標準電流互感器模擬器的製造方法
2023-06-02 12:27:01
標準電流互感器模擬器的製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種標準電流互感器模擬器，包含上位機、控制機、殼體、位於殼體內的電流互感器、位於殼體外面的若干模擬接線端子；所述上位機和控制機通信連接，控制機和所述模擬接線端子連接。本發明採用計算機實時仿真，最大限度模擬現場工作環境，在設備外觀、功能完全仿真的條件下，輸入輸出電壓小、可以實現在安全工作電壓下為學員提供標準電流互感器的培訓考試可靠的安全保障。
【專利說明】標準電流互感器模擬器
【技術領域】
[0001]本發明涉及電能互感器領域，尤其涉及一種標準電流互感器模擬器。
【背景技術】
[0002]目前國內電能計量檢定人員流動性大、知識更新慢、專業知識和工作水平參差不齊，複合型人才偏少，掌握互感器現場檢定技術的技術人員較少，影響了正常的檢測工作，主要是因為培訓裝置較滯後，目前多以集中理論培訓、演示實驗、書面考試以及跟現場一帶一等培訓方式，都存在很大的局限性，培訓效率非常低。
[0003]而且在實際環境中的培訓，由於電能計量設備具有高電壓、大電流，會對人身和設備產生安全隱患，限制了培訓的質量和效率。
[0004]如果能提供一種能夠在低壓、小電流的條件下操作，且功能和外觀上完全模擬真實的標準電流互感器，那麼，對電能計量檢定人員培訓該設備時的安全操作將是十分有利的。
【發明內容】
[0005]為解決上述問題，本發明提供了一種標準電流互感器模擬器，包含上位機、控制機、殼體、位於殼體內的電流互感器、位於殼體外面的若干模擬接線端子；所述上位機和控制機通信連接，控制機和所述若干模擬接線端子連接；其中
模擬接線端子用於模擬電流互感器一次線輸入端子、二次線輸入端子；
控制機用於對各個模擬接線端子接線情況進行信號採集，並上傳給上位機；
上位機用於對控制機發送控制指令信息、設定所述模擬器的參數、接收控制機上傳信號，並對連線是否正確進行判斷、實時顯示各個模擬接線端子連線情況。
[0006]進一步的，所述模擬接線端子部分包括三個一次線輸入端子、三個二次線輸入端子。
[0007]進一步的，所述模擬器實現的模擬變比值為100/5AU000/5A。
[0008]進一步的，所述電流互感器為穿心式電流互感器。
[0009]進一步的，所述標準電流互感器模擬器的參數包括模擬變比值、極性、額定功率因數、額定負荷、額定頻率、準確度級別。
[0010]進一步的，上位機的標準電流互感器模擬頁面設置有接線情況顯示區域，所述接線情況顯示區區域用委託監聽監控控制機發送的數據，用String的Split 方法分解數據，並與根據標準的通斷關係比較，實時顯示接的每一根線。
[0011]進一步的，控制機包括頭接線端驅動輸出模塊、尾接線端採集輸入模塊、極性與信號判別模塊、RS232收發器模塊、MCU模塊以及供電單元模塊；MCU模塊與頭接線端驅動輸出模塊、尾接線端採集輸入模塊、極性與信號判別模塊單向連接，與RS232收發器模塊雙向連接。其中，
頭接線端驅動輸出模塊用於接收MCU模塊發出的驅動控制信號，給待判斷的接線線頭施加低電平；
尾接線端採集輸入模塊用於實現對接線尾端信號掃描，逐一查詢除帶判斷接線意外的其他接線尾端的電平狀態；
極性與信號判別模塊用於實現信號的放大，並實現信號的模數轉換；
RS232收發器模塊用於將尾接線端採集輸入模塊的信號傳輸至上位機或者將上位機的控制指令信息傳輸至控制機；
