CN112098729A - 一种基于低压电能表的高精度压接阻抗检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于低压电能表的高精度压接阻抗检测方法，该方法将接入待测回路的探针短接，通电后，通过AD7367瞬时测量匹配电阻电压和探针的两端电压U₁和U_Z1，将探针接在待测回路的压接端子两端，AD7367在通电瞬时测量匹配电阻电压和探针的两端电压U₂和U_Z2，最终在MCU控制单元中通过阻值已知的匹配电阻R1、U₂和U_Z2、U₁和U_Z1实时计算得到待测回路的压接阻抗Rz。本发明的高精度压接阻抗检测方法排除了探针接入线路内阻阻抗的干扰，可将接触阻抗较小的低压电能表表尾压接的批量检测准确性提升到99％～100％，且其AD转换模块的硬件成本较低，计算量小，特别适用于低压电能表压接阻抗检测。

Description

一种基于低压电能表的高精度压接阻抗检测方法

技术领域

本发明属于低压电表检测方法技术领域，特别提供一种适用于低压用户电能表表尾压接接线检查和验收把关的高精度压接阻抗检测方法。

背景技术

近年来，随着低压集中抄表改造项目及新小区电表安装的不断施工，工程实施过程中对施工质量监管不严，导致电能表接线接触不良问题频频发生。为进一步规范新建小区电能表装接管理，不断提升计量优质服务水平和客户满意度，防止“电能表接线接触不可靠”导致居民不能正常用电、电能表表尾烧坏、甚至引起火灾现象发生，引发客户投诉，若处理不当，极有可能造成严重影响，因此，怎样有效规范电能表装接管理，及时准确发现电能表安装压接接线接触不良，是供电企业亟待解决的问题。

然而，由于计量箱电能表表尾压接检测排查主要采用人工检查表位端子螺丝松紧，人力力成本高，效率低下，无法确保检测准确性；目前，国内低压专用计量箱电能表表尾压接自动化检测设备应用还处于一片空白，采用人工检查表位端子螺丝松紧不能将检查结果标准量化、不能现场进行营销档案比对、不能进行测试结果保存和打印，实用性不强。例如专利申请CN201410288854提供了一种多芯线电缆端子压接质量精密检测装置与检测方法，然而，其需要设置检测速度控制电路、检测时序控制电路、开路错位检测电路和复杂的步骤流程1-24，其硬件成本高且软件流程复杂，此外，需要指出的是其AD转换模块实际上精度不够高，对接触阻抗较小的低压电能表表尾压接线的阻值检测还不够精确(其压接阻抗不仅小，且易受到用于检测的探针接入线路内阻阻抗干扰)，无法解决及时准确发现电能表安装压接接线的接触不良问题。

基于此，故急需设计一种专门适用于低压用户电能表表尾压接接线检查和验收把关的高精度压接阻抗检测方法，使得在保证压接阻抗测试仪的AD检测模块简单可靠且计算方法足够简洁的情况下，还能进一步提高电能表压接阻抗的检测效率和准确率。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于此，本发明提出了一种基于低压电能表的高精度压接阻抗检测方法，相对于现有技术，该高精度压接阻抗检测方法排除了探针接入线路内阻阻抗的干扰，可将接触阻抗较小的低压电能表表尾压接的批量检测准确性提升到99％～100％，且其AD转换模块的硬件成本较低，计算量小，特别适用于大规模生产和应用。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于低压电能表的高精度压接阻抗检测方法，将所述低压电能表表尾的压接线作为待测回路，恒流源的输出端通过阻值已知的匹配电阻R1与压接阻抗Rz一端连接，恒流源的输入端连接压接阻抗Rz另一端，AD检测电路用于检测所述待测回路的电压，所述AD检测电路包括ADC转换芯片AD7367，AD7367的VA1和VA2端口输入信号分别为匹配电阻R1两端的电压模拟信号HL OUT+、HL OUT-，AD7367的VB1和VB2端口输入信号分别为探针接入线路中探针两端的电压模拟信号CK+、CK-，AD7367的DOUTA和DOUTB端口的电压信号最终输出到MCU控制单元中计算所述压接阻抗Rz，计算压接阻抗Rz包括如下步骤：

