CN112259347A - 供电型电压互感器以及电能计量装置 - Google Patents

Abstract

一种供电型电压互感器以及电能计量装置，该供电型电压互感器包括：铁芯、一次绕组、第一二次绕组、第二二次绕组、第一穿心式电流互感器、第二穿心式电流互感器以及阻抗；一次绕组的接地端串联第二穿心式电流互感器；第一二次绕组的接地端串联第一穿心式电流互感器；第二二次绕组回路串联阻抗，且阻抗与第一穿心式电流互感器并联；一次绕组、第一二次绕组、第二二次绕组均绕制于铁芯；其中，第二穿心式电流互感器的二次输出电流端子作为电流取样端，用于电流计量；第二二次绕组端子作为电压取样端，用于电压计量。通过本发明实施例提供的供电型电压互感器，实现电流和电压同时计量的，填补了供电型电压互感器在电能计量的技术空白。

Description

供电型电压互感器以及电能计量装置

技术领域

本发明涉及电气设备领域，具体而言，涉及一种供电型电压互感器以及电能计量装置。

背景技术

供电型电压互感器是一种具备供电功能的电压互感器，主要用于对偏远山区等分散性小负荷供电。目前，国内外均未出现过对供电型电压互感器的电能计量。虽然已有对变压器电能的计量，但是由于供电型电压互感器与变压器仍有很大差别，如果将变压器电能计量技术用于供电型电压互感器，则会出现如下问题：

1）由于供电型电压互感器的计量绕组准确级受到供电负荷波动的影响，无法采用自身的测量绕组进行电能计量，需要给供电型电压互感器专门配置一台计量用电压互感器，不具备经济性；2）常规变压器一次电流达到kA级，而供电型电压互感器的一次电流仅为A级，常规计量用电流互感器的标准额定二次电流设计值为1A和5A，无法达到准确级要求；3）即使采用了低功耗电流互感器，由于二次电流为非标设计，也无法与常规的电能计量表连接，无法满足进行电能计量。

因此，目前尚未存在可行的技术方案来实现对供电型电压互感器的电能计量。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种供电型电压互感器以及电能计量装置，旨在解决相关技术中无法实现供电型电压互感器的电能计量的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种供电型电压互感器，包括：铁芯、一次绕组、第一二次绕组、第二二次绕组、第一穿心式电流互感器、第二穿心式电流互感器以及阻抗；所述一次绕组的接地端串联所述第二穿心式电流互感器；所述第一二次绕组的接地端串联所述第一穿心式电流互感器；所述第二二次绕组回路串联阻抗，且所述阻抗与所述第一穿心式电流互感器并联；所述一次绕组、所述第一二次绕组、所述第二二次绕组均绕制于所述铁芯；其中，所述第二穿心式电流互感器的二次输出电流端子作为电流取样端，用于电流计量；所述第二二次绕组端子作为电压取样端，用于电压计量。

进一步地，所述第二穿心式电流互感器的额定电流比为200~400。

第二方面，本发明实施例还提供了供电型电压互感器的电能计量装置，包括：本发明各实施例提供的供电型电压互感器；三相取样电阻，用于将待计量的电流转换为电压；三相滤波器，用于对通过所述三相取样电阻转换后的电压进行滤波处理并将滤波处理后的电压输入计量芯片；衰减网络，用于获取待计量的电压并对所述待计量的电压进行衰减处理，将衰减处理后的电压输入计量芯片；所述计量芯片，用于对所述滤波处理后的电压和所述衰减处理后的电压进行数据处理，得到电能信息；所述三相取样电阻分别与三相电流取样端连接，所述三相滤波器的输入端分别与所述三相取样电阻连接，所述三相滤波器的输出端与所述计量芯片连接；所述衰减网络的输入端与三相电压取样端连接，所述衰减网络的输出端与所述计量芯片连接。

