CN208013402U - 一种可实现内置开关故障检测的费控智能电能表 - Google Patents

Abstract

一种可实现内置开关故障检测的费控智能电能表，包括第一电流互感器、第二电流互感器、第一开关、第二开关、第三开关、第一电阻、第二电阻、第一电压采集单元、第二电压采集单元、第三电压采集单元、第四电压采集单元、DSP、A/D转换器、温度传感器、控制单元和显示器。所述智能电能表能通过检测内置开关在不同时刻二端电压的波动和流过的电流，得到准确的电阻值，实现内置开关故障的自动检测。本实用新型根据用电用户的电费余额信息，通过DSP控制三个内置开关的关断和闭合，实现可靠的费控；检测内置开关在不同时刻二端电压的波动和流过的电流，并实时修改各电压采集单元的补偿系数，得到准确的电阻值，实现内置开关故障的自动检测。

Description

一种可实现内置开关故障检测的费控智能电能表

技术领域

本实用新型涉及一种可实现内置开关故障检测的费控智能电能表，属智能电能表技术领域。

背景技术

智能电能表是智能电网的重要组成部分，由测量单元、数据处理单元、通信单元等组成，具有电能量计量、数据处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能。根据用电用户的电费余额信息，费控智能电能表可通过控制内置开关的关断和闭合，实现对用电用户的停复电。频繁切换易造成开关损坏，从而导致费控时的不可靠动作。通过检测内置开关二端的电压和流过的电流，可得到其电阻值。当电阻值突然增大且超过阀值时，即可判断内置开关已损坏，进而对其进行更换或修理。内置开关的电阻值较小，其二端电压一般为毫伏级，因此很难在电能表内实现对该电压的准确测量。

发明内容

本实用新型的目的是，为了解决费控智能电能表内置开关的故障判断问题，提出一种可实现内置开关故障检测的费控智能电能表。

实现本实用新型的技术方案如下，一种可实现内置开关故障检测的费控智能电能表，所述智能电能表能通过检测内置开关在不同时刻二端电压的波动和流过的电流，得到准确的电阻值，实现内置开关故障的自动检测；所述内置开关包括第一开关、第二开关和第三开关。

本实用新型一种可实现内置开关故障检测的费控智能电能表，包括第一电流互感器、第二电流互感器、第一开关、第二开关、第三开关、第一电阻、第二电阻、第一电压采集单元、第二电压采集单元、第三电压采集单元、第四电压采集单元、DSP、A/D转换器、温度传感器、控制单元和显示器。

第一开关的一端与中性线连接，另一端与第一电流互感器一次侧绕组的一端连接；第一电流互感器一次侧绕组的另一端与负载连接；第一电流互感器二次侧绕组与第一电阻并联，一端与AD转换器的输入端连接，另一端接地；第一电压采集单元的一端与第一开关的一端连接，另一端与AD转换器的输入端连接；第二电压采集单元的一端与第一开关的另一端连接，另一端与AD转换器的输入端连接；第二开关和第三开关并联；第二开关的一端与相线连接，另一端与第二电流互感器一次侧绕组的一端连接；第二电流互感器一次侧绕组的另一端与负载连接；第二电流互感器二次侧绕组与第二电阻并联，一端与AD转换器的输入端连接，另一端接地；第三电压采集单元的一端与第二开关的一端连接，第三电压采集单元的另一端与AD转换器的输入端连接；第四电压采集单元的一端与第二开关的另一端连接，第四电压采集单元的另一端与AD转换器的输入端连接；AD转换器的输出端与DSP的输入端连接；DSP的输出端与显示器及控制单元的输出端连接；控制单元分别与第一开关、第二开关及第三开关的控制端连接；温度传感器的输出与DSP的输入端互联。

所述第一开关电阻值的检测方法如下：

某时刻t₁；第一电压采样单元采集第一开关K1一端的电压V₁₁，第二电压采样单元采集第一开关K1另一端的电压V₂₁，第一电流互感器CT1测得的流过第一开关K1的电流为I₁₁；某时刻t₂，第一电压采样单元采集第一开关K1一端的电压V₁₂，第二电压采样单元采集第一开关K1另一端的电压V₂₂，第一电流互感器CT1测得的流过第一开关K1的电流为I₁₂；第一电压采样单元温度补偿系数为C₁；第二电压采样单元温度补偿系数为C₂；设电流波动限值为I_f，当满足|I₁₁-I₁₂|≥I_f时，第一开关K1的电阻R_K1可通过下式得到：

C₁和C₂，根据温度传感器传输给DSP的数据进行确定。

所述第二开关电阻值的检测方法如下：

确定第二开关K2的状态时，需闭合第二开关K2，断开第三开关K3；某时刻t₁,第三电压采样单元采集第二开关K2一端的电压V₃₁，第四电压采样单元采集第二开关K2另一端的电压V₄₁，第二电流互感器CT2测得的流过第二开关K2的电流为I₂₁；某时刻t₂，第三电压采样单元采集第二开关K2一端的电压V₃₂，第四电压采样单元采集第二开关K2另一端的电压V₄₂，第二电流互感器CT2测得的流过第二开关K2的电流为I₂₂；C₃为第三电压采样单元温度补偿系数，C₄为第四电压采样单元温度补偿系数；当满足|I₂₁-I₂₂|≥I_f时，第二开关K2的电阻R_K2可通过下式得到：

