专利名称：传感器式高压电能计量表的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及利用传感器进行标准电流、电压转换的微信号传感器式高压电能计 量表，属于电力*量领域。
技术背景髙压电能计量表，是应用在供、用、发电过程的计量器具，涉及供、用电双方的经 济利益，它的公平、公正十分重要，它应用面大量广，是不可缺少的计量装置。目前， 高压电能计量表一般是由多台髙压电流传感器、多台髙压电压互感器、电能表、接线端 子盒、高压端连接排、低压连接导线等组成。高压电压互感器把高压电压变换成标准的 100V、 4.64V低压电压高压电流传感器把高压大电流变换成低压5A或1A标准电流； 通过多根连接导线接入电能表进行电能计量；现有电能表的电流输入回路装有有锰铜分 流电阻，将5A输入电流分流成毫安级或微安级的电流信号，才能输入到电能计量单元； 电压输入信号也要经过二次降压，才能输入到电能计量单元进行计量。这种测量信号经 过多级转换的传统方式，存在许多弊端1、高压电能计量装置中电流传感器、电压互感器、电能表的误差分别测量，多只高压电流传感器、髙压电压互感器和电能表组合后 的误差，以及连接导线、接触电阻的误差不能直接测出，组合后的髙压电能计量表综合 误差是各相关元件的综合误差。由于各相关元件互相匹配不好，显示出的误差特性不好， 低负荷时易出现漏计电量。而且，后续安装产生的人为产生的误差不能测出，电能计量不准确，有失公正。2、对互感器输出容量要求较髙， 一般在几十伏安，现有的互感器 输出的标准电流、标准电压信号用于电能计量时或测量时，还需要进一步将5A或1A标 准电流转换为毫安或微安级的电流信号，标准的IOOV、 100/V5V电压信号转换为毫伏级 的电压或微电流信号，过程复杂，耗能高；每台互感器运行时耗电量巨大；高压电能计量装置制造起来有一定难度，体积大、份量重、成本高多台互感器相互之间即要留有安全距离，又要用锎排进行连接，体积、重量、材料浪费大，费用高、投资成本大。3、由于电磁式电压互感器的存在，易受电网中各种因素的干扰会出现电磁谐振、高次谐波、操作过电压等因索的干扰，影响电压互感器的安全运行，电网中打保险、烧PT现象时 有发生，影响电力系统安全经济运行，事故率高，影响电网供电质量。
随着配网自动化程度的提高，为提高电能质量的要求，微机式保护、测量、计量提 供电流信号的转换设备髙压电流传感器、提供电压信号的电压转换设备的高压电压互感 器的使用条件发生了变化，它不需要几十伏安的输出容量，也不需要1A或5A的电流， 100V、 100/VTV电压信号的输出，而是只要几伏安和mA级或uA级标准微电流信号， 毫伏或毫安级的电流信号输出，可以直接与电能计量芯片或保护控制单元连接，减少电 流变换过程的安匝数，降低二次开路电压；这就使高压电能计量装置互感器的制造变得 简单、节材、节能，可以减少电流、电压的转换过程，减少故障几率。可以提高计量精 度，更注重计量、测量、保护性能，这就给该类设备的技术进步创造出良好的发展契机， 改造和提高电流转换设备势在必行。 实用新型内容本实用新型要觯决的技术问题是提供一种测量准确、降低损耗节约成本、安全稳定 的传感器式高压电能计量表。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是传感器式髙压电能计量表，包括 在高压负载导线设置的V/I/v电压取样回路，V/I/v电压取样回路的输出端连接电能计 量单元的输入端，电能计量单元的输出端连接显示器，其特征在于在高压负载导线设置I/i电流取样回路，I/i电流取样回路的输出端连接电能计量单元的输入端，在高压 负载导线设置由I/P取源回路、整流电路、储能单元和稳压单元组成的电源装置，I/P 取源回路的输出壤连接整流电路的输入端，整流电路的输出端连接储能元件和稳压单元 的输入端，稳压单元的输出端连接电能计量单元的电源端。