专利名称：零平衡法计量故障监测无线远程数传报警抄表终端和系统的制作方法
技术领域：
本发明属电能计量监测无线报警应用领域，为应用本发明的“零平衡法计量故障 监测原理”和实施电路研制成的计量故障监测电能表和无线报警电路，加数字温度监测报 警、防盗监测报警、其它报警(如开箱报警)监测电路，熔为一体的多功能计量故障监测无 线数传报警电表终端，与中心收发主机构成的无线远程数传报警抄表终端和系统。主要应 用于IOkv线路配电台区。
背景技术：
目前农村变压器台区计量故障、窃电问题时常出现，人工查找计量故障隐患浪费 人力且效果不佳，无有效的计量故障实时监测报警终端和系统。计量故障监测方面，本发明人早年国内首创研制成“自动数码型电能计量在线检 测仪”获国家专利，专利申请日1990年10月26日，申请号=90222674. 6，证书号:68612号; 进一步提高精度研制成“电能计量装置整体运行检验仪”获国家专利，专利申请日1998年 5月29日，专利号ZL98214920.4，开劈国内电能计量故障不停电、不拆线、现场在线检测和 检验新手段，解决了计量故障隐患人工查找难的问题，推广应用后现已是查找计量故障隐 患不可缺少的工具。但还需人工携带仪器逐个台区巡检测出故障存在，不能及时自动发现 计量故障隐患。近些年有电能表增加了防窃电功能，但主要是单相电子式电能表。其原理是单相 表增加零线电流输入信号，将火线电流线与零线电流线同时接入电能表，当火线上有电流 分流窃电时(电流线在表外短路，部分电流不流经表内)，火线电流输入信号幅度与零线电 流信号输入幅度就会不同，表内电能计量芯片用的是防窃电功能芯片，芯片上有两路信号 输入端，芯片内累计电能量自动按副度大的计算，防止分流少计电量。而三相四线电能表却 不能用此方法检测分流窃电故障，因正常情况下零线电流和三相火线电流幅度不相等，通 常三相四线制三相火线(380V)电流不一定相等，零线电流不确定，有时差别很大。零线电 流在三相火线电流相等时可能为零，在三相电流不平衡时零线电流较大，有时比某个火线 电流还大，而某相电流无故障情况下也可能为零。所以三相电表二次回路和外分流窃电等 故障检测较困难，目前尚无有效的监测方法和产品，只有判别三相电压幅度，检测失压。至 于电流回路故障，有的测三相电流幅度，判别三相电流不平衡度，但都不能有效判定有无二 次回路故障和电流分流故障。目前有的多功能电能表可测出电压缺相、三相电流不平衡度、电压电流相序接错 问题，而对电流互感器变比错、内分流、二次回路接触不良、短路、断路、分流窃电等引起的 计量故障，目前也不能测出。若将已有的计量检测仪核心电路加装到计量箱，成本高不可行，故需研究出新的 监测原理方法和实施电路，加入计量箱或电能表内，能实时监测计量故障报警方可及时发 现计量故障隐患。目前供电系统变电所下各IOKV线路配电台区配电自动化尚未发展，原因是情况复杂，没有好的发展模式。本发明附加的变压器防盗、超温报警方面的目前现状是农排台区排灌时送电，农 闲时停电，此期间经常出现变压器被盗事件，没有建全的监测报警保护系统，变压器防盗报 警系统虽有部分线路应用，但未能推广应用，原因是功能单一，实用性小，性价比低，组网费 用高难以推行；变压器超温超负荷烧坏常有发生，有人试制温度监测报警系统，但也未能推 行应用，原因如同防盗报警；人工抄表浪费人力，无线远程抄表近年有应用实例，但也未能 很好在IOKV线路推行应用，原因仍是功能单一，费用高，性价比低，未能推行应用。有专家 认为ιοκν线路查降线损，节能降损是发展应用的主导，有待于功能完善的IOKV配电线路 自动化无线监测网发展模式应用成功后，这些防盗、超温、抄表作为附加功能解决。
发明内容
