CN106959387A - 一种可配置式新型高压电能表 - Google Patents

Abstract

本发明旨在提供一种在高压侧即完成电压电流采集计量且在非停电状态下即可完成高压电能表周期检定的可配置不同功能的新型高压电能表。本发明包括底座（1）、设置在所述底座（1）上侧的电压电流采样模块（2）和设置于所述底座（1）下侧且带有箱门（20）的机箱（3），在所述机箱（3）内设置有总线及控制板（4），所述总线及控制板（4）上设置有至少一个总线端口插座（5），所述总线端口插座上设置有功能模块安装槽（6），在非停电状态下，在所述功能模块安装槽内可插拔地配合有功能模块盒（7），在所述功能模块安装槽内配合的所有所述功能模块盒（7）中，至少有一块所述功能模块盒为计量模块。本发明应用于电能计量设备领域。

Description

一种可配置式新型高压电能表

技术领域

本发明涉及电能计量设备领域，特别涉及一种适用于10KV或以上的可配置不同功能的新型高压电能表。

背景技术

随着国家电力改革的深入开展，发电、输电、配电分离已确定为一个基本方向，高压电能表作为输电单位和配电单位之间的一个必备计量装置，其发展潜力巨大。但因涉及到两方之间的贸易结算，其准确度、长期工作稳定性意义重大。高压电能表是一种采用高电压、大电流直接入方式的计量装置。因高压电能表直接接入高压系统，除了直接在高压侧计量电能的基本功能外，还具有如下优点：

1、防止窃电行为。因为一般的窃电过程均发生在低压侧，即二次线路中，高压侧动手脚会冒相当大的风险，危及其人身安全。

2、采样互感器与计量模块为一体，避免二次计量方式中出现的二次压降现象，计量精度高。

3、采样互感器与计量模块为一体，避免二次计量方式中出现的接线复杂、维护不方便等问题，降低了工作成本、减少了故障发生的几率。

虽然如此，但目前市面上的高压电能表还存在如下问题：

1、按照国家计量法相关规定，对涉及贸易结算的计量器具，必须定时进行周期检定，确保其功能正常、精度在合格范围内。如果对高压电能表每年进行鉴定，就必须停电进行，对用户来说，频繁停电，难以接受。

2、高压电能表如果出现技术故障、或是需要进行技术升级，也必须要停电方可实施，非常不方便。

以上问题，尤其是第一点，影响了高压电能表的有效推广及应用。所以目前大部分还是采用高压侧接电压/电流互感器，将高电压、大电流变为低电压、小电流，然后接二次计量仪表进行计量的方式。正如上所述，这种方式还是会出现窃电、二次压降影响计量精度等现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种在高压侧即完成电压电流采集计量且在非停电状态下即可完成计量模块周期检定的可配置不同功能的新型高压电能表。

本发明所采用的技术方案是：本发明包括底座、设置在所述底座上侧的电压电流采样模块和设置于所述底座下侧且带有箱门的机箱，在所述机箱内设置有总线及控制板，所述总线及控制板上设置有至少一个总线端口插座，所述总线端口插座上设置有功能模块安装槽，在非停电状态下，在所述功能模块安装槽内可插拔地配合有具有不同功能的功能模块盒，在所述功能模块安装槽内配合的所有所述功能模块盒中，至少有一块所述功能模块盒为计量模块。

