CN108445286A - 一种三相四线制电能表故障模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相四线制电能表故障模拟装置，涉及电力计量故障模拟技术领域。所述三相四线制电能表故障模拟装置，包括故障类型选择按钮模块、上位机控制监测模块、下位机控制处理模块、继电器阵列模块以及三相四线制电能表，通过故障类型选择按钮模块或上位机控制监测模块实现三相四线制电能表电压和电流故障的模拟，无需繁琐的接线，安全可靠，且操作性强；本发明不仅实现了故障模拟的远程操作，还可以实现远程监控，进一步提高了安全性和操作性。

Description

一种三相四线制电能表故障模拟装置

技术领域

本发明属于电力计量故障模拟技术领域，尤其涉及一种三相四线制电能表故障模拟装置。

背景技术

随着国家电网智能电网发展规划的确定，智能电表作为智能电网的智能终端，具有广阔的市场需求。智能电表不仅具有普通电表的电能计量功能，还能对电网运行状态进行实时监测以及检测外部三相接线出现的故障类型等功能。但是，对于智能型的电能表步入市场，用户对智能电表的可靠性抱有怀疑的态度，所以需要对智能电表进行校验，检测电能表是否能够安全可靠的工作。

而对于计量人员而言，在正式工作之前需要掌握三相四线制接线中所出现的各种故障类型，才能在以后的工作中从容应对各种状况，因此对电网中即将上岗的工作人员进行培训是必不可少的。对电能表的校验以及对计量人员的培训都需要提供三相四线制电能表接线中电压电流的各种故障类型，而在实际中是无法产生真实的故障类型来供电能表校验和人员培训使用的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种三相四线制电能表故障模拟装置，能够模拟三相四线制电压电流接线的各种故障类型，如电压的断相、表尾反接；电流的极性反接、二次短路；电能表表尾电流进出反接等故障类型；该故障模拟装置模拟电压电流的故障类型多，控制灵活，易于操作，安全性高。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种三相四线制电能表故障模拟装置，包括故障类型选择按钮模块、上位机控制监测模块、下位机控制处理模块、继电器阵列模块以及三相四线制电能表；所述下位机控制处理模块分别与所述故障类型选择按钮模块、上位机控制监测模块以及继电器阵列模块连接；所述继电器阵列模块还分别与三相电源、三相四线制电能表连接；

所述故障类型选择按钮模块，用于操作人员根据故障类型选择不同的按钮，并将按钮指令发送给所述下位机控制处理模块；

所述上位机控制监测模块，用于根据不同的故障类型下发故障指令给下位机控制处理模块，同时获取下位机控制处理模块的状态信息，监控整个装置的状态；

所述下位机控制处理模块，用于对故障类型选择按钮模块发出的按钮指令或上位机控制监测模块发出的故障指令进行分析处理，并形成相应的控制指令发送给继电器阵列模块；

所述继电器阵列模块，用于根据下位机控制处理模块发出的控制指令进行继电器组合，以模拟三相四线制电能表不同的电压故障和电流故障，继电器阵列模块的输出直接与三相四线制电能表连接，可以将故障类型直接反应到电能表上。

进一步的，所述下位机控制处理模块与上位机控制监测模块通过RS485通讯接口进行通信连接。

进一步的，所述继电器阵列模块是由31个继电器组成，其中13个继电器的切换用于实现三相四线制电能表的电压故障模拟，另外18个继电器的切换用于实现三相四线制电能表的电流故障模拟。

进一步的，所述故障类型选择按钮模块是由分别代表三相四线制电压故障、电流故障的按钮组成。

进一步的，所述下位机控制处理模块是以MSP430F149为主芯片的信号处理和信号输出电路。

进一步的，所述上位机控制监测模块是在PC端的WIN7操作系统下由LabVIEW软件搭建的控制平台。

进一步的，一种三相四线制电能表故障模拟装置的故障模拟方法，包括如下步骤：

1）对三相四线制电能表的电压电流故障类型，预设好相应的继电器阵列模块的切换规则，由下位机控制处理模块来控制继电器阵列模块中的继电器动作；

2）对故障类型选择按钮模块中的每个按钮均预设好不同的指令，操作人员根据不同的故障类型选择不同的按钮按下，下位机控制处理模块扫描到被按下的按钮下发的按钮指令，并进行相应的分析处理形成控制指令来驱动对应的继电器动作，通过继电器的切换产生相应的故障；

