一种电能表标准装置准确性远方检测及状态监测平台的制作方法
【专利摘要】一种电能表标准装置准确性远方检测及状态监测平台，该平台由0.01级电能基准装置(2)和一个以上并联连接的0.05级监测系统及装置(1)并联连接构成；0.05级监测系统及装置(1)、0.01级电能基准装置(2)分别采用交换机通过有线或无线或光纤与显示服务器连接。本实用新型可有效对电能表标准装置的稳定性进行实时监控。
【专利说明】一种电能表标准装置准确性远方检测及状态监测平台
【技术领域】
[0001]本实用新型属于对电能表标准装置准确性远方检测及状态监测平台结构【技术领域】。
【背景技术】
[0002]电能表标准装置准确性远方检测及状态监测技术的研宄及监测平台的建立，可有效实现电网各级计量中心电能表标准装置的远方实施监测，改变现有电能标准装置定期送检及维护现状及不足，促进电网电能计量管控水平。
[0003]通过电能表标准装置准确性远方检测及状态监测技术研宄，建立电能表标准装置准确性远方检测及状态监测平台，并选择云南电网昆明供电局计量中心进行试验测试，在试验测试成功的基础上，将成果进行推广至云南电网公司各级计量中心，建立云南电网统一的电能表标准装置远方监测平台。
[0004]研宄成果推广至云南电网公司各级计量中心后可有效对电能表标准装置的稳定性进行实时监控，并间接减少由于电能表标准装置检定过程中的偏移造成的检定结果偏差，带来的经济损失。
【发明内容】
[0005]一种电能表标准装置准确性远方检测及状态监测平台，能够对电能表标准装置准确性进行远方检测及状态监测，本实用新型特征包括以下内容:
[0006]一种电能表标准装置准确性远方检测及状态监测平台，本实用新型特征在于，该平台由0.01级电能基准装置和一个以上并联连接的0.05级监测系统及装置并联连接构成；0.05级监测系统及装置、0.01级电能基准装置分别采用交换机通过有线或无线或光纤与显示服务器连接；其中:
[0007]0.05级监测系统及装置由电压采样器、电流采样器、三相合并单元组成，检验台的标准电能表通过电能脉冲与三相合并单元连接，对所述检验台的标准电能表的输出信号进行测量并对其进行记录；设有标准电能表检定装置分别与电压采样单元、电流采样单元、检验台的标准电能表连接；标准电能表检定装置还通过状态数据与交换机连接；
[0008]0.01级电能基准装置由电压采样器、电流采样器分别连接数据处理及误差显示单元组成；本实用新型通过与电能表标准装置进行通讯，规约解析实时实现对被检电能表检测项目的监测、统计、查询、分析，掌控大批量被检电能表质量优劣情况。
[0009]采用主站系统远程下发电能表标准装置比对方案、电能表检定方案到每台电能表标准装置，并通过0.05级监测系统及装置、0.01级电能基准装置采集和反馈比对与检定数据回主站系统，实现实验室间能力比对、标准装置期间核查。
[0010]①电压采样单元前端采用精密仪用电压互感器，将480V电压直接转换成便于数据采集模块的A/D采集4V电压，该电压互感器采用无源的双级电压互感器设计，有较高的输入阻抗，在并接于电能表校验装置输出上时基本不增加装置的负载，U/U变换器采用模块化设计，便于上一层的量值传递；
[0011]②电流采样前端使用0.01级穿心式设计100A/80mA双级电流互感器，互感器二次输出固定接入进口四端采样电阻，使其不增加、不改变运行中的校验装置电流回路的负载，从而保证既能快速响应信号的变化又能不影响被监测电能表标准装置的运行；
[0012]③在电流采集模块中采用STM32的CORTEX-M3系列高性能低功耗单片机对当前信号大小进行实时的监测。当采样点数据小于当前量程的8%时，通过增加仪用放大器的增益使放大器输出信号尽可能的接近18位ADC的量程，提高测量精度；而当采样点数据超出当前量程的95%时，通过降低仪用放大器的增益使信号不超出量程范围，保证监测数据的准确性。
[0013]0.01级电能基准装置由电压电流采样单元、数据处理及误差显示单元组成。主要用于对0.05级监测系统的期间核查:
