CN106443304A - 用于检测电表外部一次计量ct二次侧回路状态的方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测电表外部一次计量CT二次侧回路状态的方法及检测装置，包括测试CT、具有谐振电容阵列的自激振荡电路、隔离滤波电路和MCU。测试CT二次侧通过具有谐振电容阵列的自激振荡电路和隔离滤波电路与MCU连接，隔离滤波电路包含带通滤波器和信号隔离电路。通过在电表外接测试CT，利用具有谐振电容阵列的自激振荡电路以及MCU现场自学习功能，实现了电表外部不同类型一次计量CT二次侧回路开路、短路、部分短路以及正常四种状态下实时、高精度、高准确度检测，提高了防窃电水平，扩展了检测装置的适用性，可靠性高、成本低、检测方便，适合大批量生产和使用。

Description

用于检测电表外部一次计量CT二次侧回路状态的方法及检测 装置

技术领域

本发明涉及一种电表检测装置，特别涉及一种用于检测电表外部一次计量CT二次侧回路状态的方法及检测装置。

背景技术

随着全球经济的发展，对电的需求不断扩大，窃电问题越来越突出。窃电的主要手段是在CT二次侧开路、短路或部分短路，通过改变CT二次侧回路状态来达到窃电目的。

CT二次侧回路状态被改变，不仅会影响电量的正常计量，而且还可能导致供电设备遭到损害，造成大面积停电，干扰正常的供电秩序，影响电网安全，甚至引发火灾，影响人身安全。因此，为有效打击窃电行为，保护人身安全以及电网安全，严厉打击和查处窃电行为势在必行，对CT二次侧回路状态进行实时、准确地检测就成为一个有效、可行的手段。

目前，电力资源供应系统中为防止窃电行为，使用的是双计量回路的电路电流计量模式进行供应电流以及流失电流的计量，来判断电力资源正常供应电量和电力资源流失电量之间出现的数据差。但是这种方法在进行电力供应过程中对于窃电行为造成的电流流失的判断以及电流窃电方式的识别有一定的局限性。

谐振法是目前常用的一种用于检测终端外部一次计量CT二次侧回路状态的防窃电的方法。但在实际电网中，一次计量CT种类繁多，分布较为杂乱，而现有的谐振法仅能识别单一的一次计量CT二次侧的回路状态，如开路、短路、部分短路以及正常状态，不能满足多类型CT二次侧回路状态的判断，给实际检测过程造成不小的麻烦。

现有谐振法结构如图1所示，电表外部一次计量CT即为被测CT，测试CT一次侧与被测CT的二次侧连接，在测试CT二次侧接上电容与反相器组成自激振荡电路，利用单片机测量自激振荡电路输出波形的频率值来获得该被测CT二次侧的状态信息。其中自激振荡电路只有一组谐振电容，不同的被测CT二次侧等效电感不同，当被测CT改变时，该谐振电路的品质因数Q发生改变，当电感变小，Q值减小，谐振电路的选频特性变差，谐振频率变的不稳定，影响检测结果，当电感变大，Q值变大，选频特性更好，但会导致谐振频率变小，使正常和开路的频率值更接近，增加了误判的可能性，并且单片机不能根据不同的被测CT通过现场自学习来更改状态判别阈值，使该方法只适用于单一的一次计量CT二次侧回路状态检测，影响使用的适用性。

发明内容

鉴于上述现有情况和不足，本发明旨在提供一种用于检测电表外部一次计量CT二次侧回路状态的方法及检测装置，以实现电表外部不同类型一次计量CT二次侧回路开路、短路、部分短路以及正常四种状态的实时、高精度、高准确度检测。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种用于检测电表外部一次计量CT二次侧回路状态的方法，具体步骤包括：