MCU模塊用於控制頭接線端驅動輸出模塊驅動待判斷接線端頭，並不斷掃描尾接線端採集輸入模塊的邏輯電平信號，判斷各個模擬接線端子之間接線的通斷關係；
供電單元模塊用於向其他各模塊供電。
[0012]進一步的，所述頭接線端驅動輸出模塊採用74HC374或8位鎖存器集成電路；所述頭接線端驅動輸出模塊採用74HC374或8位鎖存器集成電路；所述極性與信號判別模塊由跨導放大器與過零檢測電路組成；所述RS232收發器模塊用SP3232收發器；所述MCU模塊採用PQFP44封裝的MPC82G 516A單片機晶片。
[0013]進一步的，所述上位機與控制機通過串口連接。
[0014]本發明的有益效果為:
本發明採用計算機實時仿真，最大限度模擬現場工作環境，在設備外觀、功能完全仿真的條件下，輸入輸出電壓小、可以實現在安全工作電壓下為學員提供標準電流互感器的培訓考試可靠的安全保障。
[0015]本發明的控制機完全滿足標準電流互感器檢定接線模擬系統或其他類似的仿真培訓系統的技術要求，能實現全電子化，實時地、準確地判斷模擬接線的通斷狀態，並及時地、不斷地將結果數據上傳給上位機作接線的對錯判斷等進一步處理。
[0016]上位機可以將殼體的模擬接線端子L1、L2、L3、K1、K2、K3等接線點試驗接線判斷(在計算機上能將實際試驗接線情況顯示出來)，最大限度的激發學員對現場工作的理解力和實際操作能力，迅速提高學員操作技能，具有較強的生產實際意義。
[0017]【專利附圖】
【附圖說明】:
圖1為本發明原理框圖。
[0018]圖2為控制機原理模塊圖。
[0019]圖3為控制機的軟體原理框圖。
【具體實施方式】:
本發明包括作為上位機(一般為計算機)、控制機、殼體、位於殼體內的電流互感器，位於殼體外的若干模擬接線端子。
[0020]如圖1所示:上位機與控制機通過RS232串口連接，各個模擬接線端子與控制機主板的接線插座連接，所述殼體模擬真實的電流互感器外殼，殼體裡面設置有電流互感器。
[0021]下面分別進行詳細介紹。
[0022]1.電流互感器
所述位於殼體內的電流互感器由相互絕緣的一次繞組、二次繞組、鐵心以及構架、接線端子等組成。其工作原理與變壓器基本相同，一次繞組的匝數(NI)較少，直接串聯於電源線路中，一次負荷電流(I1)通過一次繞組時，產生的交變磁通感應產生按比例減小的二次電流(I2) ;二次繞組的匝數(N2)較多，與儀表、繼電器、變送器等電流線圈的二次負荷(Z)串聯形成閉合迴路，由於一次繞組與二次繞組有相等的安培匝數，I1N1=I2N2,電流互感器額定電流比電流互感器實際運行中負荷阻抗很小，二次繞組接近於短路狀態，相當於一個短路運行的變壓器。
[0023]所述互感器可以使用穿心式電流互感器，其本身結構不設一次繞組，載流(負荷電流)導線由1^至1^2穿過由矽鋼片擀卷製成的圓形(或其他形狀)鐵心起一次繞組作用。二次繞組直接均勻地纏繞在圓形鐵心上，與儀表、繼電器、變送器等電流線圈的二次負荷串聯形成閉合迴路，由於穿心式電流互感器不設一次繞組，其變比根據一次繞組穿過互感器鐵心中的匝數確定，穿心匝數越多，變比越小；反之，穿心匝數越少，變比越大。
[0024]通過採樣此電流互感器二次電流電壓，從而計算其穿過的一次線的極性的正反。
[0025]電流互感器的一次線輸入端子為LI，L2，二次線輸入端子為Kl，K2。外界電源經過隔離變壓器後接入至電流互感器的二次線輸入端子Kl、K2。
