傳感器式高壓電能計量方法

2024-02-25 00:07:15 1

專利名稱：傳感器式高壓電能計量方法
技術領域：
本發明涉及一種利用傳感器進行標準電流、電壓轉換的微信號傳感器式高壓電能計 量方法，屬於電力測量領域。
技術背景高壓電能計量裝置，是應用在供、用、發電過程的計量器具，涉及供、用電雙方的 經濟利益，它的公平、公正十分重要，它應用面大量廣，是不可缺少的電能計量裝置。 目前，高壓電能計量裝置一般是由多臺高壓電流傳感器及多臺高壓電壓互感器、電能表、 接線端子盒、高壓端連接排、低壓連接導線等組成。高壓電壓互感器把高壓電壓變換成 標準的100V或低壓電壓；高壓電流傳感器把高壓大電流變換成低壓5A或1A 標準電流；通過多根連接導線接入電能表進行電能計量；現有電能表的電流輸入迴路裝 有有錳銅分流電阻，將5A輸入電流分流成毫安級或微安級的電流信號，才能輸入到電 能計量單元；電壓輸入信號也要經過二次降壓，才能輸入到電能計量單元進行計量。這 種測量信號經過多級轉換的傳統方式，存在許多弊端1、高壓電能計量裝置中電流傳 感器、電壓互感器、電能表的誤差分別測量，多隻高壓電流傳感器、高壓電壓互感器和 電能表組合後的誤差，以及連接導線、接觸電阻的誤差不能直接測出，組合後的高壓電 能計量裝置綜合誤差是各相關元件的綜合誤差，電壓互感器(PT)、電流傳感器(CT)或電 流、電壓組合式互感器(P、 CT)以及電能表分別進行誤差測量或檢定，然後確定總不確 定度Y。 Y二r0+Yh+rd。其中rO為電能表本身誤差，Yh為互感器的合成誤差， rd為二次迴路導線壓降誤差。由於各相關元件互相匹配不好，顯示出的誤差特性不好, 低負荷時易出現漏計電量。而且，後續安裝產生的人為誤差不能測出，電能計量不準確， 有失公正。2、對互感器輸出容量要求較高， 一般在幾十伏安，現有的互感器輸出的標 準電流、標準電壓信號用於電能計量時或測量時，還需要進一步將5A或1A標準電流轉 換為毫安或微安級的電流信號，標準的IOOV、 100/V5V電壓信號轉換為毫伏級的電壓或 微電流信號，過程複雜，耗能高；每臺互感器運行時二次帶有30VA-80VA的固定負荷及8W以上的自身損耗，每個計量點至少用4臺以上的互感器，有電量公式W3=^XU0>XI(DXC0SO)Xt/1000X電流傳感器的倍率X電壓互感器的倍率。每個10KV電壓等級計 量點每年耗電1819kWh—4213kWh，損耗電費1182元-2738元；35KV損耗電費1800-3800 元/年。(電費按k冊/0.65元)；高壓電能計量裝置製造起來有一定難度，體積大、份量 重、成本高多臺互感器相互之間即要留有安全距離，又要用銅排進行連接，體積、重量、 材料浪費大，互感器主要有矽鋼片、銅、鋼、變壓器油或環氧樹脂等材料製成，每個計 量點至少耗材12000—15000元，費用高、用電投資成本大。3、由於電磁式電壓互感器 的存在，易受電網中各種因素的幹擾會出現電磁諧振、高次諧波、操作過電壓等因素的 幹擾，影響電壓互感器的安全運行，電網中打保險、燒PT現象時有發生，影響電力系 統安全經濟運行，事故率高，影響電網供電質量。隨著配網自動化程度的提高，為提高電能質量的要求，微機式保護、測量、計量提 供電流信號的轉換設備高壓電流傳感器、提供電壓信號的電壓轉換設備的高壓電壓互感 器的使用條件發生了變化，它不需要幾十伏安的輸出容量，也不需要1A或5A的電流， IOOV、 100/V5V電壓信號的輸出，而是只要幾伏安和mA級或iiA級標準微電流信號，毫 伏或毫安級的電流信號輸出，可以直接與電能計量晶片或保護控制單元連接，減少電流 變換過程的安匝數，降低二次開路電壓；這就使高壓電能計量裝置的製造變得簡單、節 材、節能，可以減少電流、電壓的轉換過程，減少故障機率。