一种含无功补偿、继电保护功能的多功能电表的制作方法
【专利摘要】本发明创造提供一种含无功补偿、继电保护功能的多功能电表，它的功能包括测量监控室内温度及湿度、三相电压、电流、相位相序、频率、功率、谐波、无功补偿、继电保护。多功能电表主要组成：1、采样单元，2、模数转换单元，3、计算判断单元、4、显示单元，5、命令执行单元，6、数据存储单元。采样单元有温度传感器、湿度传感器、电流检测器、电压检测器等；模数转换单元把采集到的物理量变成数字量；计算判断单元包含计算部分和判断部分，这两个部分由两个处理器对数字了进行计算和判断，这样的设计能够缩短从数据采集、处理到显示的时间。显示单元不仅在多功能电表上的LED屏上显示，同时也要在监控系统主控机上显示；命令执行单元包含自动调控和人工调控。
【专利说明】
一种含无功补偿、继电保护功能的多功能电表
技术领域
[0001]本发明属于电力监控、调控设备，对室内温度及湿度、三相电压、电流、相位相序、频率、功率、谐波等数据的监测、采集、调控，同时对变电所进行无功补偿、继电保护。
【背景技术】
[0002]传统电表只作为电能计量仪器使用，功能相对而言比较单一，而且其稳定性、精度、灵敏度方面都比较难控制，需要定时做校调。本设计的多功能电表除了具备传统电表基本用电量的计量功能以外，它还具有测量温度、湿度、A、B、C各相的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因素及电网频率等。它的基本功能包括双向多种费率计量功能、用户端控制功能、数据记录功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能，还包括无功补偿、继电保护功能。其中无功补偿、继电保护功能是它的特色功能。无功补偿及继电保护功能集中在多功能电表中，通过对各种数值的分析能够准确、无误的进行无功补偿、继电保护，提高系统的安全性。此款多功能电表体积小巧、测量精度高、低功耗、长寿命、高精度、经济成本低，维修方便，更加符合变电所对电表的要求。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种含无功补偿、继电保护功能的多功能电表，不仅能够完成常规的基础物理量的监测(如温度、湿度、电压、电流)，同时进行监测相位相序、频率、功率、谐波、无功补偿、继电保护。多功能电表采用双处理器提高处理数据速度，数据可以传输到监控系统的主控机上，监控人员随时掌握数据，对不在正常范围值的数据，系统自动做出调控，在规定时间内未能调控成功，立即进行人工调控，达到正常范围值。数据随时进行存储，有利于随时查阅。
[0004]多功能电表的功能:
[0005]1、采样单元利用温度传感器、湿度传感器、电流检测器、电压检测器等采集数据，这些元件通过RS485电缆与多功能电表连接。
[0006]2、模数转换单元对采集到的物理数据进行转换，转换处理器采用DSP TMS2407芯片。
[0007]3、计算判断单元分两步，第一步计算，第二步判断。利用采集到的数据计算相位相序、频率、功率、谐波及无功补偿和继电保护中的量，再进行判断这些量是否正常。采用DSPTMS2407芯片进行计算，ARM7NXP2123芯片进行判断，这样可以提高运行速度。
[0008]4、显示单元包含两部分:多功能电表上的LED显示屏和监控系统主控机。采用RS485芯片进行通信。
[0009]5、命令执行单元由自动调控部分和人工调控部分组成。数据判断不在正常值范围内，发出警报，并自动调控。自动调控命令发出后在规定时间内，系统没有恢复正常，再次出发出警报，请求人工调控，直至系统恢复正常。
[0010]6、数据存储单元对数据进行存储，存储的数据要传输到监控系统主控机上。
[0011]7、多功能电表中的无功补偿、继电保护功能的数据来源更加精准，对系统保护采取的措施更加准确，确保系统更加安全、可靠。
【附图说明】
[0012]图1是本发明所述的多功能电表控制原理图。
[0013]图2是多功能电表基本流程图。
[0014]图3是室内温度、湿度监控流程图。
[0015]图4是无功补偿功能基本流程图。
[0016]图5是继电保护基本流程图。
【具体实施方式】
[0017]多功能电表的功能:
[0018]1、采样单元利用温度传感器、湿度传感器、电流检测器、电压检测器等采集数据。这些元件通过RS485电缆与多功能电表连接。
