CN109596873A - 一种具有预警功能的智能电表 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有预警功能的智能电表，包括电压采集模块、电流采集模块、剩余电流采集模块、计量模块、MCU智控模块，其中电压、电流采集模块分别采集智能电表所测量的电气回路中各相线的电压、电流信号，剩余电流采集模块采集智能电表所测量的电气回路的剩余电流信号；电压采集模块、电流采集模块、剩余电流采集模块分别将各自采集的电信号送入计量模块，由计量模块计算得到电量、回路电流基波和谐波、剩余电流基波和谐波，MCU智控模块中计算子程模块、突变处理模块对计量模块的计算结果进行时间积分并与对应阈值比较，比较结果输出至预警逻辑模块，由预警逻辑模块进行安全隐患判断和预警。
Description
技术领域
本发明涉及智能电表领域，具体是一种具有预警功能的智能电表。
背景技术
电表是电能表的简称，是用来测量电能的仪表，指测量各种电学量的仪表。随着全球性电力应用和智能电网的飞速发展，对智能电表的需求日益增大。智能电表是智能电网的智能终端，具有用电量计量、用电信息存储、防窃电等功能。除了供电系统自己安装的智能电表外，多功能电力仪表也是智能电表的一种，在厂用电和民用电领域大量使用。多功能电力仪表能够完成电量测量、电能计量、数据显示、采集及传输，广泛应用变电站自动化、配电自动化、智能建筑、企业内部的电能测量和管理考核。
随着电力应用的大规模普及，电气安全、电气火灾等事故发生数量也显著增加。特别是在我国现阶段，电气火灾发生率长期居高不下，我国火灾总量中电气火灾占30％左右，重特大火灾中电气火灾比例高达60％，另据安徽省消防总队介绍，亡人火灾事故基本是由电气火灾造成的，这是因为电气火灾具有隐蔽性强、燃烧迅速、多在夜间发生的特点，受害者没有足够的逃生时间。
电气绝缘老化是产生电气故障、安全事故、电气火灾的主要原因，会直接造成漏电、接地、甚至短路等严重隐患，据统计80～90％的电气故障是由电气绝缘老化直接和间接造成的。
我国政府从2005年开始制定电气火灾监控技术标准，已经有大量的相关产品在实际使用，但电气火灾发生率并没有有效减少，多年来在火灾总数量中所占比例维持在30％左右。而欧、美、日本等发达国家，通过以电气火灾监控技术和产品的普及推广，已经大幅度降低电气火灾发生率，目前日本的电气火灾在火灾总数量中所占比例不到3％。
据江苏省消防总队介绍，目前95％已安装的剩余电流式电气火灾监控系统实际被弃用。究其原因，现有技术比较落后，例如不能区分剩余电流的阻性和感性等部分，政府主管部门强制在商场等营业性场所安装使用，而这些场所存在较多的电梯、变频照明等感性负荷设备，感性剩余电流属于正常参数，一般不会引发火灾，但却造成大量误报。居民住宅是需要使用这类电气火灾监控产品的场所，等却没有被强制实施，也就没有有效推广安装。供电部门主要关注供电和抄表系统，不愿耗资推广电气火灾监控系统。事实上，我国电气火灾监控技术标准和现有技术产品也比较落后，主管部门也因此缺乏推广动力。
现有技术的智能电表技术和功能还是体现在电能数据的测量、管理和集中抄表等，缺乏对电气绝缘老化、故障电弧、剩余电流类电气火灾等电气安全隐患的有效综合监测预警防范。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有预警功能的智能电表，以解决现有技术智能电表难以对包括电气绝缘老化、故障电弧、剩余电流类电气火灾隐患的电气安全隐患进行监测预警防范的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种具有预警功能的智能电表，包括电表本体，其特征在于：还包括电信号采集模块、计量模块、MCU智控模块、网络通讯模块，其中：