步骤S1：零点测试

将接入待测回路的探针短接，通电，通过AD7367瞬时测量匹配电阻电压和探针的两端电压U₁和U_Z1，根据欧姆定律可知，探针接入线路内阻阻抗r₁计算公式为：r₁＝U_Z1R₁/U₁

步骤S2：接入测试

将探针接在待测回路的压接端子两端，AD7367在通电瞬时测量匹配电阻电压和探针的两端电压U₂和U_Z2。

得出待测回路的压接阻抗Rz的计算公式：

最终通过MCU控制单元计算得出压接阻抗Rz。

进一步的，所述步骤S2后还包括以下步骤S3：

步骤S3：分析结果

根据Rz的计算公式，得到待测回路的压接阻抗Rz的值，再根据数据分析，判断压接阻抗Rz是否大于电能表表尾标准压接阻抗的设定阈值，从而判断得出所述待测回路是否存在压接不可靠的情况。

进一步的，AD7367的DOUTA和DOUTB输出信号输入到π163M31的并行数字信号输入端，以进行高速数字输出信号的隔离。

进一步的，所述匹配电阻R1大小为50～100mΩ。

进一步的，所述待测回路包括低压电能表表尾出线的火线和零线压接线路。

进一步的，所述MCU控制单元包括MSP430芯片或者STM32芯片。

进一步的，所述步骤S1之前还包括如下的安全接线步骤1)-步骤4)：

1)断开计量箱的总空开和所有低压电能表出线端的入户空开后把恒流源的输出端接计量箱总空开的出线Ua、Ub、Uc和Un端子上；

2)在掌机上选择提前导入档案信息中要检测的计量箱内电能表，排序后按下开始测量按钮；

3)掌机自动按顺序分别下发测量某块电能表的零、火线回路测量命令，并输出语音提示给测试人员；

4)测试人员根据提示将恒流源的输入端按顺序分别接在计量箱内的电能表出线端的入户空开的L或N端子上。

进一步的，所述掌机与所述MCU控制单元进行无线通信，且所述掌机内集成有GPS定位模块。

进一步的，所述无线通信具体为红外通信、4G通信、5G通信或者Zigbee短距离无线通信。

进一步的，所述恒流源能输出2～25A的直流电流。

(三)有益效果

与现有技术对比，本发明的基于低压电能表的高精度压接阻抗检测方法具有如下优点：

1)本发明的压接阻抗检测方法充分的利用了AD7367芯片的多通道和差分输入输出特性，在保证低压电能表的压接阻抗高精度测量结果的同时，尽可能的节省了硬件成本，无需对电流进行检测(因为利用了检测待测回路输入端前串联设置的阻值已知的匹配电阻R1)，该软硬件结合的检测方法特别适合于阻抗小且阻值基本固定情况下的低压电能表的压接阻抗检测，大大节省了人力和时间成本。

2)本发明发现了“电能表压接阻抗小且易受到用于检测的探针接入线路内阻阻抗干扰”现场难以发现的实际问题，提出的软硬件结合的压接阻抗检测方法是的测量不受恒流源波动的影响，可最终将接触阻抗较小的低压电能表表尾压接的批量检测准确性提升到99％～100％，且其AD转换模块无需设置多余辅助驱动电路，且MCU软件程序计算量小速度快，特别适用于大规模生产和应用。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明中压接阻抗测试仪的系统原理框图；