本发明人总结近年电能计量检验仪推广应用经验和现场应用经历，进一步研究提 出了“零平衡法计量故障监测原理”，研试出实施电路，加装于计量箱或电能表内，增加零 线电流互感器，能有效监测电流互感器变比错、内部短路分流、二次回路接触不良、短路、断 路、分流窃电等引起的计量故障，也可监测电能表内部微型电流互感器及变流电路故障。用 “零平衡法计量故障监测原理”研制的实施电路加入电能表，构成本发明的“零平衡法计量 故障监测电能表”，再加入“无线数字传送报警和数据的收发器”(也可传送电表数据，简称 无线数传报警收发器)，构成“零平衡法计量故障监测无线远程数传报警电能表终端”，与中 心无线收发主机和天线组成“零平衡法计量故障监测无线远程数传报警抄表监控系统”；无 线数传报警收发器也可不加入电能表，单独装入一个壳体称为无线远程数传报警抄表监 控终端，与电能表并装于计量箱内。下文分别阐述各部分原理、结构及实施方法。本发明提出的“零平衡法计量故障监测原理”其实质是提出了三相电流的矢量和 等于负向零线电流矢量的规律，并根据此规律提出判别三相电流计量故障的方法，原理公 式Ia+Ib+Ic =-IO ；或Ia+Ib+Ic+ΙΟ = 0 ;Ia，lb, Ic, IO为带相位角的电流矢量，由电流 幅度和相位角组成，判别方法零平衡矢量原理见附图4说明，正常情况下一次电流经电流 互感器变换成二次电流后总矢量和仍为零，若电流互感器无内部漏电或短路等故障，且三 相电流互感器变比一致，进入三相电能表的三相二次电流矢量加零线电流矢量应保持零平 衡，若接入电能表的二次电流有分流、短路、断路、接触不良、相位接错等故障，就会打破三 相电流加零相电流的零平衡规律，据总矢量和的幅度和相位判别分流或漏电流大小及所在 相线。用此原理方法，研制出的计量故障监测电路，可无效监测计量回路三相电流分流、短 路、断路、结触不良、相位接错等计量故障，矢量原理图解见附图4说明。本发明所述的零平衡法计量故障监测电路，结构原理见附图2，其由三相电流信号 放大器和模/数转换电路ZA、ZB、ZC ；零线电流信号变换、放大、模/数转换电路ZO ；电流矢 量处理电路YS ；计量故障判别电路PB ；I2C通信端口 ；所组成，通过I2C接口从电表计量单 片机获取三相电压故障判别信号，计量故障判别电路PB根据零平衡法计量故障监测原理 判别三相电流故障，经端口 IG端输出电流故障信号，端口 UG端输出电压故障信号，其联结 关系是电流信号放大器和模/数转换电路ZA、ZB、ZC输入信号IA、IB、IC分别并联连接电 能表三相计量信号端，ZO输入信号IO联接零线电流互感器HO输出的二次电流IO ；。现场应用原理见附图3所示，其与过去普通二次回路装置不同之处是增加了零线电流互感器。根据本发明的“零平衡法计量故障监测原理”和研试成的监测电路，加装与普通电 子电能表，研制成零平衡法计量故障监测电能表，替换现有普通电能表，可实时监测计量装 置故障类型，并通过无线远程数传报警抄表终端，将台区号和故障类型编码传送到报警中 心，中心收发主机解码出故障类型、台区号送电脑显示记录，并短信和电话通知责任人，及 时带已推行的“电能计量装置在线检测仪或检验仪”现场复核确认处理。本发明的“零平衡法计量故障监测无线远程数传报警抄表终端和系统”，系统 原理如图5，其主要是由零平衡法计量故障监测电能表；无线远程数传报警抄表监控终 端；中心收发主机及天线所组成，其工作原理是本发明的零平衡法计量故障监测电能表 DBl. . . DBn上电工作后，实时监测三相电流和零线电流矢量的平衡情况，判别是否有计量故 障，若有则分析故障类型，经接口传送到无线数传报警抄表监控终端，经内部编码和无线收 发电路送天线ATC1. . . ATCn发射无线电信号；中心天线ATZ接收信号送中心收发主机ZJ， 解调解码出终端号和故障编码类型，过天线发报警信号，同时送电脑显示、存储；无故障情 况下每天定时发一次测试信号，表示终端监测传送正常，利用发测试信号可传回电表当前 表码数据或其它数据，如表码、温度、功率等，实现线损统计。其联接关系是电流故障监测 电能表经联接口或端子与无线远程数传报警抄表监控终端联接，无线远程数传报警抄表监 控终端联接天线，中心天线经馈线联接中心收发主机，多个结构相同的计量故障监测电能 表和无线远程数传报警抄表监控终端经天线，通过无线电信号联结中心收发主机。终端熔 入已有技术，有变压器防盗和超温监测输入接口，有盗情及时发报警信号，结构精炼，性价 比高，适合台区实用。