CN114705909A - 一种电能计量实时在线监测装置自检系统及自检方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于自检系统技术领域，具体涉及一种电能计量实时在线监测装置自检系统，所述主机包括电流采样单元、电压采样单元、电压电流采样自检单元、第一无线通信模块，所述电压电流采样自检单元分别与电流采样单元、电压采样单元电性连接，所述第一无线通信模块与电压电流采样自检单元电性连接。本发明的外部电压电流信号输入与自检电压电流信号输入所经采样自检单元内部信号处理与采集回路为同一硬件回路，这样经过电压电流采样自检单元的计算处理可以有效验证主机硬件电路中的信号处理与采集回路。本发明还配置遥控装置，可以根据需要通过遥控装置随时对现场装置进行启动自检，节省了大量的人力和物力，此外这样操作也实现了被检设备的在线检验的意义。

Description

一种电能计量实时在线监测装置自检系统及自检方法

技术领域

本发明属于自检系统技术领域，具体涉及一种电能计量实时在线监测装置自检系统。

背景技术

电能计量实时在线监测装置通常包括安装在变电站室内或电能表盘处的主机和安装在变电站室外或电压互感器二次端子箱内的分机组成，可实时监测电能计量回路中电能表误差、电压互感器二次负荷、电流互感器二次负荷、PT二次压降、电能质量等多种参数，并可及时预测电能计量装置的故障。针对电能计量实时在线监测装置在运行过程中的信号感知及智能告警有效性，需要设计装置的自检功能实现定期自检，以确保电能计量实时在线监测装置本身的有效性，避免在线监测装置发生监测错误和预警失误情况的发生，监测错误信号将困扰运维人员，造成非必要的停电检修，影响供电可靠性，预警失误信号将不能有效反应二次回路的运行工况，失去电能计量实时在线监测装置本身的作用。

现有的电能计量实时在线监测装置均不具备自检的功能，需要借助外力进行检验，常见的检验方法有：

1)采用更高精度的测量仪测量电能计量装置的电压电流信息，与电能计量实时在线监测装置测得的电压电流信息进行对比，以达到对电能计量实时在线监测装置进行检验的目的。

这种检验方法需要在现场对更高精度的测量仪连接实负荷，然后进行现场测试结果的比对，需要耗费大量的人力物力。

2)将现场的电能计量实时在线监测装置拆回实验室检验，标准信号源产生电压电流信号，输入电能计量实时在线监测装置，以达到对电能计量实时在线监测装置进行检验的目的。

这种方法需要工作人员去现场拆装置，然后送至实验室检定，检验完毕，重新装回现场，耗费大量的人力和物力，此外这样操作也失去了被检设备的在线检验的意义。

上述现有的方法和装置均不具备自检功能，不能确保电能计量实时在线监测装置本身的有效性。

发明内容

针对上述现有的方法和装置均不具备自检功能，不能确保电能计量实时在线监测装置本身的有效性的技术问题，本发明提供了一种具备自检功能、省时省力、准确度高的电能计量实时在线监测装置自检系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种电能计量实时在线监测装置自检系统，包括主机，所述主机包括电流采样单元、电压采样单元、电压电流采样自检单元、第一无线通信模块，所述电压电流采样自检单元分别与电流采样单元、电压采样单元电性连接，所述第一无线通信模块与电压电流采样自检单元电性连接。

进一步电能计量实时在线监测装置自检系统还包括遥控装置，所述第一无线通信模块通过无线方式连接有遥控装置，所述遥控装置包括中央处理模块、第二无线通讯模块、按键模块、显示模块，所述中央处理模块分别与第二无线通讯模块、按键模块、显示模块电性连接，所述第二无线通讯模块与第一无线通信模块通过无线方式连接。

