CN2370616Y - 电压互感器二次线路压降自动跟踪监测补偿装置 - Google Patents

Abstract

一种电压互感器二次线路压降自动跟踪监测补偿装置,由主机和从机两部分组成,分别安装于PT二次线路两端,主机和从机都分别具有电压变换、电压切换、自动校准、电压检测、V/f变换、相位检测、Φ/f变换、单片机系统、温度检测电路、载波信号收发机、工作电源,主机还具有D/A变换、ΔU合成、功放、输出控制电路、设计合理、功能齐全、智能化程度高、性能优良。

Description

电压互感器二次线路压降自动跟踪监测补偿装置

本实用新型涉及电力系统的供配电装置，具体涉及电网电压互感器二次线路压降自动补偿装置。

在电力系统的电网PT(电压互感器)二次回路中，由于存在线路导线电阻和控制开关触点、线路接头、保险等接触电阻，在PT(电压互感器)负载电流通过时，形成二次线路压降，而这种PT二次回路压降造成电能计量误差，出现少计电量电费损失，直接影响电量、网损、煤耗等各项经济技术指标的统计、考核、计划、决策。为解决这些问题，一般采用的办法有：增加导线截面积；取消开关和保险管；定值补偿；敷设电能计量专用电缆等。但由于电压互感器二次回路中所包含的隔离开关辅助接点、快速空气开关、保险熔丝和电缆接头等环节各部分的氧化程度和接触情况以及PT二次线路电阻本身由于运行方式改变是随机变化的，PT二次回路的负载也经常发生变化，因此，上述四种方法仅为一些消极的措施，不能解决问题的实质。目前为解决电网PT(电压互感器)二次回路的线路压降采用了几种较新的补偿方法及装置：如一种装置为敷设测试电缆进行压降的监测，再通过一个电压跟随器进行跟踪补偿，这种装置特点是结构较简单，存在的主要缺点是需要敷设的电缆很长，工作量大，有的地方由于距离太远，地形复杂而无法进行改造，还容易受外界环境的干扰，特别是在具有两套PT变电站的情况下，为适应PT运行方式改变，必须为每一台PT敷设测量电缆，并在PT二次线路上增设辅助开关，给继电保护带来新的麻烦，难以推广使用；另一种装置是在定值补偿的基础上，加上监测电能表侧的PT二次负载电流变化进行压降的跟踪补偿，其特点是无需敷设测试电缆，但由于在PT二次回路中还具有继电保护装置、监视仪表和其它自动装置，当这些装置或仪表改变时，会引起压降的变化，而这时的PT二次电流变化在这种装置中是监测不到的；特别在PT运行方式改变，使PT二次线路改变引起的线路电阻变化，根本不能监测。此外该装置补偿精度不高，应用场合有限。

本实用新型之目的旨在提供一种无需敷设测试电缆、能应用于各种复杂的PT二次回路、不受PT运行方式和二次接线变化的影响、便于安装使用、测量精度高、测量补偿自动连续实时、安全可靠、功能齐全的电压互感器二次线路压降自动跟踪监测补偿装置。

本实用新型的技术解决方案是：这种电压互感器二次线路压降自动跟踪监测补偿装置由主机和从机两部分组成，主机和从机分别安装于所要补偿的电压互感器PT二次线路两端，其中从机安装于PT二次线路的PT端子箱侧，从机的三相“JC”端与PT二次绕组的输出端子相连接，主机安装于PT二次线路的电能表侧，主机的“XL”端子与PT二次线路末端原来接电能表的表计端子排连接，主机的“BJ”端子与电能表的端子连接，主机包括电压变换电路、电压切换电路、自动校准电路、电压检测电路、V/f变换电路、相位检测电路、Φ/f变换电路、D/A变换电路、ΔU合成电路、单片机系统、显示电路、温度检测电路、载波信号收发机、功放电路、输出控制电路及工作电源，电压变换电路通过“BJ”端子对电能表的三相输入端电压Ubj取样，经过电压变换后按一定比例输出到电压切换电路，在单片机系统的控制下，依次取其中的某一相分两路输送：一路送自动校准电路作电压检测的前期处理，以提高测量精度，另一路送相位检测电路，经自动校准处理的电压信号送电压检测电路检测后，送V/f变换电路将电压信号转换成频率信号，再送单片机系统进行数据处理，相位检测电路用于检测PT二次线路压降的相位差，因此，其输入的信号是来自主机和从机两个方面的相位信号，主机的相位信号由电压切换电路送来，从机的相位信号经从机的载波信号收发机发送、主机的载波信号收发机接收过来，经相位检测的差值送Φ/f变换电路变换成频率信号，送单片机系统进行数据处理，单片机系统控制各电路按程序动作，并计算和处理主机和从机的各项测试数据及装置之间信号流向，显示电路显示由单片机系统处理后送来的各项测量结果，温度检测电路将主机温度测出后送单片机系统进行数据处理，以消除环境温度变化对测量结果的影响，压降补偿部分由D/A变换电路、ΔU合成电路、功放电路、输出控制电路组成，D/A变换电路以电压变换电路的输出值为参考电压，将单片机系统送来压降误差的比值差和相位差数据转换成相应模拟电压f和δ后，送ΔU合成电路将f和δ合成一个与PT二次线路压降幅值相等相位相反的补偿电压ΔU输出到PT二次线路的电表端子排与电能表之间，从而消除PT二次线路压降，输出控制电路判断ΔU值和工作电源是否正常，当出现异常时，使补偿器退出，并将装置的“XL”端与“BJ”端短接，恢复线路原状，以保计量不受装置异常影响，载波信号收发机一方面将主机的测量控制指令、相位信号发送到从机的载波信号收发机，另一方面接收从机的载波信号收发机发送的从机所测PT端电压、相位、温度数据送单片机系统、相位信号送相位检测电路；