本发明的零平衡法计量故障监测无线远程数传报警抄表终端和系统。其无线远程 数传报警抄表监控终端部分综合精炼熔入变压器防盗监测、变压器温度监测监测、计量箱 开箱监测、变压器台区电参数数据传输、驱动控制等功能接口电路，将报警和数据无线传送 到中心主机，功能完善性价比高，形成IOKV配电线路自动化发展模式供选用。上述故障监 测电表终端定时上报电参数包括电压、电流、功率、功率因数、有功电能、无功电能，冻结有 功电能、冻结无功电能等参数，为定期线损统计提供数据。本发明的零平衡法计量故障监测无线远程数传报警抄表终端和系统，现场应用 中，农业排灌期间台区农闲长期停电，为能正常监测报警，加装有太阳能电池和蓄电瓶，有 动力供电和太阳能供电自动切换，停电后仍可长期监测报警和定是上传测试信号及数据， 保证线损统计准确性；停电期间有于休眠节电功能和无线唤醒查看当前表码。本发明的无线远程数字传送系统的通信信道采用GSM/GPRS/RF组合式无线通信 网，中距离采用RF射频传送(此不同于近距无线遥控唤醒)，远距离采用移动短信GSM或无 线上网GPRS传送。本发明所述的无线远程数传报警抄表监控终端，结构原理如图6，其特征是由无 线远程收发板CSFB ；近距离遥控接收板XJSB ；无线遥控器XYKQ ；单片机程序控制器KZQ ； 电流和电压故障报警输入端子IG、UG ；数据通信端A、B ；报警监测输入端口 Bi. . . Bn ；控制 输出端口 Kl. . . Kn ；直流电源；收发天线；电源输入接插口 ；储能电瓶；电瓶输入接插口 ；太 阳能电池板；内部直流稳压电路；机壳所构成。其连接方试是直流电源连接电源输入接插 口，报警监测输入端口 Bi. . . Bn分别接单片机程序制器对应输入端；控制输出端口 Kl. . . Kn分别接单片机程序制器对应的开关控制输出端；RS485数据通信端A、B经RS485芯片接单 片机程序控制器；近距离遥控接收板输出端接单片机程序控制器输入口 ；无线远程收发板 输入输出端分别接单片机程序控制器输出输入端，内部直流稳压电路输出接各部分电源输 入端，高频信号输入输出端接收发天线；太阳能电池板接电瓶，电瓶经联接线和插头接电瓶 插座；无线遥控器和外置式直流电源独立安放在机壳外，其余各部分安装于机壳内，构成无 线远程数传报警抄表监控终端。本发明所述的零平衡法计量故障监测电能表部分，电路原理如图1，其特征是由 三相四线电压输入端子UA、UB、UC、10;三相电流输入端子IA、IB、IC;零线电流输入端子 101、102 ；电流电压隔离变换器和电能计量芯片及按键显示电路部分；增加的电流故障报 警输出端子IG及指示灯LI ；电压故障报警输出端子UG及指示灯LU ；零平衡法计量故障监 测电路所构成。其联接关系是三相电流和三相电压通过隔离变换器输出的电流和电压信号 分别接计量芯片输入端，同时分别接电流故障监测电路对应的输入端，两个零线电流输入 端子101、102接故障监测电路零线电流输入端10，电流故障监测电路输出的故障信号OUT 接电流故障指示灯，同时经隔离输出器件输出电流故障信号接电流故障报警输出端子IG; 计量芯片判别输出的失压故障信号接电压故障指示灯，同时经隔离输出器件输出电压故障 信号接电压故障报警输出端子UG。其结构形式是在普通三相电子式电能表上加零平衡法计 量故障监测板和两个零(相)线电流输入端子和故障报警输出端子，RS485接口及故障报 警指示灯，构成零平衡法计量故障监测电能表。本发明所述的中心收发主机部分，电路原理如图7，其特征是由无线远程收发板 ZSFB ；单片机程序控制器JMKZQ ；RS232数据通信接口或USB接口 ；直流电源WDC ；内部稳压 电路DCWYQ ；收发天线AT ；电源输入接插口 ZCl ；机壳所构成。其连接方试是直流电源联接 电源输入接插口，RS232数据通信接口经TTL电平转换块接单片机程序控制器；无线远程收 发板输入输出端分别接单片机程序控制器输出输入端，无线远程收发板高频收发信号经高 频馈线联接收发天线，内部直流稳压电路输出接各部分电源输入端；直流电源有内置式和 外置式两种接构，外置式直流电源独立在机壳外，其余各部分安装于机壳内；RS232数据通 信接口或USB接口联接通用电脑。