CN105548682A - 一种新型电子式高压电能表 - Google Patents

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杨芾藜
刘型志
张陆军
李斌
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Chongqing Qianwei Jibao Electric Power Equipment Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Chongqing Electric Power Co Ltd
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Chongqing Qianwei Jibao Electric Power Equipment Co Ltd
Electric Power Research Institute of State Grid Chongqing Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种新型电子式高压电能表，包括电流取样单元、电压取样单元、电能计量单元和控制器，所述电流取样单元为与输电线路连接的光纤电流传感器；电流取样单元的信号输出端连接电能计量单元的信号输入端，电能计量单元的信号输出端连接控制器。由于采用了上述技术方案，本发明的新型电子式高压电能表，与二次侧形成光学隔离，有效避免了有源互感器存在的电磁干扰问题；安全性好，彻底避免了传统互感器存在的二次开路、油气爆炸等危险；安装方便，可与GIS、断路器及变压器等一次设备轻易集成；低碳环保，占地面积少，功耗低，避免无功损耗，全寿命周期成本低。

Description

一种新型电子式高压电能表
技术领域
本发明涉及一种电能表，特别是一种新型电子式高压电能表。
背景技术
10kV配电网中的电力用户在整个电力系统用户中占有很大比重其计量装置的准确度及可靠性与电力系统的经济运行密切相关，当前使用的高压电能表普遍存在防窃电效果差的缺点同时当电网中存在畸变波形时电能计量的准确度也难以保证。
发明内容
本发明的目的就是现有技术问题的不足，提供一种新型电子式高压电能表，解决周期性畸变波下电能的准确计量问题，同时能够克服传统电磁式高压电能表普遍存在的防窃电效果差、误差特性曲线不能唯一确定等问题。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的：一种新型电子式高压电能表，包括电流取样单元、电压取样单元、电能计量单元和控制器，所述电流取样单元为与输电线路连接的光纤电流传感器，所述电压取样单元包括：输电线路的A相串联电阻R1和微型电流传感器T4后与被测电压连接，微型电流传感器T4的二次侧输入端并联电阻R4，电阻R4的一端通过电位器RP1连接电能计量单元；输电线路的B相串联电阻R2和微型电流传感器T5后与被测电压连接，微型电流传感器T5的二次侧输入端并联电阻R5，电阻R5的一端通过电位器RP2连接电能计量单元；输电线路的C相串联电阻R3和微型电流传感器T6后与被测电压连接，微型电流传感器T6的二次侧输入端并联电阻R6，电阻R6的一端通过电位器RP3连接电能计量单元；所述电流取样单元的信号输出端连接电能计量单元的信号输入端，所述电能计量单元的信号输出端连接控制器。
进一步，所述电阻R4-R6为电阻性负载、电容性负载、电感性负载的一种或其组合。
进一步，所述微型电流传感器T4-T6为光电式微型电流传感器、光纤微型电流传感器、电磁式微型电流传感器、贯穿式微型电流传感器中的一种。
进一步，所述A相、B相和C相之间的电压取样单元采用三相四线Y-y接法。
进一步，所述电流取样单元与电压取样单元分别通过环氧浇注的方式集成为一体。
进一步，所述光纤电流传感器、微型电流传感器T4-T6与电能计量单元分别通过光纤连接。
进一步，所述电能计量单元为专用电能计量芯片，控制器为MCU。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