从机包括电压变换电路、电压切换电路、自动校准电路、电压检测电路、V/f变换电路、相位检测电路、Φ/f变换电路、单片机系统、温度检测电路、载波信号收发机、工作电源，电压变换电路通过JC端子对PT输出端三相电压Upt取样，经过电压变换后按一定比例输出到电压切换电路，在单片机系统的控制下，依次取其中的某一相分两路：一路送自动校准电路作电压检测的前期处理，以提高测量精度，另一路送相位检测，经自动校准处理的电压信号送电压检测电路检测后，送V/f变换电路将电压信号转换成频率信号，再送单片机系统进行数据处理，相位检测电路用于检测PT二次线路压降的相位差，其输入的信号来自主机和从机两个方面的相位信号，从机的相位信号由电压切换电路送来，主机的相位信号经主机的载波信号收发机发送、从机的载波信号收发机接收过来，经相位检测的差值送Φ/f变换电路变换成频率信号，送单片机系统进行数据处理，从机所测量的PT二次压降相位差结果通过载波信号收发机送给主机，与主机所测得的结果取平均值以消除通信通道对相位测量的影响，单片机系统控制各电路按程序运作，并计算和处理主机和从机的各项测试数据及装置之间的信号流向，温度检测电路将从机温度测出后送单片机系统进行数据处理，清除环境温度变化对测量结果的影响，载波信号收发机一方面将从机的测量控制信号、相位信号、温度测量数据发送到主机的载波信号收发机，另一方面接收主机的载波信号收发机发送的主机控制指令送单片机系统，相位信号送相位检测电路。

本实用新型采用高精度测量技术和电力载波通讯技术，通过测量PT(电压互感器)输出端口和二次仪表(主要是电能表)输入端口电压的有效值和相位，经计算处理得出两端口之间的差值即为PT二次线路的压降，并根据这个压降产生一反向电压，串联迭加到二次仪表输入端口以使两端口电压一致，而且这种测量和补偿是在线连续实时进行的，从而达到自动跟踪补偿的目的，以消除二次线路压降造成的电能计量误差。因此，本实用新型和现有技术相比，具有如下优点和积极效果：

1、利用PT二次线路本身，采用电力载波测量PT二次回路电压的各项参数，不受PT运行方式和二次接线变化的影响，无须敷设测试电缆及专用计量线路，便于安装使用；

2、采用高精度比较法测量，适用于各种复杂情况的PT二次回路；

3、对PT二次线路压降采用有源差值补偿，功耗小，具有工作电源失压自动退出功能，使用安全；

4、具备PT二次线路电压、压降监测和自动跟踪补偿双重功能；

5、测量精度高，测量补偿连续实时，智能化程度高，功能齐全，性能优良。

图1为本实用新型结构原理框图

图2、图3、图4、图7、图8为本实用新型主机电原理图；

图5、图6、图7为本实用新型从机电原理图；

其中：图7为主机、从机的载波信号收发机电原理图；

图8为主机的功放及输出控制电路原理图。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明：

参见图1，本装置分为主机和从机两部分，分别安装于所要补偿的PT(电压互感器)二次线路两端：

其中从机安装于PT二次线路的PT端子箱侧，其“JC”端(三相)与PT二次绕组的输出端子相连接。主机安装于PT二次线路的电能表侧，其“XL”端子与PT二次线路末端的电表端子排(原来是接电能表的)连接；“BJ”端子与电能表的端子连接。

主机电压测量：

电压变换电路通过BJ端子对电能表的输入端电压(三相)Ubj取样，经过电压变换后按一定比例输出到电压切换电路，在单片机系统的控制下，依次取其中的某一相分两路输送：一路送自动校准电路作电压检测的前期处理，以提高测量精度；另一路送相位检测。经自动校准处理后，电压信号送电压检测电路检测后，送V/f变换电路将电压信号转换成频率信号，再送单片机系统进行数据处理。

主机相位测量：

相位检测电路用于检测PT二次线路压降的相位差，因此，其输入的信号是来自主机和从机两个方面的相位信号，主机的相位信号由电压切换电路送来；从机的相位信号经从机的载波信号收发机发送、主机的载波信号收发机接收过来。经相位检测的差值送Φ/f变换电路变换成频率信号，送单片机系统进行数据处理。

单片机系统作用一是控制装置各电路按程序运作，二是计算和处理主机和从机的各项测试数据，其与装置各电路之间信号连接流向为：

接收：

1、V/f变换电路、Φ/f变换电路送来的频率信号；

2、温度检测电路送来的温度检测数据；

3、载波信号收发机接收的从机所测PT端电压、相位、温度等数据和信号；

发送：

1、电压变换电路的控制信号；

2、电压切换电路的控制信号；

3、自动校准电路的控制信号；

4、电压检测电路的控制信号；

5、相位检测电路的控制信号；

6、V/f变换电路、Φ/f变换电路送来的控制信号；

7、显示电路的测量结果数据和控制信号；

8、D/A变换电路的压降数据和控制信号；

9、载波信号收发机发往从机的数据和控制信号；

显示电路显示由单片机系统处理后送来的各项测量结果。

温度检测电路将主机温度测出后送单片机系统进行数据处理，以消除环境温度变化对测量结果的影响。

压降补偿部分由D/A变换电路、ΔU合成电路、功放电路、输出控制电路组成。D/A变换电路以电压变换电路的输出值为参考电压，将单片机系统送来压降误差的比值差和相位差数据转换成相应模拟电压f和δ后，送ΔU合成电路将f和δ合成一个与PT二次线路压降相反的补偿电压ΔU输出到PT二次线路的电表端子排与电能表之间，从而消除PT二次线路压降。输出控制电路判断ΔU值和工作电源是否正常，当出现异常时，使补偿器退出，并将装置的XL端与BJ端短接，恢复线路原状，以保计量不受装置异常的影响。