[0019]2、模数转换单元对采集到的物理数据进行转换，转换处理器采用DSP TMS2407芯片。
[0020]3、计算判断单元分两步，第一步计算，第二步判断。利用采集到的数据计算相位相序、频率、功率、谐波及无功补偿和继电保护中的量，再进行判断这些量是否正常。
[0021 ] 无功补偿功能基本原理是，当cos Φ超前且>0.98，滞后且>0.95，在这个范围内，此时控制器没有控制信号发出，这时已投入的电容器组不退出，没投入的电容器组也不投入。当检测到COS Φ不满足要求时，如COS Φ滞后且〈0.95，那么将一组电容器投入，并继续监测cos?如还不满足要求，控制器则延时一段时间(延时时间可整定)，再投入一组电容器，直到全部投入为止。当检测到超前信号如cos Φ〈0.98，即呈容性载荷时，那么控制器就逐一切除电容器组。要遵循的原则就是:先投入的那组电容器组在切除时就要先切除。多功能电表中的无功补偿功能实现的内容是:操作、自动、手动切换、自识别各路电容器组的功率、根据负载自动调节切换时间、谐波过压报警及保护、线路谐振报警、过电压保护、线路低电流报警、电压、电流畸变率测量、显示电容器功率、显示(:08 0、1]、1、3、？、0及频率。
[0022]继电保护需要正确测量如下工频电气量:
[0023]当电流增大时，即短路时故障点与电源之间的电气设备和输电线路上的电流将由负荷电流增大至大大超过负荷电流。
[0024]当电压降低时，即发生相间短路和接地短路故障时，系统各点的相间电压或相电压值下降，且越靠近短路点，电压越低。
[0025]当电流与电压之间的相位角改变，即正常运行时电流与电压间的相位角是负荷的功率因数角，一般约为20°，三相短路时，电流与电压之间的相位角是由线路的阻抗角决定的，一般为60°?85°，而在保护反方向三相短路时，电流与电压之间的相位角则是180° +(60° ?85°)。
[0026]当测量阻抗发生变化，即测量阻抗即测量点(保护安装处)电压与电流之比值。正常运行时，测量阻抗为负荷阻抗;金属性短路时，测量阻抗转变为线路阻抗，故障后测量阻抗显著减小，而阻抗角增大。
[0027]当不对称短路时，出现相序分量，如两相及单相接地短路时，出现负序电流和负序电压分量;单相接地时，出现负序和零序电流和电压分量。这些分量在正常运行时是不出现的。
[0028]通过采集正确的数据，进行计算判断，采取相应地保护措施。具体的保护措施有电流保护(过电流保护、电流速断保护、定时限过电流保护、反时限过电流保护、无时限电流速断)、电压保护(过电压保护、欠电压保护、零序电压保护)、瓦斯保护、差动保护(横联差动保护、纵联差动保护)、高频保护、距离保护、平衡保护、负序及零序保护、方向保护等。
[0029]多功能电表计算、判别单元采用DSP TMS2407芯片进行计算，ARM7NXP2123芯片进行判断，这样可以提高运行速度。
[0030]4、显示单元包含两部分多功能电表上的LED显示屏和监控系统主控机。采用RS485芯片进行通信。
[0031]5、命令执行单元由自动调控部分和人工调控部分组成。数据判断不在正常值范围内，发出警报，并自动调控。自动调控命令发出后在规定时间内，系统没有恢复正常，再次出发出警报，请求人工调控，直至系统恢复正常。
[0032]6、数据存储单元对数据进行存储，存储的数据要传输到监控系统主控机上。
【主权项】
1.一种含无功补偿、继电保护功能的多功能电表，检测数据有室内温度及湿度、三相电压、电流、相位相序、频率、功率、谐波等，并有无功补偿、继电保护功能。组成部分:采样单元，模数转换单元，计算判断单元，显示单元，命令执行单元，数据存储单元。2.根据权利要求1所述的多功能电表，其特征是检测的量可以在LED显示也可以在监控系统主控机上显示。3.根据权利要求1所述的多功能电表，其特征是计算判断单元分两个步骤完成，由两个处理器分步处理数据，提高数据处理速度。4.根据权利要求1所述的多功能电表，其特征是数据存储单元，对数据进行存储。5.根据权利要求1所述的多功能电表，其特征是命令执行单元有自动调控和人工调控功能。6.根据权利要求1所述的多功能电表，其特征是同时对变电所进行无功补偿、继电保护。
【文档编号】G01D21/02GK105866531SQ201610249086
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】徐惠勇, 井文丽, 钮鑫, 温凯瑞, 董娜
【申请人】中国地质大学（北京）