CN2580450Y - 电力参数综合测试仪 - Google Patents

Abstract

电力参数综合测试仪，其特征是：它包括传感器、数据采集电路和数据处理电路，所述的数据采集电路对传感器采集到的信号前置放大、A/D转换，模拟信号转为数字信号，所述的数据处理电路对数据采集板采到的各类讯号进行计算、处理。本实用新型能连续自动记录负荷电流、电压、功率因数，能自动给出最大值、最小值，给出累计有功、无功电量，该仪器携带方便，可以不断电装卡仪器，备有灵巧电流传感器。且具有携带方便、操作简宜、性能稳定、可靠、价格低廉的特点。

Description

电力参数综合测试仪

技术领域

本实用新型属于电力测试仪表，特别是涉及一种电力参数综合测试仪。

背景技术

电力配电网络的运行参数测试是保障供电系统，安全、经济、合理运行的重要基础工作。对运行中的配电网络进行不间断测试，是获知供电系统整体工作状态的必要手段，也是供电系统实际工作中的普遍要求。现实的普遍情况是，中小型变压器缺少必要的监控及测试手段。较多采用的方法是：用人工手持钳型表，按一小时一次的间隔，连续监测24小时，给出一个不连贯的负荷曲线，估测该变压器的一般工作情况，对于变压器的其他运行参数，如功率因数、有功、电量、最大值、最小值等，基本没有办法测量。而且人工方法不仅劳动强度大，准确性差，由于管理责任心等因素，夜间很少有人去现场检测。所以变压器难以作到安全合理运行，负荷率低，三相失衡，丢窃电等现象较为普遍。因此，电力参数测试仪的推广使用是供电系统的切实需要。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是：提供电力参数综合测试仪，它具有携带方便、操作简宜且性能稳定、可靠、价格低廉的特点。

本实用新型的技术解决方案是：电力参数综合测试仪，其特征是：它包括传感器、数据采集电路和数据处理电路，所述的数据采集电路对传感器采集到的信号前置放大、A/D转换，模拟信号转为数字信号，所述的数据处理电路对数据采集板采到的各类讯号进行计算、处理。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：该电力参数综合测试仪能连续记录负荷电流、电压、功率因数，能自动给出最大值、最小值，给出累计有功、无功电量，除了开机和关机操作，无须人员到现场；该仪器携带方便，操作简便，可以不断电装卡仪器，备有灵巧电流传感器；可在各种环境中使用，且性能稳定、可靠。

该仪器可以在配电网络的任一节点进行测试，进行常规参数的综合测量，对供电能力，负荷情况，损耗大小，丢窃电等情况进行查定。

可以在变压器的二次端，也可以在用户任一进户支路的前端进若干时间的监测。时间可以是几小时或几十天。

测量范围能满足630KVA以下容量的变压器及其配电网络使用。

电流传感器能满足80mm以下宽度母线排的使用，能在变压器附近等较强干扰环境下正常工作。

能滤除网络中各种杂波噪声干扰。尖峰脉冲和浪涌电流的干扰。

设有综合显示屏，具有良好的人机界面和可操作性，可直读测试数据。

存贮空间足够大，可随时查询、打印前期的若干次测量数据，并且前期数据能至少保存一年以上。

对电流、电压、功率数据进行最大、最小值比较分析并记录对应时间。

附图说明

图1为本实用新型电力参数综合测试仪原理框图；

图2为本实用新型数据采集板原理图；

图3为本实用新型数据处理原理图。

具体实施方案

下面结合附图详细描述本实用新型的实施例。

从电流传感器(见图1)采到的电流信号经过放大和从电压线输入的电压信号，经过分压进入A/D转换器，将模拟信号转为数字信号后，再进入数据采集处理器。对信号数据驻点比较，选择门限电压，自动分档，确定各相相位和电流、电压各项峰值，筛除噪声后进CPU进行计算处理，CPU根据程序存储器指令，对采到的信号进行分类处理和综合计算，得出电流、电压值、电流/时间曲线，功率因数等参数量，存入数据存储器。并随着时间计算累计电量，且比较出电流、电压的三个最大值、最小值和标出对应时间。

其余各部分的作用是：

键盘--用于操作员对仪器发出指令，如显示数值、打印数据、校正时间、选择和编制变压器台号等。

显示器--属于人机界面，用来显示仪器工作状态和测到的各项数据。

备用电池--用于非工作时保持存储器内数据不丢失和时钟正常走时。

数据采集板原理(如图2所示)，由于传感器采到的信号很弱，信号在处理之前需进行前置放大、AD转换、信号采集处理，为此专门设计采集板，主芯片采用型号为90S8535，该芯片是由CPU、内存FLASH、快速低耗10位AD组成的新型集成电路。电流信号经过整理放大，选择门限，三级分档转入CPU处理。电压经过整理、降压、分压，经过保护电路也转入CPU。该部分电路是将较弱的电流信号和特别强的电压信号都转成适合计算机分辨的可用电信号。

数据处理原理(如图3所示)，计算、管理电路的核心CPU采用80C592，外挂813F1程序区。与数据存贮器HK1255时钟芯片DS12887，以及其他外设辅助电路共同构成数据处理板，对数据采集板采到的各类讯号进行计算、处理。通过主程序和各子程序来完成多驻点比较检测，筛除杂波干扰。完成测量、分析、计算、存储、显示等各项功能和电流、电压、负荷曲线，功率因数，极限值和有功、无功电能的各参数检测。中心处理部分电路采用芯片较少，处理数据的速度快。

