电能计量二次回路整体运行情况在线监测装置的制作方法

本实用新型涉及电能计量领域，具体涉及一种电能计量二次回路整体运行情况在线监测装置，可对变电站及大工业客户等重要用户的电能计量装置的运行情况进行在线监测。

背景技术：

近些年来，随着厂网分离等电力体制改革的推进，发电厂对电能计量装置密切关注，特别是2015年国家发改委、国家能源局正式公布《中共中央国务院关于进一步深化电力体制改革的若干意见》后，“电”作为商品的市场属性越来越明显，电量作为衡量用电/发电的数量直接关乎电厂和大电力用户的经济利益。电能计量装置作为计量电量多少的装置，如今也越来越受到发电厂、电网企业和电力客户的重视。对于电网企业而言，电量交易是企业发展的经济命脉所在，而电能计量点数量多，地理分布面广，难以开展高效的现场管理，采取经济合理的技术对整个地区的电能计量装置进行监测，确保出现电能计量故障或窃电现象时能及时发现，具有十分重要的意义。

电力行业规程要求，对于各类电能计量装置，均应在特定的检验周期内，对电能表，计量电压二次回路电压降等设备和回路进行现场周期检验。一方面，由于电能计量点数量众多，地理分布面广，而电能表现场检验是逐只开展，计量电压二次回路电压降也是按组开展，工作流程繁琐、复杂，需耗费大量人力物力和时间；另一方面，这类现场检验项目都必须在带电的情况下进行操作，现场检验时多次、频繁的操作容易导致对设备的接线端子产生损伤，容易造成计量回路开路，具备一定安全风险，稍有不慎会给系统带来较大的安全隐患。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种可节省大量人力物力成本，降低现场带电检测所带来的安全风险，同时实时监测计量装置二次整体运行情况，对及时发现计量回路和装置异常及窃电等现象具有显著作用的电能计量二次回路整体运行情况在线监测装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种电能计量二次回路整体运行情况在线监测装置，包括主站侧单元和至少一个终端单元，所述主站侧单元包括相互连接的主站电脑和计量装置在线监测设备，所述终端单元包括电能计量二次回路、PT电压采集模块、CT电流采集模块、表电压采集模块和表电流采集模块，所述电能计量二次回路包括电压互感器PT、电流互感器CT、电能表和电能量采集终端，所述电压互感器PT、电流互感器CT、电能量采集终端分别与电能表相连，所述PT电压采集模块与电压互感器PT的输出端相连，所述CT电流采集模块与电流互感器CT的输出端相连，所述表电压采集模块、表电流采集模块分别与电能表的表接线端子相连，所述PT电压采集模块、CT电流采集模块、表电压采集模块和表电流采集模块的输出端分别与电能量采集终端相连，且所述电能量采集终端通过网络与计量装置在线监测设备相连。

优选地，所述电能量采集终端通过GPRS网络与计量装置在线监测设备相连。

优选地，所述计量装置在线监测设备包括信号处理接口模块、多通道A/D转换模块、有功脉冲采集模块、计数器、DSP处理器、微处理器和通信模块，所述信号处理接口模块、有功脉冲采集模块分别与电能量采集终端相连，所述信号处理接口模块通过多通道A/D转换模块与DSP处理器相连，所述有功脉冲采集模块通过计数器与DSP处理器相连，所述DSP处理器、微处理器之间相互连接，且所述微处理器通过通信模块与主站电脑相连。

优选地，所述通信模块为RS485串口通信模块。

优选地，所述微处理器上还连接有液晶显示模式、按键模块和历史数据存储器。

本实用新型电能计量二次回路整体运行情况在线监测装置具有下述优点：

1、本实用新型包括主站侧单元和至少一个终端单元，主站侧单元包括相互连接的主站电脑和计量装置在线监测设备，将具有标准表功能的计量装置在线监测设备置于主站侧，实现了标准表后置的结构，整个电能计量二次回路整体运行情况在线监测系统只需配置一台标准电能表(计量装置在线监测设备)，即可可满足规程要求，同时确保标准电能表输出数据的准确可靠。当对需要进行误差检测的被检电能表时由主站侧单元发出控制指令，则相应的电能量采集终端接收指令后，将被检电能表的电压、电流信号及有功脉冲通过无线公网传输至计量装置在线监测设备，由计量装置在线监测设备计算出被检表的误差。