电信号采集模块采集电气回路的电压、电流和剩余电流信号；
电信号采集模块采集的电压、电流送入计量模块，由计量模块对电压、电流信号处理计算，获得包括电压、电流、相角、频率功率、电能在内的电表本体相关电气参数后，送入MCU智控模块；
MCU智控模块获取电信号采集模块采集的电流、剩余电流；
MCU智控模块与网络通讯模块连接，对外进行数据传输；
MCU智控模块中程序设置有计算子程模块、突变处理模块、预警逻辑模块，其中：
所述计算子程模块根据电流、剩余电流获得回路电流谐波、剩余电流谐波，并送入突变处理模块；
计算子程模块，把回路电流谐波、剩余电流谐波分别对时间进行积分，获得各时间段的回路电流谐波时间积分参数、剩余电流谐波时间积分参数，分别送入预警逻辑模块；
由突变处理模块找出存在突变的回路电流谐波、剩余电流谐波数值，并从突变开始到突变结束，把突变的回路电流谐波、剩余电流谐波对时间积分，获得突变时间段的回路电流谐波时间积分参数、剩余电流谐波时间积分参数，分别送入预警逻辑模块；
预警逻辑模块中，设置回路电流谐波阈值、剩余电流谐波阈值，设置不同时间尺度的回路电流谐波时间积分阈值和剩余电流谐波时间积分阈值；
预警逻辑模块中，若回路电流谐波数值或剩余电流谐波数值大于相应阈值，并间歇性出现，则预警逻辑模块判断存在相线故障电弧或对地故障电弧，并进行预警报警处理；
预警逻辑模块中，根据突变时间段的时长，把设置的相应时间尺度的时间积分阈值，计算转换成相同时长的时间积分阈值；若突变时间段的回路电流谐波时间积分参数、剩余电流谐波时间积分参数大于相应相同时长的时间积分阈值，且间歇性出现，确定判断存在串并联故障电弧或对地故障电弧，进行紧急报警处理。
所述的一种具有预警功能的智能电表，其特征在于：用于单相电气回路，电信号采集模块采集进入负荷之前的单相回路的电压、电流、剩余电流信号，并送入计量模块；
所述计量模块对电压、电流、剩余电流信号计算，得到相关参数，并将相关参数送入MCU智控模块；
MCU智控模块中计算子程模块，根据相关参数计算获得阻性剩余电流、绝缘电导数值，并将绝缘电导数值、阻性剩余电流数值送入突变处理模块；
所述计算子程模块中，分别把绝缘电导、阻性剩余电流对时间进行积分，获得各时间段的绝缘电导时间积分参数、阻性剩余电流时间积分参数，并分别送入预警逻辑模块；
所述突变处理模块中，找出产生突变的绝缘电导数值、阻性剩余电流数值，并从突变开始至结束，把绝缘电导数值、阻性剩余电流数值分别对时间进行积分，获得突变时间段的绝缘电导时间积分参数、阻性剩余电流时间积分参数，再分别送入预警逻辑模块；
所述预警逻辑模块中，预设有不同时间尺度的绝缘电导时间积分阈值、阻性剩余电流时间积分阈值；
预警逻辑模块中，将各时间段的绝缘电导时间积分参数与相应阈值进行比较，若大于相应阈值，预警逻辑模块判断对应时间段存在电气绝缘安全隐患，并进行预警处理；针对突变时间段的绝缘电导时间积分参数，把预设的相应时间积分阈值转换成与突变时间段相同时间长度的绝缘电导时间积分阈值，再进行比较判断、预警处理；
预警逻辑模块中，将各时间段阻性剩余电流时间积分参数与相应阈值进行比较，若大于相应阈值，预警逻辑模块判断对应时间段存在与电气火灾安全隐患相关的漏电，并进行预警处理；针对突变时间段的阻性剩余电流时间积分参数，把预设的相应时间积分阈值转换成与突变时间段相同时间长度的阻性剩余电流时间积分阈值，再进行比较判断、预警处理。
所述的一种具有预警功能的智能电表，其特征在于：用于单相电气回路，所述MCU智控模块中计算子程模块，根据相关参数，进一步计算获得绝缘电阻数值，并送入预警逻辑模块；
