一种电能表现场校验远程脉冲模块及其校验方法
【专利摘要】本发明涉及计量装置现场校验技术领域，具体涉及的是一种电能表现场校验远程脉冲模块及其校验方法。包括脉冲采集器和脉冲还原器，脉冲采集器安装在电能表处，脉冲原还器安装在校验仪处，脉冲采集器和脉冲还原器通过无线通信方式进行信号的交互；校验方法为脉冲采集器采集有功脉冲和无功脉冲；脉冲采集器编码后传给脉冲还原器；脉冲还原器还原成有功脉冲和无功脉冲信号；将有功脉冲信号和无功脉冲信号传给校验仪；计算电能表和二次回路的综合误差。
【专利说明】
一种电能表现场校验远程脉冲模块及其校验方法
技术领域
[0001]本发明涉及计量装置现场校验技术领域，具体涉及的是一种电能表现场校验远程脉冲模块及其校验方法。
【背景技术】
[0002]电能表现场校验分为首次检定和周期检定，是确保电能计量装置安全准确稳定运行的技术手段。目前在高压计量装置现场，计量装置由电压互感器、电流互感器和电能表以及二次回路组成；电压和电流互感器把高电压转换成低电压信号、大电流转换成小电流信号传给电能表，电能表根据电压电流计算出使用电能值。电能表现场校验是把互感器输出的低电压和小电流在电能表侧接入校验仪，同时把电能表输出的有功脉冲和无功脉冲信号也接入校验仪，校验仪将接入的电压电流量计算出电能值作为基准，将脉冲信号计算电能值与之比对即计算出电能表的误差。
[0003]但对于数字式电能表，互感器安装位置较远且电压电流信号在互感器侧被转变成数字信号后通过光纤接至电能表，电表侧无法取得电压电流信号而无法完成校验。因此考虑从互感器侧取电压电流信号，从电表侧取脉冲信号进行现场校验，则可以检出电能表的误差和二次回路引起误差的综合误差值。综合误差值对于数字电能表以及二次回路过长的普通电能表均可更直观、更科学地判断计量的准确性。
[0004]此时如果使用校验仪对电能表和二次回路综合的误差值进行校验，要么把校验仪放在电能表侧并用接线延长互感器二次电压电流信号接入校验仪;要么把校验仪放在互感器侧并延长电能表脉冲信号接线接入校验仪。前一种接法容易引入二次电压电流信号连接线的误差给校验仪器，后一种接法容易引入信号干扰给校验仪器。两种情况都会引起校验失真，并且接线费时费力容易发生失误甚至引起电压电流线外接的安全问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对上述不足之处提供一种电能表现场校验远程脉冲模块及其校验方法，解决这种互感器位置与电能表较远的情况下现场校验的缺陷，避免延长接线引入误差和干扰，使现场电能表现场校验安全、可靠、准确、全面。
[0006]本发明是采取以下技术方案实现的:
一种电能表现场校验远程脉冲模块包括脉冲采集器和脉冲还原器，脉冲采集器安装在电能表处，脉冲原还器安装在校验仪处，脉冲采集器和脉冲还原器通过无线通信方式进行信号的交互；
脉冲采集器将采集到的电能表输出有功脉冲信号和无功脉冲信号编码并无线传送给脉冲还原器，由脉冲还原器将接收到的脉冲信号还原并接入校验仪。校验仪将互感器侧的电压电流量接入计算出电能值做基准，与由脉冲还原器接入的脉冲信号计算电能值做比对，随即计算出电能表和二次回路的综合误差。
[0007]所述无线通信方式采用2.4G无线通信协议。
[0008]所述脉冲采集器由脉冲采集M⑶微处理器模块、脉冲采集无线通讯模块、脉冲采集电源模块、脉冲信号采集模块和脉冲采集用户接口模块组成;脉冲采集MCU微处理器模块分别与脉冲采集无线通讯模块、脉冲采集电源模块、脉冲信号采集模块以及脉冲采集用户接口模块相联;所述脉冲采集MCU微处理器模块负责调用脉冲采集器的其它模块完成系统目标功能。
