CN202230195U - 智能变电站光纤式电能表带负荷检测装置 - Google Patents

Abstract

一种智能变电站光纤式电能表带负荷检测装置，包括电子式电压互感器、电子式电流互感器、合并单元、第一光交换机、第二光交换机和智能电能表双CPU校验装置，电子式电压互感器和电子式电流互感器输出分别通过光发生器、光纤传输、光接收器连接至合并单元的两个输入端，合并单元处理输出数字电压电流信号通过光发送器、光纤传输连接至第一光交换机输入端，第一光交换机输出分成两路分别连接被检测智能光纤式电能表和智能电能表双CPU校验装置，被检测智能光纤式电能表输出被测电能量连接至第二光交换机的输入端，第二光交换机输出两路光信号，一路光信号送至合并单元，另一路光信号送至智能电能表双CPU校验装置。本实用新型适应智能变电站电能计量系统的需求，具有方便、简洁、高效和安全等优点。

Description

智能变电站光纤式电能表带负荷检测装置

技术领域

本实用新型属于电能计量领域，特别涉及一种光纤式电能表带负荷检测装置，对智能变电站运行的智能光纤式电能表进行带负荷检测。 

背景技术

近年来，随着变电站智能化开关、光电式互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真技术、计算机高速网络在实时系统中的开发应用等技术的日趋成熟，为变电站的信息采集、传输以及测量、计量、保护等方面实现数字化处理提供了理论和物质基础。光电、微电子、计算机和通信技术的发展使得变电站中的各种智能装置(IED)具备了数字化、智能化和低功耗等特点，变电站自动化技术在网络通信技术的支撑下，已逐步实现了从集中控制模式向分布控制模式的发展。 

智能变电站相关技术的研究与发展，获得了众多电力用户、科研、设计、制造部门的关注。我国智能电网的发展已经走在了世界前列，已有多座智能变电站被建立。此时，变电站的电能计量模式已经发生了质的转变：传统变电站中的电能计量系统由电磁式模拟电流/电压互感器、电能表和连接电缆构成；而在智能变电站中，智能光纤式电能表获取数字化的电流、电压瞬时值后，计算得到出电量值。 

智能光纤式电能表为智能变电站电能供需各方提供正确电量，它是智能变电站中电能计量方面是唯一能直观、正确的提供电能数据的重要仪表。目前，国内外已有众多厂家研制了各种型号的智能光纤式电能表来满足不同电 压等级的智能变电站电能计量需求。相应的也研制了智能光纤式电能表的校验装置，但是目前几乎所有的校验装置都为室内检测装置，需要把智能变电站带电运行的智能光纤式电能表从现场拆掉带回实验室内进行检定，而不能像传统的电能表那样在变电站现场进行带电、带负荷实时检测和校验。这种方式较复杂、繁琐、成本高，此外这种室内校验智能电能表的方法大多是由电能表校验仪发出电压、电流信号给被检测智能电能表，然后把自己计算的电量和被检表计算的电量进行对比，这种方法并不能真实反映智能光纤式电能表在智能变电站带负荷实际运行时电能计量的误差。还有科研机构和仪表制造公司研制了“远程检测运行中电能表的系统”对传统电能表和智能光纤式电能表进行远方控制、监测和校验，这种方式虽然可以减少人力成本，提高电能表校验装置的智能化，但是该方法结构较复杂，安装维护麻烦，造价较高难以大范围推广。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种智能变电站光纤式电能表带负荷检测装置，满足智能变电站带负荷运行的智能光纤式电能表带负荷校验的需要，适应智能变电站电能计量系统的需求，具有方便、简洁、高效和安全等优点。 

本实用新型采用的技术方案是：这种智能变电站光纤式电能表带负荷检测装置，包括电子式电压互感器、电子式电流互感器、合并单元、第一光交换机、第二光交换机和智能电能表双CPU校验装置，电子式电压互感器和电子式电流互感器输出分别通过光纤传输、光接收器连接至合并单元的两个输入端，合并单元处理输出数字电压电流信号通过光发送器、光纤传输连接至 第一光交换机输入端，第一光交换机输出分成两路分别连接被检测智能光纤式电能表和智能电能表双CPU校验装置，被检测智能光纤式电能表输出被测电能量连接至第二光交换机的输入端，第二光交换机输出两路光信号，一路光信号送至合并单元，另一路光信号送至智能电能表双CPU校验装置。 