图2为本发明中压接阻抗测试仪的接线示意图；

图3为本发明压接阻抗测试仪中AD检测电路的原理图；

图4为本发明中压接式计量箱压接阻抗测试原理示意图；

图5为本发明中基于低压电能表的高精度压接阻抗检测方法的工作流程图；

图6为本发明检测方法的应用接线图和测试参数结果示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

如图1～2所示，实施本发明检测方法的压接阻抗测试仪，该测试仪包括用于测量压接阻抗的主机、用于监控主机及分析数据的掌机和测试套线及配件，所述主机包括开关电源、充电管理电路、电池供电电路、恒流源电路、电流输出控制电路、AD检测电路、MCU控制单元以及无线模块，所述主机能通过无线模块与掌机进行远程通信，所述MCU控制单元分别与充电管理电路、电池供电电路、恒流源电路、电流输出控制电路、AD检测电路连接，所述开关电源分别与充电管理电路和恒流源电路连接，所述充电管理电路、电池供电电路、恒流源电路、电流输出控制电路依次连接，需检测线路的两端通过所述测试套线及配件分别与所述电流输出控制电路的两输出端和AD检测电路的两输入端连接。其中，电流输出控制电路的两输出端(其输出高端和输出低端分别对应恒流源的输出端和输入端)是为需检测线路提供恒定电流的，而AD检测电路的两输入端是用于检测需检测线路的电压值的。

此外，该压接阻抗测试仪除了主体(含主机、掌机)外，还包括测试套线及配件(含主机测试套线、电源套线等)。

如图1～2所示，压接阻抗测试仪的主体和测试套线及配件的简介如下：

1)主体(含主机、掌机)

主机：工作在计量箱侧，测量当前电参量数据，反馈测量数据至掌机，以在特定情况下进行安全读数。

具体的，主机内的各个模块所能实现的功能对应如下：

a)开关电源：

作为设计主电源动力，可以外接市电后，给设备充电器充电，也可以在电池供电不足的情况下，为设备的测量提供测量动力。

b)充电管理电路：

本单元是配合电源，控制设备的充电电路，以保证电池的正常运行；

c)电池供电电路：

电池的供电电路是作为设备二级动力源，采用的高能量锂电池设计，具有容量大，重量轻的特点，可以有效保证测量不少于300块员能表的压接问题。

d)恒流源电路：

电能表压接测量的动力核心单元，为压接测量时提供恒流输出，可以输出2～25A的直流输出，以保证测量电能表压接的真实性能。

f)电流输出电路：

其作为恒流源电路的辅助电路，用于反馈恒流源输出电流的实际值，协助恒流输出的调节功能。

e)需检测线路和AD检测电路：

这两个的结合，可以完美的测量出电能表压接阻抗电压大小，并将测量值回传到MCU控制单元，以进一步精确计算检测待测回路的阻值(即电能表压接阻抗)。

f)MCU控制单元：

本单元为整个设备的核心大脑，实现各个功能模块之间的协调工作，实现对AD检测回来的数据进行，运算分析，计算出电能表的压接阻抗，通过无线模块上传给掌机。

g)无线模块：

本单元是设备与掌机的通讯单元。

掌机：用于人机交互和数据分析，营销档案信息核对，查询测试历史数据，出具测试报告等，此外掌机内集成有GPS模块，以现场采录计量箱地理位置信息，绑定表计与表箱信息，实现客户表计的快速定位查找，推进营配调贯通。

优选地，所述掌机为平板电脑或者手机；所述MCU控制单元为具有低功耗模式的MSP430或者STM32；所述AD检测电路包括ADC转换芯片AD7367-5和与其输出配套用的荣湃的高速数字隔离芯片π163M31，该AD7367-5具有双极性模拟输入和差分输出功能，能更加精确地测量阻值较小的压接阻抗的值，适用于接触阻抗较小(参见图6可知，由于低压电能表压接的标准是固定的，故其压接阻抗一般是固定在10～30毫欧左右)的低压电能表表尾压接的检测；所述无线模块可以是红外通信模块、4G或5G通信模块、Zigbee等无线通信模块。

