CN106940391B - 三相电流互感器变比在线转换智能控制仪 - Google Patents

三相电流互感器变比在线转换智能控制仪 Download PDF

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Abstract

本发明涉及三相电能计量装置中复合变比电流互感器变比转换控制装置，具体为三相电流互感器变比在线转换智能控制仪。解决电能计量领域目前缺乏三相电流互感器变比在线转换智能控制装置的问题。本发明可以对复合变比电流互感器变比二次进行在线切换并具有防止二次开路保护措施，即转换复合变比电流互感器变比时瞬间先通后断,可有效避免设备损坏和人身伤害事故；本发明采样电能计量装置电压互感器和电流互感器信号进行对比运算处理，能够智能判断潮流方向是否改变以及电流大小是否超出设定值，可以通过设定的程序自动转换复合变比电流互感器的变比，实现实时信号识别，智能判断控制，变比安全转换，发电和用电双向都计量。

Description

三相电流互感器变比在线转换智能控制仪
技术领域
本发明涉及三相电能计量装置中复合变比电流互感器变比转换控制装置，具体为三相电流互感器变比在线转换智能控制仪。
背景技术
目前电能计量装置线路只有针对额定负荷发（用）电设计一种单变比或者两倍双变比的电流互感器，现场一次性只选择装好一种变比电流互感器，通电以后严禁更换变比因为二次开路对电网有很大的危险。需要更换电流互感器变比必须断电，人工二次短接跳线更换变比非常危险，安规是不允许的。电能计量用电流互感器都采用S级，一般设计运行在其变比额定电流的 20%～120%的范围内，按中华人民共和国计量检定规程《JJG313-2010测量用电流互感器》和《JJG1021-2007 电力互感器》，这个范围S级电流互感器的误差限值呈线性平稳，当超出20%～120%的范围时，电流互感器误差变大。有时候电流超出几倍到百倍，如风（水）电的发电和用电、或供热采暖期和非采暖期、或周期性开工的企业季节性用电负荷变化非常大，通常变比需要变化5倍到100倍之间，远超电流互感器的可计量范围，导致在低负荷或者超负荷时的漏计量和能源浪费。增加两套计量系统需要增加用地空间和计量设备，也增加了故障点和运维成本，且不符合现行国家标准规程。
现在也有的电力管理部门使用了复合双变比电流互感器或多变比电流互感器，复合变比电流互感器在转换变比时，需要停电、重新接线等一系列的人工操作，给用电客户带来不便和经济损失，同时需要大量的时间和人力。因此有必要装备一种三相电流互感器变比在线转换智能控制仪。
发明内容
本发明解决电能计量领域目前缺乏三相电流互感器变比在线转换智能控制装置的问题，提供一种三相电流互感器变比在线转换智能控制仪，该控制仪配套电能计量领域用电负荷变化大的复合变比电流互感器使用。
本发明是采用如下技术方案实现的：三相电流互感器变比在线转换智能控制仪，包括与电能计量装置中的三相电压互感器级联并接的采样电压互感器，采样电压互感器将采样的电压信号U经过第一程控放大器放大，再经过第一滤波器滤波传递给AD模数转换器；还包括分别与电能计量装置中的A、C相复合变比电流互感器、或者A、B、C相复合变比电流互感器级联串接的采样电流互感器，采样电流互感器将每相采样的电流信号通过采样电阻转换成电压信号Ui，电压信号Ui再经过第二程控放大器放大和第二滤波器滤波传递给AD模数转换器，电压信号Ui同时经过同步器转给MCU微处理器，AD模数转换器同时将经过放大滤波的电压信号U和Ui通过数据总线也传递给MCU微处理器，触摸液晶屏把用户的指令信号发给MCU微处理器；MCU微处理器的第一输出端连接有相互并联的A、C相常开触点继电器J2、J4或者A、B、C相常开触点继电器J2、J6、J4，MCU微处理器的第二输出端连接有相互并联的A、C相常闭触点继电器J1、J3或者A、B、C相常闭触点继电器J1、J5、J3；A、C相常开触点继电器J2、J4的常开触点分别串接于电能计量装置中的A、C相复合变比电流互感器的小变比输出线端，A、C相常闭触点继电器J1、J3的常闭触点分别串接于电能计量装置中的A、C相复合变比电流互感器的大变比输出线端；或者A、B、C相常开触点继电器J2、J6、J4的常开触点分别串接于电能计量装置中的A、B、C相复合变比电流互感器的小变比输出线端，A、B、C相常闭触点继电器J1、J5、J3的常闭触点分别串接于电能计量装置中的A、B、C相复合变比电流互感器的大变比输出线端。
