CN220730316U - 一种基于双电流互感器的多功能检测电能表 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于双电流互感器的多功能检测电能表，解决目前剩余电流检测电路结构较复杂、实际成本较高、窃电检测可靠性不高等问题，主要包括：计量模块和控制输出模块，计量模块包括采样信号电路和计量电路，采样信号电路包括零线电流采样电路、相线电流采样电路、剩余电流采样电路和电压采样电路，都与计量电路连接，采样信号电路采样转换相关电信号，计量电路对电信号进行实际测计，控制输出模块包括主控模块、显示输出模块和通信交互模块计量电路、显示输出模块和通信交互模块都与主控模块连接，由主控模块控制功能实现，具有电路结构简单、材料成本低、计量准确度高、窃电检测可靠性强等优点。

Description

一种基于双电流互感器的多功能检测电能表

技术领域

本实用新型涉及智能电能表检测计量技术领域，尤其涉及一种基于双电流互感器的多功能检测电能表。

背景技术

电能是关系到国计民生的重要资源，与人民生产生活密不可分，随着国民经济飞速发展，人们的生产、生活对电力资源需求日益提高，已成为社会经济发展不可或缺的部分。随着技术的进步，窃电方式层出不穷，例如短接相线进出线、分流相线电流等，然而在现阶段窃电与违约用电的管理中，相应的检查手段不仅落后而且还较为单一，现有防窃电方法现场工作量大，对于日渐多样化的窃电手段显得无所适从，尚无精准的用户窃电定位和预警的线上系统，用电检查人员缺少科学的方法对高、低压用户窃电实现预警和定位，仍然以定期巡检、定期校验电表、用户举报窃电等手段为主，反盗电工作存在较大的漏洞。

剩余电流，俗称漏电流，是指配电线路中各相电流矢量和不为零的电流。对电能表的剩余电流或零线电流进行计量可以有效防范大部分窃电方式。以单相电能表为例，当用电侧存在窃电事件时，主电路进出线的电流I_相和I_零大小不相等，I_漏＝I_相-I_零。传统的单相交流电路通常采用漏电互感器检测漏电，但是这样会使得产品装配工艺变得复杂，增加制造成本。另一种典型技术方案如中国专利文献上公开号为CN217238207U所披露，专利名称为一种使用双锰铜电阻采样的单相电能表，使用双锰铜分别对相线和零线电流进行采样，通过公式I_漏＝I_相-I_零计算剩余电流值。该方案能够使得两路电流检测电路理论上对称，且锰铜电阻采样不受谐波和磁场影响，漏电检测精度较高，但是两路电流检测电路需要使用两颗计量芯片和两组光耦隔离成本，不仅增加了产品材料成本风险，也降低了产品可靠性。

实用新型内容

本实用新型旨在解决目前剩余电流检测电路结构较复杂、实际成本较高、窃电检测可靠性不高等问题。

以上技术问题是通过以下技术方案解决的：一种基于双电流互感器的多功能检测电能表，包括计量模块和控制输出模块，计量模块包括采样信号电路和计量电路，采样信号电路包括电流采样电路和电压采样电路，电流采样电路包括零线电流采样电路、相线电流采样电路和剩余电流采样电路，电流采样电路和电压采样电路分别与计量电路连接，控制输出模块包括主控模块和输出模块，计量电路与主控模块连接，输出模块包括显示输出模块和通信交互模块，显示输出模块和通信交互模块分别与主控模块连接。单相电能表主要由计量模块和控制输出模块组成，计量模块负责零相线电流独立计量、剩余电流计量以及电压信号计量，控制输出模块包括主控模块和输出模块，主控模块负责控制计量模块实现指定电流计量或电压计量功能，同时控制输出模块实现检测信号的显示输出与信号通信交互。