步骤1、现场安装前，首先利用检测装置中测试CT一次侧对一次计量CT二次侧的开路和短路状态进行测试，并通过与测试CT二次侧连接的具有谐振电容阵列的自激振荡电路和隔离滤波电路得到一次计量CT二次侧开路状态对应的输出信号频率值f1i以及短路状态对应的输出信号频率值f4i，其中，具有谐振电容阵列的自激振荡电路中的每个电容组分别对应一组开路和短路状态理论判决阈值，开路状态理论判决阈值f开路i为f1i±x%，短路状态理论判决阈值f短路i为f4i±y%， i为谐振电容阵列中所有电容组的序号集合，i={1,2,3,...,n}，x、y为人为调整变量，最后，将开路和短路状态理论判决阈值存入到检测装置的MCU中待用。

步骤2、现场安装时，工作人员确认待测一次计量CT二次侧为正常状态，将测试CT一次侧与电表外部一次计量CT二次侧和电表计量CT一次侧相串接，并将MCU与电表计量模块连接。

步骤3、MCU接收外部触发信号自动控制具有谐振电容阵列的自激振荡电路中多路选择开关进行选择连接，在谐振电容阵列和反相器的辅助下，每个电容组轮流工作超过一个工频周期，并将每个输出信号经隔离滤波电路传回到MCU，输出信号为不同电容组i在正常状态时对应的输出信号，信号频率值定义为f2i，MCU根据接收信号的起振状态、信号稳定性、信号频率值f2i与步骤1中相应序号电容组的开路和短路信号频率值f1i和f4i之间的关系分析判断适合该一次计量CT二次侧的电容组，自动控制多路选择开关选择该电容组后形成检测电路。

步骤4、MCU启动现场自学习功能，记录选择该电容组后现场正常状态对应的输出信号频率值f2j，j为选择的该电容组序号，并生成正常状态理论判决阈值f正常为f2j±z%，z为人为调整变量，同时，MCU设定一次计量CT二次侧部分短路状态理论判决阈值f部分短路的下限为正常状态理论判决阈值的上限f2j+z%，设定一次计量CT二次侧部分短路状态理论判决阈值f部分短路的上限为步骤1中该电容组短路状态理论判决阈值的下限f4j-y%,对于任一电容组各理论判决阈值之间的关系为：f短路>f部分短路>f正常>f开路。

步骤5、当一次计量CT二次侧状态被人为改变时，MCU根据接收的状态改变时输出信号频率值与上述得到的理论判决阈值的对应关系，判别一次计量CT二次侧回路的连接状态，

当接收的输出信号频率值在开路状态理论判决阈值内，判断为开路；

当接收的输出信号频率值在短路状态理论判决阈值内，判断为短路；

当接收的输出信号频率值在部分短路状态理论判决阈值内，判断为部分短路；

当接收的输出信号频率值在正常状态理论判决阈值内，判断为正常。

所述步骤3中MCU根据接收信号的起振状态、信号稳定性、信号频率值f2i与步骤1相应序号电容组的开路和短路信号频率值f1i和f4i之间的关系，分析判断适合该一次计量CT二次侧的电容组的具体步骤包括：首先，MCU选择能起振的电容组；其次，确保所选电容组振荡频率稳定；最后，所选电容组能保证一次计量CT二次侧回路正常状态的频率值f2i位于开路状态的频率值f1i和短路状态的频率值f4i中间，即（f2i-f1i）-（f4i-f2i）->0。当有几组电容组同时满足条件时，选取Δfi=（f2i-f1i）最大的电容组。

一种用于检测电表外部一次计量CT二次侧回路状态的检测装置，包括测试CT、具有谐振电容阵列的自激振荡电路、隔离滤波电路和MCU；所述测试CT二次侧与具有谐振电容阵列的自激振荡电路连接；所述自激振荡电路与隔离滤波电路的输入端连接，隔离滤波电路的输出端与MCU连接；具有谐振电容阵列的自激振荡电路用于实现多组电容组的选择连接，并形成相应电容组的自激振荡输出信号频率值；隔离滤波电路包含带通滤波器和信号隔离电路, 隔离滤波电路负责滤除低频和高频干扰，并将负载信号与自激振荡电路隔离。

所述具有谐振电容阵列的自激振荡电路包括多路选择开关、谐振电容阵列和反相器，所述多路选择开关与谐振电容阵列相对应连接；所述反相器通过多路选择开关与谐振电容阵列相连接。

