計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測方法及裝置的製作方法
2023-05-30 17:34:36
專利名稱：計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於電能計量中的計量電流互感器故障或防竊電檢測，特別是涉及一種計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測方法及裝置。
背景技術：
現有技術中，計量電流互感器的故障和防竊電檢測，通常是針對計量電流互感器的二次線圈絕緣性能降低、匝間短路、輸入輸出端子接觸不良、變流比、二次輸出迴路人為開路和短路等故障進行檢測。其檢測方法通常是在計量電流互感器的安裝現場，通過人工目測，對計量電流互感器的外觀、外部接線端子以及電能計量裝置中的電度表進行不定期檢查。其檢測結果通常由以下幾種方式來判定1)根據計量電流互感器的外觀變化、外部接線端子的連接情況以及電能計量裝置中的電度表是否非正常計量來確定計量電流互感器是否存在輸入輸出端子接觸不良、二次輸出迴路開路和短路等少量表徵故障；2)採用普通電壓表和電流表，監測用電系統的電壓和電流，根據用電系統電壓的有無以及系統電流的變化量及變化趨勢來估計計量電流互感器是否存在故障；3)在電網電源的輸入端加裝前級專用檢測電流互感器，根據專用檢測電流互感器與計量電流互感器二次輸出電流值的數量差、功率值的數量差、電度數的數量差來判斷計量電流互感器是否存在故障或竊電。以上幾種檢測方式在運用中存在實時性、準確性、可靠性差等缺陷，在線檢測能力受到極大的限制和影響，竊電檢測與判斷結果真實性差，不能滿足計量電流互感器故障或防竊電準確、可靠、實時在線檢測的使用要求。
發明內容
本發明的目的是提供一種計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測方法及裝置，該檢測方法及裝置能有效解決現有電能計量中計量電流互感器故障或防竊電檢測準確性低、實時性和可靠性差、操作不方便、不能實時在線檢測記錄等關鍵問題。
計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測方法及裝置，它由高頻激勵模塊1、信號耦合模塊2、信號採樣模塊3、信號處理模塊4、判斷模塊5、狀態輸出模塊6、電源模塊7、時鐘模塊8、狀態記錄模塊9、狀態顯示模塊10、網絡通信模塊11、等模塊組成。其中高頻激勵模塊1用於產生高頻激勵信號，並向信號耦合模塊2提供高頻激勵信號，同時向信號處理模塊4提供基準信號。信號耦合模塊2與高頻激勵模塊1、信號採樣模塊3相連，信號耦合模塊2用於隔離計量電流互感器的強電迴路和高頻激勵模塊1的弱電迴路以及信號採樣模塊3的弱電迴路；信號耦合模塊2將高頻激勵模塊1的高頻激勵信號耦合輸出給計量電流互感器的強電迴路，並將計量電流互感器強電迴路的高頻反饋信號耦合給信號採樣模塊3。信號採樣模塊3用於對信號耦合模塊2提供的計量電流互感器強電迴路的高頻反饋信號進行實時在線信號採樣、放大、濾波、整形等處理後向信號處理模塊4提供反饋信號。信號處理模塊4與高頻激勵模塊1、信號採樣模塊3相連，將高頻激勵模塊1提供的基準信號進行模數轉換等處理，並將信號採樣模塊3提供的反饋信號進行模數轉換、數字濾波、傅立葉轉換等處理後，將處理後的基準信號和反饋信號送至判斷模塊5。判斷模塊5與信號處理模塊4相連，對信號處理模塊4輸出的信號進行分析判斷，當計量電流互感器出現故障時，自動對故障類型及相別進行分類判斷，並將判斷結果送至狀態輸出模塊6。狀態輸出模塊6與判斷模塊5相連，當計量電流互感器發生故障時，狀態輸出模塊6按照標準數據格式，輸出計量電流互感器故障或防竊電類型及發生相別。