所述预警逻辑模块中，预设绝缘电阻阈值；
所述预警逻辑模块中，把绝缘电阻数值与绝缘电阻阈值比较，若大于，判断该单相电气回路存在电气绝缘隐患，并进行预警报警处理。
所述的一种具有预警功能的智能电表，其特征在于：所述计算子程模块根据剩余电流计算获得剩余电流基波数值，送入突变处理模块和预警逻辑模块；
计算子程模块中，将剩余电流基波数值对时间进行积分，获得各时间段的剩余电流基波时间积分参数，送入预警逻辑模块；
计算子程模块中，由突变处理模块找出存在突变的剩余电流基波数值，并从突变开始到突变结束，把突变的剩余电流基波数值对时间积分，获得突变时间段的剩余电流基波时间积分参数，送入预警逻辑模块；
在预警逻辑模块中预设有剩余电流基波阈值、不同时间尺度的剩余电流基波时间积分阈值；
预警逻辑模块中，把各时间段的剩余电流基波数值与相应阈值比较，若大于，判断该时间段存在剩余电流类电气火灾隐患，进行预警处理；
预警逻辑模块中，把各时间段的剩余电流基波时间积分参数与相应阈值比较，若大于，判断该时间段存在剩余电流类电气火灾隐患，进行预警处理；针对突变时间段的剩余电流基波时间积分参数，把预设的相应时间尺度的时间积分阈值转换成与突变时间段相同时长的时间积分阈值，再进行比较判断、预警处理。
所述的一种具有预警功能的智能电表，其特征在于：设置跳闸控制模块，接入相应电气回路中控制跳闸断电，跳闸控制模块信号输入端与MCU智控模块连接，MCU智控模块中程序的预警逻辑模块检测到严重隐患时生成跳闸控制指令信号发送至跳闸控制模块，跳闸控制模块接收跳闸控制指令信号后进行断电保护。
本发明有益效果为：
从监控报警发展为监测预警，这是电气安全发展的必然趋势。2017年5月国务院安委会出台从2017年5月至2020年4月，为期三年的《关于电气火灾综合治理的通知》，从国务院到各省、市、县均成立专门的“电气火灾综合治理领导小组”，其中国家电网公司、南方电网公司领导均是各级领导小组重要成员。
开发针对电气火灾监测预警功能为主一种具有预警功能的智能电表，是以智能电表为载体，是现阶段通过国网、南网大范围实施电气火灾综合治理是可行之举。
对电气安全早期微弱隐患的监测预警，不适用以电压、电流、剩余电流等暂态电气参数与预设阈值比较为特点的现有安全电气及电气火灾监控报警技术，是因为早期微弱隐患对应的各单个暂态参数数值均低于或远低于报警阈值。另外，在时间方面，电气早期安全隐患的续存时间的时长远大于后期严重隐患存在的时长，所以早期隐患数据总量巨大，把大量数据本地存储或发送到云平台都浪费大量的存储设备和带宽流量。
本发明采用把相关电气安全的微弱信号参数对时间进行积分方式数据聚合，大幅度减少了早期微弱隐患的有效数据量、提高精度。本发明进一步采用突变时间积分参数，意义在于跟踪获得突变事件的完整过程相关的积分参数，能够精准地掌握有关电气安全突变事件的隐患程度。
本发明结合现有三相电表主体，通过电流谐波、剩余电流基波和谐波以及它们的时间积分参数，进行电气安全隐患判断，并进一步基于剩余电流式电气火灾隐患、故障电弧隐患为主要内容的电气安全隐患进行监测预警。
本发明结合现有单相电表主体，针对单相电气回路，通过绝缘电阻、绝缘电导、阻性剩余电流等多角度在线检测电气绝缘隐患，更进一步采用包括突变时间段的各时间段阻性剩余电流、绝缘电导时间积分参数，进行数据聚合。
本发明，把电表功能从用电计量扩展到具有电气绝缘老化隐患、电气火灾隐患监测、故障电弧监测为内容的安全预警型单相智能电表，再配备与云平台连接的物联网网络通讯模块，构成物联网新一代安全预警型物联网单相智能电表。