本发明所述的计量故障监测电能表与无线远程数传报警抄表监控终端组装于一 个壳体内，构成的“零平衡法计量故障监测无线远程数传报警电能表终端”，简称故障监测 电表终端，其特征是所述的零平衡法计量故障监测电能表扩大壳体，将所述的无线远程数 传报警抄表监控终端部分组装于一个壳体内，联接关系是将两部分之间的联接端子去掉， 改用接插件联接或电路板上直接联接，两部分内部组成和其它结构不变，电路原理仍如图 1(a)。
附图1中图1(a)为一体化的电表终端整体电路结构原理图，图1(b)为零平衡法 计量故障监测电能表和无线数传报警收发器分两体的示意图，图1(b)中虚线框Jl内为零 平衡法计量故障监测电能表电路部分；虚线框J2内为无线远程数传报警抄表监控终端部 分，其由无线数传报警收发器电路部分U2，加接线端子，分体机壳构成。U2部分内部结构见 附图6所示。
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图1中说、皿、肌、皿为三相四线电压输入端子；IA、IB、IC为三相电流输入端子； 101、102为零线(相)电流输入端子；Ul为电能计量芯片和按键显示电路部分；U3为三相 电流故障监测电路部分；U2为无线远程数传报警收发器部分；UG为三相电压失压故障输出 端子；IG为三相电流故障监测输出端子；LU、LI分别为电压和电流故障指示灯；Bi. . . Bn为 高温、防盗震动信号、红外探测信号等外接报警输入端，根据不同现场要求和不同机型外报 警输入端子可多可少；Kl. . . Kn为远程开关控制信号输出端，根据应用要求输出端子可多 可少；AT为收发天线；A、B为串行通信接口端子。附图2为零平衡法计量故障监测电路原理结构框图，图2中，IA、IB、IC分别为从 互感器输入的A、B、C三相二次电流，IO为从零线电流互感器输入的二次电流；ZA、ZB、ZC、 ZO分别为带相位角的模/数矢量转换器；YS矢量运算器；PB为故障识别部分；IG为电流故 障输出端，UG为电压故障输出端。附图3为三相电流和零线电流互感器接线原理图，图3中HA、HB、HC为原有的A、 B、C三相电流互感器，HO为零平衡法计量故障监测增加的零线电流互感器，DIA、DIB、DIC为
A、B、C三相动力一次电流线；DIO为零线一次电流线；IO为零线二次电流；IA、IB、Ic为A、
B、C三相二次电流。图4为零平衡法计量故障监测原理矢量分析图，图4中IA、IB、IC分别为经表内微 型互感器变换过的三相电流矢量；IO和零线电流矢量；IE为误差矢量，等IA+IB+IC+I0的 矢量和。图4分四种情况分析其原理，图4a为三相电流平衡无故障情况下的电流矢量图， IO = 0，矢量和IE = 0，判无故障；图4b为三相电流平衡，IA有分流&IA故障情况下的电流 矢量图，IO = 0,ΙΕ = -$IA，判A相有电流故障；图4c为三相电流不平衡，无分流故障情况 下的电流矢量图，IO不等零，矢量和IE = 0，判无故障；图4b为三相电流不平衡B相二次电 流有漏电或分流&IB情况下的电流矢量图，IO不等0，IE = -&IB，判有故障在B相。由此原 理图说明不管三相电流是否平衡，若无互感器变比问题或二次电流短路、断路、分流问题， 不会判别有故障，若有互感器变比问题或二次电流短路、断路、分流问题，就会有IE矢量不 等零，根据矢量IE的相位和幅度可判别是哪相计量电流故障和故障严重程度。图5为终端和中心主机组成无线数传报警系统的整体原理框图。图中DBl. . . DBn 为若干个零平衡法计量故障监测电能表；ZDl. . . ZDn为若干个无线数传报警抄表终端； ATC1. . . ATCn为对应的若干个终端天线，ATZ为主机天线；ZJ为中心收发机。