所述测试CT中的磁芯材料为非晶合金或坡莫合金。

本发明所述的用于检测电表外部一次计量CT二次侧回路状态的方法及检测装置，通过在电表外接测试CT，利用具有谐振电容阵列的自激振荡电路的选择连接过程以及MCU的现场自学习功能，得到相应电容组下该一次计量CT二次侧正常状态的理论判决阈值以及各对应状态的理论判决阈值，当该一次计量CT二次侧的状态被改变时，根据接收的输出信号频率值与各状态理论判决阈值之间的关系，判定该一次计量CT二次侧的连接改变方式，完成了电表外部不同类型一次计量CT二次侧回路的开路、短路、部分短路以及正常四种状态下实时、高精度、高准确度检测，提高了防窃电水平，扩展了检测装置的适用性，可靠性高、成本低、检测方便，适合大批量生产和使用。

附图说明

图1为现有谐振法的总体结构示意图；

图2为本发明用于检测电表外部一次计量CT二次侧回路状态的检测装置的结构示意图；

图3的具有谐振电容阵列的自激振荡电路的结构示意图；

图4是隔离滤波电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图2-4对本发明所述的用于检测电表外部一次计量CT二次侧回路状态的检测装置作进一步的详细描述：

如图2所示，本发明所述的用于检测电表外部一次计量CT二次侧回路状态的检测装置，包括测试CT、具有谐振电容阵列的自激振荡电路、隔离滤波电路和MCU。其中，测试CT中的磁芯材料为非晶合金或坡莫合金，测试CT二次侧与具有谐振电容阵列的自激振荡电路连接，自激振荡电路与隔离滤波电路的输入端连接，隔离滤波电路的输出端与MCU连接。检测时，测试CT一次侧与电表外部一次计量CT二次侧和电表计量CT一次侧相串接，并将MCU与电表计量模块连接。

如图3所示，具有谐振电容阵列的自激振荡电路包括多路选择开关1、谐振电容阵列2和反相器3。多路选择开关1与谐振电容阵列2相对应连接，反相器3通过多路选择开关1与谐振电容阵列2相连接。通过多路选择开关1的闭合和开启，实现谐振电容阵列2中不同电容组的连接，为满足不同类型被测CT的检测提供了方便。

隔离滤波电路包含有带通滤波器和信号隔离电路。如图4所示，包括两个运放，电阻R1、R2、R3、Ra和Rb，以及电容C1和C2。其中第一个运放组成跟随器，该电路输入阻抗高，输出阻抗低，起到隔离作用，将负载信号与自激振荡电路隔离，防止负载对自激振荡电路产生影响；第二个运放与电阻R1、R2、R3、Ra和Rb，以及电容C1和C2组成带通滤波电路，用于滤除对检测无用的低频和高频干扰信号。

本发明所述的一种用于检测电表外部一次计量CT二次侧回路状态的方法，具体步骤包括：

步骤1、现场安装前，首先利用检测装置中测试CT一次侧对一次计量CT二次侧的开路和短路状态进行测试，并通过与测试CT二次侧连接的具有谐振电容阵列的自激振荡电路和隔离滤波电路得到一次计量CT二次侧开路状态对应的输出信号频率值f1i以及短路状态对应的输出信号频率值f4i，其中，具有谐振电容阵列的自激振荡电路中的每个电容组分别对应一组开路和短路状态理论判决阈值，开路状态理论判决阈值f开路i为f1i±x%，短路状态理论判决阈值f短路i为f4i±y%， i为谐振电容阵列中所有电容组的序号集合，i={1,2,3,...,n}，x、y为人为调整变量，最后，将开路和短路状态理论判决阈值存入到检测装置的MCU中待用。

由于具有谐振电容阵列的自激振荡电路中包含有多个电容组，所以在进行开路和短路状态下一次计量CT二次侧的理论判决阈值设定时，会出现一组与电容组数量相同的开路状态理论判决阈值f开路i和短路状态理论判决阈值f短路i，其中，f开路i为f1i±x%，f短路i为f4i±y%，i为谐振电容阵列中所有电容组的序号集合，i={1,2,3,...,n}，而x、y为人为调整变量，以调整判决阈值的取值范围。