本发明对于大于阈值的异常时间积分参数，可以直接判断其存在安全隐患。对于小于阈值的异常时间积分参数，采用突变时间积分参数，在异常时间积分参数对应的时间段内，找到存在突变的突变时间段积分参数，可进一步定位安全隐患出现的时间，针对该突变参数时间段对应排查该时间段使用的用电设备，有助于发现隐患设备，提高判断精度及准确性。
本发明选择阻性剩余电流作为监测重点，是因为分布电容、电感产生的容性剩余电流、感性剩余电流多是沿电气回路线缆平均分布，并且通常不直接引起发热，而阻性剩余电流多是通过少数漏电点泄露，并且直接引起发热。
本发明在增加少量硬件结构的条件下，通过回路电流谐波和剩余电流谐波进行相线故障电弧和对地故障电弧监测。本发明中，把间歇性谐波电流作为重点，是因为现阶段我国大量存在中低档甚至劣质变频节能用电设备，谐波电流泄放到设备外壳和保护地线，形成稳定的连续较大电流谐波和谐波剩余电流。这些连续稳定的谐波电流和谐波剩余电流会直接干扰对故障电弧的判断，但故障电弧具有间歇性时序特征，以此为判据，大幅提高故障电弧检测的实用性。本发明文档中谐波电流也称为电流谐波，谐波剩余电流也称为剩余电流谐波；
本发明设置跳闸控制模块，是针对发现严重的电气绝缘、阻性剩余电流、故障电弧等安全隐患，通过跳闸断电保护，防范电气故障和电气火灾发生和扩展。
附图说明
图1是本发明结构原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：如图1所示，一种具有预警功能的智能电表，包括电表本体，还包括电信号采集模块、计量模块、MCU智控模块、网络通讯模块，其中：
电信号采集模块采集电气回路的电压、电流和剩余电流信号；所述电信号采集模块包括电压采集处理电路、电流采集处理电路和剩余电流采集处理电路；
电信号采集模块连接计量模块的输入端口，把电气回路的电压、电流和剩余电流信号送给计量模块；
本实施例，针对三相电气回路，计量模块采用双RN8302电能计量芯片方案，RN8302芯片是一种带谐波监测的三相电能计量芯片，但其内部N相电流处理部分没有谐波计算功能，只能获得有效值，但该芯片成本较低，而且现阶段单相电能计量芯片普遍不具有谐波计算功能，所以本发明方案采用单独一颗RN8302采集剩余电流信号。
这样，本实施例中，一颗主RN8302芯片的UA、UB、UC、IA、IB、IC模拟输入端口分别与电信号采集模块中的三相电压、三相电流的采样处理电路连接；MCU智控模块通过主RN8302芯片获得包含电压、电流、功率、电能、频率、相位角等相关电气数据，通过计算处理实现常规电表功能；
同时，MCU智控模块通过主RN8302芯片也获得回路电压的基波和谐波、电流的基波和谐波相关参数；
另一颗辅RN8302芯片的IA、IB、IC模拟输入端口中的任意一个连接电信号采集模块中的剩余电流采样处理电路；
RN8302芯片通过SPI或UART数据通讯接口与MCU智控模块相应接口连接；MCU智控模块通过辅RN8302芯片获得剩余电流基波及其谐波数值。
本实施例中，与包括现有智能电表的现有电表方案不同之处，MCU智控模块通过计量模块获取回路相电流谐波数值和剩余电流谐波数值，并进一步检测计算，判断故障电弧隐患。
MCU智控模块连接有物联网通讯子模块，进行对外数据传输，其中：
采用WIFI、蓝牙、GPRS、4G、NB-IoT中的一种或多种直接与互联网云平台连接通讯，物联网通讯子模块包括采用本地RS485/CAN通讯间接与互联网云平台连接通讯；
本实施例中MCU智控模块也连接有红外通讯子模块；
MCU智控模块中程序设置有计算子程模块、突变处理模块、预警逻辑模块，其中：
