CN204203324U - 一种多功能低压计量自动化测试装置 - Google Patents

Abstract

一种多功能低压计量自动化测试装置，该装置由测试主机(1)与测试终端(2)构成。本实用新型低压计量自动化多功能测试装置不但填补了对载波阻抗测试的空白，并且具备现有4-6种测试仪器的功能，该项目推广后可为使用单位减少60％的测试仪器采购经费，具有很高的直接经济效益；另外减轻维护人员现场测试工作量，提高工作效率，长期使用可减少设备的维护成本。

Description

一种多功能低压计量自动化测试装置

技术领域

本实用新型是一种低压计量多功能测试装置，为电力企业的自动化管理提供多种相关功能测与信息管理技术。

背景技术

电力营销作为供电企业生产过程中的一环,其作用日益显现,成为供电企业降低成本,增加利润的重要手段和方式。因此,营销方式发生了巨大的变化,从原来的粗放式管理到现在精细化的管理模式转变。在实际生产当中,由于管理模式转变,对各项技术指标以及客户信息的准确性提出了更高的要求。另外集中抄表，服务到户，是两网改造的主要内容之一。自动抄表系统因具有实时抄收、数据精确等特点，已经成为提高电力企业管理自动化水平的一项重要技术手段。载波抄表系统能够充分利用现有的电力线资源，无需另外布线，因此得到了广泛的推广应用。由于载波抄表方式的可靠性、准确性、稳定性与低压电力线路的分布方式及低压电力线路的负荷性质有密切联系，在进行载波抄表系统现场调试时首先应了解现场低压电力线路的网路分布方式及各种负荷状况，并了解它们对载波抄收效果的影响，这样才能提高调试效率。

根据以上的需要，用电管理部门不仅需要普查各类台区的用户资料，包括用户是由哪台变压器供电，由哪个母线分支供电，由哪相供电，实现台区精细化管理，为降耗减损提供真实准确的基础数据；而且需要对低压载波环境进行测试、统计与分析；通过GPS自动收集计量装置、自动采集终端地理信息；能对载波电能表、采集器I型和采集器II型的载波通信功能进行测试；能对电能表、集中器、采集器GPS对时等功能。

目前市场上出现的相关产品有台区用户识别仪、电力通讯终端通信端口测试仪、载波通信端口测试仪等功能比较单一的产品。并且对低压载线路波阻抗的测试虽然可检索到论文，但在市场尚未见到相关的产品。

近几年，由于电子技术快速发展，中央处理器(CPU)和数字信号处理器(DSP)的运算速度越来越快，集成功能越来越多，存储能力越来越大。测试仪器多功能化是现代仪器发展的必然趋势。国内外到目前为止未见到本实用新型所提到多功能产品。

实用新型内容

一种多功能低压计量自动化测试装置，本实用新型特征是，该装置由测试主机与测试终端构成；其中测试主机包括中央处理器、高速浮点数字信号处理器、现场可编程阵列、人机交互单元、无线通信模块A、载波通信模块A、高速A/D A、高速A/D B、可编程数字信号发生器、功率放大、频谱测试输入信号处理模块、开关、标准电阻、采样电阻；其连接关系：中央处理器、高速浮点数字信号处理器、现场可编程阵列依序连接，中央处理器分别与现场可编程阵列、人机交互单元、无线通信模块A、载波通信模块A连接；高速A/D A与开关的端点1连接后与高速浮点数字信号处理器连接；开关的端点2、标准电阻、高速A/D B与高速浮点数字信号处理器依序连接，在标准电阻和高速A/D B之间接入采样电阻，该采样电阻的一端接地；现场可编程阵列、可编程数字信号发生器、功率放大与开关的端点2依序连接，现场可编程阵列还分别与高速高速A/D A和高速A/D B连接；频谱测试输入信号处理模块与开关的端点3连接；

测试终端包括嵌入式工业单板机、GPS模块、485通信模块、液晶显示器触摸屏、摄像头，载波通信模块B，无线通信模块B；连接关系为：嵌入式工业单板机分别与GPS模块、485通信模块、液晶显示器触摸屏，载波通信模块B，无线通信模块B连接，摄像头与嵌入式工业单板机的USB接口连接；

测试终端的嵌入式工业单板机与测试主机通过无线通信模块A与无线通信模块B连接。

采用所述装置进行线路阻抗测试的方法为：

线路阻抗的测试时，首先由可编程信号发生器产生所需频率的信号，经过功率放大电路后输出到阻抗测试输出电路中，阻抗测试输出电路由标准电阻、采样电阻串联组成；

首先，在维持上述信号输出的情况下，测得高速A/D A、高速A/D B之间的电压U和电流I，利用高速浮点数字处理器经过傅里叶分析求出U和I之间的夹角α，再由公式：Ro＝U*I*COS(α)，Xo＝U*I*SIN(α)，得出内部阻抗；