图6是图1的无线远程数传报警抄表监控终端U2中的电路结构原理图，图6中 Bi. . . Bn为防盗、超温、开箱等其它报警输入端子；Kl. . . Kn为控制输出端子；A、B为RS485 数据接口端子；IG、UG为电流、电压故障输入端子；SFDL为串口数据控制电路；KZQ为报警 监测、编码、数据收发识别控制电路；CSFB为无线收发电路；XJSB近距无线遥控唤醒接收 板；XYKQ为近距无线遥控手柄；DCWYQ为终端内部直流稳压电源；DP为可充电电池或电瓶； ⑶KZQ为充电控制器，充足自动停充；GVDY为太阳能光伏电池；WDC为隔离式直流电源，初级 接交流经隔离变换成低压直流供终端用电。图7为中心无线收发主机结构原理图。图7中AT为天线；ZSPB为中心高频收发 电路；PDKZ频道自动切换控制电路JMKZQ中心机解码编码主控制器；RS232为接口电路； XSJL为显示、存储电脑；DCWYQ为内部稳压电源；WDC为交流隔离变换直流电源块；CZl为外 接电源插座；CZ2外电源插头。
具体实施例方式应用本发明的“零平衡法计量故障监测原理”研制出实施电路，加装于普通三相电 子电能表内，构成零平衡法计量故障监测电能表安装于计量箱内，应用中外加一个零线电 流互感器，多个结构相同的电流故障监测电能表和无线远程数传报警抄表监控终端(或无 线远程数传报警收发器)，与中心收发主机和上位机电脑组成零平衡法计量故障监测无线 远程数传报警抄表系统，其系统组成原理如附图5，整体化的电流故障监测电能表和无线远 程数传报警抄表监控终端实施电路结构如附图1 (a)，其联接关系是电能表上的计量故障 监测信号输出端子IG、UG和RS485通信端口 A，B端，通过联接线分别联接无线远程数传报 警抄表监控终端的对应端子；线远程数传报警抄表监控终端的输入接口端子Bi. . . Bn接现 场各报警监测传感器件；其输出接口端子Kl. . . Kn联接现场控制继电器或开关点；收发器 射频天线接同轴天线馈线，经馈线联接箱外的收发天线AT。中心收发主机带射频天线接口 和信号输入输出接口 ；其射频天线接口经高频馈线联接收发天线AT，其信号输入输出接口 经通信线联接用于显示存储电脑的串行口或USB 口，用于显示存储的电脑用通用PC机电脑 或可靠性高的工控机，机内安装配套的监控显示和记录存储软件。分体式的无线远程数传报警抄表监控终端，电路结构如图6，其结构特征是由无 线远程收发板CSFB ；近距遥控接收板XJSB ；无线遥控器XYKQ ；单片机程序倥制器KZQ ；电 流、电压故障报警输入端子IG、UG ；数据通信端A、B ；监测报警输入端口 Bi. . . Bn ；控制输出 端口 Kl. ..Kn ；直流电源WDC ；发射天线AT ；电源接插件CZl、CZ2 ；直流储能电瓶DP ；太阳 能电池板GVDY ；内部直流稳压电路DCWYQ ；机壳所构成。其连接方试是直流电源接电源输 入接插口，开关报警监测输入端口 Bi. . . Bn分别接单片机程序倥制器各对应输入端；控制 输出端口 Kl. . . Kn分别接单片机程序倥制器对应的开关控制点；RS485数据通信端A、B经 RS485接单片机程序倥制器；近距遥控接收板输出端接单片机程序倥制器输入口 ；无线远 程收发板输入输出端分别接单片机程序倥制器输出输入端，内部直流稳压电路输出接各部 分电源输入端；太阳能电池板接经充电控制器接电瓶，电瓶经联接线和插头接内部稳压器； 无线遥控器和外置式直流电源独立在机壳外，其余各部分安装于机壳内，构成无线远程数 传报警抄表监控终端。PDKZ频道自动切换控制电路JMKZQ中心机解码编码主控制器；RS232为接口电 路；XSJL为显示、存储电脑；DCWYQ为内部稳压电源；WDC为交流隔离变换直流电源块；CZl 为外接电源插座；CZ2外电源插头。本发明所述的中心收发主机，其实施电路结构原理如图7，其内部结构是由发射 天线AT ；中心高频收发电路板ZSFB ；频道自动切换控制电路PDKZ 中心机解码编码主控制 器JMKZQ ；数据通信接口电路RS232或USB接口 ；直流电源块WDC ；内部稳压电源DCWYQ ；电 源输入插件CZ1、CZ2 ；机壳所构成。