作为优选，零线电流采样电路包括零线电流互感器和与零线电流互感器连接的零线低通滤波电路，零线低通滤波电路与计量电路连接，相线电流采样电路和零线电流采样电路是对称的，相线电流采样电路包括相线电流互感器和与相线电流互感器连接的相线低通滤波电路，相线低通滤波电路与计量电路连接。零线电流采样电路中的零线电流互感器互感转换获得零线电路采样信号，零线电路采样信号经过零线低通滤波电路低通滤波由计量电路实现零线电流计量，同理，由于相线电流采样电路和零线电流采样电路的电路结构是对称的，相线电流采样电路中的相线电流互感器互感转换获得相线电路采样信号，相线电路采样信号经过相线低通滤波电路低通滤波由计量电路从而实现相线电流计量。两独立的电流采样电路实现不同的信号计量，即使其中某个采样通道发生异常，也不影响另一采样通道，提升采样电路的抗干扰能力。

作为优选，剩余电流采样电路包括零线采样滤波电路和相线采样滤波电路，零线电流互感器与零线采样滤波电路连接，零线采样滤波电路与计量电路连接，相线电流互感器和相线采样滤波电路连接，相线采样滤波电路与计量电路连接。零线电流互感器和相线电流互感器分别采集转换零线电流信号和相线电流信号，剩余电流采样电路将零线电流信号和相线电流信号分别通过零线采样滤波电路、相线采样滤波电路进行低通滤波后送至计量电路实现差分信号运算从而获得剩余电流的实际计量值，根据计量的剩余电流值实现窃电检测，高效方便。

作为优选，计量电路包括计量芯片，计量芯片设置有零线电流采样端、相线电流采样端、剩余电流采样零线端和剩余电流采样相线端，零线电流采样电路与零线电流采样端连接，相线电流采样端与相线电流采样电路连接，剩余电流采样零线端和剩余电流采样相线端都与剩余电流采样电路连接。计量芯片具有零线电流计量、相线电流计量、剩余电流计量以及电压计量等功能，不同的功能对应有不同的输入输出端，由主控模块控制计量芯片实现单相电能表的剩余电流检测和零线电流计量功能。

作为优选，零线电流互感器设置有零线电流互感输出端，零线电流互感输出端与零线低通滤波电路输入端、零线采样滤波电路输入端分别连接，零线低通滤波电路输出端、零线采样滤波电路输出端分别与零线电流采样端、剩余电流采样零线端连接。零线电流互感器的一端为零线电流互感输出端，另一端接地。零线电流互感器通过将零线电流等比例转换，转换结果经过零线低通滤波电路传输至计量芯片进行计量，实现零线电流计量，单独采样计量零线电流一方面便于剩余电流的计算，另一方面为窃电检测提供了可行的判定手段，进一步实现窃电检测，且检测结果准确度高、可靠性强。

作为优选，相线电流互感器设置有相线电流互感输出端，相线电流互感输出端与相线低通滤波电路输入端、相线采样滤波电路输入端分别连接，相线低通滤波电路输出端、相线采样滤波电路输出端分别与相线电流采样端、剩余电流采样相线端连接。由于零线电流采样电路和相线电流采样电路是对称的，同理，相线电流互感器的一端为相线电流互感输出端，另一端为接地端。相线电流互感器通过将相线电流等比例转换，转换结果经过相线低通滤波电路传输至计量芯片进行计量，实现相线电流计量。

作为优选，计量芯片设置有电压计量端，电压采样电路设置有电压采样输出端，电压采样输出端与电压计量端连接。电压采样电路主要是分压电路构成，电压采样电路输出端连接到计量芯片的电压计量端主要负责采集电压数据，实现单相电能表的电压计量功能。

作为优选，主控模块包括微处理器单元和与微处理器单元连接的存储单元，显示输出模块和通信交互模块微分别与处理器单元连接。主控模块中的微处理器单元内部存储有计算机程序，可执行相关指令以实现单相电能表的全部功能，与微处理器单元连接存储单元一般包括EEPROM，FLASH和FRAM，其中EEPROM用于存储生产地址、冻结次数等数据，FLASH用于存储历史电量、历史过流事件等数据，FRAM用于存储时间、负荷曲线等数据。