2、现有的电能计量装置二次回路及其在线监测装置，需在每一个变电站和用户均安装有一台标准电能表，一方面显著加大了项目投资，另一方面，安装于现场的标准电能表依规程要求需每三个月进行一次实验室检定，不具备现实推广意义。本实用新型针对现有的电能计量装置二次回路及其在线监测装置，将电能量采集功能与计量装置在线监测功能分离，电能量采集功能由现有的电能计量二次回路实现，在现有电能计量二次回路的基础上增加PT电压采集模块、CT电流采集模块、表电压采集模块和表电流采集模块，然后利用主站侧单元的计量装置在线监测设备接收电能量采集终端传输过来的电能量数据，能够极大地降低设备成本，而且具有非常积极的推广意义，尤其适用于对变电站及大工业客户等重要用户的电能计量装置的运行情况进行在线监测。

附图说明

图1为本实用新型实施例装置的结构示意图。

图2为本实用新型实施例计量装置在线监测设备的结构示意图。

图例说明：1、主站侧单元；11、主站电脑；12、计量装置在线监测设备；121、信号处理接口模块；122、多通道A/D转换模块；123、有功脉冲采集模块；124、计数器；125、DSP处理器；126、微处理器；127、通信模块；2、终端单元；21、电能计量二次回路；211、电能表；212、电能量采集终端；22、PT电压采集模块；23、CT电流采集模块；24、表电压采集模块；25、表电流采集模块。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的电能计量二次回路整体运行情况在线监测装置包括主站侧单元1和至少一个终端单元2，主站侧单元1包括相互连接的主站电脑11和计量装置在线监测设备12，终端单元2包括电能计量二次回路21、PT电压采集模块22、CT电流采集模块23、表电压采集模块24和表电流采集模块25，电能计量二次回路21包括电压互感器PT、电流互感器CT、电能表211和电能量采集终端212，电压互感器PT、电流互感器CT、电能量采集终端212分别与电能表211相连，PT电压采集模块22与电压互感器PT的输出端相连，CT电流采集模块23与电流互感器CT的输出端相连，表电压采集模块24、表电流采集模块25分别与电能表211的表接线端子相连，PT电压采集模块22、CT电流采集模块23、表电压采集模块24和表电流采集模块25的输出端分别与电能量采集终端212相连，且电能量采集终端212通过网络与计量装置在线监测设备12相连。电能计量二次回路21为现有电能表的计量电路，本实施例中在电能计量二次回路21的基础上，在电压互感器PT的PT端子箱安装PT电压采集模块22以采集三相PT本体侧计量绕组二次电压，在电流互感器CT的CT端子箱安装CT电流采集模块23以采集三相CT本体侧计量绕组二次电流，在电能表211的屏柜安装表电压采集模块24和表电流采集模块25，用于采集电能表端三相电压和电能表端三相电压，采集到的电压/电流数据通过RS485端口传输至电能量采集终端212，同时电能表211的有功脉冲信号则通过电量脉冲输出接口输出至电能量采集终端212，电能表211内部计量的电压、电流通过电能表上的RS485接口传输至电能量采集终端212。电能量采集终端212将接收的电参量数据通过网络传输至主站侧单元1的计量装置在线监测设备12，计量装置在线监测设备12对数据进行处理，得到电能计量二次回路整体运行情况并输出给主站电脑11。

本实施例中，电能量采集终端212通过GPRS网络与计量装置在线监测设备12相连，GPRS网络具有覆盖范围广、设备成本低的优点，能够满足本实施例的电能计量二次回路整体运行情况在线监测的数据量和数据速率要求。

如图2所示，计量装置在线监测设备12包括信号处理接口模块121、多通道A/D转换模块122、有功脉冲采集模块123、计数器124、DSP处理器125、微处理器126和通信模块127，信号处理接口模块121、有功脉冲采集模块123分别与电能量采集终端212相连，信号处理接口模块121通过多通道A/D转换模块122与DSP处理器125相连，有功脉冲采集模块123通过计数器124与DSP处理器125相连，DSP处理器125、微处理器126之间相互连接，且微处理器126通过通信模块127与主站电脑11相连。计量装置在线监测设备12以ARM处理器+DSP数据处理单元为核心，具有强大的数字处理能力，计量装置在线监测设备12接收来自电压采集设备、电流采集设备输出的电压U和电流I，以及电能表输出的有功脉冲，经信号调理模块和A/D转换器后送入DSP运算，可获得电能计量装置二次回路整体误差，电能表运行误差，计量电压二次回路电压降。

