CN202404227U

CN202404227U - 智能电能表功能测试装置

Info

Publication number: CN202404227U
Application number: CN2012202221467U
Authority: CN
Inventors: 王雪山; 路畅; 王冰; 尚海涛; 杜春芳
Original assignee: BEIJING BEIYANXING ELECTRIC POWER INSTRUMENTS Co Ltd
Current assignee: BEIJING BEIYANXING ELECTRIC POWER INSTRUMENTS Co Ltd
Priority date: 2012-05-16
Filing date: 2012-05-16
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2022-05-16

Abstract

本实用新型提供一种智能电能表功能测试装置，包括精密测试电源、电压多路隔离互感器、表位控制显示模块、摘表挂表模块、接表机构、串口通讯服务器以及上位机；精密测试电源输出测试电流至摘表挂表模块，输出测试电压至电压多路隔离互感器；电压多路隔离互感器提供各路智能电能表的测试电压至所述摘表挂表模块；表位控制显示模块控制智能电能表的摘挂；摘表挂表模块用于完成智能电能表的摘挂；接表机构用于装接智能电能表；上位机对精密测试电源进行控制，并通过所述串口通讯服务器与智能电能表进行通信。本实用新型的智能电能表功能测试装置用于对电能表各种功能的自动检测，可广泛用于供电部门、计量部门、电能表生产厂等。

Description

智能电能表功能测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种测试装置，具体涉及一种应用于智能电能表功能测试的测试装置。

背景技术

目前，国家电网公司已经编制了智能电能表Q/GDW系列标准。该标准是在“计量、抄表和收费标准化建设研究”项目成果的基础上，按照统一坚强智能电网建设的总体要求，结合国内外计量、通信技术现状以及公司系统生产、经营、管理对电能表的基本要求而建立的。但市场上针对该标准中涉及的智能电能表功能测试而研发的测试装置尚属空白。自行搭建的测试系统操作繁琐，测试性能单一，大大限制了智能电能表的招标、检验、验收等工作。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有人身安全保护、可程控、电能表功能测试项目符合国家电网公司Q/GDW系列标准的测试装置，可以同时测试多块智能电能表，使用安全、操作便捷、功能全面。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种智能电能表功能测试装置，包括精密测试电源、电压多路隔离互感器、表位控制显示模块、摘表挂表模块、接表机构、串口通讯服务器以及上位机；

所述精密测试电源输出测试电流至所述摘表挂表模块，输出测试电压至所述电压多路隔离互感器；

所述电压多路隔离互感器提供各路智能电能表的测试电压至所述摘表挂表模块，并为所述精密测试电源提供反馈电压信号；

所述表位控制显示模块接收所述精密测试电源的控制数据，控制智能电能表的摘挂；所述表位控制显示模块还连接智能电能表，完成部分功能测试；

所述摘表挂表模块连接所述表位控制显示模块，用于完成智能电能表的摘挂；

所述接表机构连接所述摘表挂表模块，用于装接智能电能表；

所述上位机对所述精密测试电源进行控制，并通过所述串口通讯服务器与智能电能表进行通信。

进一步地，所述精密测试电源包括：主单片机、显示和键盘单元、继电器控制单元、波形存储单元、D/A转换单元、直流基准单元、电压电流功放、继电器单元、采样单元以及通讯单元。

进一步地，所述表位控制显示模块包括单片机、LED驱动芯片、LED、光耦隔离电路、比较电路、整形电路以及数据锁存电路。

进一步地，所述摘表挂表模块包含电流继电器、电压继电器和可控硅。

进一步地，所述串口通讯服务器采用TCP/IP多线程串口并发通讯技术。

进一步地，通过所述表位控制显示模块转接实现所述上位机与智能电能表之间的通信；或者通过将所述串口通讯服务器与智能电能表直接连接实现所述上位机与智能电能表之间的通信。