可以提高計量精度，更注 重計量、測量、保護性能，這就給該類設備的技術進步創造出良好的發展契機。 發明內容本發明要解決的技術問題是提供一種測量準確、降低損耗節約成本、安全穩定的傳 感器式高壓電能計量方法。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是該傳感器式高壓電能計量方法，包括用電流法進行電壓取樣，採集正比於高壓側電壓U的電壓信號u，經過處理後，輸入電 能計量單元，其特徵在於a、 1/i貫穿式電流取樣法採集正比於高壓側電流I的電流信號i，經過處理後，輸 入電能計量單元；b、 用I/P電源供電迴路取得電壓信號，經過處理後，提供電能計量單元所需電源VCC;c、 電能計量單元對輸入的電壓信號u和電流信號i進行電能計量。I/i貫穿式電流取樣法是將一隻或兩隻或多隻貫穿式微型電流傳感器，製作成一次 繞組為單匝或穿心式能承擔被測電流的繞組，二次繞組輸出適應微機式、測量或計量需要的raA級或P A級標準微電流信號。微型電流傳感器的二次側形成等比於被測電流I的二次電流i,該電流經補償滿足 計量精度要求後，輸入到電能計量單元進行電能計量，1/i的比值乘入電能計量單元。微型電流傳感器的連接有Y-y、 V-v、角-角、單相四種方式。分別適應不同的計量方式。處理是指微型電流傳感器的一次繞組與二次繞組之間根據實用的電壓等級進行高 低壓隔離處理和電磁屏蔽和防靜電處理。使其能承受相應電壓等級的工作電壓、耐受電 壓和雷電衝擊電壓，並且使其高電壓下不受電磁幹擾的影響，滿足電磁兼容的需要。電流法進行電壓取樣釆用V/I/v標準電壓取樣迴路，包括在被測電壓端設置由至少 包括一個具有標準/固定阻抗的一次阻抗、一個具有標準/固定阻抗的二次阻抗和一個微型電流傳感器構成的高壓傳感器， 一次阻抗與微型電流傳感器的輸入端串聯後，與被測 電壓之兩端連接，微型電流傳感器的輸出端與二次阻抗並聯，微型電流傳感器的兩端與 電壓測量、計量、監控或保護裝置的電壓信號輸入端連接。用I/P電源供電迴路通過將負載電流流過微型電流傳感器產生的電壓，進行整流、 濾波取出需要的電能，提供電能計量單元所需電源Vcc。1/P電源供電迴路在三相負載電流導線分別接入三支用於電流取源的微型電流傳感 器，負載電流分別流過微型電流傳感器，微型電流傳感器的二次側連接儲能元件和電池 組，電池組的輸出端為電源Vcc。當負載電流1在正常工作電流的5%以下時，微型電流 傳感器產生的電壓小於正常Vcc所需電壓時，儲能元件和電池組起續流補償作用，由儲 能元件和電池組供電Vcc;當負載電流1達到5%—50%的正常工作電流時，微型電流傳 感器取出電壓，並對儲能元件充電，保持儲能元件的電能不損耗；當負載電流I大於 50%的正常工作電流，且儲能元件的電能處在儲滿狀態時，微型電流傳感器及時飽和， 停止對儲能元件的過充電。所述的微型電流傳感器的一次繞組與二次繞組之間根據實用 的電壓等級進行高低壓隔離處理和電磁屏蔽和防靜電處理，使其能承受相應電壓等級的 工作電壓、耐受電壓和雷電衝擊電壓，並且使其高電壓下不受電磁幹擾的影響，滿足電 磁兼容的需要。電能計量單元採用原有計量模塊，將電壓u、電流I和I/i的比值乘入電能計量單 元進行計量，計量結果通過顯示器顯示或者輸出。電能計量單元與傳感器統一設計，改 變了電能表的傳統連結方式，把傳感器的標準電流信號，標準電壓信號，按照計量模塊 輸入要求，直接處理成可直接連接的信號，減少了標準電壓信號的二次轉換，取消了標6準電流信號接口的錳銅分流電阻。可以實現遠抄或者遠紅外抄。 