C₃和C₄根据温度传感器传输给DSP的数据进行确定。

所述第二开关电阻值的检测方法如下：

确定第三开关K3的状态时，需闭合第三开关K3，断开第二开关K2，此时第三开关K3的电阻R_K3计算方法和第二开关K2的电阻R_K2相同。

所述智能电能表的费控步骤如下：

(1)用电用户电费余额足够时，DSP输出信号给控制单元，控制第一开关K1闭合，第三开关K3断开，第二开关K2闭合，正常向用电用户供电；

(2)用电用户电费余额不足时，DSP输出信号给控制单元，控制第一开关K1闭合，第三开关K3断开，第二开关K2断开，停止向用电用户供电；

(3)用电用户将所欠电费补缴后应恢复供电，DSP输出信号给控制单元，控制第一开关K1闭合，第三开关K3断开，第二开关K2闭合；

(4)用电用户电费余额不足时，若第二开关K2出现故障而导致无法关断，DSP输出信号给控制单元，控制第一开关K1断开，第三开关K3断开，停止向用电用户供电；用电用户将所欠电费补缴后应恢复供电，若第二开关K2出现故障而导致无法闭合时，DSP输出信号给控制单元，控制第一开关K1闭合，第三开关K3闭合；第二开关K2和第三开关K3应设计互锁，避免同时闭合引起短路故障。

所述第一电压采样单元补偿系数C1的确定方法：

标准电压源输出标准的电压信号，第一电压采样单元与标准电压表并联；将作为被测品的第一电压采样单元置于高低温箱中，设定参考温度T₀并通过比较第一电压采样单元与标准电压表之间的值，得到相对误差；通过控制高低温箱的温度，改变第一电压采样单元所处的环境温度并得到相应的相对误差；最终形成温度改变与相对误差之间的关系表，得到对应的补偿系数；通过电能表内温度传感器检测到第一采样单元的温度，得到对应的补偿系数C1。

按照同样的方法，可得到第二电压采样单元C2、第三电压采样单元C3及第四电压采样单元C4的补偿系数C2、C3及C4。

本实用新型的有益效果是，本实用新型根据用电用户的电费余额信息，通过DSP控制三个内置开关的关断和闭合，实现可靠的费控；检测内置开关在不同时刻二端电压的波动和流过的电流，并依据电能表内传感器给DSP传输的数据，实时修改各电压采集单元的补偿系数，得到准确的电阻值，实现内置开关故障的自动检测。

附图说明

图1是本实用新型的原理示意图；

图2是本实用新型的费控流程图；

图3是本实用新型测量开关K1电阻的方法流程图；

图4是确定第一电压采样单元的补偿系数C₁的方法原理图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：

图1所示是本实用新型的原理示意图。

本实施例一种可实现内置开关故障检测的费控智能电能表，包括第一电流互感器、第二电流互感器、第一开关、第二开关、第三开关、第一电阻、第二电阻、第一电压采集单元、第二电压采集单元、第三电压采集单元、第四电压采集单元、DSP、A/D转换器、温度传感器、控制单元和显示器。

第一开关K1的一端与中性线连接，另一端与第一电流互感器CT1一次侧绕组的一端连接；第一电流互感器CT1一次侧绕组的另一端与负载连接；第一电流互感器CT1二次侧绕组与第一电阻R1并联，一端与AD转换器的输入端连接，另一端接地；第一电压采集单元的一端与第一开关K1的一端连接，另一端与AD转换器的输入端连接；第二电压采集单元的一端与第一开关K1的另一端连接，另一端与AD转换器的输入端连接；第二开关K2和第三开关K3并联；第二开关K2的一端与相线连接，另一端与第二电流互感器CT2一次侧绕组的一端连接；第二电流互感器一次侧绕组的另一端与负载连接；第二电流互感器CT2二次侧绕组与第二电阻R2并联，一端与AD转换器的输入端连接，另一端接地；第三电压采集单元的一端与第二开关K2的一端连接，另一端与AD转换器的输入端连接；第四电压采集单元的一端与第二开关K2的另一端连接，另一端与AD转换器的输入端连接；AD转换器的输出端与DSP的输入端连接；DSP的输出端与显示器及控制单元的输出端连接；控制单元分别与第一开关K1、第二开关K2及第三开关K3的控制端连接；温度传感器的输出与DSP的输入端连接。