上述方案可见，在底座上设置电压电流采样模块与高压电连接，在底座的下侧设置机箱，机箱内设置总线及控制板，总线及控制板的总线端口插座上设置功能模块安装槽，且在功能模块安装槽内配置具有不同功能的功能模块盒，其中至少有一个功能模块盒为计量模块，以计量用电量，在将功能模块盒插入功能模块安装槽后即可实时连通所述功能模块盒与总线及控制板上的总线端口插座，实现与总线端口插座相连接，总线和控制板上的MCU可自动识别所插入的功能模块盒的类型，并进行相应的电路连接，计量模块在MCU的控制下，其采样电路和电压电流采样模块相连通，进而获得高压侧电压、电流、相位等信息，最后得到所需要的电能计量信息；另外，在非停电状态下，在所述功能模块安装槽内可插拔地配合具有不同功能的功能模块盒，其中的计量模块亦可在非停电状态下插拔，在检定周期内无需停电即可实现计量模块的检定或更换与维护，既解决了目前所存在的在低压侧通过改动计量线路进行窃电的的问题，又无需停电，在高压侧即完成电压电流采集计量；当进行周期检定时，无需停电，先插入一只检定合格的备用计量模块，在总线及控制板上的MCU的控制下完成模块识别后接管原有计量模块的功能，然后将原有计量模块取下进行检定，完成键顶后再带电插入，在总线及控制板上的MCU的控制下，取代备用计量模块的计量功能并完成计量数据交换，然后取下备用计量模块即可；或者用另一块已检定合格的计量模块插入机箱内任一功能模块安装槽内，在总线及控制板上的MCU的控制下，和机箱内原有的计量模块进行数据比较运算，即可获知在电能表中使用的计量模块的计量精度。

进一步地，每块所述功能模块盒上设置有电路板、与所述电路板一体的金手指、设置在所述功能模块盒的盒体外侧的若干锁紧凸起、设置于所述功能模块盒的盒体外侧的若干导向凸棱以及设置在所述功能模块盒的盒体外端的卡扣，所述金手指露出于所述功能模块盒的盒体外部，所述功能模块盒通过一高压绝缘棒与所述功能模块安装槽进行快速插拔，在所述高压绝缘棒的端部设置有夹持装置，所述夹持装置与所述卡扣相配合，所述夹持装置快速地卡入所述卡扣并支撑所述功能模块盒快速地插入所述功能模块安装槽内或从所述功能模块安装槽内拔出。

上述方案可见，利用高压绝缘棒上设置的夹持装置向上推或向下拉动所述功能模块盒即实现功能模块与总线端口插座的连接与分离，实现即时获取高压侧的电压电流数据，无需人员靠近也无需停电操作，既解决了目前所存在的在低压侧通过改动计量线路进行窃电的问题，又无需停电，在高压侧即完成电压电流采集计量；当进行周期检定时，无需停电，先插入一只检定合格的备用计量模块，在总线及控制板上的MCU控制下完成模块识别后接管原有计量模块的功能，然后将原有计量模块取下进行检定，完成后再带电插入，在总线及控制板上的MCU的控制下，取代备用计量模块的计量功能并完成计量数据交换，然后取下备用计量模块即可；或者用另一块已检定合格的计量模块插入机箱内任一功能模块安装槽内，在总线及控制板上的MCU的控制下，和机箱内原有的计量模块进行数据比较运算，实现高压电能表的在线检定，大大地方便了检定人员。

再进一步地，所述功能模块安装槽的槽口处设置有导向部，所述导向部呈外大内小状，在所述功能模块安装槽的内壁上设置有若干锁紧凹槽和若干导向槽，所述锁紧凹槽为弧状凹槽，在所述功能模块盒插入所述功能模块安装槽后，所述锁紧凹槽与所述锁紧凸起相卡紧配合，所述导向槽与所述导向凸棱相导向配合。

上述方案可见，由于高压绝缘棒的长度较长，将功能模块安装槽的下端设置导向部，其可便于功能模块盒迅速地找准并快速地插入到功能模块安装槽内，大大地方便了工作人员的操作，也降低了劳动强度；锁紧凹槽和锁紧凸起的配对设置，能够使得功能模块盒稳定地配合在功能模块安装槽内，避免功能模块盒掉落的现象出现，保证设备稳定性和安全性；此外，导向槽和导向凸棱的设置，使得功能模块盒上的金手指精确顺利快速地对准总线及控制板上的总线端口插座，实现两者连通的有效性，也保证了设备的使用寿命。

再进一步地，所述总线及控制板上还设置有MCU、电源模块、互感器在线检测模块、显示模块及蓝牙通信模块，所述电源模块由所述电压电流采样模块从高压侧取电，输出DC12V、DC5V、DC3.3V的电压，为其它模块及所述总线端口插座供电；所述互感器在线检测模块在线对采样电压及电流互感器进行定期精度检测，并将检测结果发送到总线上，随时接受数据请求；所述显示模块显示高压电能表的计量结果；所述蓝牙通信模块将高压电能表的计量数据、端口状态、在线信息发送到外围终端上。上述方案可见，本发明利用总线及控制板上设置的模块，实现电压电流测量的可视化和利用蓝牙通信模块进行数据的传输，无需人员到现场进行检测，保证了工作人员的安全。