[0026]電流互感器的二次線端子部分通過隔離變壓器連接到電源
2.模擬接線端子
模擬接線端子設置在殼體外表。如圖1中所示:模擬器一次線輸入端子標誌為L1、L2、L3 ;二次線輸入端子標誌為K1、K2、K3，所述六個輸入端子直接與控制機的主板連接。根據需要，控制機可識別L1、L2、L3、K1、K2、K3這六根接線的相互連接狀態。6根接線的頭端分
別為:1a，2a,..........5a，6a。6根接線的尾端分別為:1b，2b.........5b，6b。也就是，上位機 通過控制機要及時準確地識別出每一個端號與其他5個端號的的關係(導通或斷開)。識別的方法採用掃描式。
[0027]需要說明的是，本發明可實現模擬變比值為100/5A、1000/5A,模擬最高等級
0.02S級，過載能力120%。
[0028]3.控制機
控制機在嵌入軟體的管理下，能實現全電子化，快速判斷標準電流互感器模擬接線端子的接線情況，並可擴展到更多根導線的相互連接關係，並不斷地、實時地將結果上傳給上位機。
[0029]a.控制機的硬體實現
圖2所示為控制機原理框圖。控制機由頭接線端驅動輸出模塊、尾接線端採集輸入模塊、極性與信號判別模塊、RS232收發器模塊、MCU模塊以及供電單元模塊組成，MCU模塊與頭接線端驅動輸出模塊、尾接線端採集輸入模塊、極性與信號判別模塊單向連接，與RS232收發器模塊雙向連接。下面對各模塊進行介紹:
頭接線端驅動輸出模塊:採用74HC374或8位鎖存器集成電路。接收MCU模塊發出的驅動控制信號，給待判斷的接線線頭施加低電平。
[0030]尾接線端採集輸入模塊:採用75HC244或8位3態門集成電路。實現對接線尾端信號掃描，逐一查詢除帶判斷接線意外的其他接線尾端的電平狀態。
[0031]極性與信號判別模塊:由跨導放大器與過零檢測電路組成。跨導放大器的作用是把信號充分放大，以保證檢測的靈敏度，過零檢測電路的作用是把正弦波模擬信號變為數位訊號，便於MCU處理。MCU得到這些信號後，按照一定的算法，則可判斷出極性的正與反。
[0032]RS232收發器模塊:採用SP3232收發器或類似的集成模塊，通過RS232標準的通信接口將採集的數據連續實時傳輸至上位機或將上位機的控制指令信息傳輸至控制機。[0033]MCU模塊:採用PQFP44封裝的MPC82G 516A單片機晶片。MCU模塊按照單片機裝載的掃描程序通過不斷掃描採集接線端尾採集輸入模塊的邏輯電平信號，判定各個導線接線端子的通斷關係，同時MCU模塊還負責控制接線端頭驅動輸出模塊具體驅動哪根接線端頭。MPC82G516 A是基於80C51的高效1-T結構的單晶片微處理器，每條指令需要廣7個時鐘信號(比標準8051快6?7倍)，與8051指令集兼容。因此在與標準8051有同樣的處理能力的情況下，MPC82G516A只需要非常低的運行速度，同時由此能很大程度的減少耗電量。
[0034]供電單元模塊:提供其他各模塊所需的工作電源。 b.控制機的軟體實現
圖3為該控制機的軟體原理框圖。主要分為3個步驟:程序定時掃描與初始化、接線狀態實時採集、數據實時上傳。
[0035]所述程序定時掃描結構與初始化步驟主要實現程序的定時周期掃描，便於實現多任務管理與精確的同步，這樣保證了數據採集、通訊的可靠性。
[0036]接線狀態實時採集步驟主要實現掃描式驅動接線端頭、採集接線端尾的全部導線的整個實時採集過程。
