CN201083793Y - 零压降数字光电计量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电能计量装置，该装置通过将电压互感器的二次信号传输方式从模拟信号改变成数字光信号，构成一种消除了电压互感器二次信号传输电压降的新型电能表，由发射装置，发射端直流供电电源，光缆，接收装置，电能表，接收端直流供电电源等部分构成。本实用新型通过将电压互感器二次输出电压信号转换成数字光信号后传输至控制室，使得现有电压互感器二次模拟电压信号传输过程中的电压降为零，从而降低电能计量综合误差，提高电能计量精度。

Description

零压降数字光电计量装置

技术领域

本实用新型涉及一种电能计量装置，具体地说，是涉及一种采用数字光信号传输电压互感器二次信号从而消除电压互感器信号传输过程中的压降，降低目前电力系统日常运行中电能计量综合误差的电能计量装置。

背景技术

在电力系统的日常运行中应保证电能计量的准确性，以便合理地保护电力部门与用户双方的合法权益。因此电能计量的误差应该在法定的标准范围内。

电力部电能计量装置检验规程SD109-83中规定：I类电能计量装置，其电压互感器二次回路压降不应超过额定二次电压的0.25％；II类和III类电能计量装置，此电压不应超过额定二次电压的0.5％。

电能计量的综合误差是由电压互感器(PT)的误差、电流互感器(CT)的误差、电度表的误差、电压互感器二次导线压降所引起的计量误差所组成。根据多处电网普查测试的结果，在这四项误差中，电压互感器二次导线压降引起的计量误差往往是最大的。

造成电压互感器二次导线压降过大的原因是：由于变电站各馈线电能表的电压输入信号一般是共用同一组母线上的PT信号，从PT到电能表之间的二次信号线较长。变电所和大中型用电户的高压电能计量装置中，PT二次接线端子与电能表之间需要数十米甚至几百米的连接电缆线。当导线的截面积较小时，长导线的电阻就比较可观。此外，中间接有快速开关、保险管，再加上二次接线端子松动以及保险管两端的金属部分氧化等原因造成二次接线阻抗较大。在这样长的具有较大电阻的连接电缆线上，如果PT二次回路所接入的表计、继电保护装置及其它负荷较大，则较大的负荷电流将引起较大的二次回路压降。

电压互感器二次导线电阻过大，二次导线压降过大，其直接后果是造成少计发电量、供电量、用电量，以致少收电费，造成发供电量不平衡、线损出现负数等。现有解决方案有：

1)最为简单和常见的方法是加粗电压互器感二次连接导线的截面、减小二次连接导线的长度，以及减小各接点接触电阻。这种方法的缺点是：即使导线再粗，也不能解决接触电阻及导线电阻所带来的问题。

2)装设电度表的专用二次回路。采用专用计量回路，包括采用专用的电压互感器二次计量绕组，避免继电保护、测量回路对计量回路的影响；采用专用的计量二次电缆及专用的开关、熔断器和接线端子等。此措施可从设备配置的角度减少了电压互感器二次回路电压降，但由于还存在开关、熔断器和接线端子等设备，因它们的接触电阻较大造成的PT二次压降较大，难于满足对I类电能计量装置中电压互感器二次回路电压降应不大于其额定二次电压的0.25％的要求。

3)采用电压误差补偿器来补偿二次导线压降引起的比差和角差

其原理是在二次回路中加入一个补偿电压，用以补偿二次导线压降引起的比差和角差。产生这个补偿电压的装置有多种：定值补偿器、电流跟踪式补偿器、电压跟踪式补偿器。第一种利用自耦变压器和移相器来补偿比差和角差，使得PT二次端电压和电能表计端电压幅值和相位相等，从而达到补偿的目的。它的缺点是受负载影响大，仅适合于负载不变或变化小的工况，效果较差；第二种利用电子线路通过对PT二次回路电流的跟踪，产生一个与二次回路阻抗相等的负阻抗，使得二次回路总阻抗等效为零，从而压降为零。它的缺点是如果二次回路的阻抗变化了，就不能自动跟踪了。此类方法的缺点是其补偿效果难以评估，容易过补偿，从计量的可朔源角度来看，原理上存在缺陷。

4)采用电子式电能表。该方法可以减小电压互感器提供的功率，从而减小信号传输线上的电流，降低压降。

但以上方法均不能从原理上完全消除电压互感器二次信号传输过程中的电压降，从而依然存在误差。

发明内容

本实用新型正是针对目前电压互感器二次信号传输过程中存在的电压降引起的电能计量误差，而提供一种零压降数字光电计量装置，本装置将电压互感器二次输出的模拟电压信号就地数字化，并转换成光信号传输至控制室，在控制室还原成模拟信号，输入电能表，从而完全消除了信号传输过程中的电压降，大大减小了电能计量的误差，提高了计量的精度。