[0009]所述脉冲采集MCU微处理器模块采用市售的ARMCortex_M3 32位微处理器作为核心。
[0010]所述脉冲采集无线通讯模块采用市售的2.4G无线通讯模块，由单片无线收发器芯片、与低噪声放大器(LNA)、功率放大器(PA)和天线组成;所述单片无线收发器芯片采用市售的nRF24L01芯片。
[0011]所述脉冲采集电源模块采用市售的电源模块，由稳定滤波电路、锂电池、锂电池保护电路、锂电池充电电路、锂电池放电保护电路和电源切换电路组成，负责给系统供电，并给锂电池充电，在没有外接电源输入时，使用锂电池给系统供电。
[0012]所述锂电池采用2800mHA聚合物锂电池，可供主机系统连续工作30小时以上。
[0013]所述脉冲信号采集模块用于采集电能表的有功脉冲和无功脉冲信号并将采集到的信号输入MCU单片机模块。
[0014]所述脉冲采集用户接口模块包括按键、指示灯和蜂鸣器，用于用户控制信号输入与状态信息显示。
[0015]脉冲还原器(接收机)由M⑶微处理器模块、无线通讯模块、电源模块、脉冲信号原还模块和用户接口模块组成;M⑶微处理器模块分别与无线通讯模块、电源模块、脉冲信号采集模块以及用户接口模块相联;所述MCU微处理器模块负责调用其它模块完成系统目标功能。
[0016]所述MCU微处理器模块采用市售的ARM Cortex-M3 32位微处理器作为核心，负责调用脉冲还原器中其它模块完成系统目标功能。
[0017]所述无线通讯模块采用市售的2.4G无线通讯模块，由单片无线收发器芯片、与低噪声放大器(LNA)、功率放大器(PA)和天线组成；所述单片无线收发器芯片采用市售的nRF24L01 芯片。
[0018]所述电源模块采用市售的电源模块，电源模块由稳定滤波电路、锂电池、锂电池保护电路、锂电池充电电路、锂电池放电保护电路和电源切换电路组成，负责给系统供电，并给锂电池充电，在没有外接电源输入时，使用锂电池给系统供电。
[0019]所述锂电池采用900mHA聚合物锂电池可供主机系统连续工作5小时以上。
[0020]所述脉冲信号还原模块用于把MCU单片机传过来的信号还原成有功脉冲和无功脉冲信号并将有功脉冲和无功脉冲信号输出。
[0021]所述用户接口模块包括按键、指示灯和蜂鸣器，用于用户控制信号输入与状态信息显不O
[0022]—种电能表现场校验使用远程脉冲模块的校验方法，包括以下步骤:
1)脉冲采集器采集电能表输出的有功脉冲和无功脉冲；
2)脉冲采集器将采集到的有功脉冲和无功脉冲信号进行编码后传给脉冲还原器；
3)脉冲还原器接收脉冲采集器发过来的编码后解码，还原成有功脉冲和无功脉冲信号。
[0023]4)脉冲还原器将还原的有功脉冲和无功脉冲信号接入校验仪，从而实现有功脉冲信号和无功脉冲信号的远程和实时传输；
5)放置在互感器侧的校验仪同时将电压电流接入，与无线传输解码得到的有功脉冲和无功脉冲信号比对，即校验仪由电流电压计算出电能值，与接收到的脉冲数换算成的电能值进行对比，计算出电能表和二次回路的综合误差。
[0024]在步骤I)中，电能表输出的有功和无功脉冲信号为时长为80ms通断信号，脉冲采集器给电能表脉冲接口提供一个上接电阻是2K的5V高电平信号，当电能表有脉冲输出时，此信号被拉为低电平即0V;脉冲采集器器实时采集此信号，当电平由高电平变为低电平并持续时间为80ms时，即记做采到I个脉冲。
[0025]在步骤3)中，脉冲还原器当解码后要形成I个脉冲时，控制脉冲输出电路中的一个光耦信号导通并持续80ms。