其连接方试是直流电源接电源输入接插件，RS232数 据通信接口经TTL电平转换块接单片机程序倥制器；无线远程收发板输入输出信号端接中 心机解码编码主控制器JMKZQ，内部直流稳压电源DCWYQ输出接各部分电源输入端；隔离 式直流电源WDC有内置式和外置式两种接构，外置式直流电源独立在机壳外经联接器CZl、 CZ2接内部稳压器，其余各部分安装于机壳内，构成无线远程数传报警抄表监控终端系统的中心收发主机。本发明的计量故障监测电能表，其实施电路结构原理如图1，其特征是由三相电压 输入端子UA、UB、UC ；三相电流输入端子IA、IB、IC ；电流电压隔离变换器和电能计量芯片 及按键显示电路部分；增加的电流故障报警输出端子IG及指示灯LI ；电压故障报警输出端 子UG及指示灯LU ；两个零线(相)电流输入端子101、102 ；三相电流故障监测电路部分所 构成。其联接关系是三相电流和三相电压通过隔离变换器输出的电流和电压信号分别接计 量芯片输入端，同时分别接三相电流故障监测电路对应的输入端，两个零线(相)电流输入 端子101、102接三相电流故障监测电路零线电流输入端，三相电流故障监测电路输出的电 流故障信号接电流故障指示灯，同时经隔离输出器件输出电流故障信号接电流故障报警输 出端子IG ；计量芯片判别输出的失压故障信号经三相电流故障监测电路，接电压故障指示 灯，同时经隔离输出器件输出电压故障信号，接电压故障报警输出端子UG。其结构形式是在 原有的普通三相电子式电能表上加零平衡法计量故障监测电路U3和两个零线电流输入端 子101、102和故障报警输出端子IG、UG，RS485接口端子A、B及故障报警指示灯。本发明的无线远程数传报警抄表监控终端和系统的计量故障监测电能表与无线 远程数传报警抄表监控终端一体化安装于一个箱体(或表壳)内，构成结构简炼的“无线 远程数传监控报警电表终端”。其结构是由上述的无线远程数传报警抄表监控终端扩大壳 体，将普通电能表电路，计量鼓障监测电路，电压电流输入端子和零线电流输入端子安装于 壳内，去掉分体式的计量故障报警外联接线端子和RS485通信联接端子及监控终端电源输 入插座，所构成。计量故障监测电能表的485接口线直接连接无线远程数传报警抄表监控 终端的单片机程序控制器通信串口，故障监测电路输出输出直接连接程序控制器故障输入 口。其结构特征是由三相四线电压输入端子UA、UB、UC、U0 ；电流电压隔离变换器和电能计 量芯片电路；按键显示屏电路；按键显示屏；三相电流输入端子IA、IB、IC ；两个零线(相) 电流输入端子101、102 ；计量故障报警输出端子IG及指示灯LI及三相电流故障监测电路 部分；报警监测输入端口 Bi. . . Bn ；控制输出端口 Kl. . . Kn ；直流电源；发射天线；电瓶输入 接插口 ；无线远程收发板；近距遥控接收板；无线遥控器；单片机程序倥制器；内部直流稳 压电路；直流储能电瓶；太阳能电池板所组成。本发明的计量故障监测电能表，其主要特征之一是改变了原三相电子式电能表 的电路结构，增加了零相电流输入端子，电流故障报警指示灯和输出端子，电压故障报警指 示灯和输出端子，三相电流分流或二次回路电流故障监测电路，组成带电流故障监测的电 能表，能有效监测出二次回路和分流等电流故障。其主要特征二是增加远程无线数传报 警收发器，可将电流故障和电压故障信号及时通过无线远程数字传送收发器传送到报警中 心。其整体结构是由已有三相电子式电能表、和增加的零相电流输入端子、三相电流故障 监测电路板、电流故障报警输出端子及指示灯、电压故障报警输出端子及指示灯、无线远程 数传报警收发器所组成，其电路原理如附图1。远程无线数传报警收发器与带电流故障监测 的电能表安装于一个箱内(也可分体安装)。为方便用户维修更换某部分，无线远程数传报 警收发器与电流故障监测电能表分体安装，通过联接线将电能表内的电流故障监测信号和 RS485数据通信接口与无线远程数传报警收发器联接，结构原理如附图1(b)所示。现场使用中各配变台区计量箱中加装此零平衡法计量故障监测电能表终端，为无 线信号稳靠，天线置于表箱外。