本实用新型的智能电能表功能测试装置用于对智能电能表各种功能的自动检测，可适用于单、三相智能电能表，通讯协议为DL/T645-2007；测试项目涵盖国家电网公司企业标准规定的全部9大类（计量功能、费率时段及电价方案、计时功能、事件记录、显示功能、冻结功能、报警功能、通讯波特率设置、阶梯功能）27项功能，以确保智能电能表功能达到规范要求，现场运行安全可靠。本实用新型填补了国内对智能电能表功能测试的空白，可广泛用于供电部门、计量部门、电能表生产厂等。

附图说明

图1是本实用新型实施例的智能电能表功能测试装置的组成结构示意图。

图2是图1中精密测试电源的组成结构示意图。

图3a是图1中电压多路隔离互感器的组成原理示意图；图3b是该电压多路隔离互感器的接线端钮示意图。

图4是图1中表位控制显示模块的组成原理示意图。

图5是图1中摘表挂表模块的组成原理示意图。

图6是图1中串口通讯服务器与上位机和智能电能表进行连接的示意图。

组件符号说明：

100：智能电能表功能测试装置

110：精密测试电源

1101：主单片机；1102：显示和键盘单元；1103：继电器控制单元；1104：波形存储单元；1105：D/A转换单元；1106：直流基准单元；1107：电压电流功放；1108：继电器单元；1109：采样单元；1110：通讯单元

120：电压多路隔离互感器

130：表位控制显示模块

140：摘表挂表模块

150：弹簧式接表机构

160：串口通讯服务器

170：智能电能表

180：上位机

具体实施方式

下面通过具体实施例，并配合附图，对本实用新型做详细的说明。

图1是本实施例的智能电能表功能测试装置100的组成结构示意图。如该图所示，精密测试电源110输出测试电压至电压多路隔离互感器120，电压多路隔离互感器120为摘表挂表模块140提供各路智能电能表的测试电压，同时为精密测试电源110提供反馈电压信号。精密测试电源110还与摘表挂表模块140直接连接以向其输入测试电流。精密测试电源110连接表位控制显示模块130，对其进行控制并读回通讯数据。表位控制显示模块130接收精密测试电源110的控制数据，控制摘表挂表模块140中智能电能表的摘挂。摘表挂表模块140用于完成智能电能表在摘、挂时的电性连接。弹簧式接表机构150与摘表挂表模块140连接，用于装接被检测的智能电能表170。串口通讯服务器160采用TCP/IP多线程串口并发通讯技术，连接上位机180与表位控制显示模块130。上位机180对精密测试电源110进行控制，返回精密测试电源状态数据。表位控制显示模块130同时连接电能表170的功能端口，完成部分功能测试，并起到串口通讯服务器和智能电能表的转接作用。

图2是图1中精密测试电源110的组成结构示意图。该精密测试电源的信号采用数字合成正弦波技术生成。功放具有足够的设计余量，以提供稳定、可靠的电压电流功率输出。如该图所示，主单片机1101，采用89C51，分别控制显示和键盘单元1102、继电器控制单元1103、波形存储单元1104、D/A转换单元1105、直流基准单元1106。波形存储单元1104预置数字量的电压电流波形，D/A转换单元1105参考直流基准单元1106的直流基准由主单片机1101按照特定的时序把数字量转换成模拟量，生成模拟的电压电流波形。电压电流波形送入到电压电流功放1107中放大。继电器单元1108通过继电器控制单元1103的控制设置成固定的输出方式，把放大的电压电流信号输出。采样单元1109采样输出信号，一路经主单片机送显示和键盘单元1102实时显示，另一路反馈到电压电流功放1107，实时微调输出。通讯单元1110采用光电耦合方式连接上位机180，可由上位机通过RS232通讯方式程序控制精密测试电源110。显示和键盘单元1102采用7英寸彩色触摸屏，配合单元内部单片机C8051F340，完成显示、键盘功能。显示和键盘单元1102与主单片机1101采用扩展串口方式进行连接。