进一步地，计量芯片为ADE7752。

进一步地，三相滤波器为抗混叠滤波器。

第三方面，本发明实施例还提供了一种供电型电压互感器的电能计量装置，包括：本发明各实施例提供的供电型电压互感器，合并单元以及数字电表；所述合并单元与所述电型电压互感器的电流取样端和电压取样端连接，用于将电压信号和电流信号分别转换为电压数字信号和电流数字信号，并将所述转换后的数字信号发送至数字电表；所述数字电表与所述合并单元相连，用于接收所述合并单元发送的转换后的数字信号，以实现电能计量。

本发明实施例提供的供电型电压互感器，通过在一次绕组的接地端串联穿心式电流互感器，可以实现小于1A的高电压小电流计量，同时第二二次绕组用于电压计量，可以实现电流和电压同时计量的，进而可以实现供电型电压互感器的电能计量，填补了供电型电压互感器在电能计量方面的技术空白。

本发明一些实施例提供的供电型电压互感器，通过提出额定电流比为200~400，可以实现对小电流的精确计量。

本发明实施例提供的电能计量装置，通过将电流取样端与取样电阻直接连接，可以实现对电能的准确计量。

本发明一些实施例提供的电能计量装置，通过合并单元将电流和电压的模拟量转化为数字量，实现对电能的计量。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例的供电型电压互感器的结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例提供的基于电能计量集成器件的计量电路的结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例提供的供电型电压互感器的电能计量装置的结构示意图；

图4示出了根据本发明另一实施例提供的供电型电压互感器的电能计量装置的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1示出了根据本发明实施例的供电型电压互感器的结构示意图。

如图1所示，该供电型电压互感器包括：

铁芯1、一次绕组2、第一二次绕组3、第二二次绕组4、第一穿心式电流互感器CT1、第二穿心式电流互感器CT2以及阻抗Zcr；

一次绕组2的接地端串联第二穿心式电流互感器CT2；

第一二次绕组3的接地端串联第一穿心式电流互感器CT1；

第二二次绕组4回路串联阻抗Zcr，且阻抗Zcr与第一穿心式电流互感器CT1并联；

一次绕组2、第一二次绕组3、第二二次绕组4均绕制于铁芯1；

其中，第二穿心式电流互感器CT2的二次输出电流端子S₁S₂作为电流取样端，用于电流计量；第二二次绕组端子1a1n作为电压取样端，用于电压计量。

本发明实施例中，第一二次绕组3可以为供电绕组，第二二次绕组4可以为计量绕组。铁芯1、一次绕组2和两个二次绕组3、4可以安装于设备的壳体内，第一穿心式电流互感器CT1和第二穿心式电流互感器CT2可以安装于供电型电压互感器的端子盒内。第二穿心式电流互感器CT2的二次输出电流端子S₁S₂作为电流取样端，可以与计量表计连接，用于电流计量；第二二次绕组端子1a1n作为电压取样端，可以与计量表计连接，用于电压计量；计量表计可以根据通过采样端获取的计量电流和计量电压实现电能计量。

常规一次计量用电流互感器（CT）均安装于设备高压端，高压母线线径大，且高压系统短路电流可到数十千安，电流互感器的动热稳定性能需要考虑，本设备一次电流小于1A，要研制1A/1A的计量级电流互感器，根据误差公式，只有增大一二次绕组匝数，而这就无法满足动热稳定性能。因此本专利首次将计量用电流互感器安装于接地端，在该位置可以大大降低设备动热稳定电流，仅为几十安。

进一步地，第二穿心式电流互感器CT2的额定电流比为200~400。

供电型电压互感器与变压器不同，其电压等级高，供电容量小，其高压侧电流小，常规计量用电流互感器无法满足该要求。如一台110kV，容量为60kVA的供电型电压互感器，其一次额定电流为0.95A，而常规计量用电流互感器的额定二次电流为5A或1A。受到动热稳定性能的影响，计量用电流互感器只能用穿心式结构，即使将一次额定电流定为10A，安匝数也仅为10，无法满足计量用的0.2级准确限值要求。因此，本发明实施例提出额定电流比为200~400的电流互感器的技术参数，采用该技术参数可以实现对小电流的精确计量。