3）下位机控制处理模块与上位机控制监测模块通过RS485进行通信，上位机控制监测模块获取下位机控制处理模块的状态信息，监控整个装置的状态；同时上位机控制监测模块也发送故障指令给下位机控制处理模块，并控制继电器阵列模块产生相应的动作，产生相应的故障，实现远程监控和远程操作。

与现有技术相比，本发明所提供的三相四线制电能表故障模拟装置，包括故障类型选择按钮模块、上位机控制监测模块、下位机控制处理模块、继电器阵列模块以及三相四线制电能表，通过故障类型选择按钮模块或上位机控制监测模块实现三相四线制电能表电压和电流故障的模拟，无需繁琐的接线，安全可靠，且操作性强；上位机控制监测模块与下位机控制处理模块进行通信，不仅实现了故障模拟的远程操作，还可以实现远程监控，进一步提高了安全性和操作性；本发明的故障模拟装置在对继电器阵列模块进行设计时，不仅可以进行单独故障的模拟，还可以进行多种故障的叠加，能够有效模拟三相四线制电能表电压电流的多种故障类型，满足计量人员培训项目需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种三相四线制电能表故障模拟装置的结构框图；

图2是本发明上位机控制监测模块对故障类型的选择控制和监测工作状态的原理图；

图3是本发明通过按钮实现故障类型选择的工作流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，本发明所提供的一种三相四线制电能表故障模拟装置，包括故障类型选择按钮模块、上位机控制监测模块、下位机控制处理模块、继电器阵列模块以及三相四线制电能表；下位机控制处理模块分别与故障类型选择按钮模块、上位机控制监测模块以及继电器阵列模块连接；继电器阵列模块还分别与三相电源、三相四线制电能表连接；

故障类型选择按钮模块是由分别代表三相四线制电压故障、电流故障的按钮组成，操作人员根据故障类型选择不同的按钮，并将按钮指令发送给下位机控制处理模块。

上位机控制监测模块是在PC端的WIN7操作系统下由LabVIEW软件搭建的控制平台，且与下位机控制处理模块通过RS485通讯接口进行通信连接；上位机控制监测模块用于根据不同的故障类型下发故障指令给下位机控制处理模块，同时获取下位机控制处理模块的状态信息，监控整个装置的状态。

下位机控制处理模块是以MSP430F149为主芯片的信号处理和信号输出电路，用于对故障类型选择按钮模块发出的按钮指令或上位机控制监测模块发出的故障指令进行分析处理，并形成相应的控制指令发送给继电器阵列模块。

继电器阵列模块是由31个继电器组成，其中13个继电器的切换用于实现三相四线制电能表的电压故障模拟，另外18个继电器的切换用于实现三相四线制电能表的电流故障模拟。

一种三相四线制电能表故障模拟装置的故障模拟方法，包括如下步骤：

1）对三相四线制电能表的电压电流故障类型，预设好相应的继电器阵列模块的切换规则，由下位机控制处理模块来控制继电器阵列模块中的继电器动作；

2）对故障类型选择按钮模块中的每个按钮均预设好不同的指令，操作人员根据不同的故障类型选择不同的按钮按下，下位机控制处理模块扫描到被按下的按钮下发的按钮指令，并进行相应的分析处理形成控制指令来驱动对应的继电器动作，通过继电器的切换产生相应的故障；

3）下位机控制处理模块与上位机控制监测模块通过RS485进行通信，上位机控制监测模块获取下位机控制处理模块的状态信息，监控整个装置的状态；同时上位机控制监测模块也发送故障指令给下位机控制处理模块，并控制继电器阵列模块产生相应的动作，产生相应的故障，实现远程监控和远程操作。

本发明三相四线制电能表故障模拟装置的下位机控制处理模块受两种模式控制，一种是扫描外部按钮（故障类型选择按钮模块）的状态，接收按钮指令来控制继电器动作，另一种是通过RS485通讯接口与上位机控制监测模块（简称上位机）之间双向通信，可以由下位机控制处理模块（简称下位机）向上位机发送装置的工作状态，让上位机操作能远程实时监测，也可以由上位机发送故障指令给下位机，下位机做出处理，I/O输出控制指令给继电器阵列模块，继电器动作输出故障类型。

图2详细介绍了上位机实现对故障类型的选择控制和监控工作状态的原理。下位机把按钮状态、故障类型信息通过RS485发送给上位机，上位机接收到信息后，通过分析、提取信息就能了解此时装置的工作状态；当上位机要远程操作时，通过RS485给下位机发送故障指令，下位机根据故障指令做出反应，同时也会把继电器动作信息反映给上位机，看装置是否可靠的输出了要求的故障类型。