中心配置无线收发主机，联接天线，和显示存储电脑，即可构成监测报警抄表系统，若中心用RF自选频道通信，可架高天线减省通信费用，用高频馈线 联接天线和主机。根据需要各终端可增配防盗传感装置和油温传感头，超温报警传感片，实 现附加功能。经一年多试点试用，终端和系统无线数传性能稳靠，工作稳靠。本发明的零平衡法计量故障监测无线远程数传报警抄表终端和系统的主要创新 点通过河南省信息研究院科技查新成立，2008年11月通过河南省科技成果鉴定，鉴定委员 会专家评定为国内领先水平，参见其它证明文件的科技成果鉴定证书和河南省信研院查新 报告复印件。本发明的有益效果本发明的零平衡法计量故障监测无线远程数传报警抄表监控 终端和系统，可及时监测计量故障，数字传送故障类型，是电流分流故障还是某相电压失压 故障可有效分辩，报警控制器还有其它报警输入口，可传变压器超温报警信号和变压器被 盗报警信号，和人体靠近变压器时的红外报警识别信号，同时将电表RS485通信接口联接 数传报警控制器，无线传送电表数据，兼有无线远程抄表作用，实现远程抄表自动化，为发 展IOKV线路配电自动化提供经济可行的无线数传终端单元。对提高电管自动化水平，减省 巡查计量隐患人力浪费，查降供电损耗提供新的监测手段。本发明的社会经济效益和实用意义本发明的零平衡法计量故障监测无线远程数 传报警抄表监端和系统，能及时监测电能计量故障和其它故障，免人工巡查计量故障的浪 费，对防窃电防被盗，降线损，有较大的实用意义，推广应用将发挥有较大的社会经济效益， 无线电表终端综合功能强，安装方便，稳定可靠，综合利用程度高，性价比高，对发展IOKV 配电线路自动化有较大实用意义。
权利要求
零平衡法计量故障监测无线远程数传报警抄表监控终端和系统。其特征是由应用本“零平衡法计量故障监测原理”研制的计量故障监测电路，加入普通电子电能表，构成零平衡法计量故障监测电能表；无线远程数传报警抄表监控终端；中心收发主机及天线所组成，其联接关系是电流故障监测电能表经联接口或端子与无线远程数传报警抄表监控终端联接，无线远程数传报警抄表监控终端联接天线，中心天线经馈线联接中心收发主机，多个结构相同的计量故障监测电能表和无线远程数传报警抄表监控终端经天线，通过无线电信号联结中心收发主机，组成无线远程数传报警抄表监控系统。
2.根据权利要求1所述的零平衡法计量故障监测无线远程数传报警抄表监控终端和 系统，所述的“零平衡法计量故障监测原理”研制的计量故障监测电路，其特征是由三相 电流信号放大器和模/数转换电路ZA、ZB、ZC ；零线电流信号变换、放大、模/数转换电路 ZO ；电流矢量处理电路YS ；计量故障判别电路PB ；电流故障输出断子IG ；电压故障输出端 子UG ；三相电流信号输入端IA、IB、IC ；零线电流信号输入端IO ；三相电压采集数据输入端 口 I2C所组成，联结关系是计量故障判别电路PB根据零平衡法计量故障监测原理判别出 的三相电流故障故障信号接IG输出；电流信号放大器和模/数转换电路ZA、ZB、ZC输入信 号IA、IB、IC分别并联连接电能表三相计量信号端，输出接矢量和电路YS ；ZO输入信号IO 联接零线电流互感器HO输出的二次电流10，ZO输出信号接矢量和电路YS，矢量和电路YS 输出接PB输入，现场应用中增加有零线电流互感器提供IO信号。
3.根据权利要求1或2所述的零平衡法计量故障监测无线远程数传报警抄表监控终 端和系统，所述的零平衡法计量故障监测电能表，其特征是由三相四线电压输入端子UA、 UB、UC、IO ；三相电流输入端子IA、IB、IC ；零线电流输入端子101、102 ；电流电压隔离变换 器和电能计量芯片及按键显示电路部分；增加的电流故障报警输出端子IG及指示灯LI ；电 压故障报警输出端子UG及指示灯LU ；零平衡法计量故障监测电路所构成。