载波信号收发机一方面将主机的测量控制指令、相位信号等发送到从机的载波信号收发机；另一方面接怍从机的载波信号收发机发送的从机所测PT端电压、相位、温度等数据送单片机系统、相位信号送相位检测电路。

从机的电压测量：

电压变换电路通过JC端子对PT输出端电压(三相)Upt取样，经过电压变换后按一定比例输出到电压切换电路，在单片机系统的控制下，依次取其中的某一相分两路输送：一路送自动校准电路作电压检测的前期处理，以提高测量精度；另一路送相位检测。经自动校准处理的电压信号送电压检测电路检测后，送V/f变换电路将电压信号转换成频率信号，再送单片机系统进行数据处理。

从机相位测量：

相位检测电路是用于检测PT二次线路压降的相位差，因此，其输入的信号是来自主机和从机两个方面的相位信号，从机的相位信号由电压切换电路送来；主机的相位信号经主机的载波信号收发机发送、从机的载波信号收发机接收过来。经相位检测的差值送Φ/f变换电路变换成频率信号，送单片机系统进行数据处理。

单片机系统作用一是控制装置各电路按程序动作，二是计算和处理主机和从机的各项测试数据，其与装置各电路之间信号连接流向为：

接收：

1、V/f变换电路、Φ/f变换电路送来的频率信号；

2、温度检测电路送来的温度检测数据；

3、载波信号收发机接收的主机所测BJ端相位等数据和控制信号；

发送：

1、电压变换电路的控制信号；

2、电压切换电路的控制信号；

3、自动校准电路的控制信号；

4、电压检测电路的控制信号；

5、相位检测电路的控制信号；

6、V/f变换电路、Φ/f变换电路送来的控制信号；

7、载波信号收发机发往主机的数据和控制信号。

温度检测电路将从机温度测出后送单片机系统进行数据处理，以消除环境温度变化对测量结果的影响。

载波信号收发机一方面将从机的测量控制信号、相位信号、温度等测量数据发送到主机的载波信号收发机；另一方面接收主机的载波信号收发机发送的主机控制指令送单片机系统，相位信号送相位检测电路。

电路原理分析

主机和从机处于PT二次线路的两端，在主机的控制下分别测量其两端的电压和相位，测量的数据由主机进行计算处理，得出PT二次线路压降的比值差和相位差，并据此合成一个补偿电压输出串联叠加到原电能表接线端，从而补偿PT二次线路的压降，测试数据通过液晶显示器LCD显示用以监视PT二次线路的电压和压降等参数。

作为监测，由装置测出的压降值是比值差和相位差两个分量，可以经装置的LCD(液晶显示器)显示出来，另外PT侧和电能表侧的电压、补偿后的压降比值差和相位差值、主从机温度都可通过LCD显示出来。

主机电路组成：参见图2、图3、图4、图7、图8。

由电压互感器B0、B1、B2和运算放大器IC1：AIC1：BIC2：A等元件组成电压变换电路；由模拟开关IC4、IC8等组成电压切换电路；由模拟开关IC5、其准电压VRE1等元件组成自动校准电路；由RMS/VDC变换器IC6等元件组成电压检测电路；由电压频率变换器模块IC7等元件组成V/f变换电路；由比较器IC9：A、IC9：B、施密特整形器IC10：A、IC10：B、IC10：C、IC10：D、IC10：E、JK触发器IC11：A、与非门IC12：A、分频计数器IC13等元件组成Φ/f变换电路；由数模变换器IC25、IC28、IC30等元件组成D/A变换电路，每个元件内有两个D/A变换器；由运算放大器IC26、IC27、IC29、IC31和变压器T3、T4、T5等元件组成ΔU合成电路；由微机监控电路IC21、单片计算机IC22、接口电路IC23、与非门IC17：A、IC17：B、IC17：C、IC19：A、IC19：B、IC19：C、IC19：D、施密特整形器IC10：F、IC18：A、负载缓冲器IC16等元件组成单片计算机系统；由液晶显示器LCD、与非门IC20：A、IC20：B等元件组成显示电路；由温度检测器IC24等元件组成温度检测电路；参见图7，由载波通信元件IC32、IC33、光电耦合器O1、O2、中频变压器T6、T7、直流稳压电源IC34等元件组成载波通信电路；参见图8，由功率放大器IC58、IC60、IC62、输出变压器T13、T15、T16及电源变压器T14等元件组成功放电路；由运算放大器IC59：A、IC59：B、IC61：A、IC61：B、IC63：A、IC63：B、光电偶合器O3、O4、继电器J1、J2等元件组成输出控制电路。