所述计算子程模块，通过计量模块获得回路电流谐波、剩余电流谐波，并送入突变处理模块；把回路电流谐波、剩余电流谐波分别对时间进行积分，获得各时间段的回路电流谐波时间积分参数、剩余电流谐波时间积分参数，并送入预警逻辑模块；
本发明所述各时间段，一般是以整分钟、小时、日、月等整时间段为主；
由突变处理模块找出存在突变的回路电流谐波或剩余电流谐波参数，并从突变开始到突变结束，把突变的回路电流谐波、剩余电流谐波对时间积分，获得突变时间段的回路电流谐波时间积分参数、剩余电流谐波时间积分参数，分别送入预警逻辑模块；
预警逻辑模块中，分别设置回路电流谐波阈值、剩余电流谐波阈值、不同时间尺度的回路电流谐波时间积分阈值和剩余电流谐波时间积分阈值；本发明所述不同时间尺度，一般以整分钟、小时、日、月等不同长度的单位时间；
预警逻辑模块中，若回路电流谐波数值或剩余电流谐波数值大于相应阈值，并间歇性出现，则预警逻辑模块判断存在相线故障电弧或对地故障电弧，并进行预警报警处理；
本发明所述谐波间歇性，是指检测到回路相线电流谐波数值或剩余电流谐波数值超过相应谐波阈值情况在秒级时间回复低于阈值，又秒级出现超过阈值，反复出现的情况，预警逻辑模块在程序中设置间歇性标识；
预警逻辑模块中，根据突变时间段的时长，把设置的相应时间尺度的时间积分阈值，计算转换成相同时长的时间积分阈值；若突变时间段的回路电流谐波时间积分参数、剩余电流谐波时间积分参数大于相应相同时长的时间积分阈值，且间歇性出现，确定判断存在串并联故障电弧或对地故障电弧，进行紧急报警处理。
本实施例，计算子程模块通过计量模块获得的剩余电流基波数值，将剩余电流基波数值对时间进行积分，获得各时间段的剩余电流基波时间积分参数，送入突变处理模块和预警逻辑模块；
由突变处理模块找出存在突变的剩余电流基波数值，并从突变开始到突变结束，把突变的剩余电流基波数值对时间积分，获得突变时间段的剩余电流基波时间积分参数，送入预警逻辑模块；
在预警逻辑模块中预设有不同时间尺度的剩余电流基波时间积分阈值，若各时间段的剩余电流基波时间积分参数大于相应时间尺度的剩余电流基波时间积分阈值，判断该时间段存在剩余电流类电气火灾隐患，进行预警处理；针对突变时间段的剩余电流基波时间积分参数，把预设的相应时间尺度的时间积分阈值转换成与突变时间段相同时长的时间积分阈值，再进行比较判断、预警处理。
本实施例，设置跳闸控制模块，接入相应电气回路中控制跳闸断电，跳闸控制模块信号输入端与MCU智控模块连接，MCU智控模块中程序的预警逻辑模块检测到严重隐患时生成跳闸控制指令信号发送至跳闸控制模块，跳闸控制模块接收跳闸控制指令信号后进行断电保护。
实施例2：与实施例1相比不同，电信号采集模块把电气回路的电压、电流信号送给计量模块，把剩余电流信号送给AD子模块，所述AD子模块，是指MCU智控模块中微控制器的模拟量(AD)采集处理单元；把剩余电流采集处理电路连接到MCU智控模块中ST32系列微处理器的模拟输入管脚之一，如AN0；
在MCU智控模块的计算子程模块中，通过均方根算法计算获得相电流有效值和剩余电流有效值有效值数值，通过傅里叶计算(FFT)获得相电流基波和剩余电流基波Is数值；再分别把各有效值与基波数值相减获得相应谐波数值(全谐波)，获得相电流谐波Ix和剩余电流谐波Isx数值。
实施例2与实施例1的不同在于，实施例1通过计量模块获得剩余电流基波和剩余电流谐波，实施例2通过MCU智控模块的微处理器STM32系列微处理器芯片，计算获得回路剩余电流基波和剩余电流谐波。
实施例3：一种具有预警功能的智能电表适用在单相电气回路，包括具有零火线双线结构的单相电表本体，其中：所述零火线双线结构的单相电表中，连接电气回路内的零线就是单相电气回路的独立零线，不中间连接零排端子，也不与其它线路混联；