为充分明确本发明装置的优点，如图2和图5所示，现介绍其压接阻抗测试仪针对电能表压接线的具体检测连接方式(本领域技术人员可以根据其它压接被测对象的特性灵活的调整测量方法)：

1)断开计量箱的总空开和所有电能表出线端的入户空开后把压接式计量箱阻抗测试仪的恒流源输出端接计量箱总空开的出线Ua、Ub、Uc和Un端子上，；

2)在平板电脑(即掌机)上选择提前导入档案信息中要检测的计量箱内电能表，排序后按下开始测量按钮；

3)平板电脑自动按顺序分别下发测量某块电能表的零、火线回路测量命令，并输出语音提示给测试人员；

4)测试人员根据提示将压接式计量箱阻抗测试仪的恒流源输入端按顺序分别接在计量箱内的电能表出线端的入户空开的L或N端子上；

5)主机会在特定时间内通过AD检测电路和探针接入线路检测待测回路的压接阻抗电压，最终通过欧姆定律测出该电能表的零或火线回路的压接阻抗并将该回路的测试结果无线回传给平板电脑；具体的，本申请专门针对电能表的压接阻抗的测量计算方式具体参见图3-5的说明。

6)待某块电能表零、火两个回路阻抗全部测完后，平板电脑会下发测试下一块电能表的测试命令，直至该计量箱得电能表全部测试完后，主机会进入低功耗工作模式。

通过上述检测方法，压接阻抗测试仪可以批量的对计量箱内的多块电能表进行测试，操作安全快速且检测精度高，值得一提的是该压接阻抗测试仪也可以对其它的被测对象进行测试，不仅仅限于电能表。

如图3-5所示，为了对低压电能表的压接阻抗进行准确的检测，从而提高准确率，本发明压接阻抗测试仪中的AD检测电路使用了ADC转换芯片AD7367-5(即U1)和与其输出配套用的荣湃的高速数字隔离芯片π163M31(即U2)，其ADC转换芯片AD7367-5为差分输出的AD转换芯片，其输入信号HL OUT+、HL OUT-为匹配电阻R1两端电压表(见图4)的电压输出模拟信号，CK+、CK-接毫伏电压表(见图4)的探针的两端的电压输出模拟信号，其AD7367-5与π163M31共同组成了一个具有DOUTA和DOUTB两路差分计算串行输出的高速AD转换电路，从而实时根据测量方法得到R1的匹配电阻电压(包括U₁和U₂)以及探针两端的电压(包括U_Z1和U_Z2)。

如图4所示，与恒流源的输出端连接的阻值已知的匹配电阻R1设置在检测待测回路的压接阻抗Rz之前，即恒流源的输出端通过匹配电阻R1与压接阻抗Rz一端连接，恒流源的输入端连接压接阻抗Rz另一端，同时由于测量时压接阻抗Rz受到高精度测量的毫伏电压表的探针接入线路内阻阻抗r₁的影响，将探针接入线路内阻阻抗r₁视为与压接阻抗Rz串联，故此时需要清除探针接入线路内阻阻抗r₁的干扰。

为了提高检测精度和速度，除了上述AD检测模块硬件的专门选型和信号选择接线、阻值已知的匹配电阻R1的硬件设置外，本发明还配对设计了无需依靠电流检测的低压电能表的压接阻抗计算方法，以快速有效地同时处理DOUTA和DOUTB两路差分输出的信号，并同时清除探针接入线路内阻阻抗r₁干扰(一般待测回路的正常压接阻抗Rz为5～30mΩ，而探针接入线路内阻阻抗r₁为0～3mΩ，故探针接入线路内阻阻抗r₁会很容易影响其火线和零线的压接阻抗Rz的测量准确度，从而影响压接正常判断的准确度)，从而高速准确的计算出电能表中待测回路的压接阻抗Rz，其测量原理及测量方法具体包括如下步骤：

