高压电能表的制作方法

本实用新型涉及电能计量装置技术领域，具体涉及一种安装在三相高压线路上的高压电能表。

背景技术：

高压电能表是指一种直接接入6kV～35kV电力线路测量有功电能与无功电能的仪表，由装入同一壳体内包括高压电流电压传感器、高压供电单元、电能计量单元、内置计度显示单元(若有)、通信单元(若有)等组成。旨在实现高压侧直接计量，国内早在2004年就出现一种不同于传统电磁式的高压电能表(专利号ZL 200420075997.9)，具有可直接高压侧计量、体积小、重量轻、防窃电、无铁磁谐振现象的优点，并且随后的几年，类似的产品在功能实现方面有一定程度的改善(专利号200810002310.1)。但该类产品至今未得到批量推广应用，究其原因是高压电能表在长期运行计量、通迅的可靠性、多功能性、智能性方面存在不足：

1、应用安装不灵活；

1.1电流采样数据处理单元无法满足双向计量，因此要求对应的产品必须按照现场电力系统电流的方向进行安装；

1.2电压、电流采样数据处理单元只能硬性的默认电力系统中的相序，因此对应的产品本身定义好了相序，无法依据安装环境调整。

2、智能化程度不高

2.1在系统A/C相出现故障而掉电时内部供电可靠性低，单核处理电量信息，无备份；

2.2单个通讯模块，一旦故障或频段受干扰会导致通讯失败；

2.3软件无法远程升级、升级失败后不能还原；

2.4故障无法识别及指示，一旦故障无法识别是电源故障还是通讯故障；

2.5其采集的数据不能扩展使用，只供给本体计量用，不能提供给其他保护、测量设备用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述存在的问题，提供一种高压电能表，能够实现电能数据的互为备份，提高可靠性，同时整机产品安装不受现场电力系统相序方向的限制。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，

高压电能表，应用于三相高压线路上，其A相和C相上均设有相同且相互独立的采样计量系统，两采样计量系统之间通过光纤相连以实现数据互为备份。

所述采样计量系统包括电源单元，电压电流采样单元，顺序连接于所述电压电流采样单元输出端的计量单元和处理单元；所述电源单元输出端分别与计量单元和处理单元相连以提供工作电压；两采样计量系统的处理单元之间通过所述光纤相连以实现数据互为备份。

所述电源单元包括至少两个串联后、连接于A相和B相或者连接于C相和B相之间的分压电容，并联于其中至少一个分压电容两端的开关电源，该开关电源输出端分别与计量单元和处理单元相连以提供工作电压。

所述电压电流采样单元包括：

电压采样电路，包括至少两个串联后、连接于A相和B相或者连接于C相和B相之间的降压电容，以及一采样电阻；该采样电阻的输出端分为两路，一路经分压电阻后并联于其中至少一个降压电容的两端，另一路连接至所述计量单元；

电流采样电路，包括一电流互感器，其输出端连接至所述计量单元。

所述计量单元包括与电压电流采样单元输出端相连的计量芯片，以及分别与该计量芯片和处理单元相连的计量MCU。

各处理单元均连接有一RF通讯模块，且两个RF通讯模块的通讯频段相异。

各处理单元均连接有一脉冲输出端口。

各处理单元均连接有扩展端口，用于根据用户要求给继保类产品输出控制信号。

各处理单元均连接有一状态指示灯。

各处理单元均连接有一加密用ESAM芯片。

所述高压电能表还包括一与电源单元相连的显示单元，该显示单元通过无线或光纤与各处理单元相连。

本实用新型与现有技术相比有如下优点和效果：

1、本实用新型在A相和C相上均设有独立的采样计量系统，且两采样计量系统之间通过光纤相连以实现数据互为备份，即使其中一相遇到故障，也不会导致数据丢失，大大提高了产品的可靠性。2、A相和C相上设置的采样计量系统对称布置(两采样计量系统相同)，使得整机产品安装不受现场电力系统相序方向的限制，安装更为方便。3、增加计量MCU，从而实现远程升级高压表软件，在升级失败后，可以采用原版软件数据，升级过程中电能正常计量，保证可以持续计量，提高可靠性。4、采用双RF通信，互为备用的关系，因为A相、C相的数据是实时一致的，因此在通讯出现异常时，RF可以切换，提高通讯的可靠性。5、在高压电能表本体上设置可视指示灯，提示高压电能表的工作状态，以及内部通讯状态，能够直观的了解电能表的工作状态，为产品故障判读提供极大的方便。6、配置有扩展端口，可根据用户要求给继保类产品输出控制信号。7、双单元产品设计采用统一PCB设计，满足工业化产品设计需求。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是实施例1的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做详细的介绍。