[0037]實時數據上傳步驟是按應用層通訊協議，將接線狀態實時採集功能模塊採集到的接線狀況轉換為上位機能識別的數據，並發送給上位機。
[0038]c.控制機接線判斷方法
控制機接線判斷的具體方法和步驟如下:
步驟1:程序掃描結構初始化後，MCU模塊發出驅動控制信號，通過頭接線端驅動模塊產生邏輯低電平驅動某一根導線的線頭端，給識別的線頭端饋以低電平，而其他線頭端均饋以高電平；
步驟2:MCU模塊採用程序掃描的方式，掃描周期小於100ms，通過尾接線端採集輸入模塊，逐一查詢其他導線線尾端的電平狀態，若尾接線端採集輸入模塊對應的接線端尾端上測到的電平為低電平，說明該點與線頭連通，若測到的電平為高電平，說明該點與線頭斷開，MCU模塊將尾接線端採集輸入模塊接線端尾電平狀態全部採集一遍，這樣判斷出被驅動導線與其他導線的通斷連結關係；
步驟3:按此過程循環，頭接線端驅動模塊掃描式的快速進行驅動其餘模擬導線的接線頭端，當全部線的頭端逐一被驅動完成後，MCU模塊就能實時地採集到全部導線的通斷狀況，得到全部導線之間的連接關係；
步驟4 =MCU模塊完成全部導線的通斷狀況的採集後按照通信協議通過RS232收發器模塊將導線通斷連接關係的結果上傳給上位機，上位機再根據標準的通斷關係與RS232收發器模塊送來的實際連結關係比較，進行接線關係對錯的判斷。至此，整個接線判斷過程結果。從採集到發送數據完成的整個周期，不大於100ms，實時採集了全部導線相互的連接關係O
[0039]4.上位機
所述上位機能夠用於設定標準電流互感器模擬器的參數，如變比(即額定一次電流/額定二次電流)、額定功率因數、額定負荷(含下限負荷)、額定頻率、準確度級別，並有顯示區區域顯示標準電路圖互感器接線圖。接線圖中顯示模擬接線部分的6個接線端子，當操作人員對端子進行連線後，會即使在顯示區域上顯示出來。
[0040]上位機的工作步驟為:
1.上位機加載標準電流互感器模擬頁面，操作人員設定好變比，額定功率因數、額定負載、額定頻率、準確度級別等參數。
[0041]2.顯示區區域用委託監聽監控控制機發送的數據，並用string的Split 方法分解數據，通過分析數據用劃線的方式能智能化的及時實時顯示學員接的每一根線，
3.上位機根據標準的通斷關係與RS232收發器模塊送來的實際連結關係比較，進行接線關係對錯的判斷。接線正確的用黑色連線表示，接線錯誤的用紅色連線表示。
[0042]本發明的有益效果為:
本發明採用計算機實時仿真，最大限度模擬現場工作環境，在設備外觀、功能完全仿真的條件下，模擬接線，使接線電壓變得很低(一般只有IOV左右)、可以實現在安全工作電壓下為學員提供標準電流互感器的培訓考試可靠的安全保障。
[0043]本發明的控制機完全滿足標準電流互感器檢定接線模擬系統或其他類似的仿真培訓系統的技術要求，可模擬互感器穿心功能，能實現全電子化，實時地、準確地判斷模擬接線的通斷狀態，並及時地、不斷地將結果數據上傳給上位機作接線的對錯判斷等進一步處理。
[0044]上位機可以將殼體的模擬接線部分接線端子L1、L2、L3、K1、K2、K3等接線點試驗接線判斷(在計算機上能將實際試驗接線情況顯示出來)，最大限度的激發學員對現場工作的理解力和實際操作能力，迅速提高學員操作技能，具有較強的生產實際意義。
[0045]模擬器具有通信進口，能與模擬檢定裝置子計算機聯機，可通過計算機設置變比和極性。
[0046]模擬真實標準電流互感器外觀，標準電流互感器模擬器外觀與真實標準電流互感器外觀完全一致，其中標準電流互感器模擬器面板上的接線柱也和真實標準電流互感器一樣。達到與現場測試環境一致的效果。