電源模塊7為計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測裝置提供工作電源，工作電源的相關部件中包含有電源變換器、穩壓器及後備蓄電池組，當計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測裝置外部供電電源失電時，電源模塊7啟動後備蓄電池組檢測計量電流互感器的各類故障。
狀態記錄模塊9與判斷模塊5、時鐘模塊8相連，時鐘模塊8用於提供當前時間。當計量電流互感器發生故障時，記錄故障的起止時間、故障類型、發生相別。狀態顯示模塊10，它由漢字庫和漢字液晶顯示器兩部分組成。狀態顯示模塊10與狀態記錄模塊9相連，當故障發生或需查閱相關故障時，可以漢字和數字兩種方式顯示相關故障。網絡通信模塊11與狀態記錄模塊9相連，通過網絡通信模塊11，按照相關標準規定的通信協議，在計量電流互感器發生故障時，及時向局內監控中心計算機發送故障信息，對計量電流互感器故障或防竊電進行實時、快速報警，同時可提供狀態記錄模塊9中的各種數據記錄信息。
附圖1為本發明的模塊結構框圖。
附圖2為本發明的另一模塊結構框圖。
附圖3為高頻激勵模塊電路圖。
附圖4為信號耦合模塊電路圖。
附圖5為信號採樣模塊電路圖。
附圖6為信號處理模塊電路圖。
附圖7為判斷模塊電路圖。
附圖8為狀態輸出模塊電路圖。
附圖9為電源模塊電路圖。
附圖10為時鐘模塊電路圖。
附圖11為狀態記錄模塊電路圖。
附圖12為狀態顯示模塊電路圖。
附圖13為網絡通信模塊電路圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明提供的計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測方法及裝置作進一步描述本方案提供的在線檢測裝置，它由高頻激勵模塊電路、信號耦合模塊電路、信號採樣模塊電路、信號處理模塊電路、判斷模塊電路、狀態輸出模塊電路、電源模塊電路、時鐘模塊電路、狀態記錄模塊電路、狀態顯示模塊電路、網絡通信模塊電路組成；其中高頻激勵模塊1的電路包括由集成運算放大器U15(LM324)、電阻R54～R57(1K)、R58～R59(10K)、電容C51～C54(4700p)、C55～C57(0.01uF)構成正弦波發生器；高頻激勵模塊1產生30kHz～60kHz的頻率和1V～3V的幅值高頻信號，高頻信號作為激勵信號輸給信號耦合模塊2，並同時將高頻信號作為基準信號輸給信號處理模塊4；信號耦合模塊2的電路包括耦合隔離線圈L1～L2(10T)、瞬變電壓吸收二極體SA1～SA2(SA5.0CA)、電阻R10(2.7K)；信號耦合模塊2隔離高頻激勵模塊1和計量電流互感器的強電迴路，並向計量電流互感器的強電迴路耦合輸出高頻激勵信號，信號耦合模塊2隔離信號採樣模塊3和計量電流互感器的強電迴路，並將計量電流互感器強電迴路的高頻反饋信號耦合給信號採樣模塊3，信號耦合模塊2通過隔離耦合消除計量電流互感器的強電流迴路對計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測裝置的影響和破壞；信號採樣模塊3的電路包括集成運算放大器U1(LM324)、電阻R11～R15(5.1K)、R16(15K)、電容C5(0.01uF)；信號採樣模塊3對信號耦合模塊2產生的強電迴路中的高頻反饋信號進行實時在線信號採樣、放大、濾波、整形處理，並將處理後的反饋信號輸給信號處理模塊4；信號處理模塊4的電路包括數字集成電路U4(TLC1543C)、微型處理器U5(P89C668)，信號處理模塊4對信號採樣模塊3提供的反饋信號進行模數轉換、數字濾波、傅立葉轉換處理並濾除反饋信號中的電網基波信號和諧波信號，反饋信號變換成不受電網電壓和負荷影響