如图1所示，本实用新型适合应用在10kV架空配电系统，采用三相三线计量方式，其A相和C相上均设有相同且相互独立的采样计量系统，使得整机产品安装不受现场电力系统相序方向的限制，安装更为方便；两采样计量系统之间通过光纤相连以实现数据互为备份，即使其中一相遇到故障，也不会导致数据丢失，大大提高了产品的可靠性。即，A、C相采样计量系统独立电源供电，独立计量，独立存储，两采样计量系统之间采用光纤通讯，进行数据的传输及交换，实现了两端数据互为备份，通讯及存储功能互为备用，两边硬件完全对称，安装时不分A相、C相；实际运行中，互为主从，从端将单侧计量数据发送到主端，主端承担本侧计量数据的处理同时叠加从端侧的计量数据作为总电量通过RF进行无线外发；在从端出现失电和异常的情况下，主端依然可以独立工作，在主端出现失电和异常的情况下，从端切换到主端模式，进行计量及通讯。

所述采样计量系统包括电源单元，电压电流采样单元，顺序连接于所述电压电流采样单元输出端的计量单元和处理单元；所述电源单元输出端分别与计量单元和处理单元相连以提供工作电压；两采样计量系统的处理单元之间通过所述光纤相连以实现数据互为备份。

所述电源单元采用电容分压原理，从10kV三相三线线路AB、BC相间取得一个100V左右的电压，此电压经一个宽范围输入、额定输出的开关电源，输出稳定的电压信号，供电路板使用；具体为：包括至少两个串联后、连接于A相和B相或者连接于C相和B相之间的分压电容，并联于其中至少一个分压电容两端的开关电源，该开关电源输出端分别与计量单元和处理单元相连以提供工作电压。

所述电压电流采样单元包括：

电压采样电路，采用电容分压、结合电能表电压采样原理，通过设置一定的采样电阻，获得成比例的电压信号，此电压信号可准确反应高压侧电压；具体为：包括至少两个串联后、连接于A相和B相或者连接于C相和B相之间的降压电容，以及一采样电阻；该采样电阻的输出端分为两路，一路经分压电阻后并联于其中至少一个降压电容的两端，另一路连接至所述计量单元；

电流采样电路，包括一电流互感器，其输出端连接至所述计量单元；本实施例采用低功率电流互感器，该互感器采用非晶铁芯，精度高达0.01级，测量范围宽，饱和磁密高。

所述计量单元包括与电压电流采样单元输出端相连的计量芯片，以及分别与该计量芯片和处理单元相连的计量MCU；将计量MCU和处理单元(主MCU)分开，具备了扩展更多功能的条件，同时能够实现远程升级高压表软件，在升级失败后，可以采用原版软件数据，升级过程中电能正常计量，保证可以持续计量，提高可靠性。

各处理单元均连接有一RF通讯模块，且两个RF通讯模块的通讯频段相异(用户可通过远距离设置RF频段，实现实时读取电能信息)；采用双RF通信，互为备用的关系，因为A相、C相的数据是实时一致的，因此在通讯出现异常时，RF可以切换，避免了现有技术中单个通讯模块，一旦故障或频段受干扰会导致通讯失败的问题，提高了通讯的可靠性。即，在频点受到干扰情况下，可以切换不同的频点进行通讯，确保通讯可靠性。

各处理单元均连接有一脉冲输出端口，仅需1个端口、单根光纤就能实现有功、无功信息的读取。

各处理单元均连接有扩展端口，用于根据用户要求给继保类产品输出控制信号，整定值通过RF来配置，完全符合智能电网的需求。

各处理单元均连接有一状态指示灯，提示高压电能表的工作状态，以及内部通讯状态，不通过RF通讯就能识别电源、电能计量、光纤通讯异常，直观的了解电能表的工作状态，为产品故障判读提供极大的方便。具体规则如下：线路A相侧对应指示灯，为脉冲指示灯，电源故障为熄灭，有电压无电流为常亮，有压有电流则为闪烁，闪烁频率和一次电流的大小成正比。线路B相侧对应指示灯，为通讯指示灯，内部通讯(A、C相)正常为闪烁，其闪烁频率和数据交换量成正比，内部通讯(A、C相)异常为常亮，电源故障为熄灭。

各处理单元均连接有一ESAM(Embedded Secure Access Module)芯片，数据硬加密，数据通信安全极大提高。

所述高压电能表还包括一与电源单元相连的显示单元，该显示单元通过无线或光纤与各处理单元相连。

实施例1：如图2所示，本实施例高压电能表，应用于三相高压线路上，其A相和C相上分别设有A相采样计量系统和C相采样计量系统，两采样计量系统结构组成相同，且相互独立，并通过光纤相连以实现数据互为备份。