[0014]①0.01级电能基准内部的前端结构与监测装置类似，都是通过FPGA模块控制采集模块接收采集数据。但与监测装置不同，电能基准需要整机送上一级检定，所以需要0.01级在内部增加运算单元；
[0015]②0.01级电能基准装置的电压采样通道前端采用的精密仪用电压互感器可以通过小信号继电器在互感器二次进行400V、200V、100V和50V的量程切换，保证在上述档位输入满量程信号时，二次输出信号为4V信号；
[0016]③0.01级电能基准装置的电流采样通道前端采用双级电流互感器，其一次回路有100A、10A、IA三个电流档位，通过一次继电器切换，使得二次回路电流在8?80mA范围。
[0017]0.01级基准装置和各个0.05级监测装置均作为采样Socket服务端，服务器端的多通道运算客户端从采样服务端获取采样数据并计算出电压、电流、功率值，电能表标准装置的PC机中通过规约转换软件连接服务器端的状态监测软件和PC机中的校表软件进行通讯。
[0018]本实用新型的有益效果是，
[0019]I)远程实时地对多个片区的每台电能表标准装置的运行状态进行掌控；
[0020]2)实时在线地对电能表标准装置的准确性进行监测；
[0021]3)远程实时地对多个片区的每台电能表标准装置检定/检测的电能表的误差、多功能测试项目进行监测、统计、查询、分析，掌控大批量被检电能表质量优劣情况。
[0022]4)主站系统远程下发电能表标准装置比对方案、电能表检定方案到每台电能表标准装置；
[0023]5)实现对不同厂家、型号的电能表标准装置性能的评估；
[0024]6)实现对不同厂家、型号的安装式电能表、标准电能表性能的评估。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本实用新型整体系统运行框图；
[0026]图2为本实用新型0.05级监测系统运行原理图；
[0027]图3为本实用新型0.05级监测装置电压采样方式原理图；
[0028]图4为本实用新型0.05级监测装置电流采样方式原理图；
[0029]图5为本实用新型0.05级监测装置采样电路原理图；
[0030]图6为本实用新型0.05级监测装置安装方式图；
[0031]图7为本实用新型0.01级电能基准装置原理图；
[0032]图8为本实用新型0.01级电能基准装置整体原理图；
[0033]图9为本实用新型0.01级电能基准装置电压采样方式原理图；
[0034]图10为本实用新型0.01级电能基准装置电流采样方式原理图；
[0035]图11为本实用新型0.01级电能基准装置安装方式图。
[0036]图1中:Λ E电能误差，3Χ表示三相电路。
【具体实施方式】
[0037]如图1所示，一种电能表标准装置准确性远方检测及状态监测平台，其特征在于，该平台由0.01级电能基准装置2和一个以上并联连接的0.05级监测系统及装置I并联连接构成；0.05级监测系统及装置1、0.01级电能基准装置2分别采用交换机通过有线或无线或光纤与显示服务器连接；其中:
[0038]0.05级监测系统及装置I由电压采样器、电流采样器、三相合并单元组成，检验台的标准电能表通过电能脉冲与三相合并单元连接，对所述检验台的标准电能表的输出信号进行测量并对其进行记录；设有标准电能表检定装置分别与电压采样单元、电流采样单元、检验台的标准电能表连接；标准电能表检定装置还通过状态数据与交换机连接；
[0039]0.01级电能基准装置2由电压采样器、电流采样器分别连接数据处理及误差显示单元组成；本实用新型通过与电能表标准装置进行通讯，规约解析实时实现对被检电能表检测项目的监测、统计、查询、分析，掌控大批量被检电能表质量优劣情况。
[0040]采用主站系统远程下发电能表标准装置比对方案、电能表检定方案到每台电能表标准装置，并通过0.05级监测系统及装置1、0.01级电能基准装置2采集和反馈比对与检定数据回主站系统，实现实验室间能力比对、标准装置期间核查。