所述主机还包括时间同步单元和同步自检单元，所述时间同步单元电性连接有同步自检单元，所述同步自检单元与第一无线通信模块电性连接。

所述电压电流采样自检单元包括单刀双掷开关、模拟功率源、U/U变换器、I/U变换器、A/D转换模块、计算模块，所述单刀双掷开关的输入端分别与电流采样单元、电压采样单元电性连接，所述单刀双掷开关的第一输出端电性连接有模拟功率源，所述单刀双掷开关的第二输出端分别与U/U变换器、I/U变换器电性连接，所述模拟功率源分别与U/U变换器、I/U变换器电性连接，所述U/U变换器、I/U变换器均电性连接在A/D转换模块，所述A/D转换模块电性连接有计算模块。

所述U/U变换器采用无源的双级电压互感器，所述I/U变换器采用动态范围1000：1的可调增益仪用放大器。

所述单刀双掷开关的第二输出端为常闭触点。

所述同步自检单元内设置有GPS授时装置。

一种电能计量实时在线监测装置自检系统的自检方法，包括下列步骤：

S1、点击按键模块的开始按钮，中央处理模块控制第二无线通讯模块与被遥控的对象进行配对，配对成功后，显示模块提示配对成功，然后点击按键模块的自检按钮，遥控装置通过第二无线通讯模块发送自检的第一控制信号至第一无线通信模块；

S2、第一无线通信模块接收到遥控装置发送的自检第一控制信号，然后主机基于第一控制信号生成电压电流采样自检信号，控制电压电流采样自检单元工作；

S3、当电压电流采样自检单元未接收到电压电流采样自检信号时，电压电流采样自检单元的单刀双掷开关的第二输出端常闭，采集现场电压、电流信号，电压电流信号分别经过U/U变换器和I/U变换器转换为便于A/D转换模块采集的电压和电流，由A/D转换模块采样得到数字量值发送给计算模块进行计算；

S4、当电压电流采样自检单元接收到电压电流采样自检信号时，单刀双掷开关的第二输出端断开，单刀双掷开关的第一输出端连接，此时采样的电压电流信号由模拟功率源产生，模拟功率源输出的电压电流信号分别经过U/U变换器和I/U变换器转换为便于A/D转换模块采集的电压和电流，由A/D转换模块采样得到数字量值发送给计算模块进行计算；

S5、获取电压电流采样自检单元反馈的检测数据，计算分析检测数据并生成检测报告，检测报告通过第一无线通信模块发送至遥控装置。

所述S5中计算模块的电压计算方法为：控制模拟功率源输出自检电压信号为0，此时计算模块输出对应的工况电压信号V_工况1，以及控制模拟功率源输出自检电压信号为V_自检时，此时计算模块输出对应的工况电压信号V_工况2，并将V_工况1和V_工况2分别与理论值进行比较，当V_工况1＝V_理论1且V_工况2＝V_理论2时，判断为自检正常，当两者有一个不相等时，判断为自检异常，V_理论1和V_理论2为根据U/U变换器、A/D转换模块的参数计算的电压理论值；

所述S5中计算模块的电流计算方法为：控制模拟功率源输出自检电流信号为0，此时计算模块输出对应的工况电流信号I_工况1，以及控制模拟功率源输出自检电流信号为I_自检时，此时计算模块输出对应的工况电流信号I_工况2，并将I_工况1和I_工况2分别与理论值进行比较，当I_工况1＝I_理论1且I_工况2＝I_理论2时，判断为自检正常，当两者有一个不相等时，判断为自检异常，I_理论1和I_理论2为根据U/U变换器、A/D转换模块的参数计算的电流理论值。

所述S2还包括：主机基于第一控制信号生成时钟同步自检信号，控制同步自检单元启动，同步自检单元内的GPS授时装置接收卫星时间信息，与时间同步单元内的本地晶振时钟进行对比，判断时间同步单元的时钟准确性。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

1、本发明主机的外部电压电流信号输入与自检电压电流信号输入所经采样自检单元内部信号处理与采集回路为同一硬件回路，这样经过电压电流采样自检单元的计算处理可以有效验证主机硬件电路中的信号处理与采集回路。

2、本发明配置遥控装置，可以根据需要通过遥控装置随时对现场装置进行自检，节省了大量的人力和物力，此外这样操作也实现了被检设备的在线检验的意义。

3、本发明在自检时除了信号处理电路硬件自检，还结合了同步自检单元进行自检，提高了电能计量实时在线监测装置自检的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术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示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本发明的整体结构框图；