当然，在开路和短路状态下，被测CT的理论判决阈值是不会随着其结构或型号的改变而改变的，故存入的与电容组i对应的开路和短路状态下被测CT的理论判决阈值始终保持固定。

步骤2、现场安装时，工作人员确认待测一次计量CT二次侧为正常状态。在此正常状态下，将测试CT一次侧与电表外部一次计量CT二次侧和电表计量CT一次侧相串接，并将MCU与电表计量模块连接。

为方便检测过程，本方法是在电表外接测试CT，测试CT一次侧与电表计量CT一次侧串接，测试CT一次侧与电表外部一次计量CT二次侧串接，电表外部一次计量CT二次侧与电表计量CT一次侧串接。在检测装置中，测试CT二次侧连接在由多路选择开关、谐振电容阵列和反相器组成的具有谐振电容阵列的自激振荡电路上，并通过隔离滤波电路与MCU连接，MCU与电表计量模块连接。

步骤3、在一次计量CT二次侧正常连接状态下，MCU接收外部触发信号自动控制具有谐振电容阵列的自激振荡电路中多路选择开关进行选择连接，在谐振电容阵列和反相器的辅助下，每个电容组轮流工作超过一个工频周期，并将每个输出信号经隔离滤波电路传回到MCU，输出信号为不同电容组i在正常状态时对应的输出信号，信号频率值定义为f2i。

通过多路选择开关对不同电容组的选择连接，使得每个电容组在轮流工作超过一个工频周期的情况下向MCU传送一个输出信号，从而得到不同电容组i在正常状态时对应的输出信号，其信号频率值定义为f2i。其中，为防止负载信号的改变影响谐振频率，进而影响判断结果，隔离滤波电路中还包含有带通滤波器和信号隔离电路，用于滤除低频和高频干扰，并且将负载信号与自激振荡电路隔离。

步骤4、MCU根据接收信号的起振状态、信号稳定性、信号频率值f2i与步骤1中相应序号电容组的开路和短路信号频率值f1i和f4i之间的关系，分析判断适合该一次计量CT二次侧的电容组，自动控制多路选择开关选择该电容组后形成相应地检测电路。

具体判断过程包括：首先，MCU所选的电容组要保证谐振电路能起振，即电容组的比值在一定范围内才能使谐振电路起振。其次，所选电容组要保证振荡频率稳定。不同的被测CT，其二次侧等效电感不同，等效到谐振电路的电感也不同，如果采用同一电容组，二次侧等效电感较小的被测CT对应的自激振荡电路的品质因数Q值较小，会使输出的振荡频率不稳定，MCU根据不同的被测CT选择电容组后，使振荡电路的品质因数Q值高于某一值，从而保证自激振荡电路输出稳定的频率信号。再其次，所选电容组能保证一次计量CT二次侧回路正常状态的频率f2i位于开路状态的频率值f1i和短路状态的频率值f4i中间，即（f2i-f1i）-（f4i-f2i）->0。最后，如果有几组电容组同时满足上述条件时，选取Δfi=（f2i-f1i）最大的电容组，即不同状态之间频率差值最大的，更容易区分，从而可以最终选定适合该被测CT的电容组。

步骤5、MCU启动现场自学习功能，记录选择该电容组后现场正常状态对应的输出信号频率值f2j，j为选择的该电容组的序号，j包含于i中。生成正常状态理论判决阈值f正常为f2j±z%，z为人为调整变量，同时，MCU设定一次计量CT二次侧部分短路状态理论判决阈值f部分短路的下限为正常状态理论判决阈值上限f2j+z%，设定一次计量CT二次侧部分短路状态理论判决阈值f部分短路的上限为步骤1中该电容组短路状态理论判决阈值的下限f4j-y%。其中，对于任一电容组各理论判决阈值之间的关系为：f短路>f部分短路>f正常>f开路。