从机电路组成：参见图5、图6、图7。

由电压互感器B9、B10、B11和运算放大器IC35：A、IC35：BIC37：A等元件组成电压变换电路；由模拟开关IC36、IC41等组成电压切换电路；由模拟开关IC38、基准电压VRE2等元件组成自动校准电路；由RMS/VDC变换器IC39等元件组成电压检测电路；由电压/频率变换器模块IC40等元件组成V/f变换电路；由比较器IC42：A、IC42：B、施密特整形器IC43：A、IC43：B、IC43：D、IC43：E、JK触发器IC45：A、与非门IC56：A、分频计数器IC46等元件组成相位检测电路；由锁相环IC50、分频计数器IC51等元件组成Φ/f变换电路；由单片计算机IC52、接口电路IC53、微机监控电路IC55、与非门IC48：A、IC48：B、IC44：B、IC44：C、IC44：D、施密特整形器IC43：F、IC49：A、负载缓冲器IC47等元件组成单片计算机系统；由温度检测器IC54等元件组成温度检测电路；另一套与主机相同的载波通信电路(参见图7，也相应由载波通信元件、光电偶合器、及电源变压器、直流稳压电源等元件组成的)。

主机电路分析：参见图2、图3、图4、图7、图8，PT二次线路电能表端三相电压从BJ端输入进行测量，A相电压从BJA端和N端加入，经电感器L1、L2滤除高频噪声等干扰后，送电压互感器T0；压敏电阻RV1用于对电路的过压保护。电压互感器T0将输入电压按比例降低为额定值7.5V，此信号分为两路，一路进行电压测量：经电阻R1、R2、电容C1进一步分压滤波、相间切换电路模拟开关元件IC4送由模拟开关元件IC5、基准电压VER1等元件组成的自动校准电路进行校准处理，然后送RMS/VDC变换器IC6进行电压检测，检测出的电压再经过V/f变换元件IC7变换成频率信号，最后送单片机系统。

另一路进行相位检测：电压互感器T0输出的电压经电压相间切换电路模拟开关IC8、缓冲电阻R11至电压比较器IC9：A、IC9：B组成的相位检测电路作过零检测，再经电阻R10、R13、R14、R15、R16、电容C10、C11、二极管D3、D4、D5等元件组成的微分电路及施密特触发器IC10：A形成过零脉冲作为BJ端的相位检测信号，BJ端密特触发器IC10：A形成过零脉冲作为BJ端的相位检测信号，BJ端的相位检测信号分为三路：一路经由电容C12、电阻R17及施密特触发器等元件组成的脉冲展宽电路，形成一个低电平方波信号，作为JK触发器IC11：A的置1信号；第二路经与非门IC12：A，在单片机系统的控制下再经缓冲器IC16的2A4输入2Y4输出由载波收发机送往从机作相位差检测的信号。

JK触发器IC11：A的置0信号，来自从机的相应过零脉冲作为PT二次回路PT出口端电压的相位检测信号，通过载波收发机传送过来，经施密特触发器IC10：D、IC10：E、计数器IC13产生一偏置相移，这个相移等于被测相位差量程的绝对值，再经施密特触发器IC10：C至JK触发器IC11：A的CD端使之置0。

在主机BJ端和从机JC端的相位检测信号作用下JK触发器IC11：A的Q端输出一与之相位差对应的高电平信号FI送单片机系统作为相位差标准脉冲计数器的闸门信号送至IC17：C的输入端。

第三路IC10：A输出的过零脉冲经锁相环IC14、分频计数器IC15等元件组成的锁相倍频电路(即Φ/f变换电路)，变换成脉冲当量为0.5角度的相位差标准脉冲，送单片机系统与相位差信号FI配合，测量PT二次压降的相位差。

B相和C相的电压及相位测量与A相类似，分别从BJB、BJC及N端子输入，再经电压互感器T1、T2、运算放大器IC1：B、IC2：A等元件组成的电压变换电路至相间切换电路C4、C8，在单片机系统的控制下按A、B、C相的次序逐相切换进行测量。

单片机系统的核心元件是单片机CPU：IC22，它担负作装置的监控和数据处理，其数据接口为P00-P07，与接口芯片IC23以及液晶显示器LCD的数据接口连接用以传送各种数据和指令；CPU的P20口用以控制选择对IC23的I/O口或内部RAM进行读写操作；P21口控制LCD的内部寄存器选择；P22口控制LCD的读写操作；P25口与RD、WR口经与非门IC19：D、IC20：B对LCD进行使能控制，通过LCD可显示所有的检测数据；P27口用以对IC23作片选控制；RXD、TXD口作为与载波通信收发机通信的接口；ALE/P口与IC23的ALE口连接用作对IC23的地址锁存；P10/T口为CPU内部计数器T2的输入接口，用以接收与非门IC17：C送来的相位差标准脉冲；P11/T口用以检测IC23内部计数器输出的相位差测量周期，当一个测量周期完成时，IC23的TMROUT口变为低电平信号，CPU检测到后立即捕捉内部计数器T2中的相位差标准脉冲数，以提高其测量精度；CPU通过P12口对微机监测元件IC21的内部定时器发送复位脉冲，作为CPU的工作监测信号；P13口接于与非门IC12：A用以控制向从机发送BJ端的相位检测信号；P14口通过与温度检测元件的DQ端连接，进行温度测量的各项操作；P15口通过与模数转换器IC25、IC28、IC30的SCLK端连接，发送用于数据传输的时钟脉冲信号；P16口通过与模数转换器IC25、IC28、IC30的CS端连接，作为模数转换器的片选信号；INT1端口连接到施密特触发器IC10：E的输出端，以在接收到从机通过MF载波通信收发机和施密特触发器IC10：D、IC10：E发送来的相位测量信号时，产生中断，使CPU进入相位差测量的中断服务程序；ICT0口和T1口分别接至与非门IC19：B、IC19：A、IC19：C组合成的与或非门电路的2、5端，作为V/f变换和Φ/f变换电路的闸门计数脉冲控制信号；T0口为CPU内部计数器T0的输入端，用以接受V/f变换器从IC17：B输出的电压测量信号；RESET端口为单片机系统的复位端，在来自IC21的复位信号的触发下，使单片机系统复位。