所述A相采样计量系统包括A相电源单元1，A相电压电流采样单元2，顺序连接于所述A相电压电流采样单元2输出端的A相计量单元3和A相处理单元4；所述A相电源单元1输出端分别与A相计量单元3和A相处理单元4相连以提供工作电压。所述C相采样计量系统包括C相电源单元5，C相电压电流采样单元6，顺序连接于所述C相电压电流采样单元6输出端的C相计量单元7和C相处理单元8；所述C相电源单元5输出端分别与C相计量单元7和C相处理单元8相连以提供工作电压。A相处理单元4与C相处理单元8之间通过所述光纤相连以实现数据互为备份。

所述A相电源单元1包括两个串联后、连接于A相和B相之间的分压电容C1和C2，并联于其中一个分压电容C2两端的A相开关电源101，该A相开关电源101输出端分别与A相计量单元3和A相处理单元4相连以提供工作电压。

所述A相电压电流采样单元2包括：

A相电压采样电路，包括两个串联后、连接于A相和B相之间的降压电容C3和C4，以及一A相采样电阻201；该A相采样电阻的输出端分为两路，一路经A相分压电阻202后并联于其中一个降压电容C4的两端，另一路连接至所述A相计量单元3；

A相电流采样电路，包括一A相电流互感器203，其输出端连接至所述A相计量单元3；本实施例采用低功率电流互感器，该互感器采用非晶铁芯，精度高达0.01级，测量范围宽，饱和磁密高。

所述A相计量单元3包括与A相电压电流采样单元2输出端相连的A相计量芯片301，以及分别与该A相计量芯片和A相处理单元4相连的A相计量MCU302。

所述A相处理单元4用于综合处理A相计量的电能和光纤通讯收到的C相电能，综合得出三相的电能数据，与C相处理单元8得出的电能数据互为备份。

所述A相处理单元4上分别连接有一A相RF通讯模块401、一A相脉冲输出端口402(仅需1个端口、单根光纤就能实现有功、无功信息的读取)、一A相扩展端口403(用于根据用户要求给继保类产品输出控制信号，整定值通过RF来配置，完全符合智能电网的需求)、一A相状态指示灯404(提示高压电能表的工作状态，以及内部通讯状态)、以及一A相ESAM(Embedded Secure Access Module)芯片405(数据硬加密，提高数据通信安全)。

所述C相电源单元5包括两个串联后、连接于C相和B相之间的分压电容C5和C6，并联于其中一个分压电容C6两端的C相开关电源501，该C相开关电源501输出端分别与C相计量单元7和C相处理单元8相连以提供工作电压。

所述C相电压电流采样单元6包括：

C相电压采样电路，包括两个串联后、连接于C相和B相之间的降压电容C7和C8，以及一C相采样电阻601；该C相采样电阻的输出端分为两路，一路经C相分压电阻602后并联于其中一个降压电容C8的两端，另一路连接至所述C相计量单元7；

C相电流采样电路，包括一C相电流互感器603，其输出端连接至所述C相计量单元7；本实施例采用低功率电流互感器，该互感器采用非晶铁芯，精度高达0.01级，测量范围宽，饱和磁密高。

所述C相计量单元7包括与C相电压电流采样单元6输出端相连的C相计量芯片701，以及分别与该C相计量芯片和C相处理单元8相连的C相计量MCU702。

所述C相处理单元8用于综合处理C相计量的电能和光纤通讯收到的A相电能，综合得出三相的电能数据，与A相处理单元4得出的电能数据互为备份。

所述C相处理单元8上分别连接有一C相RF通讯模块801(与A相RF通讯模块采用不同频段)、一C相脉冲输出端口802(仅需1个端口、单根光纤就能实现有功、无功信息的读取)、一C相扩展端口803(用于根据用户要求给继保类产品输出控制信号，整定值通过RF来配置，完全符合智能电网的需求)、一C相状态指示灯804(提示高压电能表的工作状态，以及内部通讯状态)、以及一C相ESAM(Embedded Secure Access Module)芯片805(数据硬加密，提高数据通信安全)。

所述高压电能表还包括一与A相电源单元1和/或C相电源单元5相连的显示单元9，该显示单元通过无线或光纤分别与A相处理单元4和C相处理单元8相连；显示单元9通过设置RF通讯频段选择其中一个处理单元(A相处理单元或C相处理单元)通讯。