图2所示为本实用新型的费控流程图。

本实施例一种可实现内置开关故障检测的费控智能电能表费控流程的具体步骤如下：

步骤1：用电用户电费余额足够时，DSP输出信号给控制单元，控制第一开关K1闭合，第三开关K3断开，第二开关K2闭合，正常向用电用户供电；

步骤2：用电用户电费余额不足时，DSP输出信号给控制单元，控制第一开关K1闭合，第三开关K3断开，第二开关K2断开，停止向用电用户供电；

步骤3：用电用户将所欠电费补缴后应恢复供电，DSP输出信号给控制单元，控制第一开关K1闭合，第三开关K3断开，第二开关K2闭合；

步骤4：用电用户电费余额不足时，若第二开关K2出现故障而导致无法关断，DSP输出信号给控制单元，控制第一开关K1断开，第三开关K3断开，停止向用电用户供电；用电用户将所欠电费补缴后应恢复供电，若第二开关K2出现故障而导致无法闭合时，DSP输出信号给控制单元，控制第一开关K1闭合，第三开关K3闭合；第二开关K2和第三开关K3应设计互锁，避免同时闭合引起短路故障。

图3是本实用新型测量第一开关K1电阻的方法流程图，具体步骤如下：

步骤1：某时刻t₁,第一电压采样单元采集第一开关K1一端的电压V₁₁，第二电压采样单元采集第一开关K1另一端的电压V₂₁，第一电流互感器CT1测得的流过第一开关K1的电流为I₁₁；

步骤2：某时刻t₂，第一电压采样单元采集第一开关K1一端的电压V₁₂，第二电压采样单元采集第一开关K1另一端的电压V₂₂，第一电流互感器CT1测得的流过第一开关K1的电流为I₁₂；

步骤3：设电流波动限值为I_f，判断是否满足|I₁₁-I₁₂|≥I_f；否满足，进入步骤4；若不满足则进入步骤6；

步骤4：第一电压采样单元和第二电压采样单元的温度补偿系数分别为C₁和C₂，可根据温度传感器传输给DSP的数据进行确定，第一开关K1的电阻R_K1可通过下式得到：

步骤5：保存第一开关K1的电阻R_K1；

步骤6：等时间间隔Δt，并返回步骤1。

确定第二开关K2的状态时，需闭合第二开关K2，断开第三开关K3，此时第二开关K2的电阻计算方法和第一开关K1的电阻R_K1相同；确定第三开关K3的状态时，需闭合第三开关K3，断开第二开关K2，此时第三开关K3的电阻计算方法和第一开关K1的电阻R_K1相同。

图4是确定第一电压采样单元补偿系数C1的方法原理图，为确定各电压采样单元的补偿系数，标准电压源输出标准的电压信号，第一电压采样单元与标准电压表并联；将作为被测品的第一电压采样单元置于高低温箱中，设定参考温度T₀并通过比较第一电压采样单元与标准电压表之间的值，得到相对误差；通过控制高低温箱的温度，改变第一电压采样单元所处的环境温度并得到相应的相对误差；最终形成温度改变与相对误差之间的关系表，得到对应的补偿系数；通过电能表内温度传感器检测到第一采样单元的温度，得到对应的补偿系数C1。

按照同样的方法，可得到第二电压采样单元C2、第三电压采样单元C3及第四电压采样单元C4的补偿系数C2、C3及C4。

本实用新型中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

Claims (1)

1.一种可实现内置开关故障检测的费控智能电能表，其特征在于，所述智能电能表能通过检测内置开关在不同时刻二端电压的波动和流过的电流，得到准确的电阻值，实现内置开关故障的自动检测；

所述智能电流表包括第一电流互感器、第二电流互感器、第一开关、第二开关、第三开关、第一电阻、第二电阻、第一电压采集单元、第二电压采集单元、第三电压采集单元、第四电压采集单元、DSP、A/D转换器、温度传感器、控制单元和显示器；

第一开关的一端与中性线连接，另一端与第一电流互感器一次侧绕组的一端连接；第一电流互感器一次侧绕组的另一端与负载连接；第一电流互感器二次侧绕组与第一电阻并联，一端与AD转换器的输入端连接，另一端接地；第一电压采集单元的一端与第一开关的一端连接，另一端与AD转换器的输入端连接；第二电压采集单元的一端与第一开关的另一端连接，另一端与AD转换器的输入端连接；第二开关和第三开关并联；第二开关的一端与相线连接，另一端与第二电流互感器一次侧绕组的一端连接；第二电流互感器一次侧绕组的另一端与负载连接；第二电流互感器二次侧绕组与第二电阻并联，一端与AD转换器的输入端连接，另一端接地；第三电压采集单元的一端与第二开关的一端连接，第三电压采集单元的另一端与AD转换器的输入端连接；第四电压采集单元的一端与第二开关的另一端连接，第四电压采集单元的另一端与AD转换器的输入端连接；AD转换器的输出端与DSP的输入端连接；DSP的输出端与显示器及控制单元的输出端连接；控制单元分别与第一开关、第二开关及第三开关的控制端连接；温度传感器的输出与DSP的输入端互联。