MCU微处理器根据经同步器转来的电压信号Ui的正弦波变成方波给MCU微处理器作为时间基准，使电压信号U和Ui同步采样在一个时间点上；MCU微处理器比较经AD模数转换器转来的电压信号U和Ui同一个时间点上的相位，以确定电压和电流之间的相位差，另外通过Ui和采样电阻确定了电流幅值；
经触摸液晶屏向MCU微处理器输入电流上限设定值和电流下限设定值，当根据电压信号Ui确定的电流幅值小于电流下限设定值时，MCU微处理器使A、C相常开触点继电器J2、J4或者A、B、C相常开触点继电器J2、J6、J4得电，对应的常开触点闭合，使A、C相常闭触点继电器J1、J3或A、B、C相常闭触点继电器J1、J5、J3延时得电，对应的常闭触点延时断开，从而在没有二次开路的安全状态下在线转换了电流互感器的大小变比；当根据电压信号Ui确定的电流幅值大于电流上限设定值时，MCU微处理器使A、C相常闭触点继电器J1、J3或A、B、C相常闭触点继电器J1、J5、J3失电，对应的常闭触点闭合，使A、C相常开触点继电器J2、J4或者A、B、C相常开触点继电器J2、J6、J4延时失电，对应的常开触点延时断开，从而在没有二次开路的安全状态下在线转换了电流互感器的小大变比；
或者用于双向计量时，当电流和电压之间的相位差等于180º±10º时，MCU微处理器使A、C相常开触点继电器J2、J4或者A、B、C相常开触点继电器J2、J6、J4得电，对应的常开触点闭合，使A、C相常闭触点继电器J1、J3或A、B、C相常闭触点继电器J1、J5、J3延时得电，对应的常闭触点延时断开，从而在没有二次开路的安全状态下在线转换了电流互感器的大小变比；当电流和电压之间的相位差等于0º±10º时，MCU微处理器使A、C相常闭触点继电器J1、J3或A、B、C相常闭触点继电器J1、J5、J3失电，对应的常闭触点闭合，使A、C相常开触点继电器J2、J4或者A、B、C相常开触点继电器J2、J6、J4延时失电，对应的常开触点延时断开，从而在没有二次开路的安全状态下在线转换了电流互感器的小大变比。
同步器的作用是把电压信号Ui的正弦波变成方波给MCU微处理器作为时间基准，使电压信号Ui与电压信号U同步采样在一个时间点上，以准确确定电流与电压之间的相位差。
本发明可以对复合变比电流互感器变比二次进行在线切换并具有防止二次开路保护措施，即转换复合变比电流互感器变比时瞬间先通后断,可有效避免设备损坏和人身伤害事故；本发明采样电能计量装置电压互感器和电流互感器信号进行对比运算处理，能够智能判断潮流方向是否改变以及电流大小是否超出设定值，可以通过设定的程序自动转换复合变比电流互感器的变比，实现实时信号识别，智能判断控制，变比安全转换，发电和用电双向都计量。
附图说明
图1为本发明的电路原理图及用于三相三线电能计量装置的接线原理示意图；
图2为本发明的电路原理图及用于三相四线电能计量装置的接线原理示意图。
图中：1为计量智能电表，虚线框2为本发明所述的控制仪。
具体实施方式
实施例1
本实例如图1所示，适用于三相三线电能计量装置。
三相电流互感器变比在线转换智能控制仪，包括与电能计量装置中的三相电压互感器6级联并接的采样电压互感器3，采样电压互感器3将采样的电压信号U经过第一程控放大器22放大，再经过第一滤波器24滤波传递给AD模数转换器15；还包括分别与电能计量装置中的A、C相复合变比电流互感器7、8级联串接的采样电流互感器4，采样电流互感器4将每相采样的电流信号通过采样电阻5转换成电压信号Ui，电压信号Ui再经过第二程控放大器12放大和第二滤波器14滤波传递给AD模数转换器 15，电压信号Ui同时经过同步器13转给MCU微处理器18，AD模数转换器15同时将经过放大滤波的电压信号U和Ui通过数据总线也传递给MCU微处理器18，触摸液晶屏16把用户的指令信号发给MCU微处理器18；MCU微处理器18的第一输出端连接有相互并联的A、C相常开触点继电器J2、J4，MCU微处理器18的第二输出端连接有相互并联的A、C相常闭触点继电器J1、J3；A、C相常开触点继电器J2、J4的常开触点10分别串接于电能计量装置中的A、C相复合变比电流互感器7、8的小变比输出线端，A、C相常闭触点继电器J1、J3的常闭触点11分别串接于电能计量装置中的A、C相复合变比电流互感器7、8的大变比输出线端；
