CN201262644Y - 电能计量装置接线检查与退补电量计算综合装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电能计量装置的检测设备，具体是一种电能计量装置接线检查与退补电量计算综合装置。解决了现有实现电能计量装置的检测设备存在的：仪器较多、操作步骤复杂、使用不方便、分析判断状况有限、计算分析需要人工完成等问题，该智能分析仪包括内置有智能分析电路的壳体，壳体上设有LCD显示屏、触摸屏，所述智能分析电路包含ARM处理器、测量电路；所述测量电路包括三路电压采样电路、三路电流采样电路、多路选择开关、电能计量芯片。本实用新型所述智能分析仪结构合理、紧凑，具备自动分析、计算功能，且操作简便、一机多能，适合于现场使用，可替代原用电检查中使用的繁杂仪器设备。

Description

电能计量装置接线检查与退补电量计算综合装置

技术领域

本实用新型涉及电能计量装置的检测设备，具体是一种电能计量装置接线检查与退补电量计算综合装置。

背景技术

电费是供电企业的经济命脉，而电能计量是进行合理与公平电费结算的根本保证。电能是一种特殊的商品，具有产、供、销同时完成的特点，电能的量值通过计量装置体现出来。但是，由于计量装置故障、人为计量等因素，使电能计量与实际电能消耗出现偏差甚至严重失衡，从而使产、供、用电三方不能公平、公正地进行电能费用结算。电能计量偏差不但降低了供电企业的技术经济指标，而且在很大程度上掩盖了电能计量不准确的真相。

电能计量装置是国民经济中正确完成各项经济指标，加强企业管理，实现经济核算必不可少的计量手段。正确计量电能，不仅要求电度表和互感器要精确，而且更重要的是接线正确，错误接线可能带来达到百分之几百的计量误差，从这种意义上讲，正确接线是保证准确计量的首要条件。对于现场接线的检查，一般采用电能表现场校验仪或相序表，通过相量图法检查分析判断。其存在许多不足：①设备投资比较大、仪器较多、携带运输不方便；②接线较多、操作步骤复杂、使用不方便；③需提供操作电源，受现场环境影响较大；④当三相二元件有功电能表错误接线在48种以外时，仪器无法分析判断；⑤很多计算分析都需要人来完成，费时费力。目前全国电能仪表已超过1亿只，并且还以每年1000万只的速度增加，如此庞大的检测工作量要靠传统的检测方式来完成，几乎是不可能的。

鉴于以上种种不足，市面上出现了多功能现场校验仪、电能计量故障检测仪等产品，但也存在很多缺点：①一些多功能现场校验仪有接线检查的功能，但其判断的错误类型很有限；②一些专用错误接线检测仪器能够判断较多的错误类型，但其功能比较专一，而且价格昂贵；③电压互感器二次导线压降对电能计量有很大的影响，大部分仪器都没有考虑对其妥善处理；④很多仪器人机交互处理得不够好，数据的输入、处理等都非常麻烦；⑤大部分仪器与PC机交换数据需要专门的软件，增加了开发的费用。

另外，随着技术的进步，窃电行为也从常规窃电发展到有组织的企业经营窃电、技术窃电，甚至出现职业窃电者，专门传播窃电技术、安装窃电技术装置。据估算，2006年全国仅因窃电造成的损失就高达200多亿元，而被发现抓获的不到20％。如何更有效、更方便的打击偷电行为是电力部门感到十分棘手的问题，传统的人工巡视检查的反窃电方法既费时也很盲目，已不能适应电力快速发展的要求。为此必须采用高科技手段来实现自动化操作和智能分析判断功能，从而可及时发现表计故障，监测分析表计运行状态。

综上所述，随着电力行业市场化改革日益推进，电能计量装置数量的急剧增加，研制一套能够对电能计量装置运行状态自动检测、智能分析的仪器有着重要的现实意义。

发明内容

本实用新型为了解决现有实现电能计量装置的检测设备存在的：仪器较多、操作步骤复杂、使用不方便、分析判断状况有限、计算分析需要人工完成等问题，提供了一种能对电能计量装置运行状态进行自动检测和智能分析的电能计量装置接线检查与退补电量计算综合装置。