本实施例针对单相电气回路，电量采集模块采集单相电气回路的电压、电流、剩余电流信号；为了通过计量模块直接获取相应谐波信号和参数数值，而且一般专用计量芯片的采集精度远大于微控制器芯片的模拟量通道采集精度，计量模块中仍采用RN8302电能计量芯片。
本实施例，电流采集模块和剩余电流采集模块连接分别连接到RN8302芯片的IA、IB对应输入端口，采集单相电压信号的电压采集模块同时连接到RN8302芯片的UA、UB对应输入端口。
RN8302芯片通过SPI数据通讯接口与MCU智控模块SPI数据通讯接口连接。MCU智控模块通过计量模块中的RN8302芯片获得电压U及其谐波信号Ux、回路电流基波I及其谐波Ix、剩余电流基波Is及其谐波信号Isx、单相用电功率P、电能；接通过连接到RN8302芯片B相之UB和IB端口的电压与剩余电流获得与剩余电流相关的漏电功率、漏电电能，并且细化获得漏电有功功率Ps；进一步获得剩余电流有功部分和无功部分，其中剩余电流有功部分是阻性剩余电流。
在MCU智控模块的计算子程模块中，通过均方根算法计算获得剩余电流有效值有效值数值，通过傅里叶计算(FFT)获得剩余电流基波Is数值；再把有效值与基波数值相减获得相应谐波数值(全谐波)，获得剩余电流谐波Isx数值。
计算子程模块中，可通过两点乘积算法或FFT傅利叶算法，计算出阻抗的实部和虚部，其中阻抗实部部分是绝缘电阻Rs，绝缘阻抗的倒数为绝缘电导Gs；同理，计算出剩余电流的实部，获得阻性剩余电流IsR。
计算子程模块中，将绝缘电导数值、阻性剩余电流数值送入突变处理模块；
所述计算子程模块中，分别把绝缘电导、阻性剩余电流对时间进行积分，获得各时间段的绝缘电导时间积分参数、阻性剩余电流时间积分参数，分别送入预警逻辑模块；
所述突变处理模块中，找出产生突变的绝缘电导数值、阻性剩余电流数值，并从突变开始至结束，把绝缘电导数值、阻性剩余电流数值分别对时间进行积分，获得突变时间段的绝缘电导时间积分参数、阻性剩余电流时间积分参数，再分别送入预警逻辑模块；
所述预警逻辑模块中，预设有不同时间尺度的绝缘电导时间积分阈值、阻性剩余电流时间积分阈值；
预警逻辑模块中，将各时间段的绝缘电导时间积分参数与相应阈值进行比较，若大于相应阈值，预警逻辑模块判断对应时间段存在电气绝缘安全隐患，并进行预警处理；针对突变时间段的绝缘电导时间积分参数，把预设的相应时间积分阈值转换成与突变时间段相同时间长度的绝缘电导时间积分阈值，再进行比较判断、预警处理；
预警逻辑模块中，将各时间段阻性剩余电流时间积分参数与相应阈值进行比较，若大于相应阈值，预警逻辑模块判断对应时间段存在与电气火灾安全隐患相关的漏电，并进行预警处理；针对突变时间段的阻性剩余电流时间积分参数，把预设的相应时间积分阈值转换成与突变时间段相同时间长度的阻性剩余电流时间积分阈值，再进行比较判断、预警处理。
本实施例，通过单相电气回路的电压与剩余电流矢量组合，所述计算子程模块通过电量采集模块计算获得漏电有功功率，进一步计算获得绝缘电阻数值，并送入预警逻辑模块；在预警逻辑模块中，预设绝缘电阻阈值，把绝缘电阻数值与绝缘电阻阈值比较，若大于，判断对存在电气绝缘隐患，并进行预警处理。
实施例4：一种具有预警功能的智能电表适用在单相电气回路，与实施例3不同，计量模块中采用常规单相电能计量芯片，本实施例采用RN8209单相电能计量芯片，现阶段单相电能计量芯片均不带谐波计算功能。