本发明的新型电子式高压电能表，与二次侧形成光学隔离，有效避免了有源互感器存在的电磁干扰问题；安全性好，彻底避免了传统互感器存在的二次开路、油气爆炸等危险；智能自我诊断，及时告警，避免造成保护误动；采用“全数字”闭环控制技术，保证一次电流测量的准确度和快速响应性能；安装方便，可与GIS、断路器及变压器等一次设备轻易集成；测量频带宽，动态范围大，准确传变一次电流，包括直流到高次谐波，既可用于高电压交、直流输变电计量、监测、保护、行波的测量，也可用于高频大电流通信系统的电流计量和相位监测；低碳环保，占地面积少，功耗低，避免无功损耗，全寿命周期成本低。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
本发明的附图说明如下。
图1为本发明的电路结构框图；
图2为本发明的电流取样单元的控制原理图；
图3为本发明的电压取样单元的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图、图2、图3所示，本实施例的一种新型电子式高压电能表，包括电流取样单元、电压取样单元、电能计量单元U1和控制器，所述电流取样单元为与输电线路连接的光纤电流传感器，所述电压取样单元包括：输电线路的A相串联电阻R1和微型电流传感器T4后与被测电压连接，微型电流传感器T4的二次侧输入端并联电阻R4，电阻R4的一端通过电位器RP1连接电能计量单元U1；输电线路的B相串联电阻R2和微型电流传感器T5后与被测电压连接，微型电流传感器T5的二次侧输入端并联电阻R5，电阻R5的一端通过电位器RP2连接电能计量单元U1；输电线路的C相串联电阻R3和微型电流传感器T6后与被测电压连接，微型电流传感器T6的二次侧输入端并联电阻R6，电阻R6的一端通过电位器RP3连接电能计量单元U1；所述电流取样单元的信号输出端连接电能计量单元U1的信号输入端，所述电能计量单元U1的信号输出端连接控制器。
如图2所示，光纤电流互感器由设置在被测线路上的敏感环和采集单元和连接光缆组成。敏感环尺寸结构灵活，选取多模ST光纤，62.5/125um，工作波长820nm，采样频率为80-256点/周波，实现一二次侧“光隔离”，频带宽可测量直流到工频高次谐波，测量准确度高、动态范围大，抗干扰性强。光纤电流传感器的感应及信号处理过程如图1所示，具体过程如下：
1)电流/相位差转换。该环节基于Ampere定律和Faraday磁光效应原理，完成电流信息到两束偏振光间相位差信息的转换：φF＝4NVI。
2)干涉环节。该环节首先实现Faraday相移φF和阶梯波反馈相移φR以及方波调制产生的偏置相移的叠加，然后这两束线性偏振光在偏振器处发生干涉。干涉发生之前光在光路中传输存在时问纯延迟τ，τ称为渡越时间。
3)光电转换环节。带宽反映探测器的响应速度，而互感器样机使用的探测器带宽BW大约是4.5MHz，因此光电转换响应时间远小于τ，可以或略。
4)A/D转换。该环节实现上一环节输出的模拟量到数字量的转换，样机中使用20M时钟的A/D。
5)数字解调。该环节把前一环节得到的方波交流信号的前后半周期各采N个点，分别作累加，然后相减，得到解调信息△。一次解调计算时间就是调制方波半周期τ。
6)积分修正。该环节把解调输出信息进行累加积分，以积分结果作为误差值对上一次的系统数字反馈量进行修正，修正结果作为本次反馈值。同时，每问隔8次修正，即每隔8τ时间，修正结果为反馈量的同时，作一次系统数字输。
7)D/A转换。数字反馈量经过D/A转换及其驱动电路后，加到相位调制器，以在两束光间产生反馈相移
8)模拟输出环节。系统数字输出量经过D/A转换器及其驱动电路后产生互感器的模拟输出。
如图3所示，电压取样单元通过补偿调节使被测电压V在80％、100％、120％的范围内与二次电压v误差小于需要值，线性度也要满足精度要求。该电压输入电能计量单元U1，作为高压电能计量的标准信号，V/v的变比乘入电能计量单元U1。
作为本实施例的改进，所述电阻R4-R6为电阻性负载、电容性负载、电感性负载的一种或其组合。
作为本实施例的改进，所述微型电流传感器T4-T6为光电式微型电流传感器、光纤微型电流传感器、电磁式微型电流传感器、贯穿式微型电流传感器中的一种。