一种零压降数字光电计量装置，由发射装置、发射端直流供电电源、光缆、接收装置、电能表和接收端直流供电电源构成，发射装置将电压互感器二次输出电压信号转换成数字光脉冲信号后经光缆传输至接收装置，接收装置将数字脉冲光信号转换成电压信号再输入电能表，发射端直流供电电源给发射装置供电，接收端直流供电电源给接收装置和电能表供电。

所述的发射装置由取样电路、模/数变换电路、电光变换电路组成，取样电路的输入端连接电压互感器二次输出的高电压信号端，取样电路的输出端与模数变换电路输入端连接，模数变换电路输出端与电光变换电路的输入端连接，电光变换电路的输出端连接光缆。取样电路一般采用电阻分压，将电压互感器二次输出的高电压信号变换成低电压信号，将100V或57.7V的高电压信号变换成4V的低电压信号；模/数变换电路将取样电路输出的模拟低电压信号变换成数字信号，模/数变换电路的原理较多，采用直接从市场上购买的A/D变换电路、V/F变换电路或PWM变换电路；电光变换电路将模/数变换电路输出的数字信号转变成光脉冲信号输出，电光变换电路能否从市场上直接购得，如果不行请写清楚电光变换电路，并画出电路图。

发射端直流供电电源取自将电压互感器二次输出电压信号通过变压器变换成220V后再输入至电源模块或直接将电压互感器二次输出的高电压信号输入至电源模块。

接收装置将数字光脉冲信号转换成电能表能接收的信号后，输入电能表，进行电能计量，接收装置由光电变换电路、数/模变换电路、信号调理电路组成，光电变换电路输入端与光缆连接，另一端与数/模变换电路的输入端连接，数/模变换电路的输出端与信号调理电路的输入端连接，信号调理电路的输出端与电能表连接。光电变换电路采用直接从市场上购买的光电变换电路。数/模变换电路采用直接从市场上购买的D/A变换电路。信号调理电路采用直接从市场上购买的信号调理电路。

接收装置与电能表组合在一起，成为一个整体，构成一个新型电能表。

本实用新型的原理为：

在PT二次输出的端口，通过发射装置，就地将二次电压模拟量取样后发射转换成数字信号，用光发射模块将电的数字信号变成光脉冲信号，再用光缆将数字光脉冲信号从PT处通过光缆传到远处的控制室，然后在控制室通过接收装置，将数字光脉冲变为电数字信号，再经数/模变换电路后，得出与PT二次输出电压成比例的模拟电压信号，供电能表计和其它控制保护装置之用。如果电能表经过改造，也可直接接收电数字信号或数字光脉冲信号。

与已有的方法比较，采用本实用新型的优势在于：

a.在传统的模拟信号传输装置中，模拟电压信号通过长导线后要发生较大的衰减和失真，从而引入误差。将PT二次输出的模拟电压信号就地数字化后采用数字光脉冲信号传输，包含的信息几乎没有任何衰减和失真，信号精度不会由于长距离传输而引入任何误差。

b.光信号传输不会受到周围强电磁干扰的影响，可靠性高。从而该装置有可能解决PT二次导线压降所引起的种种问题，提高计量的准确度。

附图说明

图1为本实用新型的原理示意图。

图中：1-电压互感器，2-发射装置，3-发射端直流供电电源，4-光缆，5-接收装置，6-电能表，7-接收端直流供电电源。

具体实施方式

本实用新型由发射装置、发射端直流供电电源、光缆、接收装置、电能表和接收端直流供电电源构成，发射装置将电压互感器二次输出电压信号转换成数字光脉冲信号后经光缆传输至接收装置，接收装置将数字脉冲光信号转换成电压信号再输入电能表，发射端直流供电电源给发射装置供电，接收端直流供电电源给接收装置和电能表供电。

具体实施方式是：

1.发射装置：作用是将电压互感器二次输出的高电压信号变换成相应的数字光脉冲信号。高电压信号通常为100V或57.7V，所以，发射装置通常由取样电路、模/数变换电路、电光变换电路等部分组成：