的相位數位訊號、幅值數位訊號輸給判斷模塊5在附圖7中，判斷模塊5的電路包括微型處理器U5(P89C668)；判斷模塊5對信號處理模塊4提供的基準相位數位訊號、基準幅值數位訊號、反饋相位數位訊號以及反饋幅值數位訊號進行計量電流互感器故障或防竊電分析判斷，其故障判斷原理為採用相位比較法、幅值比較法、自適應算法等，在複雜多變的反饋信號中，提取計量電流互感器故障或防竊電的各種特徵信號，並根據計量電流互感器故障或防竊電的特徵信號，分析判斷電能計量中計量電流互感器二次線圈絕緣性能是否降低、匝間是否短路、輸入輸出端子是否接觸不良、變流比是否變化、以及二次輸出迴路是否開路和短路等故障，並對故障分類識別後輸出給狀態輸出模塊6。
在附圖8中，狀態輸出模塊6的電路包括微型處理器U5(P89C668)、光電隔離器OP1～OP2(PS2501-1)、發光二極體LED、蜂鳴器(SPEAKER)、電阻R17～R18(1K)、R20(1K)、R21(10K)；狀態輸出模塊6用於輸出判斷模塊5提供的故障相別及故障類型信號。狀態輸出模塊6具有多種信號輸出方式，信號輸出至少可以是編碼輸出、數據總線輸出、I2C總線輸出、電平輸出等方式，狀態輸出模塊6還可對計量電流互感器故障或防竊電進行實時在線聲光報警。
在附圖9中，電源模塊7的電路包括電源變壓器T1、整流橋D8、電解電容C8～C9(2200uF)、電阻R30～R31(2.2K)、二極體D9～D14(1N4007)、後備蓄電池組BT2-1～BT2-1(6V)、集成穩壓電路U2(7805)、U3(7905)；電源模塊7為檢測裝置提供工作電源，當檢測裝置外部電源失電時，電源模塊7不間斷啟動後備蓄電池組為檢測裝置提供工作電源。
本發明的另一模塊結構框圖由附圖2給出，它在附圖1的基礎上增加了時鐘模塊8、狀態記錄模塊9、狀態顯示模塊10、網絡通信模塊11，用於本方案的另一實施目的。
在附圖10中，時鐘模塊8的電路包括時鐘電路U6(PCF8563F)、電池組BT1(3.6V)、電阻R26(10R)、電容C4(0.1uF)、C6～C7(22P)、二極體D3(1N4007)、晶體振蕩器XT1(32.768K)；時鐘模塊8為檢測裝置提供實時計時信號，時鐘模塊8具有時鐘校對功能。
在附圖11中，狀態記錄模塊9的電路包括數字存儲器U7(24LC256)；狀態記錄模塊9在判斷模塊5、時鐘模塊8的共同控制下，對計量電流互感器故障或防竊電的起始時間和結束時間、故障種類、故障發生相別進行準確記錄；狀態記錄模塊9的所有數據具有密碼和掉電保護功能，每條記錄數據內容中至少包含有故障起始時間和結束時間、故障種類、故障發生相別等數據。狀態記錄模塊9可記錄計量電流互感器的運行參數，如安裝時間、檢定周期、電流互感器設備編號、計量方式、變流比等基本數據，運行參數記錄同樣具有密碼和掉電保護功能。狀態記錄模塊9的數據記錄可輸出給狀態顯示模塊10和網絡通信模塊11。
在附圖12中，狀態顯示模塊10的電路包括微型處理器U5(P89C668)、漢字液晶顯示器LCD、數字集成電路U8(74HC04)、U9(74HC00)；狀態顯示模塊10受時鐘模塊8和狀態記錄模塊9的共同控制，顯示時鐘模塊8提供的當前動態時間數據，並顯示狀態記錄模塊9中的故障數據、運行參數等數據。
在附圖13中，網絡通信模塊11的電路包括微型處理器U5(P89C668)、集成電路U10(MAX1487)、電阻R19(1K)、R22～R25(10K)、R27～R28(680R)、R29(2K)光電隔離器OP3～OP5(PS2501-1)、二極體D4～D7(1N4007)；網絡通信模塊11的輸出接口包含有RS232接口及RS485接口，與用電管理部門監控中心計算機，即上位機進行聯網通信，其聯網通信方式可以是電力載波、電纜傳輸、光纜傳輸、遠紅外傳輸、無線傳輸等方式直接與上位機聯網，組成聯網通信網絡。聯網通信方式還可以通過其他通信系統，如用電負荷監控系統、自動抄表系統等間接地與上位機聯網，組成聯網通信網絡。