工作原理为V/I/v电压取样回路从髙压负载导线处取得电压信号，输入电能计量 单元。I/i电流取样回路从高压负载导线处取得电流信号，输入电能计量单元。I/P取 源回路从高压负载导线处取得电压信号，经过整流电路整理和稳压单元稳压后供给电能 计量模块，提供工作电压Vcc。高压负载导线和电流传感器二次侧之间需要进行高低压 隔离处理，采集的电流、电压信号需要电磁屏蔽和防静电处理。储能元件的作用在于保 证整个髙压电能计量表的电源维持正常。I/i电流取样回路采用一只或两只或多只贯穿式微型电流传感器， 一次绕组为单匝 或穿心式，二次绕组连接电能计量单元。I/i电流取样回路采用三相四线Y—y接法，包括微型电流传感器T1-T3，微型电流 传感器Tl-T3的一次側的单匝绕组为高压负载导线，二次侧连接电能计量单元的输入 端。微型电流传感器Tl-T3的二次側形成等比于负载电流I的二次电流i，该二次电流
i输入到电能计量单元。B相和C相韵连接方式相同。V/I/v电压取样回路包括在髙压负载导线和电能计量单元的输入端之间，设置由至 少包括一个具有标准/固定阻抗的一次阻抗、 一个具有标准/固定阻抗的二次阻抗和一 个微型电流传感器构成的高压传感器，一次阻抗与微型电流传感器的一次侧输入端串联 后，与高压负载导线的两端连接，微型电流传感器的二次侧输出端与二次阻抗并联，微 型电流传感器的二次側输出端与电能计量单元的输入端连接。V/I/v电压取样回路采用三相四线Y—y接法，包括微型电流传感器T4-T6、电阻 Rl-R6和电位器RPl-RP3,高压负载导线的A相与N相之间串联有电阻Rl和微型电流传 感器T4的一次俩输入端，微型电流传感器T4的二次侧输出端两端之间连接电阻R4, 电阻R4的一端通过电位器RP1连接电能计量单元的输入端。I/P取源回路包括至少一个微型电流传感器，优选采用3个微型电流传感器。微型 电流传感器的二次倒绕组输出端连接整流电路的输入端，稳压单元和电能计量单元之间 设置电池组。在商压负载导线的3相进行取源，也可以单相取源。1/P取源回路包括微型电流传感器T7-T9，整流电路包括二极管D1-D6,微型电流 传感器T7-T9的二次側设置公共地，输出端分别串联二极管D1-D6， 二极管Dl-D6的公 共端连接储能单元和稳压单元。整流电路也可以是桥式整流、倍压整流、半波整流等。 负载电流在正常范围内，起到储存电能；负载电流过小时可以续流，提供工作电源Vcc 不受影响，防止电能计量表停止工作。I/i电流取样倒路和V/I/v电压取样回路，或采用三相三线V—v接法、角-角或单相接法。电能计i单元和显示器采用原有计量模块。电能计量单元与微型电流传感器统一设计，改变了电能表的传统连结方式，把微型电流传感器的标准电流信号，标准电压信号， 按照计量模块输入要求，直接处理成可直接连接的信号，减少了标准电压信号的二次转 换，取消了标准电流信号接口的锰铜分流电阻。带有通讯端口的电能计量单元可以实现 远抄或者远红外抄。本实用新型传感器式髙压电能计量表的有益效果是1、 采用电流法測量高压电压，无铁磁谐振、抗冲击能力强，安全性能高。解决了 电磁式互感器存在的电磁谐振、高次谐波、操作过电压给安全运行造成威胁等诸多问题， 完全满足计i、獮量、监控和保护的要求；2、 避免了采用分压式澜量方法的普通电压传感器受对地分布电容的影响较大，在