步骤6、当一次计量CT二次侧状态被改变时，MCU根据接收的状态改变时输出信号频率值与上述得到的理论判决阈值的对应关系，判别一次计量CT二次侧回路的连接状态，具体内容包括：

a、当接收的输出信号频率值在开路状态理论判决阈值内，判断为开路；

b、当接收的输出信号频率值在短路状态理论判决阈值内，判断为短路；

c、当接收的输出信号频率值在部分短路状态下理论判决阈值内，判断为部分短路；

d、当接收的输出信号频率值在正常状态理论判决阈值内，判断为正常。

上述判断过程的理论依据具体说明如下：

首先，设现场电表外部一次计量CT二次侧等效电感值为L1、电表计量CT一次侧等效电感值为L2、测试CT一次侧等效电感值为L3、测试CT二次侧等效电感值为L4、电容组的电容值为C1和C2，对于自激振荡电路来说等效电感L为：

L=L4-L4×L3/(L3+(L1+L2))

其中，L3=L4/n^2 ，n为测试CT一次侧与二次侧线圈匝数比。

当电表外部一次计量CT二次侧断开时，L1=∞，等效电感L=L4；

当电表外部一次计量CT二次侧短路时，L1=0，等效电感L=L4-L4×L3/(L3+L2)；

当电表外部一次计量CT二次侧部分短路时，等效电感L=L4-L4×L3/(L3+(L1+L2))；

电路谐振频率为：

当电表外部一次计量CT二次侧回路状态改变，L变化，谐振频率随之变化，MCU根据实际谐振频率的变化与理论判决阈值的对应关系来判别被测CT二次侧回路的开路、短路、部分短路或正常的状态信息。

为更好地区分电表外部一次计量CT二次侧回路的连接状态，最理想的情况是：正常状态的L介于开路状态的L和短路状态的L的正中间，即

2×（L4-L4×L3/(L3+(L1+L2))）=L4+L4-L4×L3/(L3+L2)

2/(L3+(L1+L2))=1/(L3+L2)

L3+L2=L1

并且开路状态和短路状态之间L的差别应该尽量大，则需要L3>>L2，部分短路状态的L介于正常状态的L和短路状态的L之间，上述两个条件也会使正常状态的L和短路状态的L之间差别尽量大，使得部分短路也能很好的区分，所以最佳区分开路、短路、部分短路以及正常四种状态的理论要求为：L1=L2+L3，且L3>>L2。

根据上述两个条件并结合实际情况，得到如下结论：

（1）、测试CT一次侧电感量与电表外部一次计量CT二次侧电感量差异不能太大，最好是在相同数量级上；

（2）、为满足测试CT的一次侧电感量要求，测试CT需要采用磁导率较高的磁芯材料；

（3）、测试CT的变比不能太大，因为要满足测试CT的一次侧电感最大，变比太大会导致二次侧电感量非常大，对测试不利。

Claims (6)

1.一种用于检测电表外部一次计量CT二次侧回路状态的方法，其特征在于，具体步骤包括：

步骤1、现场安装前，首先利用检测装置中测试CT一次侧对一次计量CT二次侧的开路和短路状态进行测试，并通过与测试CT二次侧连接的具有谐振电容阵列的自激振荡电路和隔离滤波电路得到一次计量CT二次侧开路状态对应的输出信号频率值f1i以及短路状态对应的输出信号频率值f4i，其中，具有谐振电容阵列的自激振荡电路中的每个电容组分别对应一组开路和短路状态理论判决阈值，开路状态理论判决阈值f开路i为f1i±x%，短路状态理论判决阈值f短路i为f4i±y%， i为谐振电容阵列中所有电容组的序号集合，i={1,2,3,...,n}，x、y为人为调整变量，最后，将开路和短路状态理论判决阈值存入到检测装置的MCU中待用；

步骤2、现场安装时，工作人员确认待测一次计量CT二次侧为正常状态，将测试CT一次侧与电表外部一次计量CT二次侧和电表计量CT一次侧相串接，并将MCU与电表计量模块连接；