然后把待测线路串联到标准电阻、电流采样电阻之间，形成新的阻抗测试输出电路，测得高速A/D A、高速A/D B之间的电压U0、电流I0，利用高速浮点数字处理器经过傅里叶分析求出U0和I0之间的夹角β，再由公式：Rx＝U0*I0*COS(β)，Xx＝U0*I0*SIN(β)，得到此时的阻抗；由于此电路是串联电路，电阻R＝Rx-Ro、电抗X＝Xx-Xo，根据Z2＝R2+X2；即可算出线路阻抗Z。

采用所述装置进行线路频谱测试的方法为：经高速A/D采样的线路电压，分成两段处理：1Hz-1KHz，1KHz-500KHz，第一段频率分辨率是1Hz，第二段频率的分辨率是1KHZ，通过高速浮点数字信号处理器采用快速傅里叶变换求出各频率信号的幅值，得出频谱。

采用所述装置进行载波通信测试的方法为：使用测试主机的载波通信模块A对载波产品进行载波通信检测。

采用所述装置进行485接口通信测试的方法为：测试终端通过485通信模块连接被检测设备的485接口，发送检测数据帧，对被检测设备的485接口通信进行检测。

采用所述装置进行对时与获得地理信息的方法为：测试终端通过GPS模块进行对时，并且通过GPS模块自动收集计量自动化终端、表计的地理信息，搜集营配信息。

采用所述装置进行配电信息核对的方法为：测试终端自动搜索配变下表计载波地址、RS485地址并存储，并与集中器、“二合一”配变终端内地址比对，实现配电信息核对。

采用所述装置进行现场信息采集的方法为：测试终端利用摄像头采集现场图像，通过USB将图像传递给嵌入式工业单板机，对采集信息进行分析和管理。

采用所述装置进行微功率无线自动抄表环境测评的方法为：测试主机通过无线通信模块发射470MHz-510MHz的微功率无线信号，由测试终端通过无线通信模块接收，根据通信情况对微功率无线自动抄表环境进行测评。

采用所述装置进行变户关系识别的方法为：使用两个测试终端，一个挂在台区变压器端，另一个挂在用户端；挂在台区变压器端的测试终端利用载波通信模块B发送带有台区及相别信息的超低频过零载波信号，另一个挂在用户端的测试终端通过载波通信模块B接收台区及相别信息，完成变户关系识别。

(1)解决的技术问题

目前市场上没有出现对低压载波线路阻抗测试的相关产品，本实用新型不但实现了对低压载波线路阻抗的测试，而且将其他相关的多种功能集成与一体。目前国内外市场上尚未出现这种多功能自动化测试装置。

本实用新型产品所具备的功能有：

1.1变户关系识别，通过超低频过零载波技术识别变户关系和负荷相别；

1.2载波通道通信测试，通过扩展载波通信模块，可以对不同载波模块、不同载波方案进行测试；

1.3对集中器、采集器、“二合一”配变终端、表计等载波通信模块、RS485通信口测试，兼容DL/645-97/07等规约；

1.4通过利用GPS技术，自动收集计量自动化终端、表计的地理信息和GPS对时，满足营配信息收集要求；

1.5自动搜索配变下表计载波地址、RS485地址存储功能，并能与集中器、“二合一”配变终端内地址比对，实现配电信息核对；

1.6低压载波线路阻抗测试与分析，低压载波线路频谱测试；

1.7微功率无线(470MHz-510MHz等)不同频点和功率下自动抄表环境测评；

1.8电能计量装置图像现场采集及信息管理。

(2)技术方案

本装置由测试主机和测试终端(分机)构成，主机主要完成研究要点的1.2、1.6功能；终端主要完成研究要点的1.1、1.3、1.4、1.5和1.8功能；主机和终端配合完成研究要点的1.7。

1.1 主机的硬件组成及测试原理

主机系统主要由中央处理器(ARM)、高速浮点数字信号处理器(DSP)构成，并配有可编程数字信号发生器(DDS)，两路高速A/D,功率放大模块，无线通信模块A，载波通信模块A，人机交互单元。测试系统主机原理框图1所示。图中(16)为待测测线路阻抗，实际应用中为两个端子，将要测试的线路接入此处，通过1.1.2线路阻抗测试中介绍的方法计算可得出线路的阻抗。