又再进一步地，所述总线端口插座和所述功能模块安装槽的数目均设置为四个，所述功能模块安装槽内分别配合有计量模块、远程通信模块和远程通信接口模块，所述远程通信模块包括但不限于GPRS模块、微功率无线模块、红外抄表模块或载波通信模块，所述远程通信接口模块包括但不限于光缆通信接口、网络接口或RS485接口。

上述方案可见，所述总线端口插座和所述功能模块安装槽的数目可根据实际情况而定，并不限定为四个，远程通信模块和远程通信接口的设置，能够实现电能数据远程传输和测量，无需人工到场进行，大大地降低了测量成本。

另外，所述总线端口插座为插槽式插座。采用插槽式插座与功能模块盒上的金手指相配合能够大大地提高功能模块插接的准确性及稳定性。

再进一步地，所述箱门与所述机箱通过电子铅封密封配合。而电子铅封是为了防止无关人员开箱操作的装置，在进行功能模块盒插拔时，必须要取得相应权限，然后触发电子铅封，方可打开箱门进行相应操作，从而进一步提高安全性。

此外，所述夹持装置包括与所述功能模块盒的盒体相适配的支撑槽及相对地设置在所述支撑槽底部的两个卡紧钉，每个所述卡紧钉设置有圆柱斜面、弹簧套设部以及端头，相对的两个所述卡紧钉分别活动配合在所述支撑槽底部侧壁上开设的壁孔处，所述端头露出在所述支撑槽底部外围，所述弹簧套设部处套设有弹簧，所述弹簧的一端抵在所述圆柱斜面的圆柱端处，另一端抵在所述支撑槽底部的侧壁处，所述弹簧处于压缩状态，拉动所述端头时，所述卡紧钉向外移动。

上述方案可见，利用相对设置的两个卡紧钉对功能模块盒上的卡扣扣紧，在将卡扣扣入时，卡紧钉的圆柱斜面朝向卡扣，在卡扣的推力作用下，卡紧钉向外移动，功能模块盒扣入支撑槽内并被所述卡紧钉卡紧，即可将功能模块盒从功能模块安装槽上拉下；当将功能模块盒卡入功能模块安装槽后需要取下所述高压绝缘棒时，卡紧钉的圆柱斜面朝向高压绝缘棒的拉动方向，在用力拉动高压绝缘棒时，卡扣从卡紧钉内脱出，从而将功能模块盒与高压绝缘棒分离，其结构简单，操作方便，在扣入或取出功能模块盒时，只需要将卡紧钉旋转180°的角度即可。