本实施例，把电压、电流采集处理电路连接分别连接到RN8209芯片的UA、IA对应输入端口，同时也把电压、电流采集处理电路连接到MCU智控模块中ST32系列微处理器的不同模拟输入管脚，如AN1、AN2；把剩余电流采集处理电路连接到MCU智控模块中ST32系列微处理器的其它模拟输入管脚，如AN0；电压、电流和剩余电流信号均送给AD子模块，其中ST32系列微处理器同步采集电压和剩余电流信号；
RN8209芯片通过SPI或UART通讯接口与MCU智控模块相应通讯接口连接，MCU智控模块通过计量模块中的RN8209芯片获得电压U、电流I、以及相角、频率、功率、电能等常规电表数据。
在MCU智控模块的计算子程模块中，通过均方根算法计算获得相电压有效值、相电流有效值和剩余电流有效值有效值数值，通过傅里叶计算(FFT)获得相电压基波、相电流基波和剩余电流基波Is数值；再分别把各有效值与基波数值相减获得相应谐波数值(全谐波)，获得相电压谐波、相电流谐波Ix和剩余电流谐波Isx数值。
计算子程模块中，可通过两点乘积算法或FFT傅利叶算法，计算出阻抗的实部和虚部，其中阻抗实部部分是绝缘电阻Rs，绝缘阻抗的倒数为绝缘电导Gs；同理，计算出剩余电流的实部，获得阻性剩余电流IsR。
本发明各实施例中，电压采集模块为电压互感器或电阻网格；电流采集模块为电流互感器或分流器；剩余电流采集模块为穿心精密电流互感器。
本发明中，电流谐波也称谐波电流，剩余电流谐波也称谐波剩余电流，除非特殊说明，一般均为总谐波数值。
本发明具体实施方式各实施例中，包括：
MCU智控模块连接有RTCS时钟模块；
MCU智控模块连接有ESAM加密模块；
MCU智控模块连接有储存模块，包括但不局限于EEPROM存或FLASH存储器；
MCU智控模块连接人机接口模块，包括按键、指示灯和LCD/LED显示子模块。
Claims (5)
1.一种具有预警功能的智能电表，包括电表本体，其特征在于：还包括电信号采集模块、计量模块、MCU智控模块、网络通讯模块，其中：
电信号采集模块采集电气回路的电压、电流和剩余电流信号；
电信号采集模块采集的电压、电流送入计量模块，由计量模块对电压、电流信号处理计算，获得包括电压、电流、相角、频率功率、电能在内的电表本体相关电气参数后，送入MCU智控模块；
MCU智控模块还获取电信号采集模块采集的电流、剩余电流；
MCU智控模块与网络通讯模块连接，对外进行数据传输；
MCU智控模块中程序设置有计算子程模块、突变处理模块、预警逻辑模块，其中：
所述计算子程模块根据电流、剩余电流获得回路电流谐波、剩余电流谐波，并送入突变处理模块；
计算子程模块，把回路电流谐波、剩余电流谐波分别对时间进行积分，获得各时间段的回路电流谐波时间积分参数、剩余电流谐波时间积分参数，分别送入预警逻辑模块；
由突变处理模块找出存在突变的回路电流谐波、剩余电流谐波数值，并从突变开始到突变结束，把突变的回路电流谐波、剩余电流谐波对时间积分，获得突变时间段的回路电流谐波时间积分参数、剩余电流谐波时间积分参数，分别送入预警逻辑模块；
预警逻辑模块中，设置回路电流谐波阈值、剩余电流谐波阈值，设置不同时间尺度的回路电流谐波时间积分阈值和剩余电流谐波时间积分阈值；
预警逻辑模块中，若回路电流谐波数值或剩余电流谐波数值大于相应阈值，并间歇性出现，则预警逻辑模块判断存在相线故障电弧或对地故障电弧，并进行预警报警处理；
预警逻辑模块中，根据突变时间段的时长，把设置的相应时间尺度的时间积分阈值，计算转换成相同时长的时间积分阈值；若突变时间段的回路电流谐波时间积分参数、剩余电流谐波时间积分参数大于相应相同时长的时间积分阈值，且间歇性出现，确定判断存在串并联故障电弧或对地故障电弧，进行紧急报警处理。
2.根据权利要求1所述的一种具有预警功能的智能电表，其特征在于：用于单相电气回路，电信号采集模块采集进入负荷之前的单相回路的电压、电流、剩余电流信号，并送入计量模块；