图2为本发明遥控装置的结构框图；

图3为本发明遥控装置的蓝牙配对流程图；

图4为本发明电压电流采样自检单元的原理图。

其中：1为电流采样单元，2为电压采样单元，3为时间同步单元，5为遥控装置，401为电压电流采样自检单元，402为同步自检单元，403为第一无线通信模块，501为中央处理模块，502为第二无线通讯模块，503为按键模块，504为显示模块，4011为单刀双掷开关，4012为模拟功率源，4013为U/U变换器，4014为I/U变换器，4015为A/D转换模块，4016为计算模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例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申请一部分实施例，而不是全部的实施例，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制；基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式做进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

如图1所示，主机包括：电流采样单元1、电压采样单元2、时间同步单元3、电压电流采样自检单元401、同步自检单元402、第一无线通信模块403。

第一无线通信模块403通过无线方式连接遥控装置5，第一无线通信模块403接收到遥控装置5发送的自检第一控制信号，然后主机基于第一控制信号生成多个第二控制信号，第二控制信号包括电压电流采样自检信号和时钟同步自检信号，分别控制电压电流采样自检单元401和同步自检单元402工作。

如图2所示，遥控装置5包括中央处理模块501、第二无线通讯模块502、按键模块503、显示模块504。首先点击按键模块503的开始按钮，中央处理模块501控制第二无线通讯模块502与被遥控的对象进行配对，配对成功后，显示模块504提示配对成功，然后点击按键模块503的自检按钮，遥控装置5发送自检的第一控制信号至第一无线通信模块403。当自检完成后，点击按键模块503的关机按钮。

遥控装置5和主机的配对可以是任一种无线通信方式。以蓝牙配对为例，如图3所示，遥控装置5寻找蓝牙(如名称为HC-06)，找到匹配的蓝牙信号并进行密码配对，输入配对密码(如密码为123456)，遥控装置5和主机的第一无线通信模块403的配对过程完成。

如图4，电压电流采样自检单元401的单刀双掷开关4011的第二输出端常闭，采集现场电压、电流信号，电压电流信号分别经过U/U变换器4013和I/U变换器转换4014为便于A/D转换模块采集4015的电压和电流，由A/D转换模块4015采样得到数字量值发送给计算模块4016进行计算。当接收到采样自检信号时，单刀双掷开关4011的第二输出端断开，单刀双掷开关4011的第一输出端连接，此时采样的电压电流信号由模拟功率源4012产生，模拟功率源4012输出的电压电流信号分别经过U/U变换器4013和I/U变换器4014转换为便于A/D转换模块4015采集的电压和电流，由A/D转换模块4015采样得到数字量值发送给计算模块4016进行计算。模拟功率源4012输出电压信号或者现场电压信号经过U/U变换器4013，将100V电压直接转换成便于A/D转换模块4015采集4V电压，最后通过A/D转换模块4015将其转为数字量。U/U变换器4013采用无源的双级电压互感器设计，双级电压互感器有较高的输入阻抗，在并接于互感器二次输出上时基本不增加其负载，U/U变换器4013采用模块化设计，便于上一层的量值传递。模拟功率源4012输出电流信号或者现场电流信号经过I/U变换器4014，通过动态范围1000：1的可调增益仪用放大器对采样电阻转换的电压信号进行放大，使得输出信号尽量保证在(0.4～4)V之间，最后通过A/D转换模块4015将其转为数字量。

电压电流采样自检信号通过单刀双掷开关4011，将与电压电流采样自检单元401连接的外部现场的三相电压电流信号，切换至内部自检信号，同时自检节点单刀双掷开关4011的第二输出端控制模拟功率源4012发出标准电压电流信号，经过A/D转换模块4015，计算处理，从而对采样单元进行自检。模拟功率源4012输出的自检电压信号可由主机控制，可在0和V_自检两个电压值之间切换。模拟功率源4012输出的自检电流信号可由主机控制，可在0和I_自检两个电流值之间切换。