图3a是电压多路隔离互感器120的组成原理示意图。互感器的初级绕组加交流电产生磁通量，通过铁心，在次级绕组上产生交流电。图3b是电压多路隔离互感器120的接线端钮示意图，其中a0为互感器初级，多个a1为并行绕出的互感器次级，连接到各个表位，起到初次级隔离、各表位隔离的作用。电压多路隔离互感器120为摘表挂表模块140提供各路智能电能表的测试电压，第一路同时为精密测试电源110提供反馈电压信号。

图4是表位控制显示模块130的组成原理示意图。其中，单片机采用89C52，LED驱动芯片采用ICM7218B。如该图所示，单片机连接LED驱动芯片控制8位共阴型LED进行显示，显示表位地址、表位摘挂等信息。电能表产生的表位脉冲信号经过光耦隔离、比较、整形电路输入到单片机中。单片机的控制信号经过数据锁存、光耦隔离电路输出到摘表挂表模块140，控制表位摘挂。表位控制显示模块130通过RS485通讯串口连接精密测试电源110。表位控制显示模块130同时连接电能表170的功能端口，完成部分功能测试，比如拉合闸事件功能；同时也起到串口通讯服务器和电能表的转接作用，使上位机180可通过串口通讯服务器160与被检测的智能电能表170（一块或多块）进行通信。

图5是摘表挂表模块140的组成原理示意图。摘表挂表模块140具有电流短路继电器、电压开路继电器，能实现在其余表位正常工作的情况下，进行单个智能电能表的摘、挂工作。摘表挂表模块140的控制信号来自表位控制显示模块130。电路处理上采用双向可控硅包裹继电器的方法。当发生电表摘挂时，可控硅先于继电器动作，继电器后动作，此目的在于带电控制电表摘挂时继电器不打火。

弹簧式接表机构150用于装接智能电能表170。该弹簧式接表机构适用于国家电网统一的电能表，可以采购得到。弹簧式的接表机构比较实用，能方便装接电表。在本实用新型中，应用弹簧式接表机构装接电能表时只要直接装表压紧即可，不用另外接线。本实用新型也可以采用其它种类的接表机构。

图6是串口通讯服务器160与上位机和智能电能表进行连接的示意图。上位机与智能电能表之间通过串口通信服务器连接，采用TCP/IP多线程串口并发通讯技术，与多块智能电能表同时进行通信。表位控制显示模块连接串口通信服务器，每个表位控制显示模块对应一个电能表，起到串口通讯服务器和电能表RS485的转接作用。

上述实施例中，上位机与电能表之间的通信，通过图1和图6所示的连接方式实现，即通过表位控制显示模块进行转接，这样可以节省线路，简化结构。但在本实用新型的测试装置中，还可以将串口通讯服务器与智能电能表直接连接起来，同样可实现上位机与电能表之间的通信；此时不再需要将“串口通信服务器”与“表位控制显示模块”连接。

上位机180中安装用于进行功能测试的配套软件，实现测试国家电网公司企业标准（Q/GDW系列标准）规定的全部9大类（计量功能、费率时段及电价方案、计时功能、事件记录、显示功能、冻结功能、报警功能、通讯波特率设置、阶梯功能）27项功能。上位机的配置优选为：CPU，双核2.0以上；内存：2G以上；硬盘，20G以上；XP操作系统。上位机内安装的配套软件可根据Q/GDW系列标准的功能规范进行设计。

下面举例说明应用本实用新型装置进行智能电能表功能测试的过程：

例1：瞬时冻结

1）测试准备：

将电能表装接在测试装置的弹簧式接表机构上，打开测试装置的检测软件与功能测试软件，检测装置升至电能表额定电压。

2）试验依据：Q/GDW354-2009智能电能表功能规范第4.7条。

3）试验步骤：

3.1）电能表走字

3.1.1）通过装置加载电流虚负荷。电流值Imax，功率因数1.0；

3.1.2）走字持续时间2min。结束后切断电流虚负荷；

3.1.3）通过装置加载电流虚负荷。电流值-Imax，功率因数1.0；

3.1.4）走字持续时间3min。结束后切断电流虚负荷。

3.2）修改电能表时间

通过电能表通信接口下发指令，修改电能表日期时间，将电能表日期时间设置为当前日期时间。

3.3）读取当前有功电能数据

读取并记录当前有功电能数据，如表1所示。

表1.有功总电能数据

数据标识	数据项	读/写	参数代号
				00010000	当前正向有功总电能	读	Ai
00010100	当前正向有功费率1电能	读	Bi
				00010200	当前正向有功费率2电能	读	Ci
00010300	当前正向有功费率3电能	读	Di
				00010400	当前正向有功费率4电能	读	Ei