MCU微处理器18根据经同步器13转来的电压信号Ui的正弦波变成方波给MCU微处理器作为时间基准，使电压信号U和Ui同步采样在一个时间点上；MCU微处理器18比较经AD模数转换器15转来的电压信号U和Ui同一个时间点上的相位，以确定电压和电流之间的相位差，另外通过Ui和采样电阻5确定了电流幅值；
经触摸液晶屏16向MCU微处理器18输入电流上限设定值和电流下限设定值，当根据电压信号Ui确定的电流幅值小于电流下限设定值时，MCU微处理器18使A、C相常开触点继电器J2、J4得电，对应的常开触点10闭合，使A、C相常闭触点继电器J1、J3延时得电，对应的常闭触点11延时断开，从而在没有二次开路的安全状态下在线转换了电流互感器的大小变比；当根据电压信号Ui确定的电流幅值大于电流上限设定值时，MCU微处理器18使A、C相常闭触点继电器J1、J3失电，对应的常闭触点11闭合，使A、C相常开触点继电器J2、J4延时失电，对应的常开触点10延时断开，从而在没有二次开路的安全状态下在线转换了电流互感器的小大变比；
或者用于双向计量时，当电流和电压之间的相位差等于180º±10º时，MCU微处理器18使A、C相常开触点继电器J2、J4得电，对应的常开触点10闭合，使A、C相常闭触点继电器J1、J3延时得电，对应的常闭触点11延时断开，从而在没有二次开路的安全状态下在线转换了电流互感器的大小变比；当电流和电压之间的相位差等于0º±10º时，MCU微处理器18使A、C相常闭触点继电器J1、J3失电，对应的常闭触点11闭合，使A、C相常开触点继电器J2、J4延时失电，对应的常开触点10延时断开，从而在没有二次开路的安全状态下在线转换了电流互感器的小大变比。
具体实施时，电流上限设定值和电流下限设定值可根据A、C相复合变比电流互感器7、8的不同而进行需要的不同设定；通常下限设定值选择二次额定电流的20%，上限设定值选择二次额定电流的120%。采样电阻5 选用100Ω的。采样电流互感器4选用0VA 变比5A/20mA（或者 1A/20mA）。采样电压互感器3选用0VA 变比 100V/2V 。延时时间设为 1～2秒。
实施例2
本实例如图2所示，适用于三相四线电能计量装置。
三相电流互感器变比在线转换智能控制仪，包括与电能计量装置中的三相电压互感器19级联并接的采样电压互感器3，采样电压互感器3将采样的电压信号U经过第一程控放大器22放大，再经过第一滤波器24滤波传递给AD模数转换器15；还包括分别与电能计量装置中的A、B、C相复合变比电流互感器7、20、8级联串接的采样电流互感器4，采样电流互感器4将每相采样的电流信号通过采样电阻5转换成电压信号Ui，电压信号Ui再经过第二程控放大器12放大和第二滤波器14滤波传递给AD模数转换器15，电压信号Ui同时经过同步器13转给MCU微处理器18，AD模数转换器15同时将经过放大滤波的电压信号U和Ui通过数据总线也传递给MCU微处理器18，触摸液晶屏16把用户的指令信号发给MCU微处理器18；MCU微处理器18的第一输出端连接有相互并联的A、B、C相常开触点继电器J2、J6、J4，MCU微处理器18的第二输出端连接有相互并联的A、B、C相常闭触点继电器J1、J5、J3；A、B、C相常开触点继电器J2、J6、J4的常开触点10分别串接于电能计量装置中的A、B、C相复合变比电流互感器7、20、8的小变比输出线端，A、B、C相常闭触点继电器J1、J5、J3的常闭触点11分别串接于电能计量装置中的A、B、C相复合变比电流互感器7、20、8的大变比输出线端；
MCU微处理器18根据经同步器13转来的电压信号Ui的正弦波变成方波给MCU微处理器作为时间基准，使电压信号U和Ui同步采样在一个时间点上；MCU微处理器18比较经AD模数转换器15转来的电压信号U和Ui同一个时间点上的相位，以确定电压和电流之间的相位差，另外通过Ui和采样电阻5确定了电流幅值；