本实用新型是采用如下技术方案的：电能计量装置接线检查与退补电量计算综合装置，包括内置有智能分析电路的壳体，壳体上设有LCD显示屏，LCD显示屏表面设置有触摸屏，所述智能分析电路包含ARM处理器、与ARM处理器输入端连接的测量电路，以及与ARM处理器输出端连接的用于驱动触摸屏和LCD显示屏的触摸屏驱动电路、LCD显示屏驱动电路；所述测量电路包括三路电压采样电路、三路电流采样电路、多路选择开关、电能计量芯片，三路电压测量电路包含三个分别对三相电压进行采样的单相电压采样单元，单相电压采样单元包含电流互感器T、由若干个电阻串联构成的分压电阻串联支路、设置于壳体上的相电压接线端和零线接线端(即电压测量接线端口)，电流互感器T的初级输入端与分压电阻串联支路串联，并并联于相电压接线端、零线接线端之间，电流互感器T的次级输出端并联有51Ω电阻，电流互感器的次级输出端两端分别经1.2KΩ电阻、0.01μF电容接地，1.2KΩ电阻与0.01μF电容的连接节点经10KΩ电阻与电能计量芯片的REFO引脚相连，同时作为电压测量输出端经多路选择开关与电能计量芯片的电压采样信号输入端相连，电能计量芯片经SPI总线、电平转换电路与ARM处理器相连，多路选择开关的控制信号端经电平转换电路与ARM处理器连接；三路电流测量电路包含三个分别对三相电流进行采样的单相电流采样单元，单相电流采样单元包括设置于壳体上的双电流接线端(即电流测量接线端口)，双电流接线端之间并联有两个10Ω电阻的串联支路，两个10Ω电阻的连接节点与电能计量芯片的REFO引脚相连，双电流接线端经1.2KΩ电阻、0.01μF电容接地，1.2KΩ电阻、0.01μF电容的连接节点作为电流测量输出端直接与电能计量芯片的电流采样信号输入端相连。

使用时，将综合装置壳体上的电压、电流测量接线端口(即三路电压测量电路和三路电流测量电路的各接线端)通过连接线连接固定各相电压夹和电流钳，并将相应相电压夹和电流钳接于电能计量装置的相电压输入端和相电流线上；启动本综合装置，以电能计量装置的A相电压、电流测量为例，电压测量部分：被测电压经分压电阻串联支路分压转换为2mA以下的电流，经过比例为1：1的电流互感器T隔离后，在电流互感器T的次级回路得到与一级回路相同的电流，这个小电流通过并联于电流互感器T次级输出的51Ω电阻后转换为一个0.1V以下的交流小电压，再经过由电能计量芯片REFO引脚输出的2.4V直流参考电压，将在0V上下波动的小交流电压拉高2.4V，由0.01μF电容去干扰后经受ARM处理器控制的多路选择开关送入电能计量芯片的电压采样信号输入端；电流测量部分：被测电流经并联的两个10Ω电阻转变为一个交流电压信号，该交流电压信号通过由电能计量芯片REFO引脚输出的2.4V直流参考电压转变为在2.4V直流电压上下变化的小交流信号，然后经0.01μF电容滤波后进入电能计量芯片的电流采样信号输入端。B、C相电压、电流测量与A相相同。电能计量芯片通过这些电压信号的波形和相位计算出电压、电流、相位角、功率等电参量，并将这些数值存入电能计量芯片的相应寄存器中。由ARM处理器在特定软件支持下通过SPI总线在电能计量芯片寄存器中调用所需的电参量，根据电参量绘出六角图，再将这些数值与数据库中的标准值进行比对，得到实际接线类型。软件再调用与此接线类型相对性的公式及计算方法，计算出退补电量、更正系数等数据。软件将这些需要显示的数据、图形通过数据总线传送给LCD显示屏驱动电路，由LCD显示屏驱动电路将这些数据转化成与LCD显示屏相匹配的数据流，最终在LCD显示屏上予以显示。所述用于驱动触摸屏和LCD显示屏的触摸屏驱动电路、LCD显示屏驱动电路，以及电平转换电路是本技术领域的公知电路。