【權利要求】
1.標準電流互感器模擬器，其特徵在於，包含上位機、控制機、殼體、位於殼體內的電流互感器、位於殼體外面的若干模擬接線端子；所述上位機和控制機通信連接，控制機和所述若干模擬接線端子連接；其中 模擬接線端子用於模擬電流互感器一次線輸入端子、二次線輸入端子； 控制機用於對各個模擬接線端子接線情況進行信號採集，並上傳給上位機； 上位機用於對控制機發送控制指令信息、設定所述模擬器的參數、接收控制機上傳信號，並對連線是否正確進行判斷、實時顯示各個模擬接線端子連線情況。
2.如權利要求1所述的標準電流互感器模擬器，其特徵在於，所述模擬接線端子包括三個一次線輸入端子、三個二次線輸入端子。
3.如權利要求2所述的標準電流互感器模擬器，其特徵在於，所述模擬器實現的模擬變比值為 100/5A、1000/5A。
4.如權利要求1所述的標準電流互感器模擬器，其特徵在於，所述電流互感器為穿心式電流互感器。
5.如權利要求1所述的標準電流互感器模擬器，其特徵在於，所述標準電流互感器模擬器的參數包括模擬變比值、極性、額定功率因數、額定負荷、額定頻率、準確度級別。
6.如權利要求5所述的標準電流互感器模擬器，其特徵在於，上位機的標準電流互感器模擬頁面設置有接線情況顯示區域，所述接線情況顯示區區域用委託監聽監控控制機發送的數據，用string的Split 方法分解數據，並與根據標準的通斷關係比較，實時顯示接的每一根線。
7.如權利要求1?6中任一項所述的標準電流互感器模擬器，其特徵在於，所述控制機包括頭接線端驅動輸出模塊、尾接線端採集輸入模塊、極性與信號判別模塊、RS232收發器模塊、MCU模塊以及供電單元模塊;MCU模塊與頭接線端驅動輸出模塊、尾接線端採集輸入模塊、極性與信號判別模塊單向連接，與RS232收發器模塊雙向連接。其中， 頭接線端驅動輸出模塊用於接收MCU模塊發出的驅動控制信號，給待判斷的接線線頭施加低電平； 尾接線端採集輸入模塊用於實現對接線尾端信號掃描，逐一查詢除帶判斷接線意外的其他接線尾端的電平狀態； 極性與信號判別模塊用於實現信號的放大，並實現信號的模數轉換； RS232收發器模塊用於將尾接線端採集輸入模塊的信號傳輸至上位機或者將上位機的控制指令信息傳輸至控制機； MCU模塊用於控制頭接線端驅動輸出模塊驅動待判斷接線端頭，並不斷掃描尾接線端採集輸入模塊的邏輯電平信號，判斷各個模擬接線端子之間接線的通斷關係； 供電單元模塊用於向其他各模塊供電。
8.如權利要求6所述的標準電流互感器模擬器，其特徵在於，所述頭接線端驅動輸出模塊採用74HC374或8位鎖存器集成電路;所述頭接線端驅動輸出模塊採用74HC374或8位鎖存器集成電路；所述極性與信號判別模塊由跨導放大器與過零檢測電路組成；所述RS232收發器模塊用SP3232收發器;所述MCU模塊採用PQFP44封裝的MPC82G 516A單片機晶片。
9.如權利要求6所述的標準電流互感器模擬器，其特徵在於，所述上位機與控制機通過串口連接。
【文檔編號】G09B23/18GK103778831SQ201410009677
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月9日 優先權日:2014年1月9日
【發明者】李剛, 龍東, 李偉堅, 卓浩澤, 蔣雯倩, 潘俊濤, 王勇, 李金瑾 申請人:廣西電網公司電力科學研究院