CN109799419A - 一种交流二次错接线分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种交流二次错接线分析仪，属电力检测设备技术领域。它由上位机和下位机构成，下位机的主机的模拟量输入接口板A通过导线与主控板A相连，输出三路交流电压和交流电流采样信号；下位机的子机包括模拟量输入接口板B、主控板B，输出一路交流电压采样信号；主控板A和主控板B由采样模块、无线通讯接收模块和STM32模块组成；采样模块包括电压变换支路和电流变换支路；采样模块的采样芯片将电压变换支路和电流变换支路输出的模拟信号转换为数字信号传输给STM32模块。可准确测量二次回路共地点或不共地点的电压电流幅值和相位，且智能判断交流二次回路错接线与否，自成检测报告，判断正确率高，减小人工判断误差。

Description

一种交流二次错接线分析仪

技术领域

本发明涉及一种交流二次错接线分析仪，属电力系统检测设备技术领域。

背景技术

监测、控制、保护和调节电力一次设备需要用到二次设备。保证二次设备正确工作的前提是：交流电压电流的采样值应符合规定。由于交流一次电压电流的幅值大，二次设备无法直接使用，采样前必须通过电压互感器和电流互感器转换成二次设备可测量的二次电压电流值，一旦交流二次错接线，就会影响二次设备做出正确判断，严重时甚至会引起保护误动或拒动。因此，在二次回路投运前，必须带负荷测试电压电流幅值和相位，以判断电压互感器和电流互感器二次端的极性、相序和幅值是否正常。但现有带负荷测试工具只能提供交流电压电流的幅值和相位检测，对于交流二次错接线则完全依赖人工判断，不仅自动化程度低，而且无法保证检测的正确性。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种无论二次电压电流回路共地点或不共地点，均能准确测量其电压电流幅值和相位，同时可智能判断交流二次回路接线正确与否，自动生成检测报告，自动化程度高，工作稳定可靠，提高判断正确率，极大减小人工判断误差，避免保护误动或拒动现象发生的交流二次错接线分析仪。

本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

一种交流二次错接线分析仪，它由上位机和下位机构成，上位机包括显示界面、人机交互界面、无线通讯；下位机由主机和子机组成；其特征在于：

主机包括模拟量输入接口板A、主控板A，主机的模拟量输入接口板A通过导线与主控板A相连，模拟量输入接口板A输出三路交流电压和三路交流电流模拟信号；子机包括模拟量输入接口板B、主控板B，模拟量输入接口板B输出一路交流电压模拟信号；主控板A由采样模块、无线通讯接收模块和STM32模块组成；主控板B由采样模块、无线通讯发送模块和STM32模块组成；采样模块包括交流变换模块和模数转换模块，交流变换模块包括电压变换支路和电流变换支路；模数转换模块包括采样芯片，采样芯片将电压变换支路和电流变换支路输出的模拟信号转换为数字信号，通过并行数据总线传输给STM32模块；

无线通讯发送模块和无线通讯接收模块均由射频芯片和MCU单片机组成，无线通讯接收模块接收无线通讯发送模块的射频信号，通过MCU转换成串口数据，与STM32模块进行通讯；

STM32模块包括两个串口和一个GPIO口，一个串口与上位机通讯，另一个串口与无线通讯接收模块通讯； GPIO口连接至无线通讯接收模块，接收伴随同步采样指令产生的中断指令信号。

所述的采样模块的电压变换支路通过香蕉端子接入模拟电压，通过大电阻网络输出小电流，通过电流电压转换单元得到小电压，通过运算放大器输出AD检测压值信号。

所述的采样模块的电流变换支路通过耳机端子接入模拟电流，通过电流量变换单元输出小电流，通过精密电阻电路得到小电压，通过运算放大器输出AD检测压值信号。

所述的主机可提供三路交流电压采样和三路交流电流采样。

所述的主机用于为共地点电压电流回路提供基准电压信号。

所述的子机用于为不共地点电压电流回路提供基准电压信号。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

该交流二次错接线分析仪通过上位机及下位机的主机和子机实现无论二次电压电流回路共地点或不共地点，均能准确测量其电压电流幅值和相位，并智能判断交流二次错接线与否，一键生成试验报告，有效减轻试验人员工作量。支持三通道电压和电流同时测量，满足带负荷测试多项目要求。大大降低人为影响，防止误判，提高诊断准确率。支持交流二次电压电流回路不共地点条件的电压电流同步测量：由子机提供基准电压测量，主机提供电流测量，子机通过无线通信方式与主机同步完成不共屏条件下的同步测量。检测时，不必在电压电流回路之间连接长长的试验电缆，减轻试验人员劳动强度，提高测试效率。工作稳定可靠，判断正确率高，避免发生保护误动或拒动现象。解决了现有检测交流二次错接线与否全靠人工判断，不仅自动化程度低，而且无法保证检测正确性的问题。