经触摸液晶屏16向MCU微处理器18输入电流上限设定值和电流下限设定值，当根据电压信号Ui确定的电流幅值小于电流下限设定值时，MCU微处理器18使A、B、C相常开触点继电器J2、J6、J4得电，对应的常开触点10闭合，使A、B、C相常闭触点继电器J1、J5、J3延时得电，对应的常闭触点11延时断开，从而在没有二次开路的安全状态下在线转换了电流互感器的大小变比；当根据电压信号Ui确定的电流幅值大于电流上限设定值时，MCU微处理器18使A、B、C相常闭触点继电器J1、J5、J3失电，对应的常闭触点11闭合，使A、B、C相常开触点继电器J2、J6、J4延时失电，对应的常开触点10延时断开，从而在没有二次开路的安全状态下在线转换了电流互感器的小大变比；
或者用于双向计量时，当电流和电压之间的相位差等于180º±10º时，MCU微处理器18使A、B、C相常开触点继电器J2、J6、J4得电，对应的常开触点10闭合，使A、B、C相常闭触点继电器J1、J5、J3延时得电，对应的常闭触点11延时断开，从而在没有二次开路的安全状态下在线转换了电流互感器的大小变比；当电流和电压之间的相位差等于0º±10º时，MCU微处理器18使A、B、C相常闭触点继电器J1、J5、J3失电，对应的常闭触点11闭合，使A、B、C相常开触点继电器J2、J6、J4延时失电，对应的常开触点10延时断开，从而在没有二次开路的安全状态下在线转换了电流互感器的小大变比。
具体实施时，电流上限设定值和电流下限设定值可根据A、B、C相复合变比电流互感器7、20、8的不同而进行需要的不同设定；通常下限设定值选择二次额定电流的20%，上限设定值选择二次额定电流的120%。采样电阻5 选用100Ω的。采样电流互感器4选用0VA 变比 5A/20mA（或者 1A/20mA）。采样电压互感器3选用0VA 变比 100V/2V 。延时时间设为 1～2 秒。

Claims (2)

1.一种三相电流互感器变比在线转换智能控制仪，其特征在于包括与三相三线电能计量装置中的三相电压互感器（6）级联并接的采样电压互感器（3），三相三线电能计量装置中的三相电压互感器（6）的B相接地，AB相之间和BC相之间分别连接有采样电压互感器（3），采样电压互感器（3）将采样的电压信号U经过第一程控放大器（22）放大，再经过第一滤波器（24）滤波传递给AD模数转换器（15）；还包括分别与电能计量装置中的A、C相复合变比电流互感器（7、8）级联串接的采样电流互感器（4），采样电流互感器（4）将每相采样的电流信号通过采样电阻（5）转换成电压信号Ui，电压信号Ui再经过第二程控放大器（12）放大和第二滤波器（14）滤波传递给AD模数转换器（15），电压信号Ui同时经过同步器（13）转给MCU微处理器（18），AD模数转换器（15）同时将经过放大滤波的电压信号U和Ui通过数据总线也传递给MCU微处理器（18），触摸液晶屏（16）把用户的指令信号发给MCU微处理器（18）；MCU微处理器（18）的第一输出端连接有相互并联的A、C相常开触点继电器J2、J4，MCU微处理器（18）的第二输出端连接有相互并联的A、C相常闭触点继电器J1、J3；A、C相常开触点继电器J2、J4的常开触点（10）分别串接于电能计量装置中的A、C相复合变比电流互感器（7、8）的小变比输出线端，A、C相常闭触点继电器J1、J3的常闭触点（11）分别串接于电能计量装置中的A、C相复合变比电流互感器（7、8）的大变比输出线端；
MCU微处理器（18）根据经同步器（13）转来的电压信号Ui的正弦波变成方波给MCU微处理器作为时间基准，使电压信号U和Ui同步采样在一个时间点上；MCU微处理器（18）比较经AD模数转换器（15）转来的电压信号U和Ui同一个时间点上的相位，以确定电压和电流之间的相位差，另外通过Ui和采样电阻（5）确定了电流幅值；
经触摸液晶屏（16）向MCU微处理器（18）输入电流上限设定值和电流下限设定值，当根据电压信号Ui确定的电流幅值小于电流下限设定值时，MCU微处理器（18）使A、C相常开触点继电器J2、J4得电，对应的常开触点（10）闭合，使A、C相常闭触点继电器J1、J3延时得电，对应的常闭触点（11）延时断开，从而在没有二次开路的安全状态下在线转换了电流互感器的大小变比；当根据电压信号Ui确定的电流幅值大于电流上限设定值时，MCU微处理器（18）使A、C相常闭触点继电器J1、J3失电，对应的常闭触点（11）闭合，使A、C相常开触点继电器J2、J4延时失电，对应的常开触点（10）延时断开，从而在没有二次开路的安全状态下在线转换了电流互感器的小大变比；