进一步地，所述高压绝缘棒为具有多节杆体依次套设的伸缩杆。采用伸缩杆来制作高压绝缘棒，其便于缩短整杆的长度，提高其便携性。

附图说明

图1是本发明第一视角的简易结构示意图；

图2是本发明第二视角的简易结构示意图；

图3是本发明第三视角的简易结构示意图；

图4是所述高压绝缘棒的简易结构示意图；

图5是所述夹持装置的简易结构示意图；

图6是所述夹持装置内的卡紧钉部分的简易结构示意图；

图7是所述功能模块盒第一视角的简易结构示意图；

图8是所述功能模块盒第二视角的简易结构示意图；

图9是所述功能模块安装槽第一视角的简易结构示意图；

图10是所述功能模块安装槽第二视角的简易结构示意图；

图11是本发明的电路原理框图；

图12是电压电流采样模块中的电压互感器部分的电路原理图；

图13是电压电流采样模块中的电流互感器部分的电路原理图；

图14是电压电流采样模块中的外部供电电源部分的电路原理图；

图15是所述计量模块中的AD信号转换部分的电路原理图；

图16图15中A部分的电路原理图；

图17图15中B部分的电路原理图；

图18是所述总线端口插座的插槽接口的电路原理图；

图19是所述计量模块中的控制部分的电路原理图；

图20是所述计量模块中电源部分的电路原理图；

图21是所述计量模块中的485接口的电路原理图；

图22是所述计量模块中的485信号隔离电路原理图；

图23是所述总线及控制板上的MCU控制部分的电路原理图；

图24是所述总线及控制板上的CAN总线通讯部分的电路原理图；

图25是所述总线及控制板上的CAN总线控制部分的电路原理图；

图26是所述总线及控制板的电源部分的电路原理图；

图27是与所述总线及控制板连接的红外接收与发射部分的电路原理图；

图28是所述电子铅封（RFID）部分的电路原理图；

图29是所述总线及控制板与所述电压电流采样模块连接部分的电路原理图；

图30是所述显示模块（LCD）的电路原理图；

图31是所述总线及控制板上的信号在总线端口插座之间通过槽型光耦继电器切换的其中三个部分的电路原理图；

图32是所述总线及控制板上的信号在总线端口插座之间通过槽型光耦继电器切换的另外两个部分的电路原理图；

图33是图31中的继电器切换电流电路部分的原理图；

图34是图32中的继电器切换电流电路部分的原理图；

图35是三个总线端口插座中的插槽的电路原理图；

图36是另外两个总线端口插座中的插槽的电路原理图。

具体实施方式

如图1至图36所示，本发明包括底座1、设置在所述底座1上侧的电压电流采样模块2、设置于所述底座1下侧且带有箱门20的机箱3，所述箱门20与所述机箱3通过电子铅封13密封配合。在所述机箱3内设置有总线及控制板4，所述总线及控制板4上还设置有MCU、电源模块9、互感器在线检测模块10、显示模块11及蓝牙通信模块12，所述电源模块9由所述电压电流采样模块2从高压侧取电，输出DC12V、DC5V、DC3.3V的电压，为其它模块及所述总线端口插座5供电；所述互感器在线检测模块10在线对采样电压及电流互感器进行定期精度检测，并将检测结果发送到总线上，随时接受数据请求；所述显示模块11显示高压电能表的计量结果；所述蓝牙通信模块12将高压电能表的计量数据、端口状态、在线信息发送到外围终端上。所述总线及控制板4上还设置有至少一个总线端口插座5，所述总线端口插座5为插槽式插座。所述总线端口插座5上设置有功能模块安装槽6，在非停电状态下，在所述功能模块安装槽6内可插拔地配合有功能模块盒7，在所述功能模块安装槽6内配合的所有所述功能模块盒7中，至少有一块所述功能模块盒7为计量模块。在本实施例中，所述总线端口插座5和所述功能模块安装槽6的数目均设置为四个（当然，这一数目的设置可根据实际情况而定，当需要使用较多的功能模块盒时，其设置的数量会相应地增加，如使用较少的功能模块盒时，则相应地减少总线端口插座5和所述功能模块安装槽6的数目），四个所述功能模块安装槽6内分别配合有两个计量模块、远程通信模块和远程通信接口模块，所述远程通信模块包括但不限于GPRS模块、微功率无线模块、红外抄表模块或载波通信模块，所述远程通信接口模块包括但不限于光缆通信接口、网络接口或RS485接口。每块所述功能模块盒7上设置有电路板、与所述电路板一体的金手指71、设置在所述功能模块盒7的盒体外侧的若干锁紧凸起72、设置于所述功能模块盒7的盒体外侧的若干导向凸棱73以及设置在所述功能模块盒7的盒体外端的卡扣74，所述金手指71露出于所述功能模块盒7的盒体外部。