本实用新型的有益效果是：通过采用两个规格相同的电流互感器搭建零线电流采样电路、相线电流采样电路以及剩余电流采样电路，使得单相电能表具备实现剩余电流检测功能和零线电流计量功能。剩余电流采样电路分别采集相线电流、零线电流以及两者的差分信号，即剩余电流，零线电流采样电路单独采集零线电流，使得单相电能表增加了零线电流计量功能，另一方面，在相线出现异常情况时，零线电流采样电路仍可以进行正常计量零线电流，同时，通过单相电能表的零线电流计量功能可以进一步进行窃电检测，保证窃电检测的准确性，维护电网的利益。由于零线电流采样电路和相线电流采样电路完全对称，相线计量方式和零线计量方式可以相互切换，使用方便。本实用新型总体上电路结构简单、装配简易、材料成本低、电流计量准确度高、检测可靠性强。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图。

图2是本实用新型计量模块的实际电路图。

图3是本实用新型的电压采样电路。

图中：1、计量模块；2、主控模块；3、显示输出模块；4、通信交互模块；5、供电模块。

具体实施方式

实施例：本实施例提供一种基于双电流互感器的多功能检测电能表，包括计量模块1、控制输出模块和供电模块5，如图1所示，控制输出模块包括主控模块2、显示输出模块3和通信交互模块4，计量模块1、供电模块5、显示输出模块3和通信交互模块4分别与主控模块2双向连接。其中，计量模块1包括采样信号电路和计量电路，采样信号电路包括零线电流采样电路、相线电流采样电路、剩余电流采样电路以及电压采样电路，计量电路包括计量芯片，零线电流采样电路、相线电流采样电路、剩余电流采样电路和电压采样电路都与计量芯片连接。供电模块5输入交流电压为220V，经过电压转化器转换后可产生12V、3.3V等直流电压为主控模块2供电。主控模块2包括微处理器单元和与微处理器单元连接存储单元，微处理器内部存储有计算机程序，执行相关程序指令实现单相电能表的全部功能；存储单元一般包括EEPROM、FLASH和FRAM，其中EEPROM存储生产地址、冻结次数等数据，FLASH存储历史电量、历史过流事件等数据，FRAM存储时间、负荷曲线等数据。通信交互模块4包括载波模块和485芯片模块。载波模块采用宽带电力线载波(HPLC)技术，可采用插拔式安装，方便不同品牌模块的替换；485芯片模块控制不同单相电能表之间通信。显示输出模块3包括若干个功能指示灯和弱电端子。指示灯一般设置有四个，分别为指示脉冲(显示输出红色)、告警(显示输出黄色)、通信(显示输出红绿双色)和运行(显示输出绿色)；弱电端子输出信号为有功脉冲、无功脉冲、秒信号、485A和485B等信号。

如图2所示，零线电流采样电路包括零线电流互感器和零线低通滤波电路，零线电流互感器与零线电流互感器连接，零线低通滤波电路与计量芯片连接构成零线电流采样电路，相线电流采样电路和零线电流采样电路的电路结构是对称的，相线电流采样电路包括相线电流互感器和相线低通滤波电路，相线电流互感器与相线电流互感器连接，相线低通滤波电路与计量芯片连接构成相线电流采样电路。剩余电流采样电路包括零线采样滤波电路和相线采样滤波电路，零线电流互感器与零线采样滤波电路连接，零线采样滤波电路与计量芯片连接，相线电流互感器和相线采样滤波电路连接，相线采样滤波电路与计量芯片连接。计量芯片实际应用时可采用三相计量芯片，例如选用芯片HT7627S，三相计量芯片HT7627S设置有零线电流采样端一INP与零线电流采样端二INN、相线电流采样端一IAP与相线电流采样端二IAN、剩余电流采样零线端ICN和剩余电流采样相线端ICP。零线电流互感器的一端接地，另一端为零线电流互感输出端，零线电流互感输出端与零线低通滤波电路输入端、零线采样滤波电路输入端分别连接，零线低通滤波电路输出端分别与零线电流采样端一INP、零线电流采样端二INN连接，零线采样滤波电路输出端与剩余电流采样零线端ICN连接。同理，相线电流互感器的一端接地，另一端为相线电流互感输出端，相线电流互感输出端与相线低通滤波电路输入端、相线采样滤波电路输入端分别连接，相线低通滤波电路输出端分别与相线电流采样端一IAP、相线电流采样端二IAN连接，相线采样滤波电路输出端与剩余电流采样相线端ICP连接。