图3详细介绍了通过故障类型选择按钮模块实现故障类型选择的工作过程。对于不同的故障类型故障类型选择按钮模块中的按钮都设定了不同的指令，当装置工作时，下位机一直扫描按钮状态，一旦按钮按下，下位机通过扫描按钮状态就会接收相应的按钮指令，并根据该指令控制继电器动作，产生相应的故障类型。

本发明三相四线制电能表故障模拟装置工作过程如下：电网中三相电源接入该装置输入端后，可以通过装置面板上的按钮（故障类型选择按钮模块）选择，输出所需要的故障类型；装置的输入有三相电压UA、UB、UC、UN，三相电流IA+、IA-、IB+、IB-、IC+、IC-；电压模拟的故障类型有断相和相序错误，电流模拟的故障类型有二次短路、极性反接和相序错误。在故障选择时，可以进行故障的组合叠加选择，如电压既有断相故障又有相序错误、电流既有短路故障又有极性反接等其他故障组合。在进行故障设计时，具有故障优先级的设定，正常的三相四线制电压输入时，先有断相的设计，然后是相序的故障设计；对于电流的设计先是短路，接着是极性反接，最后是相序故障设计，按照优先级设计，实现故障的组合选择。该装置不仅可以通过按钮选择实现故障类型模拟，也可以由上位机通过RS485与下位机之间双向通信来远程监测和选择故障类型。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三相四线制电能表故障模拟装置，其特征在于：包括故障类型选择按钮模块、上位机控制监测模块、下位机控制处理模块、继电器阵列模块以及三相四线制电能表；所述下位机控制处理模块分别与所述故障类型选择按钮模块、上位机控制监测模块以及继电器阵列模块连接；所述继电器阵列模块还分别与三相电源、三相四线制电能表连接；

所述故障类型选择按钮模块，用于操作人员根据故障类型选择不同的按钮，并将按钮指令发送给所述下位机控制处理模块；

所述上位机控制监测模块，用于根据不同的故障类型下发故障指令给下位机控制处理模块，同时获取下位机控制处理模块的状态信息，监控整个装置的状态；

所述下位机控制处理模块，用于对故障类型选择按钮模块发出的按钮指令或上位机控制监测模块发出的故障指令进行分析处理，并形成相应的控制指令发送给继电器阵列模块；

所述继电器阵列模块，用于根据下位机控制处理模块发出的控制指令进行继电器组合，以模拟三相四线制电能表不同的电压故障和电流故障。

2.如权利要求1所述的三相四线制电能表故障模拟装置，其特征在于：所述下位机控制处理模块与上位机控制监测模块通过RS485通讯接口进行通信连接。

3.如权利要求1所述的三相四线制电能表故障模拟装置，其特征在于：所述继电器阵列模块是由31个继电器组成，其中13个继电器的切换用于实现三相四线制电能表的电压故障模拟，另外18个继电器的切换用于实现三相四线制电能表的电流故障模拟。

4.如权利要求1所述的三相四线制电能表故障模拟装置，其特征在于：所述故障类型选择按钮模块是由分别代表三相四线制电压故障、电流故障的按钮组成。

5.如权利要求1或2所述的三相四线制电能表故障模拟装置，其特征在于：所述下位机控制处理模块是以MSP430F149为主芯片的信号处理和信号输出电路。

6.如权利要求1或2所述的三相四线制电能表故障模拟装置，其特征在于：所述上位机控制监测模块是在PC端的WIN7操作系统下由LabVIEW软件搭建的控制平台。

7.一种三相四线制电能表故障模拟装置的故障模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）对三相四线制电能表的电压电流故障类型，预设好相应的继电器阵列模块的切换规则，由下位机控制处理模块来控制继电器阵列模块中的继电器动作；

2）对故障类型选择按钮模块中的每个按钮均预设好不同的指令，操作人员根据不同的故障类型选择不同的按钮按下，下位机控制处理模块扫描到被按下的按钮下发的按钮指令，并进行相应的分析处理形成控制指令来驱动对应的继电器动作，通过继电器的切换产生相应的故障；

3）下位机控制处理模块与上位机控制监测模块通过RS485进行通信，上位机控制监测模块获取下位机控制处理模块的状态信息，监控整个装置的状态；同时上位机控制监测模块也发送故障指令给下位机控制处理模块，并控制继电器阵列模块产生相应的动作，产生相应的故障，实现远程监控和远程操作。