控制模拟功率源4012输出自检电压信号为0，此时计算模块4016输出对应的工况电压信号V_工况1，以及控制模拟功率源4012输出自检电压信号为V_自检时，此时计算模块4016输出对应的工况电压信号V_工况2，并将V_工况1和V_工况2分别与理论值进行比较，当V_工况1＝V_理论1且V_工况2＝V_理论2时，判断为自检正常，当两者有一个不相等时，判断为自检异常。V_理论1和V_理论2为根据U/U变换器4013、A/D转换模块4015的参数计算的理论值。

控制模拟功率源4012输出自检电流信号为0，此时计算模块4016输出对应的工况电流信号I_工况1，以及控制模拟功率源4012输出自检电流信号为I_自检时，此时计算模块4016输出对应的工况电流信号I_工况2，并将I_工况1和I_工况2分别与理论值进行比较，当I_工况1＝I_理论1且I_工况2＝I_理论2时，判断为自检正常，当两者有一个不相等时，判断为自检异常。I_理论1和I_理论2为根据I/U变换器4014、A/D转换模块4015的参数计算的理论值。

主机基于第一控制信号生成时钟同步自检信号，控制同步自检单元402启动，同步自检单元402内的GPS授时装置接收卫星时间信息，与时间同步单元3内的本地晶振时钟进行对比，判断时间同步单元的时钟准确性。

获取电压电流采样自检单元401反馈的检测数据，计算分析检测数据并生成检测报告，检测报告通过第一无线通信模块发送至遥控装置。

本实施例的电能计量实时在线监测装置主机的外部电压电流信号输入与自检电压电流信号输入所经采样自检单元内部信号处理与采集回路为同一硬件回路，这样经过电压电流采样自检单元的计算处理可以有效验证主机硬件电路中的信号处理与采集回路。

本实施例的电能计量实时在线监测装置自检系统配置遥控装置5，可以根据需要通过遥控装置5随时对现场装置进行自检，节省了大量的人力和物力，此外这样操作也实现了被检设备的在线检验的意义。

本实施例提供的电能计量实时在线监测装置自检系统，在自检时除了传统的信号处理电路硬件自检，还结合了同步自检单元402自检，提高了电能计量实时在线监测装置自检的准确度。

上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电能计量实时在线监测装置自检系统，其特征在于：包括主机，所述主机包括电流采样单元(1)、电压采样单元(2)、电压电流采样自检单元(401)、第一无线通信模块(403)，所述电压电流采样自检单元(401)分别与电流采样单元(1)、电压采样单元(2)电性连接，所述第一无线通信模块(403)与电压电流采样自检单元(401)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种电能计量实时在线监测装置自检系统，其特征在于：所述主机还包括时间同步单元(3)和同步自检单元(402)，所述时间同步单元(3)电性连接有同步自检单元(402)，所述同步自检单元(402)与第一无线通信模块(403)电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种电能计量实时在线监测装置自检系统，其特征在于：还包括遥控装置(5)，所述第一无线通信模块(403)通过无线方式连接有遥控装置(5)，所述遥控装置(5)包括中央处理模块(501)、第二无线通讯模块(502)、按键模块(503)、显示模块(504)，所述中央处理模块(501)分别与第二无线通讯模块(502)、按键模块(503)、显示模块(504)电性连接，所述第二无线通讯模块(502)与第一无线通信模块(403)通过无线方式连接。

4.根据权利要求1所述的一种电能计量实时在线监测装置自检系统，其特征在于：所述电压电流采样自检单元(401)包括单刀双掷开关(4011)、模拟功率源(4012)、U/U变换器(4013)、I/U变换器(4014)、A/D转换模块(4015)、计算模块(4016)，所述单刀双掷开关(4011)的输入端分别与电流采样单元(1)、电压采样单元(2)电性连接，所述单刀双掷开关(4011)的第一输出端电性连接有模拟功率源(4012)，所述单刀双掷开关(4011)的第二输出端分别与U/U变换器(4013)、I/U变换器(4014)电性连接，所述模拟功率源(4012)分别与U/U变换器(4013)、I/U变换器(4014)电性连接，所述U/U变换器(4013)、I/U变换器(4014)均电性连接在A/D转换模块(4015)，所述A/D转换模块(4015)电性连接有计算模块(4016)。