与现有技术相比，本实用新型所述综合装置结构合理、紧凑，具备自动分析、计算功能，且操作简便、一机多能，适合于现场使用，可替代原用电检查中使用的繁杂仪器设备。

附图说明

图1为本实用新型智能分析电路的电路原理方框图；

图2为本实用新型的外观图；

图3为本实用新型测量电路的电路原理图；

图4为ARM处理器的第一部分电路原理图；

图5为ARM处理器的第二部分电路原理图；

图6为ARM处理器的第三部分电路原理图；

图7为网口电路的电路原理图；

图8为LED显示屏驱动电路及触摸屏驱动电路的电路原理图；

图9为串行通讯口与USB接口电路的电路原理图；

图10为本实用新型电源电路的电路原理图；

图11为本实用新型智能分析电路其余部分的电路原理图；

图中：1-壳体；2-LCD显示屏；3-触摸屏；4-微型打印机；5-电流测量接线端口；6-RJ45网口；7-主USB接口；8-从USB接口；9-电压测量接线端口；10-串行通讯口；11-JTAG接口；12-电源插孔；13-亮度旋钮；14-复位按钮；15-键盘。

具体实施方式

如图1-3所示，电能计量装置接线检查与退补电量计算综合装置，包括内置有智能分析电路的壳体1，壳体1上设有LCD显示屏2，LCD显示屏2表面设置有触摸屏3，所述智能分析电路包含ARM处理器、与ARM处理器输入端连接的测量电路，以及与ARM处理器输出端连接的用于驱动触摸屏3和LCD显示屏2的触摸屏驱动电路、LCD显示屏驱动电路；所述测量电路包括三路电压采样电路、三路电流采样电路、多路选择开关、电能计量芯片，三路电压测量电路包含三个分别对三相电压进行采样的单相电压采样单元，单相电压采样单元包含电流互感器T、由若干个电阻串联构成的分压电阻串联支路、设置于壳体上的相电压接线端和零线接线端(即电压测量接线端口9)，电流互感器T的初级输入端与分压电阻串联支路串联，并并联于相电压接线端、零线接线端之间，电流互感器T的次级输出端并联有51Ω电阻，电流互感器的次级输出端两端分别经1.2KΩ电阻、0.01μF电容接地，1.2KΩ电阻与0.01μF电容的连接节点经10KΩ电阻与电能计量芯片的REFO引脚相连，同时作为电压测量输出端经多路选择开关与电能计量芯片的电压采样信号输入端相连，电能计量芯片经SPI总线、电平转换电路与ARM处理器相连，多路选择开关的控制信号端经电平转换电路与ARM处理器连接；三路电流测量电路包含三个分别对三相电流进行采样的单相电流采样单元，单相电流采样单元包括设置于壳体上的双电流接线端(即电流测量接线端口5)，双电流接线端之间并联有两个10Ω电阻的串联支路，两个10Ω电阻的连接节点与电能计量芯片的REFO引脚相连，双电流接线端经1.2KΩ电阻、0.01μF电容接地，1.2KΩ电阻、0.01μF电容的连接节点作为电流测量输出端直接与电能计量芯片的电流采样信号输入端相连。

具体实施时，ARM处理器采用三星公司的S3C2410芯片，其运行速度可达200MHz，内部集成有丰富的功能模块，可配合其他多种外围模块搭建本综合装置系统，如图1、4、5、6所示；电能计量芯片采用上海钜泉光电科技有限公司的电能计量专用芯片ATT7022来对电能计量装置的电压、电流进行测量，该芯片是一款具有国际领先水平的专门为电能计量设计的三相电路芯片，它内部含有6路16位的AD转换器和专用的数字信号处理器，可适用于三相三线、三相四线电路的各种电参量的测量，如图3所示。