[0026]步骤5)中脉冲数与电能值之间的换算是根据电能表常数进行的，I个脉冲代表特定量的电能值，例如电能表常数为3600imp/ kW.h，则3600个脉冲累计为I kW.h电能值，此时I个脉冲就是l/3600kW.h。
[0027]本发明的优点:电能表现场校验远程脉冲模块及校验方法，利用脉冲采集器和脉冲还原器，实现远程信号传输，解决了互感器位置与电能表较远的情况下现场校验尤其是数字化电能表现场校验的难题，避免延长接线引入误差和干扰，使电能表现场校验安全、可靠、准确、全面。
【附图说明】
[0028]以下将结合附图对本发明作进一步说明:
图1是本发明的工作原理框图；
图2是本发明的脉冲采集器的原理框图；
图3是本发明的脉冲还原器的原理框图；
图4是本发明的脉冲采集器的结构示意图；
图5是本发明的脉冲采集器的频道数字显示方式举例示意图。
【具体实施方式】
[0029]参照图1?5，本发明一种电能表现场校验远程脉冲模块包括脉冲采集器和脉冲还原器，脉冲采集器安装在电能表处，脉冲原还器安装在校验仪处，脉冲采集器和脉冲还原器通过无线通信方式进行信号的交互；
脉冲采集器将采集到的电能表输出的有功脉冲信号和无功脉冲信号编码并传送给脉冲还原器，由脉冲还原器将该功脉冲信号和无功脉冲信号还原并传送给校验仪，校验仪将互感器侧的电压电流接入，与脉冲还原器发来的有功脉冲和无功脉冲信号比对计算出电能表和二次回路的综合误差。
[0030]所述无线通信方式采用2.4G无线通信协议。
[0031]所述脉冲采集器由脉冲采集M⑶微处理器模块、脉冲采集无线通讯模块、脉冲采集电源模块、脉冲信号采集模块和脉冲采集用户接口模块组成;脉冲采集MCU微处理器模块分别与脉冲采集无线通讯模块、脉冲采集电源模块、脉冲信号采集模块以及脉冲采集用户接口模块相联;所述脉冲采集MCU微处理器模块负责调用脉冲采集器的其它模块完成系统目标功能。
[0032]所述脉冲采集MCU微处理器模块采用市售的ARMCortex_M3 32位微处理器作为核心。
[0033]所述脉冲采集无线通讯模块采用市售的2.4G无线通讯模块，由单片无线收发器芯片、与低噪声放大器(LNA)、功率放大器(PA)和天线组成;所述单片无线收发器芯片采用市售的nRF24L01芯片，是ISM频段的单片无线收发器芯片;nRF24L01芯片有125个工作频道，分布在2.400G至2.524G频段；为避免与WIFI的相互干扰，本发明中屏蔽了与WIFI频段(2.400G-2.4835G)重合的0-84(2.400G-2.484)频道;为了进一步增强抗干扰能力，脉冲采集M⑶微处理器模块的CPU主控程序通过频率监听和跳频保证通信通畅:开机后CPU主控程序监听当前频道是否已经被占用，若被占用，立即从当前频道X跳到X+1频道;若X+1频道仍然被占用，则跳到X+2频道，直至找到无干扰频道。
[0034]所述脉冲采集电源模块采用市售的电源模块，由稳定滤波电路、锂电池、锂电池保护电路、锂电池充电电路、锂电池放电保护电路和电源切换电路组成，负责给系统供电，并给锂电池充电，在没有外接电源输入时，使用锂电池给系统供电。
[0035]所述锂电池采用2800mHA聚合物锂电池，可供主机系统连续工作30小时以上。
[0036]所述脉冲信号采集模块用于采集电能表的有功脉冲和无功脉冲信号并将采集到的信号输入MCU单片机模块。
[0037]所述脉冲采集用户接口模块包括按键、指示灯和蜂鸣器，用于用户控制信号输入与状态信息显示。