網絡通信模塊11將狀態記錄模塊9提供的故障記錄數據，通過聯網通信網絡，按照規定的通信協議，在計量電流互感器發生故障時，及時向局內監控中心計算機發送故障信息，對計量電流互感器故障或防竊電實現實時、快速報警，同時向上位機傳送狀態記錄模塊9中的各種數據記錄，並能接收上位機指令，修改狀態記錄模塊9中的設置參數，並對時鐘模塊8進行時鐘校對。
最佳實施例本發明提供的計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測方法及裝置，其微型處理器可產生30k-60k的方波信號，經外部整形電路整形後形成標準的正弦波信號，經激勵放大電路放大後，周期性的對計量二次迴路進行掃描分析，計量迴路在無外界掃描信號和有掃描信號時產生兩種不同的特徵信號，特徵信號通過運算和自適應處理算法的匹配，計算出計量二次迴路中的各類數據，準確判斷計量電流互感器是否二次線圈絕緣性能降低、匝間短路、輸入輸出端子接觸不良、變流比變化、以及二次輸出迴路是否開路和短路等各類故障或竊電信息，記錄並顯示故障或竊電的起止時間、故障類型、故障相別。並能通過通信網絡實時傳輸計量電流互感器的故障或竊電信息，為及時判定和處理電流互感器故障或竊電提供有效的檢測方法和檢測裝置。
本發明提供的計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測方法及裝置，與現有計量電流互感器檢測裝置相比，本方案提供的檢測裝置可在高低壓配電電網的各種運行方式下對計量電流互感器故障或防竊電實現實時在線檢測，本發明具有網絡通信功能，可實時快速地對電能計量裝置中各種故障進行報警。既可作為電能計量中其它相關計量器具的功能擴展模塊，也可單獨構成計量電流互感器的故障檢測裝置；可有效解決現有電能計量中的計量電流互感器故障或防竊電檢測中的準確性低、實時性和可靠性差、不能實現在線檢測等關鍵問題，可廣泛應用於電力系統電能計量和防竊電檢測記錄。
權利要求
1.一種計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測方法及裝置，它由高頻激勵模塊1、信號耦合模塊2、信號採樣模塊3、信號處理模塊4、判斷模塊5、狀態輸出模塊6、電源模塊7、時鐘模塊8、狀態記錄模塊9、狀態顯示模塊10、網絡通信模塊11、等模塊組成，其中高頻激勵模塊1用於產生高頻激勵信號，並向信號耦合模塊2提供高頻激勵信號，同時向信號處理模塊4提供基準信號；信號耦合模塊2與高頻激勵模塊1、信號採樣模塊3相連，信號耦合模塊2用於隔離計量電流互感器的強電迴路和高頻激勵模塊1的弱電迴路以及信號採樣模塊3的弱電迴路；信號耦合模塊2將高頻激勵模塊1的高頻激勵信號耦合輸出給計量電流互感器的強電迴路，並將計量電流互感器強電迴路的高頻反饋信號耦合給信號採樣模塊3；信號採樣模塊3用於對信號耦合模塊2提供的計量電流互感器強電迴路的高頻反饋信號進行實時在線信號採樣、放大、濾波、整形等處理後向信號處理模塊4提供反饋信號；信號處理模塊4與高頻激勵模塊1、信號採樣模塊3相連，將高頻激勵模塊1提供的基準信號進行模數轉換等處理，並將信號採樣模塊3提供的反饋信號進行模數轉換、數字濾波、傅立葉轉換等處理後，將處理後的基準信號和反饋信號送至判斷模塊5；判斷模塊5與信號處理模塊4相連，對信號處理模塊4輸出的信號進行分析判斷，當計量電流互感器出現故障時，自動對故障類型及相別進行分類判斷，並將判斷結果送至狀態輸出模塊6；狀態輸出模塊6與判斷模塊5相連，狀態輸出模塊6按照標準數據格式，輸出計量電流互感器故障或防竊電類型及發生相別。