接口元件IC23的AD0-AD7与CPU的数据口连接，作数据通信交换；PA0-PA2口用手控制自动校准电路中IC5的IN1-IN3端，进行自动校准操作；PA3-PA5口与电压切换元件IC4、IC8的IN1-IN3端连接，控制对A、B、C各相的测量；PB0-PB3口通过缓冲元件IC16R1A3-1A1端口，驱动发光二极管LT1-LT3，其中LT1指示装置的通人状态、LT2指示LCD显示为装置补偿前的数据、LT3指示LCD显示为装置补偿后的数据；按钮S2与IC23的PC0口连接，用以切换LCD显示的内容；RESET端与CPU的RESET端连接作复位用。

IC21是微机监控元件，它接收来自CPU的定时监控信号及S1的闭合信号，当监控信号不正常或出现S1的手动闭合信号时IC21发出复位信号，使CPU复位。

与非门IC19：B、IC19：A、IC19：C组合成的与或非门电路中IC19：B将IC17：A和IC10：F等元件组成时标脉冲发生电路所产生的时标脉冲，在CPU的控制下经IC19：A、IC19：C送IC23的TMRIN口进行计数，以产生一个测量V/F变换频率的时标信号，这个时标信号从IC23的TMROUT口输出，经IC10：A至IC17：B，作为控制V/f脉冲计入CPU内部计数器T0的闸门信号，从而使CPU能够得到与被测电压成正比的频率值；而被测电压的过零信号则在CPU的控制下经IC19：B、IC19：C送IC23的TMRIN口进行计数，以产生一个测量Φ/f频率的测量周期信号，经IC10：A至IC17：C，作为控制Φ/f脉冲计入CPU内部计数器T2的闸门信号，从而使CPU能够得到与被测相位成正比的脉冲数。CPU将所测得各相与被测电压成正比的频率值、与被测相位差成正比的脉冲数和温度值等数据与从机发送来的相应数据进行数据处理，得出各项测量结果。

数模转换元件IC25含有两个D/A转换器：转换器A和转换器B，CPU经DIN端送来A相压降的比值差及相位差数据，数据是串行的，从DIN端输入、DOUT端输出，再依此送到IC28、IC30，数据在这里分别转换成与之对应的模拟电压信号，从VOUTA及VOUTB输出，两个D/A转换器参考电压来自IC1：A的输出；类似的IC28、IC30分别担负B相、C相压降的数模转换。

在ΔU合成电路中，IC25 VOUTA端输出的A相比值差模拟电压经IC26：A放大、IC26：C进行相位校正再经电阻R46送至IC27：A，而IC25 VOUTB端输出的A相相位差模拟电压经IC26：B放大、IC26：D移相再经电阻R47也送至IC27：A，两个模拟电压在此合成一个与压降有效值相同而方向相反的补偿电压，通过隔离变压器T3输出送往功放电路。类似的由IC27：B、IC27：C、IC27：D、IC29：C、IC29：A、T4等元件组成的B相ΔU合成电路、IC29：B、IC31：C、IC31：D、IC31：B、IC31：A、T5等元件组成的C相ΔU合成电路，完成B相、C相的电压合成。

功放和输出控制：

电路的原理见图8，主机的A相ΔU合成电压经电阻R134、J2-1的常开接点至功率放大元件IC58进行功率放大后通过T13输出，再经过J1-1的常开接点送到电能表上，实现PT二次压降的补偿。为了防止在装置或PT二次线路发生故障时，装置输出错误的补偿电压，IC59：A、D26等元件将输入的电压放大整流后，送D27、IC59：B等元件组成的电压比较电路鉴别其是否在允许的范围内，如果超出范围，比较电路输出低电平使O3、O4中的三极管以及N1、N3截止J1、J2释放，通过J1-1使装置脱离电能表并恢复电能表接至原来的线路端子，同时J2-1使IC58输入为零，不再工作，N2则在此时驱动蜂鸣器Q1发出警报信号。同样在功放的电源失压时，J1、J2也将因无压释放，达到相同的目的。

由于装置采用差值补偿，各项补偿输出必须隔离，因此功放部分的工作电源由次级相互独立绕组的电源变压器T14及整流桥B2、B3、B4等元件组成。

类似的B相通过IC60、IC61：A、IC61：B、O3、T15等元件组成B相功放和输出控制电路；C相通过IC62、IC63：A、IC63：B、O4、T16等元件组成C相功放和输出控制电路。