如图8所示，触摸屏驱动电路包含两个CMOS开关FDC6321，触摸屏3通过上述两个CMOS开关FDC6321与ARM处理器连接，由ARM处理器自带的AD转换功能来判断触摸屏3的动作，专用软件提供了手写输入，可以将需要的信息输入到仪器存储起来。仪器使用过程中的各类参数设定(如地区、机关、日期等)通过触摸屏3进行输入，通过触摸屏驱动电路将这些数据送入ARM处理器中进行处理，也可在壳体上设置键盘15进行辅助操作；

所述分压电阻串联支路采用8个25KΩ电阻串联构成，以实现对电流互感器T的分压目的；本综合装置的电源可选电网与外部电源，电源插孔12设置于壳体1上。

壳体1内还设有与ARM处理器连接的微型打印机4；当需要将一些必要信息打印时，可以通过微型打印机4打印；

如图7所示，智能分析电路还包含网口电路，所述网口电路包含与ARM处理器连接的网络专用芯片AX88796、固定于壳体1上的RJ45网口6，RJ45网口6经网络滤波器FC-518LS与网络专用芯片AX88796连接。通过该网口6可以将本综合装置与互联网连接，实现本综合装置的上网，可以将数据传到网上，也可以与同一网段的仪器共享资源，同一网段的计算机只需访问本装置就可以得到测量的数据；当系统运行不正常或者系统需要更新时可以通过该网口6从PC机下载最新的操作程序；

壳体1上设有支持RS232协议的串行通讯口10，串行通讯口10经串口驱动芯片MAX3232与RAM处理器连接；串行通讯口10的设置目的：1、用于对本装置进行系统调试，通过串行通讯口10将本综合装置与PC机连接，这样可以用PC机系统自带的超级终端对本综合装置系统的启动信息进行查看；2、用于连接GPRS无线上网模块，GPRS无线上网模块通过串行通讯口10与仪器连接，连接后进行一定的设置即可将数据传送到网络；

壳体1上设有与ARM处理器连接的主USB接口7、从USB接口8，从USB接口8主要用于与PC机的USB插口进行连接，用同步软件ActiveSync与PC机进行数据同步；主USB接口7可以连接鼠标、U盘、甚至外部打印机，以完成较复杂的打印工作。

壳体1上还设有与ARM处理器连接的JTAG接口11，通过JTAG口11可以对系统进行调试，也可以将改动过的BOOTLOADER下载到系统中；

智能分析电路还包括显示屏亮度调节电路和系统复位电路，其对应的亮度旋钮13和复位按钮14设置于壳体1上；所述显示屏亮度调节电路和系统复位电路是本技术领域的公知电路，且电路结构具有多种变形。

壳体1内设有扬声器及与ARM处理器连接的扬声器驱动电路，在电流钳或电压夹接线有误、系统开机、打印时，ARM处理器会触发扬声器驱动电路，使扬声器驱动电路驱动扬声器发出特定的提示音；

在相应软件支持下，本综合装置能分析电能计量装置可能出现的各种异常状态：互感器极性反接、三相电压互感器连接组别检查、二次接线和接线端标志核对、互感器错误接线分析(包括：电压互感器一、二次断线；电压互感器绕组极性接反；电流互感器绕组极性接反)、电能表接线方式判定(包括电能表表尾端断相；电能表表尾端电压相序；电能表表尾端电流相序)。并经试验证明，本实用新型具备如下有益效果：①人性化设计，接线简单，操作方便，在相应软件支持下，能够检测单相、三相等两万余种错误接线；②在仪器内建立了错误接线类型数学模型的数据库，方便计算与查询；③为未来实现电压互感器二次导线压降测量的新方法提供硬件条件；④采用微软Windows CE操作系统，只要熟悉PC机就可操作软件，无需专门学习；⑤采用8寸大屏幕彩色显示，触摸屏、键盘数据输入，方便快捷，与PC机通讯简单，无需专门软件；⑥电源可选电网与外部电源，工作稳定、耗电量小。