1.1.1 线路频谱测试

线路电压经过图1中频谱测试输入信号处理电路处理后，再由高速A/D(9)采样的线路电压送给高速浮点数字信号处理器(DSP)采用快速傅里叶变换可求出各频率信号的幅值，从而得到频谱测试结果。为了保证采样的时间和计算精度，我们对输入信号采取分成两段处理：1Hz-1KHz，1KHz-500KHz，第一段频率分辨率是1Hz，第二段频率的分辨率是1KHZ，这样可减少运算时间。

1.1.2 线路阻抗测试

如图1所示，线路阻抗的测试时，将被测试线路由接入线路阻抗处。首先由可编程信号发生器(DDS)产生所需频率的信号(10KHz-500KHz,分辨率1Hz，频率范围内任意设置)，经过功率放大电路后输出到阻抗测试输出电路中，阻抗测试输出电路由标准电阻和电流采样电阻串联组成，其中电流采样电阻是计算回路电流，标准电阻是为了防止线路阻抗过小，防止烧毁功放电路。阻抗测量原理如下：

首先，在维持上述信号输出的情况下，测得高速A/D A(9)、高速A/D B(10)之间的电压U和电流I，利用高速浮点数字处理器经过傅里叶分析求出U和I之间的夹角α，再由公式：Ro＝U*I*COS(α)，Xo＝U*I*SIN(α)，得出内部阻抗；

然后把待测线路串联到标准电阻、电流采样电阻之间，形成新的阻抗测试输出电路，测得高速A/D A(9)、高速A/D B(10)之间的电压U0、电流I0，利用高速浮点数字处理器经过傅里叶分析求出U0和I0之间的夹角β，再由公式：Rx＝U0*I0*COS(β)，Xx＝U0*I0*SIN(β)，得到此时的阻抗；由于此电路是串联电路，电阻R＝Rx-Ro、电抗X＝Xx-Xo，根据Z2＝R2+X2；即可算出线路阻抗Z。

1.1.3 载波通信模块

如图1所示中央处理器(ARM)发送的通信检测信号经载波通信模块A转换成电力载波信号，与载波产品进行载波通信，进行载波通道测试。只需更换所扩展的载波通信模块A便可对不同厂家的载波产品进行通信测试。

1.2 终端的硬件组成及测试原理

由于终端部分要完成电能计量装置图像现场采集及信息管理，故终端必须具有有高性能CPU和高级操作系统，本项目使用嵌入式工业单板机来进行图像采集和信息处理，硬件原理如下图所示：

1.2.1 GPS通信模块

如图2所示，GPS模块通过串口1与嵌入式工业单板机相连接，嵌入式工业单板机通过GPS可进行对时，获得地理信息。嵌入式工业单板机利用GPS模块来实现收集计量自动化终端、表计的地理信息和对时。

1.2.2 485通信模块

如图2所示，利用485通信模块通过串口2与嵌入式工业单板机相连。嵌入式工业单板机的串口2发送的TTL电平的信号，经过485模块转换成485电平信号，可与485通信接口的设备进行通信。可对集中器、采集器、“二合一”配变终端、表计等的载波通信产品的RS485通信口测试，兼容DL/645-97/07等规约；自动搜索配变下表计载波地址、RS485地址存储功能，并能与集中器、“二合一”配变终端内地址比对，实现配电信息核对。

1.2.3 摄像头

如图2所示摄像头通过USB口与嵌入式工业单板机相连，摄像头采集的图像经USB口上传给嵌入式工业单板机，嵌入式工业单板机将图像信息进行分析处理并存储。用于对现场信息的采集和处理。

1.2.4 台区识别

如图2所示，与嵌入式工业单板机相连的载波通信模块B采用超低频过零载波技术，无需使用双向识别即可解决邻变、串相和共地的干扰，克服了现场使用电流钳操作不便的缺点，此方法通信距离可达2km以上，台区识别率100％。使用时将两个测试终端分别放置于台区变压器与用户端，台区变压器端的终端通过图2中的载波通信模块B发送带有台区信息的超低频过零载波信号，用户端的终端通过载波通信模块A接收到的信息来辨别用户台区关系，完成台区识别。

1.2.5 微功率无线环境测评。

微功率无线环境测评利用图1中测试主机的无线通信模块A与图2中测试终端的无线通信模块B共同完成。把测试主机和测试终端置于需要测试的两端，将两个无线模块设置成现场微功率抄表模块使用的相近的频率和相同的发射功率，然后进行双机通信，测试通信成功率即可评测微功率无线使用环境。