载波信号收发机

电路的原理见图7，由两个部分组成，一部分专管发射、另一部分专管接收。主机的数据信号通过D10、R93、01、T6经IC32的IN口输入、CARI/O口输出，再经T6发射到PT二次线路上；主机一侧的相位信号从D11输入，经与数据信号相同的路径发往从机。由从机发送来的信号通过装置的XLC及XLB端子输入，经IC33、O2输出到主机CPU的RXD口接收数据信号、从机一侧的相位信号则通过同样路径送IC10：D的输入端。在主机和从机中载波通信电路是相同的，只是主机的发射部分是从装置的XLA及XLB输出，接收部分从XLC及XLB输入；而从机则相反，发射部分是从装置的XLC及XLB输出，接收部分从XLA及XLB输入。

从机电路分析：

参见图5、图6、图7，与主机的电路相比，除少了ΔU合成电路、功放及输出控制电路及显示电路外，其余基本相同：

PT二次线路PT出口端三相电压从JC端输入进行测量，A相电压从JCA端和N端加入，经电感器L11、L12、电压互感器T9将输入电压按比例降低为额定值7.5V，此信号分为两路，一路进行电压测量：经电阻R104、R105、电容C55、相间切换电路IC36送由模拟开关元件IC38、基准电压VER2等元件组成的自动校准电路进行校准处理，然后送RMS/VDC变换器IC39进行电压检测，检测出的电压再经过V/f变换元件IC40变换成频率信号，送单片机系统。

另一路进行相位检测：T9输出的电压经IC41、R115至IC42：A、IC42：B作过零检测，再经R116、R117、R118、R119、R120、C64、C65、D14、D15、D16等元件组成的微分电路及IC43：A形成过零脉冲作为JC端的相位检测信号，JC端的相位检测信号分为三路：一路经IC43：A在单片机系统的控制下再经缓冲器IC47的2A4输入2Y4输出至从机的载波收发机，送往主机作相位差检测的信号；第二路经由IC43：B至计数器IC46产生偏置相移，再经IC43：C至JK触发器IC45：A的CD端使之置0；来自主机的相应过零脉冲作为PT二次回路BJ端电压的相位检测信号，通过载波收发机传送过来，经C66、R121、IC43：D、IC43：E等元件组成的脉冲展宽电路，使之成为一个低电平方波信号作为JK触发器IC45：A的置1信号；在主机的BJ端和从机JC端的相位检测信号作用下，JK触发器IC45：A的Q端输出一与之相位差对应的高电平信号FI送单片机系统作为相位差标准脉冲计数器的闸门信号送至IC48：B的输入端；第三路IC43：A输出的过零脉冲经IC50、IC51等元件组成的锁相倍频电路(即Φ/f变换电路)，变换成脉冲当量为1角度的相位差标准脉冲，送单片机系统与相位差信号FI配合，测量PT二次压降的相位差。这个测量结果将通过载波收发机送给主机，与主机所测得的结果取平均值以消除通信通道对相位测量的影响。

B相和C相的电压及相位测量与A相类似，分别从JCB、JCC及N端子输入，再经T10、T11、IC1：B、IC2：A等元件组成的电压变换电路至相间切换电路IC38、IC41，在单片机系统的控制下按A、B、C相的次序逐相切换进行测量。

IC52是单片机系统的核心元件CPU，其数据接口为P00-P07，与接口芯片IC53连接用以传送各种数据和指令；CPU的P20口用以控制选择对IC53的I/O口或内部RAM进行读写操作；P27口用以对IC53作片选控制；RXD、TXD口作为与载波通信收发机通信的接口；ALE/P口与IC53的ALE口连接用作对IC53的地址锁存：P10/T口为CPU内部计数器T2的输入接口，用以接收与非门IC48：B送来的相位差标准脉冲；P11/T口用以检测IC53内部计数器输出的相位差测量周期；CPU通过P12口对微机监测元件IC55的内部定时器发送复位脉冲：P13口接于IC56：A用以控制向主机发送JC端的相位检测信号；P14口通过与温度检测元件的DQ端连接，进行温度测量的各项操作；INT1端口连接到载波通信收发机的输出端，以在接收到主机发送来的相位测量信号时，产生中断，使CPU进入相位差测量的中断服务程序：INT0口和T1口分别接至IC4：B、IC44：C、IC44：D组合成的与或非门电路的5、10端，作为V/f变换和Φ/f变换电路的闸门计数脉冲控制信号；T0口接受V/f变换器从IC48：A输出的电压测量信号；RESET端口为单片机系统的复位端，在来自IC55复位信号的触发下，使单片机系统复位。

接口元件IC53的AD0-AD7与CPU的数据口连接，作数据通信交换；PA0-PA2口用于控制自动校准电路中IC38的IN1-IN3端，进行自动校准操作；PA3-PA5口与电压切换元件IC36、IC41的IN1-IN3端连接，控制对A、B、C各相的测量；PB0-PB3口通过缓冲元件IC47的1A1端口，驱动发光二极管LT4指示装置的通信状态，RESET端与CPU的RESET端连接作复位用。

LC55是微机监控元件，它接收来自CPU的定时监控信号及S3的手动闭合信号，当监控信号不正常或出现S3的闭合信号时IC55发出复位信号，使CPU复位。

IC44：B、IC44：C、IC44：D组合成的与或非门电路中IC44：B将IC48：C和IC49：A等元件产生的时标脉冲，在CPU的控制下经IC44：B、IC44：D送IC53的TMR IN口进行计数产生一个测量V/f变换频率的时标信号TMROUT口输出，经IC43：F至IC48：A，作为控制V/f脉冲计入CPU内部计数器T0的闸门信号，使CPU能够得到与被测电压成正比的频率值；而被测电压的过零信号则在CPU的控制下经IC44：C、IC44：D送IC53的TMR IN口进行计数，产生一个测量Φ/f频率的测量周期信号，经IC43：F至IC48：B，作为控制Φ/f脉冲进入CPU内部计数器T2的闸门信号，从而使CPU能够得到与被测相位差成正比的脉冲数。根据主机的指令，CPU将所测得各相与被测电压成正比的频率值、与被测相位差成正比的脉冲数和温度值等数据经载波收发机送往主机进行数据处理。