常规变压器的电压计量是在变压器高压侧并联同电压等级的计量用电压互感器，本发明实施例通过增加一个第二二次绕组作为计量绕组，其额定电压为100/√3V，由于计量绕组第二二次绕组和供电绕组第一二次绕绕制在同一铁芯上，当供电绕组的负荷发生波动时，其供电电流发生变化，从而导致一次漏抗上的压降发生变化，会影响计量绕组的误差。已知的试验数据表明，供电负荷达到3kVA以上后，计量绕组的误差无法满足0.2级要求，本发明实施例通过在供电绕组回路串联阻抗Zcr增加误差补偿回路，实现波动负荷下的负载误差补偿，能够满足在供电负荷大幅波动的情况下，误差满足电压计量要求；同时，可以减少一台电磁式电压互感器，大大降低了供电型电压互感器应用的体积及成本，减少了运维成本及占地面积，大大提高了供电型电压互感器的经济性。

上述实施例，通过在一次绕组的接地端串联穿心式电流互感器，可以实现小于1A的高电压小电流计量，同时第二二次绕组用于电压计量，可以实现电流和电压同时计量的，进而可以实现供电型电压互感器的电能计量，填补了供电型电压互感器在电能计量方面的技术空白。

图2示出了根据本发明实施例提供的基于电能计量集成器件的计量电路的结构示意图。如图2所示，该计量电路包括：

三相取样电阻A、B、C，用于将待计量的电流转换为电压；

三相滤波器1、2、3，用于对通过三相取样电阻A、B、C转换后的电压进行滤波处理并将滤波处理后的电压输入计量芯片6；

衰减网络4，用于获取待计量的电压并对待计量的电压进行衰减处理，将衰减处理后的电压输入计量芯片6；

计量芯片6，用于对滤波处理后的电压和衰减处理后的电压进行数据处理，得到电能信息；

三相取样电阻A、B、C的分别与三相电流取样端连接，三相滤波器1、2、3的输入端分别与三相取样电阻A、B、C连接，三相滤波器1、2、3的输出端与计量芯片6连接；衰减网络4的输入端与三相电压取样端连接，衰减网络4的输出端与计量芯片6连接。

本发明实施例中，三相电流取样端可以为供电型电压互感器中用于电流计量的电流互感器的二次输出电流端子。待计量的三相电流分别流经取样电阻A、B、C，将电流信号转换为电压信号后通过三相滤波器1、2、3进行滤波处理，并将滤波处理后的电压信号，分别通过引脚5和6、引脚7和8、引脚9和10进入计量芯片6进行计量。一般情况，取样电阻A、B、C取值较小，主要是考虑到温度对阻值影响较大，如果采用较大阻值电阻，电阻会发热，影响电阻的寿命和精度，计量精度也会受影响。取样电阻可以是两个3Ω电阻串联，之所以采用两个相同电阻串联，中间接地的连接方式，主要是用于抑制干扰。由于电型电压互感器中用于电流计量的电流互感器的额定二次电流一般为0.05A或0.1A，通过取样电阻后，取样电阻上的电压不超过0.3V，且发热功率很小，可以实现对电能的准确计量。三相电压取样端可以为供电型电压互感器中的计量绕组两端。待计量的三相电压经过衰减网络4进行衰减处理后，通过14、15和16引脚进入计量芯片6进行计量。

由于常规的三相电能表，即计量芯片的标称输入电流为1A或5A，而电型电压互感器中用于电流计量的电流互感器计量为低功耗电流互感器，无法接入数字式三相电能表。本发明实施例通过对三相电能表的计量电路进行改进，可以实现三相电能表与低功耗电流互感器的匹配，解决了低功耗电流互感器的电能计量问题。