(3)有益效果

本实用新型产品低压计量自动化多功能测试装置不但填补了对载波阻抗测试的空白，并且具备现有4-6种测试仪器的功能，该项目推广后可为使用单位减少60％的测试仪器采购经费，具有很高的直接经济效益；另外减轻维护人员现场测试工作量，提高工作效率，长期使用可减少设备的维护成本。

附图说明

图1是本实用新型测试主机结构示意图；

图2是本实用新型测试终端机构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种多功能低压计量自动化测试装置，本实用新型特征是，该装置由测试主机1与测试终端2构成；其中测试主机1包括中央处理器3、高速浮点数字信号处理器4、现场可编程阵列5、人机交互单元6、无线通信模块A7、载波通信模块A8、高速A/DA9、高速A/D B10、可编程数字信号发生器11、功率放大12、频谱测试输入信号处理模块13、开关14、标准电阻15、采样电阻17；其连接关系：中央处理器3、高速浮点数字信号处理器4、现场可编程阵列5依序连接，中央处理器3分别与现场可编程阵列5、人机交互单元6、无线通信模块A7、载波通信模块A8连接；高速A/D A9与开关14的端点1连接后与高速浮点数字信号处理器4连接；开关14的端点2、标准电阻15、高速A/D B10与高速浮点数字信号处理器4依序连接，在标准电阻15和高速A/D B10之间接入采样电阻17，该采样电阻17的一端接地；现场可编程阵列5、可编程数字信号发生器11、功率放大12与开关14的端点2依序连接，现场可编程阵列5还分别与高速高速A/D A9和高速A/D B10连接；频谱测试输入信号处理模块13与开关14的端点3连接；

测试终端2包括嵌入式工业单板机18、GPS模块19、485通信模块20、液晶显示器触摸屏21、摄像头22，载波通信模块B23，无线通信模块B24；连接关系为：嵌入式工业单板机18分别与GPS模块19、485通信模块20、液晶显示器触摸屏21，载波通信模块B23，无线通信模块B24连接，摄像头22与嵌入式工业单板机18的USB接口连接；

测试终端2的嵌入式工业单板机18与测试主机1通过无线通信模块A7与无线通信模块B24连接。

图中(16)为待测测线路阻抗，实际应用中为两个端子，将要测试的线路接入此处，通过1.1.2线路阻抗测试中介绍的方法计算可得出线路的阻抗。

Claims (1)

1.一种多功能低压计量自动化测试装置，其特征是，该装置由测试主机(1)与测试终端(2)构成；其中测试主机(1)包括中央处理器(3)、高速浮点数字信号处理器(4)、现场可编程阵列(5)、人机交互单元(6)、无线通信模块A(7)、载波通信模块A(8)、高速A/D A(9)、高速A/D B(10)、可编程数字信号发生器(11)、功率放大(12)、频谱测试输入信号处理模块(13)、开关(14)、标准电阻(15)、采样电阻(17)；其连接关系：中央处理器(3)、高速浮点数字信号处理器(4)、现场可编程阵列(5)依序连接，中央处理器(3)分别与现场可编程阵列(5)、人机交互单元(6)、无线通信模块A(7)、载波通信模块A(8)连接；高速A/D A(9)与开关(14)的端点1连接后与高速浮点数字信号处理器(4)连接；开关(14)的端点2、标准电阻(15)、高速A/D B(10)与高速浮点数字信号处理器(4)依序连接，在标准电阻(15)和高速A/D B(10)之间接入采样电阻(17)，该采样电阻(17)的一端接地；现场可编程阵列(5)、可编程数字信号发生器(11)、功率放大(12)与开关(14)的端点2依序连接，现场可编程阵列(5)还分别与高速高速A/D A(9)和高速A/D B(10)连接；频谱测试输入信号处理模块(13)与开关(14)的端点3连接；

测试终端(2)包括嵌入式工业单板机(18)、GPS模块(19)、485通信模块(20)、液晶显示器触摸屏(21)、摄像头(22)，载波通信模块B(23)，无线通信模块B(24)；连接关系为：嵌入式工业单板机(18)分别与GPS模块(19)、485通信模块(20)、液晶显示器触摸屏(21)，载波通信模块B(23)，无线通信模块B(24)连接，摄像头(22)与嵌入式工业单板机(18)的USB接口连接；

测试终端(2)的嵌入式工业单板机(18)与测试主机(1)通过无线通信模块A(7)与无线通信模块B(24)连接。