5.根据权利要求4所述的一种电能计量实时在线监测装置自检系统，其特征在于：所述U/U变换器(4013)采用无源的双级电压互感器，所述I/U变换器(4014)采用动态范围1000：1的可调增益仪用放大器。

6.根据权利要求4所述的一种电能计量实时在线监测装置自检系统，其特征在于：所述单刀双掷开关(4011)的第二输出端为常闭触点。

7.根据权利要求2所述的一种电能计量实时在线监测装置自检系统，其特征在于：所述同步自检单元(402)内设置有GPS授时装置。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种电能计量实时在线监测装置自检系统的自检方法，其特征在于：包括下列步骤：

S1、点击按键模块的开始按钮，中央处理模块控制第二无线通讯模块与被遥控的对象进行配对，配对成功后，显示模块提示配对成功，然后点击按键模块的自检按钮，遥控装置通过第二无线通讯模块发送自检的第一控制信号至第一无线通信模块；

S2、第一无线通信模块接收到遥控装置发送的自检第一控制信号，然后主机基于第一控制信号生成电压电流采样自检信号，控制电压电流采样自检单元工作；

S3、当电压电流采样自检单元未接收到电压电流采样自检信号时，电压电流采样自检单元的单刀双掷开关的第二输出端常闭，采集现场电压、电流信号，电压电流信号分别经过U/U变换器和I/U变换器转换为便于A/D转换模块采集的电压和电流，由A/D转换模块采样得到数字量值发送给计算模块进行计算；

S4、当电压电流采样自检单元接收到电压电流采样自检信号时，单刀双掷开关的第二输出端断开，单刀双掷开关的第一输出端连接，此时采样的电压电流信号由模拟功率源产生，模拟功率源输出的电压电流信号分别经过U/U变换器和I/U变换器转换为便于A/D转换模块采集的电压和电流，由A/D转换模块采样得到数字量值发送给计算模块进行计算；

S5、获取电压电流采样自检单元反馈的检测数据，计算分析检测数据并生成检测报告，检测报告通过第一无线通信模块发送至遥控装置。

9.根据权利要求8所述的一种电能计量实时在线监测装置自检系统的自检方法，其特征在于：所述S5中计算模块的电压计算方法为：控制模拟功率源输出自检电压信号为0，此时计算模块输出对应的工况电压信号V_工况1，以及控制模拟功率源输出自检电压信号为V_自检时，此时计算模块输出对应的工况电压信号V_工况2，并将V_工况1和V_工况2分别与理论值进行比较，当V_工况1＝V_理论1且V_工况2＝V_理论2时，判断为自检正常，当两者有一个不相等时，判断为自检异常，V_理论1和V_理论2为根据U/U变换器、A/D转换模块的参数计算的电压理论值；

所述S5中计算模块的电流计算方法为：控制模拟功率源输出自检电流信号为0，此时计算模块输出对应的工况电流信号I_工况1，以及控制模拟功率源输出自检电流信号为I_自检时，此时计算模块输出对应的工况电流信号I_工况2，并将I_工况1和I_工况2分别与理论值进行比较，当I_工况1＝I_理论1且I_工况2＝I_理论2时，判断为自检正常，当两者有一个不相等时，判断为自检异常，I_理论1和I_理论2为根据U/U变换器、A/D转换模块的参数计算的电流理论值。

10.根据权利要求8所述的一种电能计量实时在线监测装置自检系统的自检方法，其特征在于：所述S2还包括：主机基于第一控制信号生成时钟同步自检信号，控制同步自检单元启动，同步自检单元内的GPS授时装置接收卫星时间信息，与时间同步单元内的本地晶振时钟进行对比，判断时间同步单元的时钟准确性。

Images