常电能表连接的正常表计电源，与模拟故障智能电表的模拟故障表计电源；当模拟故障智能电表的软件故障或硬件故障被模拟发生后，通过示波器将故障结果进行波形显示。
作为优选，模拟故障智能电表、正常电能表通过压表架安装在装置面板上，模拟故障智能电表、正常电能表还分别设置自动压接装置；示波器嵌装在装置面板内。
本发明的有益效果如下：
本发明能够模拟实现电网运行事件、模拟电能表典型故障、模拟电网的谐波试验等故障，学员通过了解、学习、培训，使其能够熟悉地掌握电能表的工作原理。当电能表现场出现异常故障时，使学员能够快速准确的处理电能表的故障并能出具系统、完整的故障报告，为各网省电力公司与电能表生产企业在电能表应用拓展、技术研究等方面提供了大量的实践依据。
模拟电网事件时，通过三相标准模拟电源及故障模拟控制器实现，三相标准模拟电源通过接线控制箱实现电能表接入电压电流的故障模拟。
本发明可以实现电能表扩展功能，电能表内部软件类的故障通过设定电能表内部运行程序实现，实现控制软件通过定义特殊的协议实现，通过电能表的扩展485接口实现故障的设定。电能表内部硬件类的故障通过增加故障模拟继电器实现，可以实现的硬件类故障数量可以达到几十种。
根据实施的具体需求，本发明所配置仿真智能电表可以模拟威胜、科陆、万盛、华立、三星等厂家的电能表，仿真智能电表除了具备智能电表的功能外，还可以模拟实现电能表在实际现场中出现的故障，通过对故障的了解和学习提高电能表检修人员对电能表异常故障的处理能力。
附图说明
图1是电气试验模拟装置的示意图；
图2是485通讯模块的故障模拟电路图；
图3是三相电源采样电路的故障模拟电路图；
图4是表计电源供电电路的故障模拟电路图；
图2、图3、图4仅示出特征部分对应的电路原理图，非完整电路图；
图中：10是压表架，11是正常电能表，12是自动压接装置，13是正常表计电源，14是模拟故障表计电源，15是模拟故障智能电表，16是示波器，17是启停按钮，18是装置面板。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。
本发明的目的在于提供一种多功能的电气试验模拟装置，电气试验模拟装置采用仿真的电能表能够模拟电能表内部的故障，亦能够模拟电能表外部的故障。本发明还提供了模拟故障智能电表，模拟故障智能电表设计的依据为Q/GDW 356—2009《三相智能电能表型式规范》，模拟故障智能电表为三相费控智能电能表(包括三相三线、三相四线)，根据实施需求，可模拟表计包括常用的威胜、科陆、万盛、华立、三星等厂家电能表。
本发明所述的用于三相电源的模拟故障智能电表，内置有故障模拟运行程序，故障模拟运行程序中预设了若干错误模块，当运行错误模块，与错误模块相对应的软件故障被模拟发生；还设置有故障模拟控制装置，故障模拟控制装置与硬件模块相连，故障模拟控制装置改变硬件模块的接线，使硬件模块发生相对应的硬件故障。
本发明根据实际实施的需求，以及需要仿真的智能电表的具体情况，可实现所有软件或硬件故障模拟，以下，以三种硬件模块为例对硬件故障模拟进行说明。所述的故障模拟控制装置包括开关、上位机，下述的开关为继电器，上位机控制继电器的断开与闭合。
当硬件模块包括485通讯模块时，如图2所示，在485通讯模块的RS485接口芯片(本实施例以MAX485为例)的接收差分信号端、发送差分信号端与信号源分别通过第一开关(继电器K1)、第二开关(继电器K2)相连，分别控制接收差分信号端、发送差分信号端的断开、闭合，以及接收差分信号端、发送差分信号端与信号源反接，模拟RS485接线错误通讯故障。
接收差分信号端与信号源的信号输出端通过第一开关(继电器K1)相连，发送差分信号端与信号源的信号输入端通过第二开关(继电器K2)相连；信号源的信号输出端还设置第二输出端供第二开关(继电器K2)连接，信号源的信号输入端还设置第二输入端供第一开关(继电器K1)连接。
具体地，第一开关(继电器K1)、第二开关(继电器K2)分别与接收差分信号端、发送差分信号端连接时，RS485接口芯片与信号源正确连接；第一开关(继电器K1)断开时，模拟接收差分信号端故障；第二开关(继电器K2)断开时，模拟发送差分信号端故障；第一开关(继电器K1)、第二开关(继电器K2)分别与第二输出端、第二输入端连接时RS485接口芯片的接收差分信号端、发送差分信号端与信号源的信号输入端、信号输出端连接，模拟RS485接口芯片与信号源反接故障。
当硬件模块包括三相电源采样电路时，如图3所示，在各相的采样子电路设置开关，分别改变各相采样子电路的采样电阻，或者控制各相采样子电路与计量芯片的断开与连接，模拟计量准确度超差故障。
具体地，各相的采样子电路设置有串联的若干个电阻，在其中两相的采样子电路分别并联第三开关(继电器K3)、第四开关(继电器K4)，在另一相的采样子电路串联第五开关(继电器K5)。第三开关(继电器K3)、第四开关(继电器K4)断开时，采样子电路正常，第三开关(继电器K3)、第四开关(继电器K4)闭合时，分别短接部分电阻，改变采样子电路的总电阻，模拟计量准确度超差故障；为了实现故障的多样性，本实施例中，第三开关(继电器K3)、第四开关(继电器K4)分别短接的电阻数量与位置均不相同。第五开关(继电器K5)闭合时，采样子电路与计量芯片正确连接，计量芯片正常对该相电压进行采样，当第五开关(继电器K5)断开时，计量芯片无法采样该相电压，模拟计量准确度超差故障。