集成电路及有关元件型号：

IC1(LF353)            IC2(LF353)

IC4(MAX313E)          IC5(MAX313E)     IC6(AD536AK)

IC7(8106L)            IC8(MAX313E)     IC9(LM293)

IC10(74HC14)          IC11(74HC76)     IC12(74HC00)

IC13(4040)            IC14(4046)       IC15(4040)

IC16(74HC00)          IC17(74HC10)     IC18(74HC14)

IC19(74HC00)          IC20(74HC00)     IC21(MAX813)IC22(89C52)        IC23(8155)        IC24(DS1820)IC25(MAX532)       IC26(MAX479)      IC27(MAX479)IC28(MAX532)       IC29(MAX479)      IC30(MAX532)IC31(MAX479)       IC32(AT9301)      IC33(AT9301)IC34(MSPS1813)     IC35(LF353)       IC36(MAX313)IC37(LF353)        IC38(MAX313)      IC39(AD536A)IC40(8106L)        IC41(MAX313)      IC42(LM293)IC43(74HC14)       IC44(74HC00)      IC45(74HC76)IC46(4040)         IC47(74HC24)      IC48(74HC10)IC49(74HC14)       IC50(4046)        IC51(4040)IC52(89C52)        IC53(81C55)       IC54(DS1820)IC55(MAX813)       IC56(74HC00)      IC58(LM1875)IC59(LM324)        IC60(LM1875)      IC61(LM324)IC62(LM1875)       IC63(LM324)01(4N25)           02(4N25) 03(4N25)   04(4N25)VRE1(LM299)        VRE2(LM299)      IC64(8W12S5D12D)IC65(8W12S5D12D)

Claims (3)

1、一种电压互感器二次线路压降自动跟踪监测补偿装置，其特征在于由主机和从机两部分组成，主机和从机分别安装于所要补偿的电压互感器PT二次线路两端，其中从机安装于PT二次线路的PT端子箱侧，从机的三相“JC”端与PT二次绕组的输出端子相连接，主机安装于PT二次线路的电能表侧，主机的“XL”端子与PT二次线路末端原来接电能表的表计端子排连接，主机的“BJ”端子与电能表的端子连接，主机包括电压变换电路、电压切换电路、自动校准电路、电压检测电路、V/f变换电路、相位检测电路、Φ/f变换电路、D/A变换电路、ΔU合成电路、单片机系统、显示电路、温度检测电路、载波信号收发机、功放电路、输出控制电路及工作电源，电压变换电路通过“BJ”端子对电能表的三相输入端电压Ubj取样，经过电压变换后按一定比例输出到电压切换电路，在单片机系统的控制下，依次取其中的某一相分两路输送：一路送自动校准电路作电压检测的前期处理，以提高测量精度，另一路送相位检测电路，经自动校准处理的电压信号送电压检测电路检测后，送V/f变换电路将电压信号转换成频率信号，再送单片机系统进行数据处理，相位检测电路用于检测PT二次线路压降的相位差，因此，其输入的信号是来自主机和从机两个方面的相位信号，主机的相位信号由电压切换电路送来，从机的相位信号经从机的载波信号收发机发送、主机的载波信号收发机接收过来，经相位检测的差值送Φ/f变换电路变换成频率信号，送单片机系统进行数据处理，单片机系统控制各电路按程序动作，并计算和处理主机和从机的各项测试数据及装置之间信号流向，显示电路显示由单片机系统处理后送来的各项测量结果，温度检测电路将主机温度测出后送单片机系统进行数据处理，以消除环境温度变化对测量结果的影响，压降补偿部分由D/A变换电路、ΔU合成电路、功放电路、输出控制电路组成，D/A变换电路以电压变换电路的输出值为参考电压，将单片机系统送来压降误差的比值差和相位差数据转换成相应模拟电压f和δ后，送ΔU合成电路将f和δ合成一个与PT二次线路压降幅值相等相位相反的补偿电压ΔU输出到PT二次线路的电表端子排与电能表之间，从而消除PT二次线路压降，输出控制电路判断ΔU值和工作电源是否正常，当出现异常时，使补偿器退出，并将装置的“XL”端与“BJ”端短接，恢复线路原状，以保计量不受装置异常影响，载波信号收发机一方面将主机的测量控制指令、相位信号发送到从机的载波信号收发机，另一方面接收从机的载波信号收发机发送的从机所测PT端电压、相位、温度数据送单片机系统、相位信号送相位检测电路；