Claims (8)

1、一种电能计量装置接线检查与退补电量计算综合装置，其特征在于：包括内置有智能分析电路的壳体(1)，壳体(1)上设有LCD显示屏(2)，LCD显示屏(2)表面设置有触摸屏(3)，所述智能分析电路包含ARM处理器、与ARM处理器输入端连接的测量电路，以及与ARM处理器输出端连接的用于驱动触摸屏(3)和LCD显示屏(2)的触摸屏驱动电路、LCD显示屏驱动电路；所述测量电路包括三路电压采样电路、三路电流采样电路、多路选择开关、电能计量芯片，三路电压测量电路包含三个分别对三相电压进行采样的单相电压采样单元，单相电压采样单元包含电流互感器T、由若干个电阻串联构成的分压电阻串联支路、设置于壳体上的相电压接线端和零线接线端，电流互感器T的初级输入端与分压电阻串联支路串联，并并联于相电压接线端、零线接线端之间，电流互感器T的次级输出端并联有51Ω电阻，电流互感器的次级输出端两端分别经1.2KΩ电阻、0.01μF电容接地，1.2KΩ电阻与0.01μF电容的连接节点经10KΩ电阻与电能计量芯片的REFO引脚相连，同时作为电压测量输出端经多路选择开关与电能计量芯片的电压采样信号输入端相连，电能计量芯片经SPI总线、电平转换电路与ARM处理器相连，多路选择开关的控制信号端经电平转换电路与ARM处理器连接；三路电流测量电路包含三个分别对三相电流进行采样的单相电流采样单元，单相电流采样单元包括设置于壳体上的双电流接线端，双电流接线端之间并联有两个10Ω电阻的串联支路，两个10Ω电阻的连接节点与电能计量芯片的REFO引脚相连，双电流接线端经1.2KΩ电阻、0.01μF电容接地，1.2KΩ电阻、0.01μF电容的连接节点作为电流测量输出端直接与电能计量芯片的电流采样信号输入端相连。

2、根据权利要求1所述的电能计量装置接线检查与退补电量计算综合装置，其特征在于：壳体(1)内还设有与ARM处理器连接的微型打印机(4)。

3、根据权利要求1所述的电能计量装置接线检查与退补电量计算综合装置，其特征在于：智能分析电路还包含网口电路，所述网口电路包含与ARM处理器连接的网络专用芯片AX88796、固定于壳体(1)上的RJ45网口(6)，RJ45网口(6)经网络滤波器FC-518LS与网络专用芯片AX88796连接。

4、根据权利要求1所述的电能计量装置接线检查与退补电量计算综合装置，其特征在于：壳体(1)上设有支持RS232协议的串行通讯口(10)，串行通讯口(10)经串口驱动芯片MAX3232与RAM处理器连接。

5、根据权利要求1所述的电能计量装置接线检查与退补电量计算综合装置，其特征在于：壳体(1)上设有与ARM处理器连接的主USB接口(7)、从USB接口(8)。

6、根据权利要求1所述的电能计量装置接线检查与退补电量计算综合装置，其特征在于：壳体(1)上还设有与ARM处理器连接的JTAG接口(11)。

7、根据权利要求1所述的电能计量装置接线检查与退补电量计算综合装置，其特征在于：智能分析电路还包括显示屏亮度调节电路和系统复位电路，其对应的亮度旋钮(13)和复位按钮(14)设置于壳体(1)上。

8、根据权利要求1所述的电能计量装置接线检查与退补电量计算综合装置，其特征在于：壳体(1)内设有扬声器及与ARM处理器连接的扬声器驱动电路。

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