1)步骤S1：零点测试

目的：在测试时实时清除探针接入线路内阻阻抗r₁干扰(探针接入线路内阻阻抗r₁一般可能会为0～3mΩ)；

测试方法：将接入低压电能表待测回路的探针短接，通电，通过AD7367-5瞬时测量匹配电阻电压和探针的两端电压U₁和U_Z1。

根据欧姆定律可知，r₁计算公式为：r₁＝U_Z1R₁/U₁

2)步骤S2：接入测试

目的：正确测量接入的压接电阻

测试试法：将探针接在待测回路的压接端子两端，AD7367-5在通电瞬时测量匹配电阻电压和探针的两端电压U₂和U_Z2。

得出待测回路的压接阻抗Rz的计算公式：

以上Rz的计算公式可具体通过与AD7367-5连接的MCU控制单元快速计算得出。

3)步骤S3：分析结果

根据以上计算公式，得到待测回路的压接阻抗Rz的值，再根据数据分析，判断压接阻抗Rz是否大于标准压接阻抗的设定阈值，从而判断得出其待测回路是否存在压接不可靠的情况。

优选地，AD7367-5的DOUTA和DOUTB信号输入到π163M31的并行数字信号输入端，以进行高速数字输出信号的隔离。

优选地，匹配电阻R1大小优选为50～100mΩ，从而提高压接阻抗Rz的计算准确性。

优选地，待测回路包括电能表出线的火线和零线压接线路。

由上可知，该测量方法充分的利用了硬件AD7367芯片的多通道差分输入输出特性，使得MCU通过测量方法其能够快速测量得出U₁和U_Z1以及U₂和U_Z2，最终得到没有r₁影响的高精度的压接阻抗Rz，在保证毫欧级的高精度测量结果的同时，尽可能的节省了硬件成本，该软硬件结合的检测方法特别适合于阻抗小且阻值基本固定情况下的低压电能表的压接阻抗检测。且值得一提的是，除了上述AD检测模块硬件的专门选型和接线、阻值已知的匹配电阻R1的硬件改进设置外，本发的检测方法可不依赖于图1-2所示的压接阻抗测试仪，与测量无关的压接阻抗测试仪中的其它子模块可以继续做相关合理性的改进，且其明显不会影响本发明所解决的技术问题。

如图6所示，为了进一步明确本发明的优点，本发明对该检测方法的应用效率进行了小范围批量检测的案例分析：

2020年该装置在某供电分公司分别试点应用设备4台，在2个月的试用期间对1.2万业扩新装用户进行带接插件表箱的电能表接触电阻进行检测，发现113起电能表表尾接触电阻过大的情况，经对不合格接插件在实验室进行温升试验复核发现，该装置的检测准确率达到100％，及时将台区改造及用户新装的电能表表尾与表箱接插件之间压接不可靠的问题消灭在萌芽状态，试点辖区实现电能表表尾压接不可靠“零”风险。

在新建供电小区现场(该小区未送电)，分别使用该装置和不使用该装置进行电能表表尾接触状况对比检测。第一组2人，使用该装置进行检测，自动生成检测结果；第二组4人，未使用该装置，通过使用螺丝刀等辅助工具，检查电能表表尾与接插件之间的松紧度进行检测和人工判别。两组人员在不同时间段分别对该台区150户用户进行电能表尾压接状况检测。