[0038]脉冲还原器(接收机)由MCU微处理器模块、无线通讯模块、电源模块、脉冲信号原还模块和用户接口模块组成;M⑶微处理器模块分别与无线通讯模块、电源模块、脉冲信号采集模块以及用户接口模块相联;所述MCU微处理器模块负责调用其它模块完成系统目标功能。
[0039]所述MCU微处理器模块采用市售的ARM Cortex-M3 32位微处理器作为核心，负责调用脉冲还原器中其它模块完成系统目标功能。
[0040]所述无线通讯模块采用市售的2.4G无线通讯模块，由单片无线收发器芯片、与低噪声放大器(LNA)、功率放大器(PA)和天线组成；所述单片无线收发器芯片采用市售的nRF24L01芯片，是ISM频段的单片无线收发器芯片；nRF24L01有125个工作频道，分布在2.400G至2.524G频段;为避免与WIFI的相互干扰，屏蔽了与WIFI频段(2.400G-2.4835G)重合的0-87(2.400G-2.484)频道，工作于88_119，共32个频道;为了进一步增强抗干扰能力，MCU微处理器模块的CPU主控程序实行频率监听和跳频;脉冲还原器开机或工作中与脉冲采集器无法建立连接时，自动循环检测32个频道，通过地址码对比来搜索与之匹配的脉冲信号采集器，并建立连接。
[0041]所述电源模块采用市售的电源模块，电源模块由稳定滤波电路、锂电池、锂电池保护电路、锂电池充电电路、锂电池放电保护电路和电源切换电路组成，负责给系统供电，并给锂电池充电，在没有外接电源输入时，使用锂电池给系统供电。
[0042]所述锂电池采用900mHA聚合物锂电池可供主机系统连续工作5小时以上。
[0043]所述脉冲信号还原模块用于把MCU单片机传过来的信号还原成有功脉冲和无功脉冲信号并将有功脉冲和无功脉冲信号输出。
[0044]所述用户接口模块包括按键、指示灯和蜂鸣器，用于用户控制信号输入与状态信息显不O
[0045]—种电能表现场校验使用远程脉冲模块的校验方法，包括以下步骤:
1)脉冲采集器采集电能表输出的有功脉冲和无功脉冲；
2)脉冲采集器将采集到的有功脉冲和无功脉冲信号进行编码后传给脉冲还原器；
3)脉冲还原器接收脉冲采集器发过来的编码后解码，还原成有功脉冲和无功脉冲信号。
[0046]4)脉冲还原器将还原的有功脉冲和无功脉冲信号传给校验仪，从而实现有功脉冲信号和无功脉冲信号的远程和实时传输；
5)放置在互感器侧的校验仪同时将电压电流接入，与无线传输解码得到的有功脉冲和无功脉冲信号比对，即校验仪由电流电压计算出电能值做基准，将接收到的脉冲数换算成的电能值与之对比，于是计算出电能表和二次回路的综合误差。
[0047]具体实施1:
当电压互感器及配合的电流互感器之间距离较近，而与电能表距离较远的情况；
1)将本模块中的脉冲采集器放置在电能表一侧，将其脉冲信号输入线与电能表的有功脉冲输出端子和无功脉冲输出端子相连，并打开脉冲采集器的电源开关，脉冲采集器开始工作；
2)将本模块中的脉冲还原器放置于校验仪一侧，将其脉冲信号输出线与校验仪上的有功脉冲输入端子和无功脉冲输入端子相连，打开脉冲还原器的电源开关，脉冲还原器开始工作。
[0048]3)现场校验仪放在靠近互感器的端子柜旁，接入互感器输出的电压电流信号，校验开始。
[0049]所述脉冲采集器中的脉冲信号采集模块实时采集电能表的有功脉冲和无功脉冲输出，当采集到脉冲端子上的电平变动时，脉冲信号采集模块把信号传给脉冲采集MCU微处理器模块，脉冲采集MCU微处理器模块根据电平变化类型和有功脉冲无功脉冲类型，对信号编码，再通过2.4G无线通信方式传到脉冲还原器。