附图说明

图1为一种交流二次错接线分析仪的硬件连接结构示意图；

图2为采用模块的工作原理方框示意图；

图3为一种交流二次错接线分析仪的工作原理示意图。

图中：1、上位机，2、下位机，2-1、主机，2-2、子机；

2-11、模拟量输入接口板A，2-12、主控板A；

2-21、模拟量输入接口板B，2-22、主控板B。

具体实施方式

下面结合附图对该交流二次错接线分析仪的实施方式作进一步详细说明：

一种交流二次错接线分析仪，它由上位机1和下位机2构成，上位机1包括显示界面、人机交互界面、无线通讯；下位机2由主机2-1和子机2-2组成；

主机2-1包括模拟量输入接口板A2-11、主控板A2-12，主机2-1的模拟量输入接口板A2-11通过导线与主控板A2-12相连，模拟量输入接口板A2-11输出三路交流电压和三路交流电流模拟信号；子机2-2包括模拟量输入接口板B2-21、主控板B2-22，模拟量输入接口板B2-21输出一路交流电压模拟信号；主控板A2-12由采样模块、无线通讯接收模块和STM32模块组成；主控板B2-22由采样模块、无线通讯发送模块和STM32模块组成；采样模块包括交流变换模块和模数转换模块，交流变换模块包括电压变换支路和电流变换支路；模数转换模块包括采样芯片，采样芯片将电压变换支路和电流变换支路输出的模拟信号转换为数字信号，通过并行数据总线传输给STM32模块；

无线通讯发送模块和无线通讯接收模块均由射频芯片和MCU单片机组成，无线通讯接收模块接收无线通讯发送模块的射频信号，通过MCU转换成串口数据，与STM32模块进行通讯；

STM32模块包括两个串口和一个GPIO口，一个串口与上位机1通讯，另一个串口与无线通讯接收模块通讯； GPIO口连接至无线通讯接收模块，接收伴随同步采样指令产生的中断指令信号。

所述的采样模块的电压变换支路通过香蕉端子接入模拟电压，通过大电阻网络输出小电流，通过电流电压转换单元得到小电压，通过运算放大器输出AD检测压值信号。

所述的采样模块的电流变换支路通过耳机端子接入模拟电流，通过电流量变换单元输出小电流，通过精密电阻电路得到小电压，通过运算放大器输出AD检测压值信号。

所述的主机2-1可提供三路交流电压采样和三路交流电流采样。

所述的主机2-1用于为共地点电压电流回路提供基准电压信号。

所述的子机2-2用于为不共地点电压电流回路提供基准电压信号（参见图1～3）。

该交流二次错接线分析仪，子机2-2中的无线通讯接收模块和无线通讯发送模块的型号为APC340。

采样模块的模数转换模块中的核心部件是采样芯片，采样芯片的型号为AD7608。

交流二次错接线分析仪的上位机1提供显示界面、人机交互界面以及与下位机2的无线通讯，通过上位机1的人机界面可选择不同测试项目，比如电压测试、功率总加、线路测试、母联测试、主变测试、母差测试等等，全面检测电压互感器PT和电流互感器CT二次回路，上位机1根据下位机2提供的采样结果，按照固定公式对交流二次接线正确与否进行判断，自动生成试验报告。

下位机2通过执行上位机1的指令控制交流采样操作，并能将交流二次模拟量转换成数字量传输至上位机1，下位机2的主机2-1适用于电压电流回路共地点的工作环境，由主机2-1提供基准电压信号，下位机2的子机2-2适用于电压电流回路不共地点的工作环境，通过无线通讯方式，由子机2-2提供基准电压信号。

下位机2的主机2-1可提供三路交流电压采样和三路交流电流采样。可接入电压值范围5～600V、精度0.5%，电流值范围10mA～9A、精度0.5%。

无线通讯接收模块将空间无线信号转换成串口数据，与STM32模块进行通讯，无线通讯接收模块的型号为APC340，由射频芯片和MCU单片机组成，射频芯片负责射频信号的收发，MCU单片机负责无线通讯接收模块与STM32模块间的通讯。无线通讯发送模块与无线通讯接收模块的电路结构和元器件完全相同，区别在于：无线通讯发送模块只需单向发送射频信号给无线通讯接收模块。