图3为电压采样电路，电压采样电路与选用的三相计量芯片HT7627S连接，主要由电容电阻构成电路，其中C7与R9并联，并联电路一端接地，另一端为电压采样输出端与三相计量芯片的电压计量端VAN引脚连接；C8与R10并联，并联电路一端接地，另一端为电压采样输出端与三相计量芯片的电压计量端VAP引脚连接。

Claims (8)

1.一种基于双电流互感器的多功能检测电能表，其特征在于，包括计量模块和控制输出模块，所述计量模块包括采样信号电路和计量电路，采样信号电路包括电流采样电路和电压采样电路，电流采样电路包括零线电流采样电路、相线电流采样电路和剩余电流采样电路，电流采样电路和电压采样电路分别与计量电路连接，控制输出模块包括主控模块和输出模块，计量电路与主控模块连接，输出模块包括显示输出模块和通信交互模块，显示输出模块和通信交互模块分别与主控模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于双电流互感器的多功能检测电能表，其特征在于，所述零线电流采样电路包括零线电流互感器和与零线电流互感器连接的零线低通滤波电路，零线低通滤波电路与计量电路连接，所述相线电流采样电路和零线电流采样电路是对称的，相线电流采样电路包括相线电流互感器和与相线电流互感器连接的相线低通滤波电路，相线低通滤波电路与计量电路连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于双电流互感器的多功能检测电能表，其特征在于，所述剩余电流采样电路包括零线采样滤波电路和相线采样滤波电路，零线电流互感器与零线采样滤波电路连接，零线采样滤波电路与计量电路连接，相线电流互感器和相线采样滤波电路连接，相线采样滤波电路与计量电路连接。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于双电流互感器的多功能检测电能表，其特征在于，所述计量电路包括计量芯片，计量芯片设置有零线电流采样端、相线电流采样端、剩余电流采样零线端和剩余电流采样相线端，零线电流采样电路与零线电流采样端连接，相线电流采样端与相线电流采样电路连接，剩余电流采样零线端和剩余电流采样相线端都与剩余电流采样电路连接。

5.根据权利要求2所述的一种基于双电流互感器的多功能检测电能表，其特征在于，所述零线电流互感器设置有零线电流互感输出端，零线电流互感输出端与零线低通滤波电路输入端、零线采样滤波电路输入端分别连接，零线低通滤波电路输出端、零线采样滤波电路输出端分别与零线电流采样端、剩余电流采样零线端连接。

6.根据权利要求2所述的一种基于双电流互感器的多功能检测电能表，其特征在于，所述相线电流互感器设置有相线电流互感输出端，相线电流互感输出端与相线低通滤波电路输入端、相线采样滤波电路输入端分别连接，相线低通滤波电路输出端、相线采样滤波电路输出端分别与相线电流采样端、剩余电流采样相线端连接。

7.根据权利要求4所述的一种基于双电流互感器的多功能检测电能表，其特征在于，所述计量芯片设置有电压计量端，电压采样电路设置有电压采样输出端，电压采样输出端与电压计量端连接。

8.根据权利要求1或2所述的一种基于双电流互感器的多功能检测电能表，其特征在于，所述主控模块包括微处理器单元和与微处理器单元连接的存储单元，显示输出模块和通信交互模块微分别与处理器单元连接。