[0050]所述脉冲还原器的M⑶微处理器模块对通过2.4G无线通信方式收到编码进行解码，然后MCU微处理器模块控制脉冲信号还原模块生成有功脉冲信号或无功脉冲信号，传给现场校验仪进行现场校验。
[0051 ] 具体实施2:
当使用母线式电压互感器配合线路电流互感器，电压互感器距离电流互感器较远，并均与电能表距离较远的情况；
I)将本模块中的脉冲采集器放置在电能表一侧，将其脉冲信号输入线与电能表的有功脉冲输出端子和无功脉冲输出端子相连，并打开脉冲采集器的电源开关，脉冲采集器开始工作。
[0052]2)将本模块中的脉冲还原器放置于校验仪一侧，将其脉冲信号输出线与校验仪上的有功脉冲输入端子和无功脉冲输入端子相连，打开脉冲还原器的电源开关，脉冲还原器开始工作。
[0053]3)现场校验仪放在电流互感器端子柜旁，接入电流互感器输出的电流信号和使用延长电缆从电压互感器处输出的电压信号，校验开始。
[0054]所述脉冲采集器中的脉冲信号采集模块实时的采集电能表的有功脉冲和无功脉冲输出，当采集到端子上的电平变动时，脉冲信号采集模块把信号传给脉冲采集器的MCU微处理器模块，MCU微处理器模块根据电平变化类型和有功脉冲无功脉冲类型，对信号编码，再通过2.4G无线通信方式传到脉冲还原器。
[0055]所述脉冲还原器的M⑶微处理器模块对通过2.4G无线通信方式收到编码进行解码，然后MCU微处理器模块控制脉冲信号还原模块生成有功脉冲信号或无功脉冲信号，传给现场校验仪进行现场校验。必要时使用二次压降测试仪的自检功能测出延长电缆带来的误差，人工计算到校验仪的测试误差值中以提高校验的准确性。
[0056]参照附图4，是脉冲采集器(发射机)的结构示意图，在脉冲采集器面板上设有指示灯、设置键和复位键，所述指示灯包括电源灯、连接灯、电池灯、信号灯、通讯灯和发射灯；
打开脉冲采集器(发射机)与脉冲还原器(接收机)电源，连接灯亮，不闪烁时表示连接稳定，已经建立连接，可以正常工作。
[0057]电池灯亮，表示电量低，电池低于3.6V将会关闭无线模块电源，此时连接将中断。
[0058]设置键用于设置手动通讯频道；使用时，按设置键，进入设置状态，并通过【发射连接信号通讯电池】五个指示灯，显示当前频道，共有32个频道，88-119;进入设置状态后，通过按“+”键，使得频道数字增加，增至119频道，再加返回88频道;设置完成后，按复位键重启。
[0059]附图5是具体频道数字显示方式例，指示灯亮对应数值为I，指示灯灭，对应数值为0，发射灯对应[O]位，连接灯对应[I]，信号灯对应[2]位，通讯灯对应[3]，电池灯对应[4]，此时，[0]=1，[1]=0，[2]=1，[3]=1，[4]=0;
频道数=88+( [0]*1+[1]*2+[2]*4+[3]*8+[4]*16)
=88+(1*1+0*2+1*4+1*8+0*16)
=101
所述电源具有USB接口，能与手机数据线通用。
[0060 ] 所属锂电池的电池容量为900mAH，工作时间约5小时，充电时间约90分钟。
[0061]脉冲采集器的信号传输距离为，在复杂环境大于50m，空旷区域传输约1000米。
【主权项】