STM32模块包括两个串口和一个GPIO口，其中一个串口与上位机1通讯，另一个串口与无线通讯接收模块通讯；GPIO口连接至无线通讯接收模块，接收伴随同步采样指令产生的中断指令信号， STM32模块通过检测GPIO口控制主机2-1是否采样，避免降低由串口接收延时波动产生的同步采样精度。

下位机2的子机2-2与主机2-1对比，子机2-2的模拟量输入接口板B2-21无电流变换支路，子机2-2仅支持一路电压采样，子机2-2的主控板B2-22所含模块与主机2-1的主控板A2-12所含模块相同。子机2-2与主机2-1通过射频进行无线通讯，选用433MHz通讯波段，提供一路交流电压采样通道。

该交流二次错接线分析仪的工作原理是：

交流二次电压电流共地点时，主机2-1可直接连接交流二次电压电流回路，基准电压由主机2-1提供，并将交流电压电流模拟量转换成数字量传输给上位机1。交流二次电压电流不共地点时，子机2-2负责连接交流二次电压回路，提供基准电压，并将基准电压模拟量转换成数字量，通过无线通讯方式传输给主机2-1；主机2-1连接交流二次电流回路，并将交流电流模拟量转换成数字量，与子机2-2提供的交流电压数字量完成同步后一并传输给上位机1（参见图3）。上位机1搭载7寸电容式触摸屏，其具体型号为DMT10600T070_32WTZA。上位机1配置充电锂电池，支持Andorid运行环境，提供显示界面、人机交互界面以及与下位机2的通讯。

该交流二次错接线分析仪工作时的具体操作步骤如下：

1、输入系统参数

为实现交流二次错接线智能诊断，测试不同项目需要输入不同的系统参数。比如线路测试，需输入母线额定电压、CT变比、监控有功功率和无功功率。为输出完整的试验报告，还需输入线路名称、双编号。

2、连接试验回路

主机2-1提供三路电压通道和三路电流通道，子机2-2提供一路电压通道。电压通过并联方式按照规定相序接至电压互感器PT二次回路；电流通过与电流互感器CT相同额定电流的电流钳，按照规定极性接至电流互感器CT二次回路。

交流二次电压电流共地点时，使用主机2-1直接测量电压电流；交流二次电压电流不共地点时，同时使用主机2-1和子机2-2，子机2-2测量电压，主机2-1测量电流。另外，需要测量两条母线电压时，主机2-1和子机2-2同时使用，子机2-2连接基准母线PT二次电压回路，主机2-1连接待测母线PT二次电压回路。

3、选择测试项目

在上位机1显示界面选择一项测试项目，包括：电压测试、功率总加、线路测试、母联测试、主变测试和母差测试。其中，电压测试包含PT电压测试、PT极性校核和主变接线方式三个子菜单；功率总加包含母线功率总加和主变功率总加两个子菜单；主变测试包含相位绕组测试和主变差流判断两个子菜单。

进入指定测试界面，按照试验步骤2中所述方法确定测量模式，即主机2-1单独测量或主机2-1和子机2-2共同测量。开始测量后，模拟电压电流经下位机2的模拟量接口板A传输至采样模块，通过采样芯片的AD模数转换电路转换成数字信号传输至STM32模块，最后通过串口通讯方式上传至上位机1，上位机1即可按照固定公式迅速判断出交流二次回路是否错接线。