2.根據權利要求1所述的計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測方法及裝置，其特徵在於所述的裝置由高頻激勵模塊電路、信號耦合模塊電路、信號採樣模塊電路、信號處理模塊電路、判斷模塊電路、狀態輸出模塊電路、電源模塊電路、時鐘模塊電路、狀態記錄模塊電路、狀態顯示模塊電路、網絡通信模塊電路組成；其中高頻激勵模塊1的電路包括由集成運算放大器U15(LM324)、電阻R54～R57(1K)、R58～R59(10K)、電容C51～C54(4700p)、C55～C57(0.01uF)構成正弦波發生器；高頻激勵模塊1產生30kHz～60kHz的頻率和1V～3V的幅值高頻信號，高頻信號作為激勵信號輸給信號耦合模塊2，並同時將高頻信號作為基準信號輸給信號處理模塊4；信號耦合模塊2的電路包括耦合隔離線圈L1～L2(10T)、瞬變電壓吸收二極體SA1～SA2(SA5.0CA)、電阻R10(2.7K)；信號耦合模塊2隔離高頻激勵模塊1和計量電流互感器的強電迴路，並向計量電流互感器的強電迴路耦合輸出高頻激勵信號，信號耦合模塊2隔離信號採樣模塊3和計量電流互感器的強電迴路，並將計量電流互感器強電迴路的高頻反饋信號耦合給信號採樣模塊3，信號耦合模塊2通過隔離耦合消除計量電流互感器的強電流迴路對計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測裝置的影響和破壞；信號採樣模塊3的電路包括集成運算放大器U1(LM324)、電阻R11～R15(5.1K)、R16(15K)、電容C5(0.01uF)；信號採樣模塊3對信號耦合模塊2產生的強電迴路中的高頻反饋信號進行實時在線信號採樣、放大、濾波、整形處理，並將處理後的反饋信號輸給信號處理模塊4；信號處理模塊4的電路包括數字集成電路U4(TLC1543C)、微型處理器U5(P89C668)，信號處理模塊4對信號採樣模塊3提供的反饋信號進行模數轉換、數字濾波、傅立葉轉換處理並濾除反饋信號中的電網基波信號和諧波信號，反饋信號變換成不受電網電壓和負荷影響的相位數位訊號、幅值數位訊號輸給判斷模塊5。
3.按照權利要求1所述的計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測方法及裝置，其特徵在於所述的判斷模塊5的電路包括微型處理器U5(P89C668)，判斷模塊5對信號處理模塊4提供的基準相位數位訊號、基準幅值數位訊號、反饋相位數位訊號、反饋幅值數位訊號對計量電流互感器故障或竊電類型進行分析判斷；其故障或竊電類型的檢測方法包括相位比較法、幅值比較法、自適應算法、間斷掃描法；微型處理器U5(P89C668)產生30k-60k的方波信號，經外部整形電路整形後形成標準的正弦波信號，經激勵放大電路放大後，周期性的對計量二次迴路進行掃描分析，計量迴路在無外界掃描信號和有掃描信號時產生兩種不同的特徵信號，特徵信號通過運算和自適應處理算法的匹配，計算出計量二次迴路中的各類數據，準確判斷計量電流互感器是否二次線圈絕緣性能降低、匝間短路、輸入輸出端子接觸不良、變流比變化、以及二次輸出迴路是否開路和短路等各類故障或竊電信息，記錄並顯示故障或竊電的起止時間、故障類型、故障相別。
4.照權利要求1所述的計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測方法及裝置，其特徵在於狀態輸出模塊6的電路包括微型處理器U5(P89C668)、光電隔離器OP1～OP2(PS2501-1)、發光二極體LED、蜂鳴器(SPEAKER)、電阻R17～R18(1K)、R20(1K)、R21(10K)；狀態輸出模塊6為輸出判斷模塊5提供故障相別及故障類型信號，狀態輸出模塊6包括編碼、數據總線、I2C總線、電平等輸出類型，狀態輸出模塊6對計量電流互感器故障或竊電實現實時在線聲光報警。