[0041]①电压采样单元前端采用精密仪用电压互感器，将480V电压直接转换成便于数据采集模块的A/D采集4V电压，该电压互感器采用无源的双级电压互感器设计，有较高的输入阻抗，在并接于电能表校验装置输出上时基本不增加装置的负载，U/U变换器采用模块化设计，便于上一层的量值传递；
[0042]②电流采样前端使用0.01级穿心式设计100A/80mA双级电流互感器，互感器二次输出固定接入进口四端采样电阻，使其不增加、不改变运行中的校验装置电流回路的负载，从而保证既能快速响应信号的变化又能不影响被监测电能表标准装置的运行；
[0043]③在电流采集模块中采用STM32的CORTEX-M3系列高性能低功耗单片机对当前信号大小进行实时的监测。当采样点数据小于当前量程的8%时，通过增加仪用放大器的增益使放大器输出信号尽可能的接近18位ADC的量程，提高测量精度；而当采样点数据超出当前量程的95%时，通过降低仪用放大器的增益使信号不超出量程范围，保证监测数据的准确性。
[0044]0.01级电能基准装置由电压电流采样单元、数据处理及误差显示单元组成。主要用于对0.05级监测系统的期间核查:
[0045]①0.01级电能基准内部的前端结构与监测装置类似，都是通过FPGA模块控制采集模块接收采集数据。但与监测装置不同，电能基准需要整机送上一级检定，所以需要0.01级在内部增加运算单元；
[0046]②0.01级电能基准装置的电压采样通道前端采用的精密仪用电压互感器可以通过小信号继电器在互感器二次进行400V、200V、100V和50V的量程切换，保证在上述档位输入满量程信号时，二次输出信号为4V信号；
[0047]③0.01级电能基准装置的电流采样通道前端采用双级电流互感器，其一次回路有100A、10A、IA三个电流档位，通过一次继电器切换，使得二次回路电流在8?80mA范围。
[0048]0.01级基准装置和各个0.05级监测装置均作为采样Socket服务端，服务器端的多通道运算客户端从采样服务端获取采样数据并计算出电压、电流、功率值，电能表标准装置的PC机中通过规约转换软件连接服务器端的状态监测软件和PC机中的校表软件进行通讯。
[0049]电能表标准检定装置和标准电能表是实验室现有的设备，作为被监测的对象；0.05级监测系统用于实时在线对电能表标准检定装置的准确性进行监测。0.01级电能基准装置用于对0.05级监测系统的期间核查。0.01级电能基准装置和各个0.05级监测装置以及对应的电能表标准装置的PC机通过交换机与现场服务器连接。0.01电能基准装置和各个0.05级监测装置均作为采样Socket服务端，服务器端的多通道运算客户端从采样服务端获取采样数据并计算出电压、电流、功率值，电能表标准装置的PC机中通过规约转换软件连接服务器端的状态监测软件和PC机中的校表软件进行通讯。远方监测平台选用Visual Stud1, net 2010的C#作为系统软件开发平台，主站系统实现对多个片区每张电能表标准装置准确性远方检测及状态监测。
[0050]如图2所示，本0.05级监测系统由电压电流采样单元、三相合并单元组成，通过对校验台的输出信号进行测量并对校验台的标准表电能脉冲进行记录，以及后方服务器的集中数据分析处理，实现实时在线对电能表标准装置的准确性进行监测。
[0051]如图3所示，前端采用精密仪用电压互感器，将480V电压直接转换成便于数据采集模块的A/D采集4V电压，该电压互感器采用无源的双级电压互感器设计，有较高的输入阻抗，在并接于电能表校验装置输出上时基本不增加装置的负载，U/U变换器采用模块化设计，便于上一层的量值传递。
[0052]如图4所示，电流采样前端使用0.01级穿心式设计100A/80mA双级电流互感器，互感器二次输出固定接入进口四端采样电阻，使其不增加、不改变运行中的校验装置电流回路的负载，从而保证既能快速响应信号的变化又能不影响被监测电能表标准装置的运行。但这样的恒定负载方式往往会使得小电流时精度下降较大，为此在四端采样电阻和补偿电路将电流转为电压后，通过可以高速切换增益、动态范围1000:1的程控增益仪用放大器对电压信号进行放大，使得输出信号在设计的100A?IA范围内维持在0.4?4伏之间，保证后面18位高速AD进行模数转换的准确性。