本發明傳感器式高壓電能計量方法的有益效果是1、 採用電流法測量高壓電壓，設備無鐵磁諧振、抗衝擊能力強，解決了電磁式互 感器存在的電磁諧振、高次諧波、操作過電壓給安全運行造成威脅等諸多問題，完全滿 足計量、測量、監控和保護的要求，安全性能高。2、 避免了採用分壓式測量方法的普通電壓傳感器受對地分布電容的影響較大，在 不同拓撲結構的電力系統中測量誤差偏差不一，不能很好地適應具有多種接線方案形式 的電力系統的問題；3、 可以方便的實現三相三線制或三相四線制系統之相對相的高壓電壓測量；4、 既可以採用常規接線方式以滿足零序保護裝置的信號取樣要求，又可以形成開 口三角接線方式，滿足差動保護裝置的信號取樣要求；5、 能適應電網自動化的需要，可提供同時滿足計量、測量、監控或保護系統多種 需要的電壓信號，使其測量簡單化；6、 其取樣方式既節能、節省安裝空間、節約製作材料、又可大幅度降低計量成本, 環保性能好，無電噪、電暈聲，便於計量、測量或保護裝置的安裝、使用和維護，對提 高供電質量起到了關鍵作用。7、 安全運行係數高 一次單匝過流飽和不燒，過電壓時不會出現過流現象電壓互 感器無磁飽和現象。8、 電能表的輸入單元沒有錳銅分流電阻，徹底解決了燒表尾的問題。


圖l是本發明的原理方框圖；圖2是本發明的實施例1的I/i貫穿式電流取樣三相四線Y—y接法電路原理圖； 圖3是本發明的實施例1的電流法進行電壓取樣三相四線Y — y接法電路原理圖； 圖4是本發明的實施例1的I/P電源供電電路原理圖；圖5是本發明的實施例2的I/i貫穿式電流取樣三相三線V—v接法電路原理圖； 圖6是本發明的實施例2的電流法進行電壓取樣三相三線V—v接法電路原理圖。 圖1-4是本發明傳感器式高壓電能計量方法的最佳實施例，圖1-6中Tl-T13微型電流傳感器Ul電能計量單元U2穩壓單元U3儲能元件 Rl-R10電阻RP1-RP6電位器D1-D6 二極體El電池組。
具體實施方式
下面結合圖1-6對本發明傳感器式高壓電能計量方法做進一步說明。 實施例l-如圖l所示是本發明的原理方框圖，用電流法進行電壓取樣，採集正比與高壓側電 壓U的電壓信號U，經過高低壓隔離、屏蔽、放電暈和補償處理後，輸入電能計量單元; 用I/i貫穿式電流發進行電流取樣，採集正比與高壓側電流I的電流信號i，經過高低 壓隔離、屏蔽、放電暈和補償處理後，輸入電能計量單元；用I/P電源供電迴路從高壓 側負載電流I取得電壓信號，經過高低壓隔離、整流、儲能和保護處理後，提供電能計 量單元所需電源Vcc。電能計量單元對輸入的電壓信號u和電流信號i進行電能計量， 結果通過顯示器輸出。如圖2所示，I/i標準電流取樣迴路微型電流傳感器Tl-T3的一次側為單匝繞組， 二次側連接電能計量單元U1。電流取樣採用貫穿式電能表的工作原理，根據需要將一隻或兩隻或多隻貫穿式微型 電流傳感器T1-T3， 一隻或多隻空心電流傳感器製作成一次繞組為單匝或穿心式(需要 時可以用復匝)能承擔被測電流及相應要求的一次繞組，通過高靈敏度寬負載特性好的 鐵芯在輸出二次提供適應微機式、測量、計量需要的mA級或uA級標準微電流信號， 微型電流傳感器的磁芯根據被測信號的特性選用適應的材料以保證小電流時靈敏度高， 超出測量電流範圍時具有飽和特性，避免過電流時故障擴大，微型電流傳感器T1-T3的 二次形成等比於被測電流I的二次電流i，該電流經補償滿足計量精度要求後，輸入到 電能計量單元U1進行電能計量，I /i的比值乘入電能計量單元Ul。微型電流傳感器Tl-T3的連接為三相四線Y—y接法。