不同拓扑结构的电力系统中测量误差偏差不一，不能很好地适应具有多种接线方案形式 的电力系统的问扈；3、 可以方便的实现三相三线制或三相四线制系统之相对相的髙压电压测量；4、 既可以采用常规接线方式以满足零序保护装置的信号取样要求，又可以形成开 口三角接线方式，满足差动保护装置的信号取样要求；5、 能适应电网自动化的需要，可提供同时满足计量、测量、监控或保护系统多种 需要的电压信号，使其測歪简单化；6、 其取样方式既节能、节省安装空间、节约制作材料、又可大幅度降低计量成本， 环保性能好，无电噪、电晕声，便于计量、测量或保护装置的安装、使用和维护，对提 高供电质量起到了关键作用。7、 安全运行系数高 一次单匝过流饱和不烧，过电压时不会出现过流现象电压互 感器无磁饱和现象。8、 电能表的输入单元没有猛铜分流电阻，彻底解决了烧表尾的问题。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是本实用新型的实施例1的I/i电流取样回路的三相四线Y—y接法电路原理图；图3是本实用新型的实施例1的V/I/v电压取样回路的三相四线Y—y接法电路原 理图；图4是本实用新型的实施例1的电源装置电路原理图；图5是本实用新型的实施例2的I/i电流取样回路的三相三线V—v接法电路原理图；图6是本实用新型的实施例2的V/I/v电压取样回路的三相三线V—v接法电路原 理图；图1-4是本实用新型传感器式高压电能计量表的最佳实施例，在图l-6其中:T1-T13 微型电流传感器Ul电能计i单元U2稳压单元U3储能元件R1-R10电阻 RP1-RP6电位器D1-D6 二极管El电池组具体实施方式
下面结合图1-6对本实用新型传感器式高压电能计量表做进一步说明。 实施例1:
如图l所示，V/I/v电压取样回路的输出端连接电能计量单元的输入端，电能计量 单元的输出端连接显示器。I/i电流取样回路的输出端连接电能计量单元的输入端。I/P 取源回路、整流电路、储能单元和稳压单元组成的电源装置，I/P取源回路的输出端连 接整流电路的输入埔，整流电路的输出端连接储能元件和稳压单元的输入端，稳压单元 的输出端连接电齷计量单元的电源端。V/I/v电压取样回路从高压负载导线处取得电压信号，输入电能计量单元。I/i电 流取样回路从高压负载导线处取得电流信号，输入电能计量单元。I/P取源回路从高压 负载导线处取得电压信号，经过整流电路整理和稳压单元稳压后供给电能计量模块，提 供工作电压Vcc。电能计量单元和显示器采用原有计量模块。电能计量单元把检测到的 标准电流信号，标准电压信号，按照计量模块输入要求，直接处理成可直接连接的信号， 进行计量。并将结构通过显示器显示和输出。高压负载导线和微型电流传感器二次侧之 间需要进行高低压隔离处理，采集的电流、电压信号需要电磁屏蔽和防静电处理。带有 通讯端口的电能计量单元可以实现远抄或者远红外抄。如图2所示，1/i电流取样回路微型电流传感器T1-T3的一次侧为单匝绕组，二 次侧连接电能计量单元U1。I/i电流取样回路的电流取样采用贯穿式电能表的工作原理，据需要将一只或多只 贯穿式微型电流传感器(Tl-T3)， 一只或多只空心微型电流传感器制作成一次绕组为单 匝或穿心式(霈饔时可以用复匝)能承担被测电流及相应要求的一次绕组，通过高灵敏 度宽负载特性好的铁芯在输出二次提供适应微机式、测量、计量需要的mA级或uA级 标准微电流信号，微型电流传感器的磁芯跟据被测信号的特性选用适应的材料以保证小 电流时灵敏度高，超出测量电流范围时具有饱和特性，避免过电流时故障扩大，微型电 流传感器(Tl-T3)的二次形成等比于被测电流I的二次电流i，该电流经补偿满足计 量精度要求后，输入到电能计量单元U1进行电能计量，I/i的比值乘入电能计量单元 Ul。微型电流传感器Tl-T3的连接为三相四线Y—y接法。I/i电流取样回路，可跟据 用途选择，也可以并联固定电阻，将输出电流变换成电压信号，这就可以大大降低转换 设备的安匝数。 一次倒与二次側之间应跟据实用的电压等级进行高低压隔离处理，使其 能承受相应电压等级的工作电压、耐受电压和雷电沖击电压。为使其高电压下不受电磁 干扰的影响，满足^K兼容的需要，应进行电磁屏蔽和防静电处理。该方法为普通现有 技术，不做祥述。