所述计量模块对电压、电流、剩余电流信号计算，得到相关参数，并将相关参数送入MCU智控模块；
MCU智控模块中计算子程模块，根据相关参数计算获得阻性剩余电流、绝缘电导数值，并将绝缘电导数值、阻性剩余电流数值送入突变处理模块；
所述计算子程模块中，分别把绝缘电导、阻性剩余电流对时间进行积分，获得各时间段的绝缘电导时间积分参数、阻性剩余电流时间积分参数，并分别送入预警逻辑模块；
所述突变处理模块中，找出产生突变的绝缘电导数值、阻性剩余电流数值，并从突变开始至结束，把绝缘电导数值、阻性剩余电流数值分别对时间进行积分，获得突变时间段的绝缘电导时间积分参数、阻性剩余电流时间积分参数，再分别送入预警逻辑模块；
所述预警逻辑模块中，预设有不同时间尺度的绝缘电导时间积分阈值、阻性剩余电流时间积分阈值；
预警逻辑模块中，将各时间段的绝缘电导时间积分参数与相应阈值进行比较，若大于相应阈值，预警逻辑模块判断对应时间段存在电气绝缘安全隐患，并进行预警处理；针对突变时间段的绝缘电导时间积分参数，把预设的相应时间积分阈值转换成与突变时间段相同时间长度的绝缘电导时间积分阈值，再进行比较判断、预警处理；
预警逻辑模块中，将各时间段阻性剩余电流时间积分参数与相应阈值进行比较，若大于相应阈值，预警逻辑模块判断对应时间段存在与电气火灾安全隐患相关的漏电，并进行预警处理；针对突变时间段的阻性剩余电流时间积分参数，把预设的相应时间积分阈值转换成与突变时间段相同时间长度的阻性剩余电流时间积分阈值，再进行比较判断、预警处理。
3.根据权利要求2所述的一种具有预警功能的智能电表，其特征在于：用于单相电气回路，所述MCU智控模块中计算子程模块，根据相关参数，进一步计算获得绝缘电阻数值，并送入预警逻辑模块；
所述预警逻辑模块中，预设绝缘电阻阈值；
所述预警逻辑模块中，把绝缘电阻数值与绝缘电阻阈值比较，若大于，判断该单相电气回路存在电气绝缘隐患，并进行预警报警处理。
4.根据权利要求1所述的一种具有预警功能的智能电表，其特征在于：所述计算子程模块根据剩余电流计算获得剩余电流基波数值，送入突变处理模块和预警逻辑模块；
计算子程模块中，将剩余电流基波数值对时间进行积分，获得各时间段的剩余电流基波时间积分参数，送入预警逻辑模块；
计算子程模块中，由突变处理模块找出存在突变的剩余电流基波数值，并从突变开始到突变结束，把突变的剩余电流基波数值对时间积分，获得突变时间段的剩余电流基波时间积分参数，送入预警逻辑模块；
在预警逻辑模块中预设有剩余电流基波阈值、不同时间尺度的剩余电流基波时间积分阈值；
预警逻辑模块中，把各时间段的剩余电流基波数值与相应阈值比较，若大于，判断该时间段存在剩余电流类电气火灾隐患，进行预警处理；
预警逻辑模块中，把各时间段的剩余电流基波时间积分参数与相应阈值比较，若大于，判断该时间段存在剩余电流类电气火灾隐患，进行预警处理；针对突变时间段的剩余电流基波时间积分参数，把预设的相应时间尺度的时间积分阈值转换成与突变时间段相同时长的时间积分阈值，再进行比较判断、预警处理。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种具有预警功能的智能电表，其特征在于：设置跳闸控制模块，接入相应电气回路中控制跳闸断电，跳闸控制模块信号输入端与MCU智控模块连接，MCU智控模块中程序的预警逻辑模块检测到严重隐患时生成跳闸控制指令信号发送至跳闸控制模块，跳闸控制模块接收跳闸控制指令信号后进行断电保护。
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