I/i標準電流取樣迴路，可 根據用途選擇也可以並聯固定電阻，將輸出電流變換成電壓信號，這就可以大大降低轉 換設備的安匝數； 一次與二次之間應根據實用的電壓等級進行高低壓隔離處理，使其能 承受相應電壓等級的工作電壓、耐受電壓和雷電衝擊電壓；為使其高電壓下不受電磁幹 擾的影響，滿足電磁兼容的需要，應迸行電磁屏蔽和防靜電處理。該方法為普通現有技 術，不做祥述。如圖3所示，電流法進行電壓取樣迴路A相電阻R1與微型電流傳感器T4的輸 入端串聯後，與被測電壓的兩端連接。微型電流傳感器T4的二次側輸出端並聯電阻R4， 電阻R4的一端通過電位器RP1連接電能計量單元Ul。 B相和C相的連接方式相同。微型電流傳感器T4-T6的輸出端與輸入端之間經過高/低壓隔離。高/低壓隔離單元 可以為光電式、光纖式、電磁式、氣體絕緣式、油絕緣式或固體絕緣式隔離裝置。電阻R4-R6為電阻性負載，也可以是電容性負載、電感性負載或其組合。微型電流傳感器 T4-T6還可以是光電式微型電流傳感器、光纖微型電流傳感器、電磁式微型電流傳感器、 貫穿式微型電流傳感器。通過補償調節使被測電壓V在8(^、 100%、 120%的範圍內與二 次電壓v誤差小於需要值，線性度也要滿足精度要求。該電壓輸入電能計量單元Ul， 作為高壓電能計量的標準電壓信號，VA的變比乘入電能計量單元m。 A相、B相和C相之間取樣採用三相四線Y—y接法。如圖4所示，用I/P電源供電迴路微型電流傳感器T7的二次側設置公共地，輸 出端分別串聯二極體D1、 D2， 二極體D1、 D2的公共端通過電位器RP4分別連接穩壓單 元U2和儲能元件U3。穩壓單元U2的輸出端連接電池組E1，輸出端為Vcc端。微型電 流傳感器T8、 T9的接法與微型電流傳感器T7相同。通過將負載電流流過微型電流傳感器T7-T9產生的電壓，進行整流、濾波等步驟取 出需要的電能，提供電能計量單元Ul所需電源Vcc。當負載電流I在正常工作電流的5%以下時，微型電流傳感器T7-T9產生的電壓小 於正常Vcc所需電壓時，儲能元件U3和電池組E1起續流補償作用，由儲能元件U3和 電池組El供電Vcc;當負載電流I達到5%—50%的正常工作電流時，微型電流傳感器 T7-T9取出電壓，並對儲能元件U3充電，保持儲能元件U3的電能不損耗；當負載電流 I大於50%的正常工作電流，且儲能元件U3的電能處在儲滿狀態時，微型電流傳感器 T7-T9及時飽和，停止對儲能元件U3的過充電。微型電流傳感器T7-T9的一次繞組與 二次繞組之間根據實用的電壓等級進行高低壓隔離處理和電磁屏蔽和防靜電處理，使其 能承受相應電壓等級的工作電壓、耐受電壓和雷電衝擊電壓，並且使其高電壓下不受電 磁幹擾的影響，滿足電磁兼容的需要，實施方法為普通技術。在微型電流傳感器T7-T9 的二次側設置斷相指示電路。微型電流傳感器T7-T9的一次側可以為單匝導線，也可以是穿心式，也可以根據需 要用多匝。整流所用的二極體Dl-D6還可以根據工作環境及負載電流特性選擇不同的整流電 路，例如橋式整流、倍壓整流、半波整流等。電能計量單元Ul採用原有計量模塊，將電壓u、電流I和I/i的比值乘入電能計 量單元U1進行計量，計量結構通過顯示器顯示或者輸出。電能計量單元U1與微型電流 傳感器T1-T6統一設計，改變了電能表的傳統連結方式，把微型電流傳感器的標準電流 信號，標準電壓信號，按照計量模塊輸入要求，直接處理成可直接連接的信號，減少了標準電壓信號的二次轉換，取消了標準電流信號接口的錳銅分流電阻。可以實現遠抄或 者遠紅外抄。 實施例2:如圖5所示，I/i貫穿式電流取樣三相三線V — v接法將三相交流高壓電，接入 兩相進行取樣。方法原理與三相四線Y—y接法相同。如圖6所示，電流法進行電壓取樣三相三線V—v接法，三相交流高壓電的任意兩 相進行取樣。A相和C相的微型電流傳感器T12、 T13的一次側設置公共端並且連接B 相，二次側連接與三相四線Y—y接法相同。I/i貫穿式電流取樣電路和電流法進行電壓取樣，還可以根據需要接成角-角和單 相接法。