作为本实施例的改进，所述A相、B相和C相之间的电压取样单元采用三相四线Y-y接法。
作为本实施例的改进，为了减小各元器件的大小，所述电流取样单元与电压取样单元分别通过环氧浇注的方式集成为一体。
作为本实施例的改进，为了减小采集单元与传感器之间的相互影响，所述光纤电流传感器、微型电流传感器T4-T6与电能计量单元U1分别通过光纤连接。
作为本实施例的改进，所述电能计量单元U1为专用计量芯片，控制器为MCU，专用计量芯片内部集成了调理，采样单元，且固化了数据处理算法，直接计算出最终的电能数据，此方案中，MCU直接读取计量芯片的计量结果，或做一些简单的数据处理，就可实现电能表的计量功能。虽然，一种特定的计量芯片只能计算出特定的电能参数，灵活性相对较差，但是近年来，由于低压电能表大量采用此设计方案，电能计量芯片已经发展的很成熟，功能全，且计量精度也能保证，大量的实际运行案例，也为产品的可靠性提供了一个良好的保证。
此新型电子式高压电能表具有的技术参数如下表1所示：
表1新型电子式高压电能技术指标
互感器采用无源工作方式，与二次侧形成光学隔离，有效避免了有源互感器存在的电磁干扰问题；安全性好，彻底避免了传统互感器存在的二次开路、油气爆炸等危险；智能自我诊断，及时告警，避免造成保护误动；采用“全数字”闭环控制技术，保证一次电流测量的准确度和快速响应性能；安装方便，可与GIS、断路器及变压器等一次设备轻易集成；测量频带宽，动态范围大，准确传变一次电流，包括直流到高次谐波，既可用于高电压交、直流输变电计量、监测、保护、行波的测量，也可用于高频大电流通信系统的电流计量和相位监测；低碳环保，占地面积少，功耗低，避免无功损耗，全寿命周期成本低。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种新型电子式高压电能表，包括电流取样单元、电压取样单元、电能计量单元和控制器，其特征在于：所述电流取样单元为与输电线路连接的光纤电流传感器，所述电压取样单元包括：输电线路的A相串联电阻R1和微型电流传感器T4后与被测电压连接，微型电流传感器T4的二次侧输入端并联电阻R4，电阻R4的一端通过电位器RP1连接电能计量单元；输电线路的B相串联电阻R2和微型电流传感器T5后与被测电压连接，微型电流传感器T5的二次侧输入端并联电阻R5，电阻R5的一端通过电位器RP2连接电能计量单元U1；输电线路的C相串联电阻R3和微型电流传感器T6后与被测电压连接，微型电流传感器T6的二次侧输入端并联电阻R6，电阻R6的一端通过电位器RP3连接电能计量单元；所述电流取样单元的信号输出端连接电能计量单元的信号输入端，所述电能计量单元的信号输出端连接控制器。
2.如权利要求1所述的一种新型电子式高压电能表，其特征在于：所述电阻R4-R6为电阻性负载、电容性负载、电感性负载的一种或其组合。
3.如权利要求1所述的一种新型电子式高压电能表，其特征在于：所述微型电流传感器T4-T6为光电式微型电流传感器、光纤微型电流传感器、电磁式微型电流传感器、贯穿式微型电流传感器中的一种。
4.如权利要求1所述的一种新型电子式高压电能表，其特征在于：所述A相、B相和C相之间的电压取样单元采用三相四线Y-y接法。
5.如权利要求1所述的一种新型电子式高压电能表，其特征在于：所述电流取样单元与电压取样单元分别通过环氧浇注的方式集成为一体。
6.如权利要求1所述的一种新型电子式高压电能表，其特征在于：所述光纤电流传感器、微型电流传感器T4-T6与电能计量单元分别通过光纤连接。
7.如权利要求1所述的一种新型电子式高压电能表，其特征在于：所述电能计量单元为专用电能计量芯片，控制器为MCU。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101271129A (zh) * 2007-03-22 2008-09-24 淄博计保互感器研究所 传感器式高压电能计量方法
CN101650379A (zh) * 2008-08-15 2010-02-17 淄博计保互感器研究所 组合式传感器

Patent Citations (2)

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