进一步地，计量芯片为ADE7752。

进一步地，三相滤波器为抗混叠滤波器。

图3示出了根据本发明实施例提供的供电型电压互感器的电能计量装置的结构示意图。如图3所示，该电能计量装置包括：如上述任一实施例的供电型电压互感器和如上述任一实施例的计量电路。通过计量电路，第二穿心式电流互感器CT2的二次输出电流端子S₁S₂作为电流取样端，可以与计量表计连接，用于电流计量；第二二次绕组端子1a1n作为电压取样端，可以与计量表计连接，用于电压计量；计量表计可以根据通过采样端获取的计量电流和计量电压实现电能计量。

上述实施例提出的供电型电压互感器的电能计量装置，有效的解决了供电型电压互感器的电压计量、电流计量以及电能计量的问题，并且具有经济性好、准确度高、体积小等优点，具有良好的推广应用前景。

图4示出了根据本发明另一实施例提供的供电型电压互感器的电能计量装置的结构示意图。如图4所示，该电能计量装置包括：

如上述任一实施例的供电型电压互感器，合并单元以及数字电表；

合并单元与电型电压互感器的电流取样端和电压取样端连接，用于将电压信号和电流信号分别转换为电压数字信号和电流数字信号，并将转换后的数字信号发送至数字电表；

数字电表与合并单元相连，用于接收合并单元发送的转换后的数字信号，以实现电能计量。

上述实施例中，通过合并单元将电流和电压的模拟量转化为数字量，转化为数字量后就不存在一定需要1A或5A的标准值了，进而可以输入数字电表进行计量。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种供电型电压互感器，其特征在于，所述供电型电压互感器包括：

铁芯、一次绕组、第一二次绕组、第二二次绕组、第一穿心式电流互感器、第二穿心式电流互感器以及阻抗；

所述一次绕组的接地端串联所述第二穿心式电流互感器；

所述第一二次绕组的接地端串联所述第一穿心式电流互感器；

所述第二二次绕组回路串联阻抗，且所述阻抗与所述第一穿心式电流互感器并联；

所述一次绕组、所述第一二次绕组、所述第二二次绕组均绕制于所述铁芯；

其中，所述第二穿心式电流互感器的二次输出电流端子作为电流取样端，用于电流计量；所述第二二次绕组端子作为电压取样端，用于电压计量。

2.根据权利要求1所述的供电型电压互感器，其特征在于，所述第二穿心式电流互感器的额定电流比为200~400。

3.一种供电型电压互感器的电能计量装置，其特征在于，所述电能计量装置包括：

如权利要求1或2的任一供电型电压互感器；

三相取样电阻，用于将待计量的电流转换为电压；

三相滤波器，用于对通过所述三相取样电阻转换后的电压进行滤波处理并将滤波处理后的电压输入计量芯片；

衰减网络，用于获取待计量的电压并对所述待计量的电压进行衰减处理，将衰减处理后的电压输入计量芯片；

所述计量芯片，用于对所述滤波处理后的电压和所述衰减处理后的电压进行数据处理，得到电能信息；

所述三相取样电阻分别与三相电流取样端连接，所述三相滤波器的输入端分别与所述三相取样电阻连接，所述三相滤波器的输出端与所述计量芯片连接；所述衰减网络的输入端与三相电压取样端连接，所述衰减网络的输出端与所述计量芯片连接。

4.根据权利要求3所述的电能计量装置，其特征在于，所述计量芯片为ADE7752。

5.根据权利要求3所述的电能计量装置，其特征在于，三相滤波器为抗混叠滤波器。

6.一种供电型电压互感器的电能计量装置，其特征在于，所述电能计量装置包括：

如权利要求1或2的任一供电型电压互感器，合并单元以及数字电表；

所述合并单元与所述电型电压互感器的电流取样端和电压取样端连接，用于将电压信号和电流信号分别转换为电压数字信号和电流数字信号，并将所述转换后的数字信号发送至数字电表；

所述数字电表与所述合并单元相连，用于接收所述合并单元发送的转换后的数字信号，以实现电能计量。

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