上述技术方案中，智能电能表双CPU校验装置包括第四光接收器、第五光接收器、协议处理模块、切换开关模块、功率脉冲接收模块、双口数据存储器RAM、第一DSP处理器、第二DSP处理器、JTAG仿真器接口、打印模块、网络接口、USB接口、按键输入模块、历史数据存储器、液晶显示模块、上位机及上位机与第二DSP处理器之间的通信模块，第四光接收器输入端连接并接收第一光交换机的电压及电流信号，第五光接收器输入端连接并接收第二光交换机的被测电能量信号，第四、五光接收器输出都连接至协议处理模块，协议处理模块输出数据帧中校验所需信息，连接至第二DSP处理器进行电能量的计算及误差比较，并把相关数据传输到双口数据存储器RAM，第二DSP处理器还连接有功率脉冲接收模块，第一DSP处理器与外围设备液晶显示模块、历史数据存储器、按键输入模块、打印模块、网络接口、USB接口、JTAG仿真器接口、双口数据存储器RAM、切换开关模块连接，第一DSP处理器通过通信模块与上位机连接通讯。 

智能电能表双CPU校验装置，对带电运行的智能变电站的智能光纤式电能表进行现场带负荷校验，能够适应智能变电站电能计量系统的需求。 

本实用新型中的第一光交换机、第二光交换机、合并单元、智能电能表双CPU校验装置和被检测智能光纤式电能表之间的数字信号传输采用光纤通信方式。 

各个硬件模块之间的数据传输均采用光纤通信，抗干扰能力强，并具有绝缘的功能。 

本实用新型中的智能电能表双CPU校验装置由交流工作电源220V、直流工作电源220V双电源互为备用供电。 

本实用新型的上位机系统软件，由八大功能模块组成，分别是：实时数据模块、历史数据模块、统计模块、系统设置模块、参数设置模块、有功精度测试模块、无功精度测试模块和帮助模块，各个功能模块均能进行自由切换。 

工作原理： 

本实用新型的智能变电站光纤式电能表带负荷检测装置的第一光交换机接收合并单元处理输出的数字电压电流信号，第一光交换机输出分成两路传输信号一样的光信号，其中一路光纤信号传输至被检测智能光纤式电能表对现场实际负荷用电进行计量，另外一路光信号传输至智能电能表双CPU校验装置；第二光交换机接收运行中的被检测光纤式电能表在此期间所计量的被测电能量W₂，第二光交换机的输出分为两路传输信号一样的光信号，其中一路光信号送到合并单元做智能变电站控制系统主界面显示用，另外一路光信号送到智能电能表双CPU校验装置；智能电能表双CPU校验装置接收第一光交换机的光信号进行电能计算，得出标准电量W₁，并对标准电量W₁和从第二光交换机接收得到被测电能量W₂进行比较，计算出被检测智能光纤式电能表的计量误差，完成对运行中的智能光纤式电能表的检测。 

使用该检测装置，检测人员能够在与二次回路没有任何电气接触的情况下进行。可使检测工作大为简化，整个检测工作可以在数分钟内完成，提高 了现场智能光纤式电能表校验检测工作的经济性、可靠性、安全性和高效性。 

本实用新型的有益效果是，根据智能变电站现场带负荷运行时的智能计量特点，提出了智能光纤式电能表带负荷检测方法及智能电能表双CPU校验装置，对带电运行的智能变电站的智能光纤式电能表进行现场带负荷校验，能够适应智能变电站电能计量系统的需求，具有方便、简洁、高效和安全等优点。 

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。 

图2是本实用新型中智能电能表双CPU校验装置结构图。 

图3是本实用新型中光纤传输电路结构图。 

图4是本实用新型中软件功能框图。 

具体实施方式

如图1所示，电子式电压互感器、电子式电流互感器测量现场实际运行的电压、电流，电子式电压互感器输出的电压数字信号通过第一光发送器经光纤被传送到第一光接收器，电子式电流互感器输出的电流数字信号通过第二光发送器经光纤被送到第二光接收器。数字式电压、电流信号在合并单元中转换成IEC61850-9-2LE报文格式，并被打包到一组数据帧内，通过第三光发送器经一根光纤传输到第一光交换机，并被分成两路传输内容一样的光信号。第一光交换机的一路光信号被传送到被检测智能光纤式电能表，由被检测智能光纤式电能表计算出现场实际电能量W₂，其中实际电能量W₂也被第二光交换机分成两路一样的光信号，分别被传送到合并单元做主控室显示用和智能电能表双CPU装置做比较用；第一光交换机的另外一路光信号被传送到 智能电能表双CPU校验装置，并计算得出与被检智能光纤式电能表同时运行负荷的标准电能量W₁，与实际电能量W₂进行比较，计算出被检智能光纤式电能表的计量误差，完成对运行中的智能光纤式电能表的检测。误差计算公式为： 