或者用于双向计量时，当电流和电压之间的相位差等于180º±10º时，MCU微处理器（18）使A、C相常开触点继电器J2、J4得电，对应的常开触点（10）闭合，使A、C相常闭触点继电器J1、J3延时得电，对应的常闭触点（11）延时断开，从而在没有二次开路的安全状态下在线转换了电流互感器的大小变比；当电流和电压之间的相位差等于0º±10º时，MCU微处理器（18）使A、C相常闭触点继电器J1、J3失电，对应的常闭触点（11）闭合，使A、C相常开触点继电器J2、J4延时失电，对应的常开触点（10）延时断开，从而在没有二次开路的安全状态下在线转换了电流互感器的小大变比。
2.一种三相电流互感器变比在线转换智能控制仪，其特征在于包括与三相四线电能计量装置中的三相电压互感器（19）级联并接的采样电压互感器（3），三相四线电能计量装置中的三相电压互感器（6）的A相与地线之间、B相与地线之间、C相与地线之间分别连接有采样电压互感器（3），采样电压互感器（3）将采样的电压信号U经过第一程控放大器（22）放大，再经过第一滤波器（24）滤波传递给AD模数转换器（15）；还包括分别与电能计量装置中的A、B、C相复合变比电流互感器（7、20、8）级联串接的采样电流互感器（4），采样电流互感器（4）将每相采样的电流信号通过采样电阻（5）转换成电压信号Ui，电压信号Ui再经过第二程控放大器（12）放大和第二滤波器（14）滤波传递给AD模数转换器（15），电压信号Ui同时经过同步器（13）转给MCU微处理器（18），AD模数转换器（15）同时将经过放大滤波的电压信号U和Ui通过数据总线也传递给MCU微处理器（18），触摸液晶屏（16）把用户的指令信号发给MCU微处理器（18）；MCU微处理器（18）的第一输出端连接有相互并联的A、B、C相常开触点继电器J2、J6、J4，MCU微处理器（18）的第二输出端连接有相互并联的A、B、C相常闭触点继电器J1、J5、J3；A、B、C相常开触点继电器J2、J6、J4的常开触点（10）分别串接于电能计量装置中的A、B、C相复合变比电流互感器（7、20、8）的小变比输出线端，A、B、C相常闭触点继电器J1、J5、J3的常闭触点（11）分别串接于电能计量装置中的A、B、C相复合变比电流互感器（7、20、8）的大变比输出线端；
MCU微处理器（18）根据经同步器13转来的电压信号Ui的正弦波变成方波给MCU微处理器作为时间基准，使电压信号U和Ui同步采样在一个时间点上；MCU微处理器（18）比较经AD模数转换器（15）转来的电压信号U和Ui同一个时间点上的相位，以确定电压和电流之间的相位差，另外通过Ui和采样电阻（5）确定了电流幅值；
经触摸液晶屏（16）向MCU微处理器（18）输入电流上限设定值和电流下限设定值，当根据电压信号Ui确定的电流幅值小于电流下限设定值时，MCU微处理器（18）使A、B、C相常开触点继电器J2、J6、J4得电，对应的常开触点（10）闭合，使A、B、C相常闭触点继电器J1、J5、J3延时得电，对应的常闭触点（11）延时断开，从而在没有二次开路的安全状态下在线转换了电流互感器的大小变比；当根据电压信号Ui确定的电流幅值大于电流上限设定值时，MCU微处理器（18）使A、B、C相常闭触点继电器J1、J5、J3失电，对应的常闭触点（11）闭合，使A、B、C相常开触点继电器J2、J6、J4延时失电，对应的常开触点（10）延时断开，从而在没有二次开路的安全状态下在线转换了电流互感器的小大变比；
或者用于双向计量时，当电流和电压之间的相位差等于180º±10º时，MCU微处理器（18）使A、B、C相常开触点继电器J2、J6、J4得电，对应的常开触点（10）闭合，使A、B、C相常闭触点继电器J1、J5、J3延时得电，对应的常闭触点（11）延时断开，从而在没有二次开路的安全状态下在线转换了电流互感器的大小变比；当电流和电压之间的相位差等于0º±10º时，MCU微处理器（18）使A、B、C相常闭触点继电器J1、J5、J3失电，对应的常闭触点（11）闭合，使A、B、C相常开触点继电器J2、J6、J4延时失电，对应的常开触点（10）延时断开，从而在没有二次开路的安全状态下在线转换了电流互感器的小大变比。
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