[0053]如图5所示，为了尽可能地在最佳的量程范围内对信号进行采样，以及适应负荷的变动，采用图5所示的采样系统对U/U、I/U变换输出的小电压信号进行采样。在电流采集模块中采用STM32的C0RTEX-M3系列高性能低功耗单片机对当前信号大小进行实时的监测。当采样点数据小于当前量程的8%时，通过增加仪用放大器的增益使放大器输出信号尽可能的接近18位ADC的量程，提高测量精度；而当采样点数据超出当前量程的95%时，通过降低仪用放大器的增益使信号不超出量程范围，保证监测数据的准确性。
[0054]如图6所示，监测装置安放在电能表标准装置的机柜顶端，与电能表标准装置中的标准表实行电压并接、电流串接，通过T型BNC将标准表的脉冲输出分成两路其中一路接到监测装置的脉冲输入端。监测装置端的光纤接口为SC接口，采用单模2芯光纤布线。安装完毕后对监测装置设定固定IP地址、电能表标准装置的编号以及输入对当前电能表标准装置的备注信息，然后监测装置便会将当前采集的信息发送到后台服务器。
[0055]如图7所示，0.01级电能基准装置由电压电流采样单元、数据处理及误差显示单元组成。主要用于对0.05级监测系统的期间核查。
[0056]如图8所示，电能基准内部的前端结构与监测装置类似，都是通过FPGA模块控制采集模块接收采集数据。但与监测装置不同，电能基准需要整机送上一级检定，所以需要在内部增加运算单元。经过研宄决定使用低功耗工控机作为数据运算处理单元，同时通过电能基准的液晶屏显示，使得操作人员更直观地看到当前的状态、比对信息。
[0057]如图9所示，0.01级电能基准装置的电压采样通道前端采用的精密仪用电压互感器可以通过小信号继电器在互感器二次进行进行400V、200V、100V和50V的量程切换，保证在上述档位输入满量程信号时，二次输出信号为4V信号。后面的模数变换硬件部分与监测装置一致，采用高精度高采样率A/D对互感器二次信号进行采集，为了进一步降低最终数据的不确定度，在电能基准装置中采用更高的采样率，通过更高的过采样率提高数据的准确度。
[0058]如图10所示，0.01级电能基准装置的电流采样通道前端采用双级电流互感器，其一次回路有100A、10A、1A三个电流档位，通过一次继电器切换，使得二次回路电流在8?80mA范围。档位切换采用程控手动和自动换档方式，前者适合于送检时的稳态信号比对，后者适合于与0.05级监测装置并联运行对监测装置各个量程点的长期稳定性的核查。
[0059]如图11所示，0.01级电能基准装置通过仪表推车，放到需要进行期间核查的监测装置旁，与监测装置中的标准表实行电压并接、电流串接，将监测装置的脉冲输出接到基准装置的脉冲输入端。基准装置端的光纤接口为SC接口，采用单模2芯光纤布线。
【权利要求】
1.一种电能表标准装置准确性远方检测及状态监测平台，其特征在于，该平台由0.0l级电能基准装置(2)和一个以上并联连接的0.05级监测系统及装置(1)并联连接构成；.0.05级监测系统及装置(I)、0.01级电能基准装置(2)分别采用交换机通过有线或无线或光纤与显示服务器连接；其中: .0.05级监测系统及装置(I)由电压采样器、电流采样器、三相合并单元组成，检验台的标准电能表通过电能脉冲与三相合并单元连接，对所述检验台的标准电能表的输出信号进行测量并对其进行记录；设有标准电能表检定装置分别与电压采样单元、电流采样单元、检验台的标准电能表连接；标准电能表检定装置还通过状态数据与交换机连接； .0.01级电能基准装置(2)由电压采样器、电流采样器分别连接数据处理及误差显示单元组成 。
【文档编号】G01R35/04GK204241685SQ201420733544
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】曹敏, 王昕 , 赵涓, 杜韶辉, 高尚飞, 李盛恒, 刘侦 申请人:云南电网公司电力科学研究院, 昆明能讯科技有限责任公司