$d=\frac{W_1-W_2}{W_1}\×100\%---\left(1\right)$

其中图1中的智能电能表双CPU校验装置见图2，包括：第四光接收器、第五光接收器、协议处理模块、切换开关模块、功率脉冲接收模块、双口数据存储器RAM、第一DSP处理器、第二DSP处理器、JTAG仿真器接口、打印模块、网络接口、USB接口、按键输入模块、历史数据存储器、液晶显示模块、上位机及上位机与第一DSP处理器之间的RS485/232通信模块。智能电能表双CPU校验装置由交流工作电源220V、直流工作电源220V双电源互为备用供电，L1、L2为正极，N1、N2为负极。第四光接收器接收第一光交换机的电压及电流信号、第五光接收器接收第二光交换机的实际电能量W₂信号通过协议处理模块的处理之后，取出数据帧中校验所需信息，由TMS320LF2812型第二DSP处理器进行电能量的计算及误差比较，并把相关数据传输到双口数据存储器RAM进行暂存。TMS320LF2812型第一DSP处理器主要进行外围设备的处理如液晶显示模块、与上位机通讯、打印模块、历史数据存储及按键操作等。切换开关模块由三位拨码开关组成即：第一位：(上-Off)，固定设置，试验过程中无需改动；第二位：(有功：上-Off；无功：下-On)，根据配置不同，进行有功或无功校验时，需设置对应状态位；第三位(三相：上-Off；单相：下-On)，固定设置，试验过程中无需改动。历史数据存储器存储以往试验的数据及报告方便用户随时查阅。 

如图3所示，本实用新型检测装置的光纤传输电路的结构为：光发送器 -光纤-光接收器。光发送器和光接收器中的光电转换模块采用的是美国生产的HFBR-1414与HFBR-2412模块。该模块集成度高，外围电路简单，传输距离远，可完全满足系统的要求。光接收器HFBR-2412集电极开路输出，驱动能力强，支持线与，方便了通信系统的开发设计。光纤传输距离由光发送器HFBR-1414中通过的电流I_F决定，此电流值为： 

$I_F=\frac{V_S-V_F}{\mathrm{Ra}}---\left(2\right)$

式中：V_S为电源VCC1的电压值，Ra为VCC1分压电阻，V_F为HFBR-1414在导通条件下的电压降。 

如图4所示，本实用新型检测装置的上位机软件由八大功能模块组成，分别是：实时数据模块、历史数据模块、统计模块、系统设置模块、参数设置模块、有功精度测试模块、无功精度测试模块和帮助模块，各个功能模块均能进行自由切换和打印。帮助模块具有系统软件如何进行操作的说明及各模块功能特点的介绍，可方便实验操作人员随时查阅。参数设置模块可实现有功、无功精度校验时校验次数、网络地址、脉冲常数及脉冲数、被测电能表基本信息等功能的设定。实时数据模块可实现有功、无功精度测试实时波形及数据的展现。校验人员还可通过历史数据模块查看以往校验时存盘的合格及不合格数据，便于分析及查找原因，还可通过统计模块把校验内容及数据以图形和报表的形式展现出来。 

Claims (2)

1.一种智能变电站光纤式电能表带负荷检测装置，其特征在于：包括电子式电压互感器、电子式电流互感器、合并单元、第一光交换机、第二光交换机和智能电能表双CPU校验装置，电子式电压互感器和电子式电流互感器输出分别通过光纤传输、光接收器连接至合并单元的两个输入端，合并单元处理输出数字电压电流信号通过光发送器、光纤传输连接至第一光交换机输入端，第一光交换机输出分成两路分别连接被检测智能光纤式电能表和智能电能表双CPU校验装置，被检测智能光纤式电能表输出被测电能量连接至第二光交换机的输入端，第二光交换机输出两路光信号，一路光信号送至合并单元，另一路光信号送至智能电能表双CPU校验装置。

2.根据权利要求1所述的智能变电站光纤式电能表带负荷检测装置，其特征在于：智能电表双CPU校验装置包括第四光接收器、第五光接收器、协议处理模块、切换开关模块、功率脉冲接收模块、双口数据存储器RAM、第一DSP处理器、第二DSP处理器、JTAG仿真器接口、打印模块、网络接口、USB接口、按键输入模块、历史数据存储器、液晶显示模块、上位机及上位机与第二DSP处理器之间的通信模块，第四光接收器接收第一光交换机的电压及电流信号、第五光接收器接收第二光交换机的被测电能量 信号通过协议处理模块的处理之后，取出数据帧中校验所需信息，由第二DSP处理器进行电能量的计算及误差比较，并把相关数据传输到双口数据存储器RAM进行暂存，第一DSP处理器进行外围设备的处理如液晶显示模块、与上位机通讯、打印模块、历史数据存储及按键操作。

3、根据权利要求1所述的智能变电站光纤式电能表带负荷检测装置，其特征在于：第一光交换机、第二光交换机、合并单元、智能电能表双CPU校验装置和被检测智能光纤式电能表之间的数字信号传输采用光纤通信方式。

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