如图3所示，V/I/v电压取样回路A相电阻Rl与微型电流传感器T4的输入端 串联后，与被測电压的两端连接。微型电流传感器T4的二次侧输出端并联电阻R4，电 阻R4的一端通过电位器Rpl连接电能计量单元Ul。 B相和C相的连接方式相同。微型电流传感器T4-T6的输出端与输入端之间经过高/低压隔离。高/低压隔离单元 可以为光电式、光纤式、电磁式、气体绝缘式、油绝缘式或固体绝缘式隔离装置。电阻 R4-R6为电阻性负载，也可以是电容性负载、电感性负载或其组合。微型电流传感器 T4-T6还可以是光电式微型电流传感器、光纤微型电流传感器、电磁式微型电流传感器、 贯穿式微型电流传感器。通过补偿调节使被测电压V在80X、 100%、 120%的范围内与二 次电压v误差小于需要值，线性度也要满足精度要求。该电压输入电能计量单元U1， 作为高压电能计急的标准电压信号，V/v的变比乘入电能计量单元U1。A相、B相和C相之间取样采用三相四线Y—y接法。如图4所示，电源装置徼型电流传感器T7的二次恻设置公共地，输出端分别串 联二极管D1、 D2, 二极管D1、 D2的公共端通过电位器RP4分别连接稳压单元U2和储 能元件U3。稳压单元U2的输出端连接电池组El，输出端为Vcc端。微型电流传感器 T8、 T9的接法与微型电流传感器T7相同。通过将负载电流流过锹型电流传感器T7-T9产生的电压，进行全波整流、滤波等步 骤取出需要的电能，提供电能计量单元Ul所需电源Vcc。可以设计为，当负载电流I在正常工作电流的5%以下时，微型电流传感器T7-T9 产生的电压小于正常Vcc所霈电压时，储能元件U3和电池组E1起续流补偿作用，由储 能元件U3和电池组El供电Vcc;当负载电流1达到5%—50%的正常工作电流时，微型 电流传感器T7-T9取出电压，并对储能元件U3充电，保持储能元件U3的电能不损耗； 当负载电流I大于50%的正常工作电流，且储能元件U3的电能处在储满状态时，微型 互感器T7-T9及时饱和，停止对储能元件U3的过充电。微型电流传感器T7-T9的一次 绕组与二次绕组之间跟据实用的电压等级进行高低压隔离处理和电磁屏蔽和防静电处 理，使其能承受相应电压等级的工作电压、耐受电压和雷电冲击电压，并且使其高电压 下不受电磁干扰的影响，满足电磁兼容的需要，实施方法为普通技术。还可以在微型电流传感器T7-T9的二次侧设置断相指示电路。断相指示电路为普通 现有技术，采用发光二极管电路即可。微型电流传感器T7-T9的一次側可以为单匝导线，也可以是穿心式，也可以根据需 要用多匝。
整流所用的二极管Dl-D6还可以根据工作环境及负载电流特性选择不同的整流电路，例如桥式轚流、倍压整流、半波整流等。实施例2:如图5所示，I/i电流取样回路的三相三线V—v接法微型电流传感器T10和T11 的一次侧为离压负载导线A相和C相的单匝绕组，二次侧连接电能计量单元Ul。 将三相髙压负载导线，接入两相进行取样。方法原理与三相四线Y—y接法相同。 如图6所示，V/I/v电压取样回路的三相三线V—v接法，三相交流髙压电的任意 两相进行取样。A相和C相的微型电流传感器T12、 T13的一次侧设置公共端并且连接B 相，二次側连接方式与三相四线Y—y接法相同。