从机包括电压变换电路、电压切换电路、自动校准电路、电压检测电路、V/f变换电路、相位检测电路、Φ/f变换电路、单片机系统、温度检测电路、载波信号收发机、工作电源，电压变换电路通过JC端子对PT输出端三相电压Upt取样，经过电压变换后按一定比例输出到电压切换电路，在单片机系统的控制下，依次取其中的某一相分两路：一路送自动校准电路作电压检测的前期处理，以提高测量精度，另一路送相位检测，经自动校准处理的电压信号送电压检测电路检测后，送V/f变换电路将电压信号转换成频率信号，再送单片机系统进行数据处理，相位检测电路用于检测PT二次线路压降的相位差，其输入的信号来自主机和从机两个方面的相位信号，从机的相位信号由电压切换电路送来，主机的相位信号经主机的载波信号收发机发送、从机的载波信号收发机接收过来，经相位检测的差值送Φ/f变换电路变换成频率信号，送单片机系统进行数据处理，从机所测量的PT二次压降相位差结果通过载波信号收发机送给主机，与主机所测得的结果取平均值以消除通信通道对相位测量的影响，单片机系统控制各电路按程序运作，并计算和处理主机和从机的各项测试数据及装置之间的信号流向，温度检测电路将从机温度测出后送单片机系统进行数据处理，清除环境温度变化对测量结果的影响，载波信号收发机一方面将从机的测量控制信号、相位信号、温度测量数据发送到主机的载波信号收发机，另一方面接收主机的载波信号收发机发送的主机控制指令送单片机系统，相位信号送相位检测电路。

2、根据权利要求1所述的电压互感器二次线路压降自动跟踪监测补偿装置，其特征在于主机的单片机系统与装置各电路之间信号连接流向为：

接收：

1)、V/f变换电路、Φ/f变换电路送来的频率信号；

2)、温度检测电路送来的温度检测数据；

3)、载波信号收发机接收的从机所测PT端电压、相位、温度等数据和信号；

发送：

1)、电压变换电路的控制信号；

2)、电压切换电路的控制信号；

3)、自动校准电路的控制信号；

4)、电压检测电路的控制信号；

5)、相位检测电路的控制信号；

6)、V/f变换电路、Φ/f变换电路送来的控制信号；

7)、显示电路的测量结果数据和控制信号；

8)、D/A变换电路的压降数据和控制信号；

9)、载波信号收发机发往从机的数据和控制信号；

从机的单片机系统与装置各电路之间信号连接流向为：

接收：

1)、V/f变换电路、Φ/f变换电路送来的频率信号；

2)、温度检测电路送来的温度检测数据；

3)、载波信号收发机接收的主机所测BJ端相位数据和控制信号；

发送：

1)、电压变换电路的控制信号；

2)、电压切换电路的控制信号；

3)、自动校准电路的控制信号；

4)、电压检测电路的控制信号；

5)、相位检测电路的控制信号；

6)、V/f变换电路、Φ/f变换电路送来的控制信号；

7)、载波信号收发机发往主机的数据和控制信号。

3、根据权利要求1所述的电压互感器二次线路压降自动跟踪监测补偿装置，其特征在于：

主机电路组成为：由电压互感器B0、B1、B2和运算放大器IC1：AIC1：BIC2：A元件组成的电压变换电路；由模拟开关IC4、IC8组成电压切换电路；由模拟开关IC5、其准电压VRE1元件组成自动校准电路；由RMS/VDC变换器IC6元件组成电压检测电路；由电压频率变换器模块IC7元件组成V/f变换电路；由比较器IC9：A、IC9：B、施密特整形器IC10：A、IC10：B、IC10：C、IC10：D、IC10：E、JK触发器IC11：A、与非门IC12：A、分频计数器IC13元件组成Φ/f变换电路；由数模变换器IC25、IC28、IC30元件组成D/A变换电路，每个元件内有两个D/A变换器；由运算放大器IC26、IC27、IC29、IC31和变压器T3、T4、T5元件组成ΔU合成电路；由微机监控电路IC21、单片计算机IC22、接口电路IC23、与非门IC17：A、IC17：B、IC17：C、IC19：A、IC19：B、IC19：C、IC19：D、施密特整形器IC10：F、IC18：A、负载缓冲器IC16元件组成单片计算机系统；由液晶显示器LCD、与非门IC20：A、IC20：B元件组成显示电路；由温度检测器IC24元件组成温度检测电路，由载波通信元件IC32、IC33、光电耦合器O1、O2、中频变压器T6、T7、直流稳压电源IC34元件组成载波通信电路，由功率放大器IC58、IC60、IC62、输出变压器T13、T15、T16及电源变压器T14元件组成功放电路；由运算放大器IC59：A、IC59：B、IC61：A、IC61：B、IC63：A、IC63：B、光电偶合器O3、O4、继电器J1、J2元件组成输出控制电路；

从机电路组成：

由电压互感器B9、B10、B11和运算放大器IC35：A、IC35：BIC37：A元件组成电压变换电路；由模拟开关IC36、IC41组成电压切换电路；由模拟开关IC38、基准电压VRE2元件组成自动校准电路；由RMS/VDC变换器IC39元件组成电压检测电路；由电压/频率变换器模块IC40元件组成V/f变换电路；由比较器IC42：A、IC42：B、施密特整形器IC43：A、IC43：B、IC43：D、IC43：E、JK触发器IC45：A、与非门IC56：A、分频计数器IC46元件组成相位检测电路；由锁相环IC50、分频计数器IC51元件组成Φ/f变换电路；由单片计算机IC52、接口电路IC53、微机监控电路IC55、与非门IC48：A、IC48：B、IC44：B、IC44：C、IC44：D、施密特整形器IC43：F、IC49：A、负载缓冲器IC47元件组成单片计算机系统；由温度检测器IC54元件组成温度检测电路；另一套与主机相同的载波通信电路，也相应由载波通信元件、光电偶合器、及电源变压器、直流稳压电源元件组成的。

Images