1.一种电能表现场校验远程脉冲模块，其特征在于:包括脉冲采集器和脉冲还原器，脉冲采集器安装在电能表处，脉冲原还器安装在校验仪处，脉冲采集器和脉冲还原器通过无线通信方式进行信号的交互； 脉冲采集器将采集到的电能表输出的有功脉冲信号和无功脉冲信号编码并传送给脉冲还原器，由脉冲还原器将该功脉冲信号和无功脉冲信号还原并接入校验仪，校验仪将互感器侧的电压电流接入，与脉冲还原器发来的有功脉冲和无功脉冲信号比对计算出电能表和二次回路的综合误差。2.根据权利要求1所述的电能表现场校验远程脉冲模块，其特征在于:所述无线通信方式采用2.4G无线通信协议。3.根据权利要求1所述的电能表现场校验远程脉冲模块，其特征在于:所述脉冲采集器由脉冲采集MCU微处理器模块、脉冲采集无线通讯模块、脉冲采集电源模块、脉冲信号采集模块和脉冲采集用户接口模块组成;脉冲采集MCU微处理器模块分别与脉冲采集无线通讯模块、脉冲采集电源模块、脉冲信号采集模块以及脉冲采集用户接口模块相联;所述脉冲采集MCU微处理器模块负责调用脉冲采集器的其它模块完成系统目标功能。4.根据权利要求1所述的电能表现场校验远程脉冲模块，其特征在于:所述脉冲信号采集模块用于采集电能表的有功脉冲和无功脉冲信号并将采集到的信号输入MCU单片机模块。5.根据权利要求1所述的电能表现场校验远程脉冲模块，其特征在于:所述脉冲采集用户接口模块包括按键、指示灯和蜂鸣器，用于用户控制信号输入与状态信息显示。6.根据权利要求1所述的电能表现场校验远程脉冲模块，其特征在于:脉冲还原器由M⑶微处理器模块、无线通讯模块、电源模块、脉冲信号原还模块和用户接口模块组成;M⑶微处理器模块分别与无线通讯模块、电源模块、脉冲信号采集模块以及用户接口模块相联；所述MCU微处理器模块负责调用其它模块完成系统目标功能;所述脉冲信号还原模块用于把MCU单片机传过来的信号还原成有功脉冲和无功脉冲信号并将有功脉冲和无功脉冲信号输出。7.根据权利要求1所述的电能表现场校验远程脉冲模块，其特征在于:所述用户接口模块包括按键、指示灯和蜂鸣器，用于用户控制信号输入与状态信息显示。8.—种利用权利要求1所述的电能表现场校验使用远程脉冲模块的校验方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)脉冲采集器采集电能表输出的有功脉冲和无功脉冲； 2)脉冲采集器将采集到的有功脉冲和无功脉冲信号进行编码后传给脉冲还原器； 3)脉冲还原器接收脉冲采集器发过来的编码后解码，还原成有功脉冲和无功脉冲信号； 4)脉冲还原器将还原的有功脉冲和无功脉冲信号传给校验仪，从而实现有功脉冲信号和无功脉冲信号的远程和实时传输； 5)放置在互感器侧的校验仪同时将电压电流接入，与无线传输解码得到的有功脉冲和无功脉冲信号比对，即校验仪由电流电压计算出电能值，与接收到的脉冲数换算成的电能值进行对比，计算出电能表和二次回路的综合误差。9.根据权利要求8所述的电能表现场校验使用远程脉冲模块的校验方法，其特征在于，在步骤I)中，电能表输出的有功和无功脉冲信号为时长为80ms通断信号，脉冲采集器给电能表脉冲接口提供一个上接电阻是2K的5V高电平信号，当电能表有脉冲输出时，此信号被拉为低电平即0V;脉冲采集器器实时采集此信号，当电平由高电平变为低电平并持续时间为80ms时，即记做采到I个脉冲。10.根据权利要求8所述的电能表现场校验远程脉冲模块的校验方法，其特征在于，在步骤3)中，脉冲还原器当解码后要形成I个脉冲时，控制脉冲输出电路中的一个光耦信号导通并持续80ms。
【文档编号】G08C17/02GK106066465SQ201610531497
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年7月7日
【发明人】李华, 赖勇, 丁子剑, 杨凡, 张章
【申请人】国网江苏省电力公司宿迁供电公司, 国网江苏省电力公司, 国家电网公司