权利要求1、传感器式高压电能计量表，包括在高压负载导线设置的V/I/v电压取样回路，V/I/v电压取样回路的输出端连接电能计量单元的输入端，电能计量单元的输出端连接显示器，其特征在于在高压负载导线设置I/i电流取样回路，I/i电流取样回路的输出端连接电能计量单元的输入端，在高压负载导线设置由I/P取源回路、整流电路、储能单元和稳压单元组成的电源装置，I/P取源回路的输出端连接整流电路的输入端，整流电路的输出端连接储能元件和稳压单元的输入端，稳压单元的输出端连接电能计量单元的电源端。
2、 根据权利要求1所述的传感器式高压电能计量表，其特征在于I/i电流取样 回路采用一只或两只或多只贯穿式微型电流传感器， 一次绕组为单匝或穿心式，二次绕 组连接电能计量单元。
3、 根据权利要求2所述的传感器式高压电能计量表，其特征在于I/i电流取样 回路采用三相四线Y—y接法，包括微型电流传感器Tl-T3，微型电流传感器Tl-T3的 一次側的单匝绕组为高压负载导线，二次側连接电能计量单元的输入端。
4、 根据权利要求1所述的传感器式髙压电能计量表，其特征在于V/I/v电压取 样回路包括在高压负载导线和电能计量单元的输入端之间，设置由至少包括一个具有标 准/固定阻抗的一次阻抗、 一个具有标准/固定阻抗的二次阻抗和一个微型电流传感器 构成的高压传感器，一次阻抗与微型电流传感器的一次侧输入端串联后，与高压负载导 线的两端连接，徵型电流传感器的二次侧输出端与二次阻抗并联，微型电流传感器的二 次側输出端与电能计量单元的输入端连接。
5、 根据权利要求4所述的传感器式髙压电能计量表，其特征在于V/I/v电压取 样回路釆用三相四线Y—y接法，包括微型电流传感器T4-T6、电阻Rl-R6和电位器 RP1-RP3，高压负载导线的A相与N相之间串联有电阻Rl和微型电流传感器T4的一次 侧输入端，徼型电流传感器T4的二次側输出端两端之间连接电阻R4，电阻R4的一端 通过电位器RP1连接电能计量单元的输入端。
6、 根据权利要求1所述的传感器式高压电能计量表，其特征在于I/P取源回路 包括至少一个微型电流传感器,微型电流传感器的二次侧绕组输出端连接整流电路的输 入端，稳压单元和电能计量单元之间设置电池组。
7、 根据权利要求6所述的传感器式高压电能计量表，其特征在于1/P取源回路包括微型电流传感器T7-T9，整流电路包括二极管Dl-D6，微型电流传感器T7-T9的二 次侧设置公共地，输出端分别串联二极管D1-D6， 二极管Dl-D6的公共端连接储能单元 和稳压单元。
8、根据权利要求1所述的传感器式髙压电能计量表，其特征在于I/i电流取样 回路和V/I/v电压取样回路，或采用三相三线V—v接法、角-角或单相接法。
专利摘要传感器式高压电能计量表，属于电力测量领域。其特征在于在高压负载导线设置I/i电流取样回路，I/i电流取样回路的输出端连接电能计量单元的输入端，在高压负载导线设置由I/P取源回路、整流电路、储能单元和稳压单元组成的电源装置，I/P取源回路的输出端连接整流电路的输入端，整流电路的输出端连接储能元件和稳压单元的输入端，稳压单元的输出端连接电能计量单元的电源端。本实用新型的电能计量方法测量准确、降低损耗节约成本、防窃电、安全稳定，直接从负载电流取得工作电源，设备简化，适于高压侧电量计量。
文档编号H01F38/28GK201016997SQ20072001988
公开日2008年2月6日 申请日期2007年3月22日 优先权日2007年3月22日
发明者单业才, 博 荣, 赵振晓 申请人:淄博计保互感器研究所