第一组人员检测150块表计花费时间175分钟，检测出14户电能表表尾接触电阻过大的问题；第二组人员检测150块表计花费了312分钟，发现2块接触不良的情况。

经测算，未使用该装置的时间成本为8.32分钟/块，使用该装置的时间成本为2.33分钟/块，工作效率提升了约3.6倍。测试结果如下表所示。

因此，本发明的高精度压接阻抗检测方法可将接触阻抗较小的低压电能表表尾压接的批量检测准确性提升到99％～100％，且其AD转换模块的硬件成本较低，计算量小，特别适用于大规模生产和低压电能表压接线检测的应用，大大节省了人力和时间成本。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种基于低压电能表的高精度压接阻抗检测方法，其特征在于，将所述低压电能表表尾的压接线作为待测回路，恒流源的输出端通过阻值已知的匹配电阻R1与压接阻抗Rz一端连接，恒流源的输入端连接压接阻抗Rz另一端，AD检测电路用于检测所述待测回路的电压，所述AD检测电路包括ADC转换芯片AD7367，AD7367的VA1和VA2端口输入信号分别为匹配电阻R1两端电压表的电压输出模拟信号HL OUT+、HL OUT-，AD7367的VB1和VB2端口输入信号分别为探针接入线路中毫伏电压表的探针两端的电压输出模拟信号CK+、CK-，AD7367的DOUTA和DOUTB端口的电压信号最终输出到MCU控制单元中计算所述压接阻抗Rz，计算压接阻抗Rz包括如下步骤：

步骤S1：零点测试

将接入待测回路的探针短接，通电后，通过AD7367瞬时测量匹配电阻R1的电压和探针的两端电压U₁和U_Z1，根据欧姆定律可知，探针接入线路内阻阻抗r₁计算公式为：r₁＝U_Z1R₁/U₁

步骤S2：接入测试

将探针接在待测回路的压接端子两端，AD7367在通电瞬时测量得到匹配电阻R1的电压和探针的两端电压U₂和U_Z2。

得出待测回路的压接阻抗Rz的计算公式：

最终通过MCU控制单元计算得出压接阻抗Rz。

2.根据权利要求1所述的基于低压电能表的高精度压接阻抗检测方法，其特征在于，所述步骤S2后还包括以下步骤S3：

步骤S3：分析结果

根据Rz的计算公式，得到待测回路的压接阻抗Rz的值，再根据数据分析，判断压接阻抗Rz是否大于电能表表尾标准压接阻抗的设定阈值，从而判断得出所述待测回路是否存在压接不可靠的情况。

3.根据权利要求1所述的基于低压电能表的高精度压接阻抗检测方法，其特征在于，AD7367的DOUTA和DOUTB输出信号输入到π163M31的并行数字信号输入端，以进行高速数字输出信号的隔离。

4.根据权利要求1所述的基于低压电能表的高精度压接阻抗检测方法，其特征在于，所述匹配电阻R1大小为50～100mΩ。

5.根据权利要求1所述的基于低压电能表的高精度压接阻抗检测方法，其特征在于，所述待测回路包括低压电能表表尾出线的火线和零线压接线路。

6.根据权利要求1所述的基于低压电能表的高精度压接阻抗检测方法，其特征在于，所述MCU控制单元包括MSP430芯片或者STM32芯片。

7.根据权利要求5所述的基于低压电能表的高精度压接阻抗检测方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括如下的安全接线步骤1)-步骤4)：

1)断开计量箱的总空开和所有低压电能表出线端的入户空开后把恒流源的输出端接计量箱总空开的出线Ua、Ub、Uc和Un端子上；

2)在掌机上选择提前导入档案信息中要检测的计量箱内电能表，排序后按下开始测量按钮；

3)掌机自动按顺序分别下发测量某块电能表的零、火线回路测量命令，并输出语音提示给测试人员；

4)测试人员根据提示将恒流源的输入端按顺序分别接在计量箱内的电能表出线端的入户空开的L或N端子上。

8.根据权利要求7所述的基于低压电能表的高精度压接阻抗检测方法，其特征在于，所述掌机与所述MCU控制单元进行无线通信，且所述掌机内集成有GPS定位模块。

9.根据权利要求8所述的基于低压电能表的高精度压接阻抗检测方法，其特征在于，所述无线通信具体为红外通信、4G通信、5G通信或者Zigbee短距离无线通信。

10.根据权利要求8所述的基于低压电能表的高精度压接阻抗检测方法，其特征在于，所述恒流源能输出2～25A的直流电流。

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