權利要求
1. 傳感器式高壓電能計量方法，包括用電流法進行電壓取樣，採集正比於高壓側電壓U的電壓信號u，經過處理後，輸入電能計量單元，其特徵在於a、I/i貫穿式電流取樣法採集正比於高壓側電流I的電流信號i，經過處理後，輸入電能計量單元；b、用I/P電源供電迴路取得電壓信號，經過處理後，提供電能計量單元所需電源Vcc；c、電能計量單元對輸入的電壓信號u和電流信號i進行電能計量。
2、 根據權利要求1所述的傳感器式高壓電能計量方法，其特徵在於I/i貫穿式 電流取樣法是將一隻或兩隻或多隻貫穿式微型電流傳感器，製作成一次繞組為單匝或穿 心式能承擔被測電流的繞組，二次繞組輸出正比於高壓電流，並適應微機、測量或計量 需要的mA級或uA級標準微電流信號。
3、 根據權利要求2所述的傳感器式高壓電能計量方法，其特徵在於微型電流傳 感器的二次側形成等比於被測電流I的二次電流i,該電流經補償滿足計量精度要求後， 輸入到電能計量單元進行電能計量，I/i的比值乘入電能計量單元。
4、 根據權利要求2所述的傳感器式高壓電能計量方法，其特徵在於微型電流傳 感器的連接有Y-y、 V-v、角-角、單相四種方式。
5、 根據權利要求2所述的傳感器式高壓電能計量方法，其特徵在於處理是指微 型電流傳感器的一次繞組與二次繞組之間設置高低壓隔離處理、電磁屏蔽和防靜電處 理。
6、 根據權利要求1所述的傳感器式高壓電能計量方法，其特徵在於電流法進行 電壓取樣採用V/I/v標準電壓取樣迴路，包括在被測電壓端設置由至少包括一個具有標 準/固定阻抗的一次阻抗、一個具有標準/固定阻抗的二次阻抗和一個微型電流傳感器構 成的高壓傳感器，一次阻抗與微型電流傳感器的輸入端串聯後，與被測電壓之兩端連接， 微型電流傳感器的輸出端與二次阻抗並聯，微型電流傳感器的兩端與電壓測量、計量、 監控或保護裝置的電壓信號輸入端連接。
7、 根據權利要求l所述的傳感器式高壓電能計量方法，其特徵在於用I/P電源供電迴路通過將負載電流流過微型電流傳感器產生的電壓，進行整流、濾波取出需要的電能，提供電能計量單元所需電源Vcc。
8、 根據權利要求7所述的傳感器式高壓電能計量方法，其特徵在於1/P電源供 電迴路在三相負載電流導線分別接入三支用於電流取源的微型電流傳感器，負載電流分 別流過微型電流傳感器，微型電流傳感器的二次側連接儲能元件和電池組，電池組的輸 出端為電源Vcc。
9、 根據權利要求1所述的傳感器式高壓電能計量方法，其特徵在於電能計量單元採用原有計量模塊，將電壓u、電流I和I/i的比值乘入電能計量單元進行計量，計量結果通過顯示器顯示或者輸出。
全文摘要
傳感器式高壓電能計量方法，屬於電力測量領域。包括用電流法進行電壓取樣，採集正比於高壓側電壓U的電壓信號u，經過處理後，輸入電能計量單元，其特徵在於a.I/i貫穿式電流取樣法採集正比於高壓側電流I的電流信號i，經過處理後，輸入電能計量單元；b.用I/P電源供電迴路取得電壓信號，經過處理後，提供電能計量單元所需電源Vcc；c.電能計量單元對輸入的電壓信號u和電流信號i進行電能計量。本發明的電能計量方法測量準確、降低損耗節約成本、防竊電、安全穩定，直接從負載電流取得工作電源，設備簡化，適於高壓側電量計量。
文檔編號G01R22/00GK101271129SQ20071001403
公開日2008年9月24日 申請日期2007年3月22日 優先權日2007年3月22日
發明者單業才, 博 榮, 趙振曉 申請人:淄博計保互感器研究所