当硬件模块包括表计电源供电电路时，如图4所示，在表计电源的供电回路上设置开关，模拟表计电源供电故障。
具体地，表计电源供电电路的稳压管(本实施例以LM7805为例)的输入端设置第六开关(继电器K6)，第六开关(继电器K6)闭合时，表计电源供电电路正常供电，第六开关(继电器K6)断开时，稳压管的输入端无电压输入，模拟表计电源供电故障。
基于上述的用于三相电源的模拟故障智能电表，本发明还提供一种电气试验模拟装置，如图1所示，包括模拟故障智能电表15、正常电能表11、示波器16、与正常电能表11连接的正常表计电源13，与模拟故障智能电表15的模拟故障表计电源14；当模拟故障智能电表15的软件故障或硬件故障被模拟发生后，通过示波器16将故障结果进行波形显示。示波器16也可以同时接收正常电能表11的波形，方便正常波形与故障波形进行比较，更有利于对比学习。
为了方便观察与操作，模拟故障智能电表15、正常电能表11通过压表架10安装在装置面板18上，模拟故障智能电表15、正常电能表11还分别设置自动压接装置12；示波器16嵌装在装置面板18内。正常表计电源13与模拟故障表计电源14的接口与设置在装置面板18上。所述的电气试验模拟装置还设置有启停按钮17，包括启动、停止、复位。
上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种用于三相电源的模拟故障智能电表，其特征在于，内置有故障模拟运行程序，故障模拟运行程序中预设了若干错误模块，当运行错误模块，与错误模块相对应的软件故障被模拟发生；还设置有故障模拟控制装置，故障模拟控制装置与硬件模块相连，故障模拟控制装置改变硬件模块的接线，使硬件模块发生相对应的硬件故障；硬件模块包括485通讯模块，在485通讯模块的RS485接口芯片的接收差分信号端、发送差分信号端与信号源分别通过第一开关、第二开关相连，分别控制接收差分信号端、发送差分信号端的断开、闭合，以及接收差分信号端、发送差分信号端与信号源反接，模拟RS485接线错误通讯故障。
2.根据权利要求1所述的用于三相电源的模拟故障智能电表，其特征在于，接收差分信号端与信号源的信号输出端通过第一开关相连，发送差分信号端与信号源的信号输入端通过第二开关相连；信号源的信号输出端还设置第二输出端供第二开关连接，信号源的信号输入端还设置第二输入端供第一开关连接。
3.根据权利要求2所述的用于三相电源的模拟故障智能电表，其特征在于，第一开关、第二开关分别与接收差分信号端、发送差分信号端连接时，RS485接口芯片与信号源正确连接；第一开关断开时，模拟接收差分信号端故障；第二开关断开时，模拟发送差分信号端故障；第一开关、第二开关分别与第二输出端、第二输入端连接时RS485接口芯片的接收差分信号端、发送差分信号端与信号源的信号输入端、信号输出端连接，模拟RS485接口芯片与信号源反接故障。
4.根据权利要求1所述的用于三相电源的模拟故障智能电表，其特征在于，硬件模块包括三相电源采样电路，在各相的采样子电路设置开关，分别改变各相采样子电路的采样电阻，或者控制各相采样子电路与计量芯片的断开与连接，模拟计量准确度超差故障。
5.根据权利要求4所述的用于三相电源的模拟故障智能电表，其特征在于，各相的采样子电路设置有串联的若干个电阻，在其中两相的采样子电路分别并联第三开关、第四开关，在另一相的采样子电路串联第五开关；第三开关、第四开关断开时，采样子电路正常，第三开关、第四开关闭合时，分别短接部分电阻，改变采样子电路的总电阻，模拟计量准确度超差故障；第五开关闭合时，采样子电路与计量芯片正确连接，第五开关断开时，计量芯片无法采样该相电压，模拟计量准确度超差故障。
6.根据权利要求1所述的用于三相电源的模拟故障智能电表，其特征在于，硬件模块包括表计电源供电电路，在表计电源的供电回路上设置开关，模拟表计电源供电故障。
7.根据权利要求6所述的用于三相电源的模拟故障智能电表，其特征在于，表计电源供电电路的稳压管的输入端设置第六开关，第六开关闭合时，表计电源供电电路正常供电，第六开关断开时，稳压管的输入端无电压输入，模拟表计电源供电故障。
8.根据权利要求1至7任一项所述的用于三相电源的模拟故障智能电表，其特征在于，故障模拟控制装置包括开关、上位机，所述的开关为继电器，上位机控制继电器的断开与闭合。
9.一种电气试验模拟装置，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的用于三相电源的模拟故障智能电表、正常电能表、示波器、与正常电能表连接的正常表计电源，与模拟故障智能电表的模拟故障表计电源；当模拟故障智能电表的软件故障或硬件故障被模拟发生后，通过示波器将故障结果进行波形显示。
10.根据权利要求9所述的电气试验模拟装置，其特征在于，模拟故障智能电表、正常电能表通过压表架安装在装置面板上，模拟故障智能电表、正常电能表还分别设置自动压接装置；示波器嵌装在装置面板内。
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