00020000	当前反向有功总电能	读	Fi
				00020100	当前反向有功费率1电能	读	Gi
00020200	当前反向有功费率2电能	读	Hi
				00020300	当前反向有功费率3电能	读	Ii
00020400	当前反向有功费率4电能	读	Ji

3.4）每次发送命令前重复步骤3.1），通过功能测试软件下发瞬时冻结命令，记录每次命令发送时间，更改时间后重复步骤3.3）。

3.5）读取电能表上i(i=01H~03H)次瞬时冻结时间、正向有功电能数据、反向有功电能数据，如表2所示。

表2.瞬时冻结数据

数据标识	数据项	读/写	数据内容
				050100i	上i次瞬时冻结时间	读	Ki
050101i	上i次瞬时冻结正向有功电能数据	读	Li；Mi；Ni；Oi；Pi
				050102i	上i次瞬时冻结反向有功电能数据	读	Qi；Ri；Si；Ti；Ui

4）判定条件：

计算各步试验中Ai-L（4-i）、Bi-M（4-i）……Ji-U（4-i），如果计算结果均等于0且上i次瞬时冻结时间Ki等于命令记录下发前后5秒，则试验合格，否则不合格。

例2：以月为周期定时冻结

1）测试准备：

将电能表装接在测试装置的弹簧式接表机构上，打开测试装置的检测软件与功能测试软件，测试装置升至电能表额定电压。

2）试验依据：Q/GDW354-2009智能电能表功能规范第4.7条a）。

3）试验步骤：

3.1）参数设置

通过功能测试软件将电能表定时冻结时间设置为以月为周期冻结。

3.2）电能表走字

3.2.1）通过台体加载电流虚负荷。电流值Imax，功率因数0.5L；

3.2.2）走字持续时间2min。结束后切断电流虚负荷；

3.2.3）通过台体加载电流虚负荷。电流值Imax，功率因数-0.5L；

3.2.4）走字持续时间3min。结束后切断电流虚负荷。

3.3）修改电能表时间

通过电能表通信接口下发指令，修改电能表日期时间，设置内容如表3。

表3.日期时间设置

数据标识	数据项	读/写	数据内容	数据含义
					04000101	日期	写	10123105	10年12月31日
04000102	时间	写	235950	23时59分50秒

3.4）读取当前有功电能数据

读取并记录当前有功电能数据，读取内容如表4。

表4.有功总电能数据

数据标识	数据项	读/写	参数代号
				00010000	当前正向有功总电能	读	Ai
00010100	当前正向有功费率1电能	读	Bi
				00010200	当前正向有功费率2电能	读	Ci
00010300	当前正向有功费率3电能	读	Di
				00010400	当前正向有功费率4电能	读	Ei
00020000	当前反向有功总电能	读	Fi
				00020100	当前反向有功费率1电能	读	Gi
00020200	当前反向有功费率2电能	读	Hi
				00020300	当前反向有功费率3电能	读	Ii
00020400	当前反向有功费率4电能	读	Ji
				00030000	当前组合无功1总电能	读	Ki
00030100	当前组合无功1费率1电能	读	Li
				00030200	当前组合无功1费率2电能	读	Mi
00030300	当前组合无功1费率3电能	读	Ni
				00030400	当前组合无功1费率4电能	读	Oi
00040000	当前组合无功2总电能	读	Pi
				00040100	当前组合无功2费率1电能	读	Qi
00040200	当前组合无功2费率2电能	读	Ri
				00040300	当前组合无功2费率3电能	读	Si