所述功能模块盒7通过一高压绝缘棒8与所述功能模块安装槽6进行快速插拔，所述高压绝缘棒8为具有多节杆体依次套设的伸缩杆。在所述高压绝缘棒8的端部设置有夹持装置，所述夹持装置包括与所述功能模块盒7的盒体相适配的支撑槽14及相对地设置在所述支撑槽14底部的两个卡紧钉15，每个所述卡紧钉15设置有圆柱斜面151、弹簧套设部152以及端头153，相对的两个所述卡紧钉15分别活动配合在所述支撑槽14底部侧壁上开设的壁孔处，所述端头153露出在所述支撑槽14底部外围，所述弹簧套设部152处套设有弹簧16，所述弹簧16的一端抵在所述圆柱斜面151的圆柱端处，另一端抵在所述支撑槽14底部的侧壁处，所述弹簧16处于压缩状态，拉动所述端头153时，所述卡紧钉15向外移动。所述夹持装置与所述卡扣74相配合，所述夹持装置快速地卡入所述卡扣74并支撑所述功能模块盒7快速地插入所述功能模块安装槽6内或从所述功能模块安装槽6内拔出。

所述功能模块安装槽6的槽口处设置有导向部61，所述导向部61呈外大内小状，即呈喇叭口状，如图9和图10所示。在所述功能模块安装槽6的内壁上设置有若干锁紧凹槽62和若干导向槽63，所述锁紧凹槽62为弧状凹槽，在所述功能模块盒7插入所述功能模块安装槽6后，所述锁紧凹槽62与所述锁紧凸起72相卡紧配合，所述导向槽63与所述导向凸棱73相导向配合。

本发明一般安装在高压电线杆上，在不停电的情况下，打开机箱、插拔功能模块盒等操作必须借助于高压绝缘棒进行，高压绝缘棒是一种可伸缩的手持工具，主要在闭合或拉开高压隔离开关，装拆携带式接地线，以及进行测量和试验时使用。机箱内的总线及控制板上设置总线和控制部分，总线及控制部分会自动进行判断，选择一块功能正常且后插入的计量模块作为本高压电能表的计量模块。对已损坏或多余的计量模块，会断开其工作电源，断开电压采集信号，短路电流采集信号，并给出状态指示，实现电能表的基本功能。在本实施例中，机箱的箱门朝下，方便开启、关闭、插拔功能模块盒。当然，对于处于低洼地的电线杆，当人站在与所述电能表差不多相同高度时，也可将箱门开设在侧面，便于在水平位置上进行功能模块盒插拔操作。总线及控制板会自动判断接入总线的模块类型，并给出状态指示。本发明所述高压电能表可通过GPRS、光缆等方式和主站进行通信，将主站所需各种信息上传。本发明所述高压电能表可通过微功率无线模块、远红外、RS485等通信方式和现场操作人员进行交互通信，以实现现场维护及即时抄表等功能。本发明所述高压电能表的各种计量数据、各功能模块工作状态均可通过蓝牙模块发送到手持终端上。电压电流采样模块2由电压互感器PT及电流互感器CT组成，一次侧接AC10kV,二次端输出计量模块所需要的交流电压、电流信号。总线及控制板由总线控制芯片、时钟电路、各种控制及保护电路、主控电路板组成，主要完成以下功能：为各总线端口插座提供时钟信号；随时检测各总线端口插座的状态，控制电流互感器CT输出保护电路的保护与接入，确保在没有计量模块插入或计量模块出现故障时，电流互感器CT输出端处于短路状态；随时检测各总线端口插座的状态，当有模块插入时，识别模块类型并给出相应的状态指示指示灯提示及声音提示。其中的总线端口插座(1-n)：为n个具有完全相同结构、相同位数的标准总线插座，支持热插拔。总线各端口包含但不限于以下信号：

DC12V、DC5V、DC3.3V、GND、信号地；AB相电压Uab、BC相电压Ubc、A相电流输出IAout、A相电流输入IAin、C相电流输出ICout、C相电流输入ICin、地线N；模块插入识别信号；串口发送信号TX、串口接收信号RX；时钟信号。

本发明应用于电能计量设备领域。

Claims (9)

1.一种可配置式新型高压电能表，包括底座（1）、设置在所述底座（1）上侧的电压电流采样模块（2）和设置于所述底座（1）下侧且带有箱门（20）的机箱（3），其特征在于：在所述机箱（3）内设置有总线及控制板（4），所述总线及控制板（4）上设置有至少一个总线端口插座（5），所述总线端口插座（5）上设置有功能模块安装槽（6），在非停电状态下，在所述功能模块安装槽（6）内可插拔地配合有具有不同功能的功能模块盒（7），在所述功能模块安装槽（6）内配合的所有所述功能模块盒（7）中，至少有一块所述功能模块盒（7）为计量模块。