取样电路：一般采用电阻分压，将电压互感器二次输出的高电压信号变换成低电压信号，将100V或57.7V的高电压信号变换成4V的低电压信号。

模/数变换电路：将取样电路输出的模拟低电压信号变换成数字信号。模/数变换电路的原理较多，例如可采用A/D变换电路、V/F变换电路或PWM变换电路等。

电光变换电路：将模数变换电路输出的数字信号转变成光脉冲信号输出，电光变换电路采用直接从市场上购买的电光变换电路。

2、发射端直流供电电源：作用是给发射装置提供工作所需的直流电源。该电源可将市电经过电源模块后变换而成，但这种方法容易受到市电停电的影响。本实用新型采用的是直接从电压互感器二次输出的高电压信号获取能量的方法，例如将电压互感器二次输出的高电压信号，通常为100V或57.7V通过变压器变换成220V后再输入至电源模块，获得所需的电源。或者直接将电压互感器二次输出的高电压信号输入至电源模块，得到所需的直流工作电源。这种方法不受市电停电的影响，可靠性高。同时，本实用新型的发射装置功耗极低，所需提供的电源能量及其微弱。另外一种方法就是将市电通过UPS后供给电源模块，此方法成本较高，但提高了电源的可靠性。

3、光缆：用于传输发射装置输出的光脉冲信号至控制室的接收装置。

4、接收装置：用于将光缆输出的光脉冲信号变换成相应的模拟电压信号。接收装置由光电变换电路、数/模变换电路、信号调理电路组成，光电变换电路输入端与光缆连接，另一端与数/模变换电路的输入端连接，数/模变换电路的输出端与信号调理电路的输入端连接，信号调理电路的输出端与电能表连接。光电变换电路：用于将光缆输出的光脉冲信号变换成数字电信号，光电变换电路采用直接从市场上购买的光电变换电路。数/模变换电路：用于将数字电信号变换成对应的模拟电压信号，数/模变换电路采用直接从市场上购买的D/A变换电路。信号调理电路：将模拟电压信号的幅值调整到所需要的大小，信号调理电路采用直接从市场上购买的信号调理电路。

5、电能表：将接收装置输出的模拟电压信号输入至电能表，进行电能计量。该电能表和一般现有电能表的主要区别在于：一是现有的电能表一般是从电压互感器二次输出的高电压信号获取工作电源，高电压信号通常为100V或57.7V，考虑到该输入模拟信号是弱信号，不能提供电能表和接收装置所需的功率，故将电能表设计成电源外挂式，即从外界提供工作电源。另外的区别在于输入电能表的信号为弱信号，例如4V，区别于现有的电能表的100V或57.7V的电压输入。

此外，也可以将接收装置设计成和电能表组合在一起，则可将光缆输出的数字光脉冲信号直接输入至电能表。如果电能表可以直接接收电脉冲信号，接收装置可以去掉数/模变换电路，简化为光电变换电路和信号调理电路，再和电能表组合在一起，从而提高本实用新型所涉及装置的集成度和可靠性。

6、接收端直流供电电源：将控制室的交流或直流220V电源变换成接收装置和电能表工作所需的直流电源。

Claims (6)

1.一种零压降数字光电计量装置，由发射装置、发射端直流供电电源、光缆、接收装置、电能表和接收端直流供电电源构成，其特征在于：发射装置将电压互感器二次输出电压信号转换成数字光脉冲信号后经光缆传输至接收装置，接收装置将数字脉冲光信号转换成电压信号再输入电能表，发射端直流供电电源给发射装置供电，接收端直流供电电源给接收装置和电能表供电。

2.根据权利要求1所述的零压降数字光电计量装置，其特征在于：所述的发射装置由取样电路、模/数变换电路、电光变换电路组成，取样电路的输入端连接电压互感器二次输出的高电压信号端，取样电路的输出端与模数变换电路输入端连接，模数变换电路输出端与电光变换电路的输入端连接，电光变换电路的输出端连接光缆。

3.根据权利要求1或2所述的零压降数字光电计量装置，其特征在于：发射装置中的模/数变换电路为A/D变换电路、V/F变换电路或PWM变换电路。

4.根据权利要求1所述的零压降数字光电计量装置，其特征在于：发射端直流供电电源取自将电压互感器二次输出电压信号通过变压器变换成220V后再输入至电源模块或直接将电压互感器二次输出的高电压信号输入至电源模块。

5.根据权利要求1所述的零压降数字光电计量装置，其特征在于：接收装置由光电变换电路、数/模变换电路、信号调理电路组成，光电变换电路输入端与光缆连接，另一端与数/模变换电路的输入端连接，数/模变换电路的输出端与信号调理电路的输入端连接，信号调理电路的输出端与电能表连接。

6.根据权利要求1所述的零压降数字光电计量装置，其特征在于：接收装置与电能表组合在一起，成为一个整体。

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