00040400

当前组合无功2费率4电能

读

Ti

3.5）计时：等待时间运行到00：00：10。

3.6）每次更改时间前重复步骤3.2，将时间分别更改为表5数据，更改时间后重复步骤3.4，3.5。

表5.日期时间设置

3.7）读取电能表上i(i=01H~0CH)次定时冻结时间，正向有功电能数据，反向有功电能数据,组合无功1数据电能数据，组合无功2电能数据。读取内容如表6。

表6.定时冻结数据

数据标识	数据项	读/写	数据内容
				050000i	上i次定时冻结时间	读	AOi
050001i	上i次定时冻结正向有功电能数据	读	Ui；Vi；Wi；Xi；Yi
				050002i	上i次定时冻结反向有功电能数据	读	Zi；AAi；ABi；ACi；ADi
050003i	上i次定时冻结组合无功1电能数据	读	AEi；AFi；AGi；AHi；AIi
				050004i	上i次定时冻结组合无功2电能数据	读	AJi；AKi；ALi；AMi；ANi

4）判定条件：

计算各步试验中Ai-U（13-i）、Bi-V（13-i）、Ci-W（13-i）……Ti-AN（13-i），如果计算结果均等于0且上i次定时冻结时间AOi等于每次修改时间后1min则试验合格，否则不合格。

例3：通讯波特率设置

1）测试准备：

2）试验依据：

Q/GDW364-2009单相智能电能表技术规范第4.2.3条。

3）试验步骤：

3.1）修改波特率为1200bit/s

将功能测试软件的波特率设置为2400bit/s，通过功能测试软件将被测电能表通信波特率设置为1200bit/s，更改通讯软件的波特率为1200bit/s，抄读电能表表号（数据标识：04000402）。

3.2）修改波特率为2400bit/s

将功能测试软件的波特率设置为1200bit/s，通过功能测试软件将被测电能表通信波特率设置为2400bit/s，更改通讯软件的波特率为2400bit/s，抄读电能表表号（数据标识：04000402）。

3.3）修改波特率为4800bit/s

将功能测试软件的波特率设置为2400bit/s，通过功能测试软件将被测电能表通信波特率设置为4800bit/s，更改通讯软件的波特率为4800bit/s，抄读电能表表号（数据标识：04000402）。

3.4）修改波特率为9600bit/s

将功能测试软件的波特率设置为4800bit/s，通过功能测试软件将被测电能表通信波特率设置为9600bit/s，更改通讯软件的波特率为9600bit/s，抄读电能表表号（数据标识：04000402）。

4）判定条件：

以上各步骤中都能抄读电能表表号成功，并且数据正确，则试验结果合格，否则为不合格。

上述实施例仅是为了便于说明而举例，本实用新型的保护范围应以权利要求书所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims

1.一种智能电能表功能测试装置，其特征在于，包括精密测试电源、电压多路隔离互感器、表位控制显示模块、摘表挂表模块、接表机构、串口通讯服务器以及上位机；

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述精密测试电源包括：主单片机、显示和键盘单元、继电器控制单元、波形存储单元、D/A转换单元、直流基准单元、电压电流功放、继电器单元、采样单元以及通讯单元。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述精密测试电源通过RS485通讯串口连接所述表位控制显示模块，所述精密测试电源通过RS232通讯串口连接所述上位机。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电压多路隔离互感器包含多个并行绕出的互感器次级，连接至各个表位。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述表位控制显示模块包括单片机、LED驱动芯片、LED、光耦隔离电路、比较电路、整形电路以及数据锁存电路。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述摘表挂表模块包含电流继电器、电压继电器和可控硅。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接表机构为弹簧式接表机构。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述串口通讯服务器采用TCP/IP 多线程串口并发通讯技术。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，通过所述表位控制显示模块转接实现所述上位机与智能电能表之间的通信。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，通过将所述串口通讯服务器与智能电能表直接连接实现所述上位机与智能电能表之间的通信。