5.照權利要求1所述的計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測方法及裝置，其特徵在於所述的電源模塊7的電路包括電源變壓器T1、整流橋D8、電解電容C8～C9(2200uF)、電阻R30～R31(2.2K)、二極體D9～D14(1N4007)、後備蓄電池組BT2-1～BT2-1(6V)、集成穩壓電路U2(7805)、U3(7905)；電源模塊7為檢測裝置提供工作電源，當檢測裝置外部電源失電時，電源模塊7不間斷啟動後備蓄電池組為檢測裝置提供工作電源。
6.按照權利要求1所述的計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測方法及裝置，其特徵在於所述的時鐘模塊8的電路包括時鐘電路U6(PCF8563F)、電池組BT1(3.6V)、電阻R26(10R)、電容C4(0.1uF)、C6～C7(22P)、二極體D3(1N4007)、晶體振蕩器XT1(32.768K)；時鐘模塊8為檢測裝置提供實時計時信號。
7.按照權利要求1所述的計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測方法及裝置，其特徵在於所述的狀態記錄模塊9的電路包括數字存儲器U7(24LC256)，狀態記錄模塊9在判斷模塊5、時鐘模塊8的共同控制下，對故障或竊電的起始時間、結束時間、種類、相別進行記錄；並將記錄模塊9的數據輸給狀態顯示模塊10和網絡通信模塊11。
8.按照權利要求1所述的計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測方法及裝置，其特徵在於所述的狀態顯示模塊10的電路包括微型處理器U5(P89C668)、漢字液晶顯示器LCD、數字集成電路U8(74HC04)、U9(74HC00)，狀態顯示模塊10受時鐘模塊8、狀態記錄模塊9的共同控制，並顯示動態時間數據、故障數據和運行參數。
9.按照權利要求1所述的計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測方法及裝置，其特徵在於所述的網絡通信模塊11的電路包括微型處理器U5(P89C668)、集成電路U10(MAX1487)、電阻R19(1K)、R22～R25(10K)、R27～R28(680R)、R29(2K)光電隔離器OP3～OP5(PS2501-1)、二極體D4～D7(1N4007)，網絡通信模塊11的輸出接口包含RS232、RS485接口，其聯網方式包括電力載波、電纜傳輸、光纜傳輸、遠紅外傳輸、無線傳輸等方式。
全文摘要
本發明涉及一種電能計量裝置中計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測方法及裝置。它由高頻激勵模塊1、信號耦合模塊2、信號採樣模塊3、信號處理模塊4、判斷模塊5、狀態輸出模塊6、電源模塊7、時鐘模塊8、狀態記錄模塊9、狀態顯示模塊10、網絡通信模塊11等組成。本發明提供的計量電流互感器故障或防竊電實時在線檢測方法及裝置，與現有計量電流互感器檢測裝置相比，可有效解決現有電能計量中的計量電流互感器故障或防竊電檢測中的準確性低、實時性和可靠性差、不能實現在線檢測等關鍵問題，可廣泛應用於電力系統電能計量和防竊電檢測記錄。
文檔編號G01R31/02GK1632606SQ20041008189
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月29日 優先權日2004年12月29日
發明者劉勇發, 王正坤, 劉曉勇, 楊湖光 申請人:重慶龍源科技產業發展有限公司