2.根据权利要求1所述的一种可配置式新型高压电能表，其特征在于：每块所述功能模块盒（7）上设置有电路板、与所述电路板一体的金手指（71）、设置在所述功能模块盒（7）的盒体外侧的若干锁紧凸起（72）、设置于所述功能模块盒（7）的盒体外侧的若干导向凸棱（73）以及设置在所述功能模块盒（7）的盒体外端的卡扣（74），所述金手指（71）露出于所述功能模块盒（7）的盒体外部，所述功能模块盒（7）通过一高压绝缘棒（8）与所述功能模块安装槽（6）进行快速插拔，在所述高压绝缘棒（8）的端部设置有夹持装置，所述夹持装置与所述卡扣（74）相配合，所述夹持装置快速地卡入所述卡扣（74）并支撑所述功能模块盒（7）快速地插入所述功能模块安装槽（6）内或从所述功能模块安装槽（6）内拔出。

3.根据权利要求2所述的一种可配置式新型高压电能表，其特征在于：所述功能模块安装槽（6）的槽口处设置有导向部（61），所述导向部（61）呈外大内小状，在所述功能模块安装槽（6）的内壁上设置有若干锁紧凹槽（62）和若干导向槽（63），所述锁紧凹槽（62）为弧状凹槽，在所述功能模块盒（7）插入所述功能模块安装槽（6）后，所述锁紧凹槽（62）与所述锁紧凸起（72）相卡紧配合，所述导向槽（63）与所述导向凸棱（73）相导向配合。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种可配置式新型高压电能表，其特征在于：所述总线及控制板（4）上还设置有MCU、电源模块（9）、互感器在线检测模块（10）、显示模块（11）及蓝牙通信模块（12），

所述电源模块（9）由所述电压电流采样模块（2）从高压侧取电，输出DC12V、DC5V、DC3.3V的电压，为其它模块及所述总线端口插座（5）供电；

所述互感器在线检测模块（10）在线对采样电压及电流互感器进行定期精度检测，并将检测结果发送到总线上，随时接受数据请求；

所述显示模块（11）显示高压电能表的计量结果；

所述蓝牙通信模块（12）将高压电能表的计量数据、端口状态、在线信息发送到外围终端上。

5.根据权利要求1所述的一种可配置式新型高压电能表，其特征在于：所述总线端口插座（5）和所述功能模块安装槽（6）的数目均设置为四个，所述功能模块安装槽（6）内分别配合有计量模块、远程通信模块和远程通信接口模块，所述远程通信模块包括但不限于GPRS模块、微功率无线模块、红外抄表模块或载波通信模块，所述远程通信接口模块包括但不限于光缆通信接口、网络接口或RS485接口。

6.根据权利要求1所述的一种可配置式新型高压电能表，其特征在于：所述总线端口插座（5）为插槽式插座。

7.根据权利要求1所述的一种可配置式新型高压电能表，其特征在于：所述箱门（20）与所述机箱（3）通过电子铅封（13）密封配合。

8.根据权利要求2所述的一种可配置式新型高压电能表，其特征在于：所述夹持装置包括与所述功能模块盒（7）的盒体相适配的支撑槽（14）及相对地设置在所述支撑槽（14）底部的两个卡紧钉（15），每个所述卡紧钉（15）设置有圆柱斜面（151）、弹簧套设部（152）以及端头（153），相对的两个所述卡紧钉（15）分别活动配合在所述支撑槽（14）底部侧壁上开设的壁孔处，所述端头（153）露出在所述支撑槽（14）底部外围，所述弹簧套设部（152）处套设有弹簧（16），所述弹簧（16）的一端抵在所述圆柱斜面（151）的圆柱端处，另一端抵在所述支撑槽（14）底部的侧壁处，所述弹簧（16）处于压缩状态，拉动所述端头（153）时，所述卡紧钉（15）向外移动。

9.根据权利要求2所述的一种可配置式新型高压电能表，其特征在于：所述高压绝缘棒（8）为具有多节杆体依次套设的伸缩杆。