软件部分有：监测主程序、采集子程序、数据处理计算存贮程序、显示子程序、停电处理子程序。软件设有Watchdog，对由于程序跑飞或陷入死循环时，将程序拉回，按工作程序标志；重新进入监测工作。同时对噪声信号进行滤波处理，对电路中各种干扰脉冲形成的非正弦杂波进行抑制，提高信噪比。因为电子检测的特点；目前较多采用驻点比较检测模式。如果每轮次检测的信号中恰好有一个是尖峰脉冲，将极大地影响信号的准确性。为此软件用比较平均法来处理这一问题，即利用电子器件速度快的优点，对一个信号取样过程连续多次进行，一般每组采样6次，一次对正弦波的一个正半周采样，每半周取样128个点，进行比较计算。取出的数据，作为一次采样数据，一组数据采完后，再进行比较计算，在6个数据中，去掉一个最大值，一个最小值，保留和求取其余中间4次的平均值，一共采样18组，再平均其中16组，这样，每次采集数据已趋近理想信号值。对电流、电压、相位均采用此种方法处理，取得了较为满意的结果。

工作温度

为使该仪器能适应低温环境下使用，首先，在电路设计尽量选用耐低温器件。比如cmos元件的对称平衡性，其较好的耐低温能力可达-25℃，液晶综合显示屏选用低温型，可耐温-15℃，由于工作时各器件均发热，因此启动时只要机内温度不低于-10℃，启动后仪器就可以在环境温度-25℃下工作。如果环境温度低于-25℃时，另附加热保温棉套来解决，这是电子仪表在冬季使用的唯一方法，现场试验多次证明此方法是可行的。即进入现场前，仪器要在室内+15℃以上环境存放，进入现场后快速装卡仪器，保证开机时仪器温度不低于-10℃。

计算机抗干扰问题

由于单片计算机使用5V电源，且时钟频率为6MHZ，再有AD集成电路电平“0″电平阈值较低，它的先天不足就是抗干扰能力差。电平IV左右，宽度零点几微秒的干扰脉冲，都可能造成计算机工作失常。况且变压器周围有很强的电磁干扰，引入的工作电源线上也存有较大干扰，计算机本身对这些干扰是无能为力的，为此须采用相应的措施消除，抑制这种干扰。对于强干扰或无法抑制的干扰使计算机失常时，也应有相应措施使得监测正常。主要措施有：a)工作电源采用固体化电源，完全可以消除工作电源上产生的干扰。b)主机采取屏蔽，基本可以解决电磁干扰。c)工作电源及引入的信号线采取相应的滤波措施，使得线间耦合串扰尽量得以抑制。

上述做法，在一定程度上抑制、削弱了干扰信号，然而并不是百分之百的解决了问题，为此在软件上采取了一些措施，加软件陷井，软件看门狗，硬件看门狗等技术措施，当强干扰出现使计算机工作失常时，保证能将计算机程序拉入正常轨道，进行正常的监测工作。

对信号采集处理的计算模式可以表述为：

电流在一个周期内被均匀采样N个点后，得到的离散域计算公式是： $I=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{n=N}{\mathrm{\Σ}}}{I}^2\left(n\right)},N=128---\left(1\right)$ 其中N是一周期的采样次数，I(n)表示第n次采样值交流电流计算公式： $I=\sqrt{\frac{1}{T}{\∫}_0^T{I}^2\left(t\right)\mathrm{dt}},T=\frac{1}{f}=\frac{1}{50}---\left(2\right)$ 其中T电流周期，I(t)表示t时刻电流值。电压在一周期内被均匀采样N点后，得到的离散域计算公式是： $U=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{n=N}{\mathrm{\Σ}}}{U}^2\left(n\right)},N=128---\left(3\right)$

其中N为一个周期内采样次数，U(n)为第几次采样的电压瞬时值。

交流电压的计算公式： $U=\sqrt{\frac{1}{T}{\∫}_0^T{U}^2\left(t\right)\mathrm{dt}},T=\frac{1}{f}=\frac{1}{50}---\left(4\right)$

其中T为交流电压周期，U(t)为t时刻电压值。

功率因数λ＝COS(φu-φi)     (5)

       φu＝电压相位角

       φi＝电流相位角

有功功率、无功功率的计算公式：

    P＝U·I cos(φu-φi)     (6)

    Q＝U·I sin(φu-φi)     (7)

根据功率式定义，计算有功功率公式： $P=\frac{1}{T}{\∫}_0^{T}I\left(t\right)U\left(t\right)\mathrm{dt},T=\frac{1}{f}=\frac{1}{50}---\left(8\right)$ $P=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{n=N}{\mathrm{\Σ}}}I\left(n\right)U\left(n\right),N=164---\left(9\right)$

其中I(n)U(n)为第n次采样的电流、电压瞬时值。有功电量和无功电量可由每次测量的功率进行累加得到。

Claims (3)

1、电力参数综合测试仪，其特征是：它包括传感器、数据采集电路和数据处理电路，所述的数据采集电路对传感器采集到的信号前置放大、A/D转换，模拟信号转为数字信号，所述的数据处理电路对数据采集板采到的各类讯号进行计算、处理。

2、根据权利要求1所述的电力参数综合测试仪，其特征是：所述的传感器为钳型传感器，所述的数据处理电路包括外挂程序区、数据存贮器和时钟芯片，其核心CPU采用80C592，所述的数据采集电路主芯片采用90S8535。

3、根据权利要求2所述的电力参数综合测试仪，其特征是：所述的外挂程序区采用PSD813F1，所述的数据存贮器采用HK1255，所述的时钟芯片采用DS12887。

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