各测试项目简述如下：

1）PT电压测试：测量某一母线交流二次电压，计算电压不平衡度、各相电压偏离均值的百分比、相位误差、UL和UN-地越限值。

2）PT极性测试：测量同一电压等级两条母线交流二次电压，以其中一条母线交流二次电压为参考，判断另一条母线交流二次电压的幅值、相序和极性是否正确。

3）主变接线方式：测量主变两侧不同电压等级两条母线交流二次电压，判断主变接线方式。

4）母线功率总加：输入同一电压等级两条母线各支路功率，判断母线功率是否平衡，并计算母联功率。

5）主变功率总加：输入主变各侧功率，判断主变功率是否平衡。

6）线路测试：以线路所在母线上UA或UAB为基准电压，测量线路CT绕组的电流幅值和相位，判断线路交流二次电流的幅值、相序和极性是否正确。

7）母联测试：以母联所在母线上UA或UAB为基准电压，测量母联CT绕组的电流幅值和相位，判断母联交流二次电流的幅值、相序和极性是否正确。

8）主变相位绕组测试：以主变各侧所在母线上UA或UAB为基准电压，分别测量各侧CT绕组的电流幅值和相位，判断主变各侧交流二次电流的幅值、相序和极性是否正确。

9）主变差流诊断：采用自动取值的方法，调用主变相位绕组测试菜单中的历史数据，计算主变差流值，判断主变差流是否平衡。

10）母差测试：采用自动取值的方法，调用母线各支路对应母差绕组测试菜单中的历史数据，计算母线差流值，判断大差、小差是否平衡。

4、一键生成试验报告

上述各项试验完毕后，根据需要勾选历史试验数据，生成Word版本的试验报告。

该交流二次错接线分析仪的优点如下：

a、人工干预少，可智能分析交流二次错接线：仅少量系统参数需人工输入，其他全部是通过下拉菜单选择，支持三通道电压和三通道电流同时测量，并提供交流二次错接线一键智能分析功能，满足带负荷测试各项电气指标要求。使用该交流二次错接线分析仪，有效减轻人为影响，防止误判，提高了判断准确率。

b、一键生成试验报告，减轻试验人员工作量。

c、支持交流二次电压电流回路不共地点条件的电压电流同步测量：子机2-2提供基准电压测量，主机2-1提供电流测量，子机2-2通过无线通信方式与主机2-1实现同步，完成不共屏条件的同步测量。使用该交流二次错接线分析仪，不必在电压电流回路之间连接很长的试验电缆，降低试验人员的劳动强度，大大提高测试效率。

该交流二次错接线分析仪现已少量生产试用，通过实际应用表明其工作稳定可靠，完全达到设计要求。

以上所述只是本发明的较佳实施例而已，上述举例说明不对本发明的实质内容作任何形式上的限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后依据本发明的技术实质对以上具体实施方式所作的任何简单修改或变形，以及可能利用上述揭示的技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，均仍属于本发明技术方案的范围内，而不背离本发明的实质和范围。

Claims (6)

1.一种交流二次错接线分析仪，它由上位机（1）和下位机（2）构成，上位机（1）包括显示界面、人机交互界面、无线通讯；下位机（2）由主机（2-1）和子机（2-2）组成；其特征在于：

主机（2-1）包括模拟量输入接口板A（2-11）、主控板A（2-12），主机（2-1）的模拟量输入接口板A（2-11）通过导线与主控板A（2-12）相连，模拟量输入接口板A（2-11）输出三路交流电压和三路交流电流模拟信号；子机（2-2）包括模拟量输入接口板B（2-21）、主控板B（2-22），模拟量输入接口板B（2-21）输出一路交流电压模拟信号；主控板A（2-12）由采样模块、无线通讯接收模块和STM32模块组成；主控板B（2-22）由采样模块、无线通讯发送模块和STM32模块组成；采样模块包括交流变换模块和模数转换模块，交流变换模块包括电压变换支路和电流变换支路；模数转换模块包括采样芯片，采样芯片将电压变换支路和电流变换支路输出的模拟信号转换为数字信号，通过并行数据总线传输给STM32模块；

无线通讯发送模块和无线通讯接收模块均由射频芯片和MCU单片机组成，无线通讯接收模块接收无线通讯发送模块的射频信号，通过MCU转换成串口数据，与STM32模块进行通讯；

STM32模块包括两个串口和一个GPIO口，一个串口与上位机1通讯，另一个串口与无线通讯接收模块通讯； GPIO口连接至无线通讯接收模块，接收伴随同步采样指令产生的中断指令信号。

2.根据权利要求1所述的一种交流二次错接线分析仪，其特征在于：所述的采样模块的电压变换支路通过香蕉端子接入模拟电压，通过大电阻网络输出小电流，通过电流电压转换单元得到小电压，通过运算放大器输出AD检测压值信号。

3.根据权利要求1所述的一种交流二次错接线分析仪，其特征在于：所述的采样模块的电流变换支路通过耳机端子接入模拟电流，通过电流量变换单元输出小电流，通过精密电阻电路得到小电压，通过运算放大器输出AD检测压值信号。

4.根据权利要求1所述的一种交流二次错接线分析仪，其特征在于：所述的主机（2-1）可提供三路交流电压采样和三路交流电流采样。

5.根据权利要求1所述的一种交流二次错接线分析仪，其特征在于：所述的主机（2-1）用于为共地点电压电流回路提供基准电压信号。

6.根据权利要求1所述的一种交流二次错接线分析仪，其特征在于：所述的子机（2-2）用于为不共地点电压电流回路提供基准电压信号。