其联接关系是三 相电流和三相电压通过隔离变换器输出的电流和电压信号分别接计量芯片输入端，同时分 别接电流故障监测电路对应的输入端，两个零线电流输入端子101、102接故障监测电路零 线电流输入端10，电流故障监测电路输出的故障信号OUT接电流故障指示灯，同时经隔离 输出器件输出电流故障信号接电流故障报警输出端子IG ；计量芯片判别输出的失压故障 信号接电压故障指示灯，同时经隔离输出器件输出电压故障信号接电压故障报警输出端子 UG。其结构形式是在普通三相电子式电能表上加零平衡法计量故障监测板和两个零(相) 线电流输入端子和故障报警输出端子，RS485接口及故障报警指示灯，构成零平衡法计量故 障监测电能表，其与过去普通电子电能表不同之处是增加零线电流输入端子101、102和权 利要求2所述的零平衡法计量故障监测电路，应用中若三相电流用电流互感器应增加有零 线电流互感器。
4.根据权利要求1所述的零平衡法计量故障监测无线远程数传报警抄表监控终端和 系统，所述的无线远程数传报警抄表监控终端，其特征是由无线远程收发板；近距离遥控 接收板；无线遥控器；单片机程序控制器；电流和电压故障报警输入端；数据通信端A、B ； 报警监测输入端口β 1...勘；控制输出端口 Kl. . . Kn ；直流电源；收发天线；电源输入接插 口 ；直流储能电瓶；电瓶输入接插口 ；太阳能电池板；内部直流稳压电路；机壳所构成。其 连接方试是直流电源连接电源输入接插口，报警监测输入端子Bi. . . Bn分别接单片机程 序制器对应输入端；控制输出端子Kl. . . Kn分别接单片机程序制器对应的开关控制输出端；RS485数据通信端A、B经RS485芯片接单片机程序控制器；近距离遥控接收板输出端接 单片机程序控制器输入口 ；无线远程收发板输入输出端分别接单片机程序控制器输出输入 端，内部直流稳压电路输出接各部分电源输入端，高频信号输入输出端接收发天线；太阳能 电池板接电瓶，电瓶经联接线和插头接电瓶插座；无线遥控器和外置式直流电源独立安放 在机壳外，其余各部分安装于机壳内，构成无线远程数传报警抄表监控终端。
5.根据权利要求1所述的零平衡法计量故障监测无线远程数传报警抄表监控终端和 系统，所述的中心收发主机，其特征是由无线远程收发板；单片机程序控制器；RS232数 据通信接口或USB接口；直流电源；内部稳压电路；收发天线；电源输入接插口 ；电瓶输入 接插口 ；内部直流稳压电路；机壳所构成。其连接方试是直流电源联接电源输入接插口， RS232数据通信接口经TTL电平转换块接单片机程序控制器；无线远程收发板输入输出端 分别接单片机程序控制器输出输入端，无线远程收发板高频收发信号经高频馈线联接收发 天线，内部直流稳压电路输出接各部分电源输入端；直流电源有内置式和外置式两种接构， 外置式直流电源独立在机壳外，其余各部分安装于机壳内；RS232数据通信接口或USB接口 联接通用电脑。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的零平衡法计量故障监测无线远程数传报警抄表 监控终端和系统，所述的计量故障监测电能表与无线远程数传报警抄表监控终端组装于一 个壳体内，构成的“零平衡法计量故障监测无线远程数传报警抄表电能表终端”，其特征是 由权利要求2所述的零平衡法计量故障监测电能表扩大壳体，将权利要求2所述的无线远 程数传报警抄表监控终端部分组装于一个壳体内，联接关系是将两部分之间的联接端子去 掉，改用接插件联接或电路板上直接联接，两部分内部组成和其它结构不变。
全文摘要
零平衡法电能计量故障监测无线远程数传报警抄表终端和系统，由无线远程数传报警抄表终端U2；零平衡法计量故障监测电能表U1、U3；和中心收发主机所组成，计量故障监测电能表由普通电表U1增加零平衡法计量故障监测电路U3构成，用本发明的零平衡法计量故障监测原理判别二次回路接触不良分流窃电等故障，U1、U3与U2组成电能表终端原理见摘要附图1，集计量故障监测、防盗、超温报警和数传抄表于一体，适用10kV线路台区自动化。
文档编号G01R22/06GK101907646SQ20091020319
公开日2010年12月8日 申请日期2009年6月2日 优先权日2009年6月2日
发明者郑五星 申请人:郑五星