步骤3、MCU接收外部触发信号自动控制具有谐振电容阵列的自激振荡电路中多路选择开关进行选择连接，在谐振电容阵列和反相器的辅助下，每个电容组轮流工作超过一个工频周期，并将每个输出信号经隔离滤波电路传回到MCU，输出信号为不同电容组i在正常状态时对应的输出信号，信号频率值定义为f2i，MCU根据接收信号的起振状态、信号稳定性、信号频率值f2i与步骤1中相应序号电容组的开路和短路信号频率值f1i和f4i之间的关系分析判断适合该一次计量CT二次侧的电容组，自动控制多路选择开关选择该电容组后形成检测电路；

步骤4、MCU启动现场自学习功能，记录选择该电容组后现场正常状态对应的输出信号频率值f2j，j为选择的该电容组序号，并生成正常状态理论判决阈值f正常为f2j±z%，z为人为调整变量，同时，MCU设定一次计量CT二次侧部分短路状态理论判决阈值f部分短路的下限为正常状态理论判决阈值的上限f2j+z%，设定一次计量CT二次侧部分短路状态理论判决阈值f部分短路的上限为步骤1中该电容组短路状态理论判决阈值的下限f4j-y%,对于任一电容组各理论判决阈值之间的关系为：f短路>f部分短路>f正常>f开路；

步骤5、当一次计量CT二次侧状态被人为改变时，MCU根据接收的状态改变时输出信号频率值与上述得到的理论判决阈值的对应关系，判别一次计量CT二次侧回路的连接状态，

当接收的输出信号频率值在开路状态理论判决阈值内，判断为开路；

当接收的输出信号频率值在短路状态理论判决阈值内，判断为短路；

当接收的输出信号频率值在部分短路状态理论判决阈值内，判断为部分短路；

当接收的输出信号频率值在正常状态理论判决阈值内，判断为正常。

2.根据权利要求1所述的用于检测电表外部一次计量CT二次侧回路状态的方法，其特征在于，所述步骤3中MCU根据接收信号的起振状态、信号稳定性、信号频率值f2i与步骤1相应序号电容组的开路和短路信号频率值f1i和f4i之间的关系，分析判断适合该一次计量CT二次侧的电容组的具体步骤包括：首先，MCU选择能起振的电容组；其次，确保所选电容组振荡频率稳定；最后，所选电容组能保证一次计量CT二次侧回路正常状态的频率值f2i位于开路状态的频率值f1i和短路状态的频率值f4i中间，即（f2i-f1i）-（f4i-f2i）->0。

3.根据权利要求2所述的用于检测电表外部一次计量CT二次侧回路状态的方法，其特征在于，包括：当有几组电容组同时满足条件时，选取Δfi=（f2i-f1i）最大的电容组。

4.一种基于上述权利要求1所述方法制成的用于检测电表外部一次计量CT二次侧回路状态的检测装置，其特征在于，包括测试CT、具有谐振电容阵列的自激振荡电路、隔离滤波电路和MCU；所述测试CT二次侧与具有谐振电容阵列的自激振荡电路连接；所述自激振荡电路与隔离滤波电路的输入端连接，隔离滤波电路的输出端与MCU连接；

所述具有谐振电容阵列的自激振荡电路用于实现多组电容组的选择连接，并形成相应电容组的自激振荡输出信号频率值；

所述隔离滤波电路包含带通滤波器和信号隔离电路, 隔离滤波电路负责滤除低频和高频干扰，并将负载信号与自激振荡电路隔离。

5.根据权利要求4所述的用于检测电表外部一次计量CT二次侧回路状态的检测装置，其特征在于，所述具有谐振电容阵列的自激振荡电路包括多路选择开关、谐振电容阵列和反相器，所述多路选择开关与谐振电容阵列相对应连接；所述反相器通过多路选择开关与谐振电容阵列相连接。

6.根据权利要求4所述的用于检测电表外部一次计量CT二次侧回路状态的检测装置，其特征在于，所述测试CT中的磁芯材料为非晶合金或坡莫合金。