本实施例中，信号处理接口模块121具体采用GPRS无线通信模块，DSP处理器125具体采用型号为tms320f28335的DSP芯片，微处理器126具体采用ARM946E-S^TM处理器。本实施例中，通信模块127为RS485串口通信模块。如图2所示，微处理器126上还连接有液晶显示模式、按键模块、历史数据存储器、JTAG仿真接口(图中省略)等外围电路，组成一个完整的微机处理系统。本实施例中，历史数据存储器具体采用大容量存储SD card。

计量装置在线监测设备12采用线性工频转换作为直流电源，并具有两个电气相互隔离的直流转换电源，其中+5V(最大输出3A)作为数字电路供电，±12V(最大输出0.2A)作为模拟电路供电。直流转换电源用于将输入的220V电源(L、N)转换为+5V、正负12V给信号处理接口模块121、多通道A/D转换模块122、有功脉冲采集模块123、计数器124、DSP处理器125、微处理器126，以及给RS485串口通信模块供电。计量装置在线监测设备12的主要性能参数为：输入模拟电压范围42～120V，误差≤0.2％；输入模拟电流范围0～6A，误差≤0.2％，工作电源(180～260)V、50Hz。

用于电能表实负荷误差检验的标准电能表，根据电力行业规程要求，需每三个月进行一次实验室检定。目前已有的相关理论有开展将标准电能表置于现场进行计量装置远程监测的方法介绍，该类方法需在每一个变电站和用户均安装有一台标准电能表，该方法的局限性在于难以对安装于现场的标准电能表每三个月进行一次实验室检定，无法保障标准电能表的准确可靠。本实施例电能计量二次回路整体运行情况在线监测装置采用标准表后置法，将具有标准表功能的计量装置在线监测设备12安装于系统主站侧作为主站侧单元1的部件，整个二次回路整体运行情况在线监测系统只需配置一台计量装置在线监测设备12，计量装置在线监测设备12有标准电能表的功能，在实际应用时，将计量装置在线监测设备的标准电能表功能模块每三个月进行一次实验室检定，可满足规程要求，同时确保标准电能表输出数据的准确可靠。本实施例电能计量二次回路整体运行情况在线监测装置可对计量二次回路整体误差进行在线监测，可监测计量回路运行是否正常，对于电流二次回路两点接地或电压二次回路压降过大等异常情况，可及时发现，减小电量差错。同时，对于计量二次回路整体误差过大的现象，可及时发出异常指令告知电网及用户，保障供用电双方的经济利益。本实施例电能计量二次回路整体运行情况在线监测装置可在某个省份或地区大范围安装，对地区内变电站或大用户的电能计量装置运行状态和误差进行在线监测。具体实施方案为：电能量采集终端对采集的电压、电流和有功脉冲数据进行存储，监测主站需要采集其中某个计量点的计量装置运行状态数据时，由主站发出数据召测指令，经由计量装置在线监测设备对该计量点对应的电能量采集终端进行数据召测，电能量采集终端将该计量点的电压、电流和有功脉冲数据传输至计量装置在线监测设备，在线监测设备对数据进行处理得到误差和二次压降等信息并传输至主站，主站系统通过预置的门限值判断计量装置运行是否正常，并发出相应的状态指示信号告知管理人员。

本实施例电能计量二次回路整体运行情况在线监测装置可实现对电能计量装置二次回路电气信息进行远程监测功能，获得计量装置和二次回路实时运行情况，可对地区内所有变电站和大用户的电能计量装置实现电能计量装置二次回路整体误差，电能表运行误差，计量电压二次回路电压降等参数的在线监测，进而对电能计量装置的实时运行状态进行远程监测和判断。本实施例电能计量二次回路整体运行情况在线监测装置的应用方法的实施步骤包括：

1)主站侧单元1的主站电脑11通过计量装置在线监测设备12以及各个终端单元2的电能量采集终端212分别采集各个终端单元2内电压互感器PT的电压互感器本体侧二次电压u_ben、电流互感器CT的电流互感器本体侧二次电流i_ben、电能表211的表侧二次电压u_biao、电能表211的表侧二次电流i_biao以及电能表211的单位时间T内计数器得到的有功脉冲数量N；

2)基于电压互感器本体侧二次电压u_ben、电流互感器本体侧二次电流i_ben、表侧二次电压u_biao、表侧二次电流i_biao以及单位时间T内计数器得到的有功脉冲数量N进行电能计量监测数据计算并输出；所述电能计量监测数据包括互感器本体侧有功功率P_ben、电能表侧有功功率P_biao、电能表本身有功功率P₀、二次回路整体运行误差η₁、电能表运行误差η₂、电压互感器二次回路电压降e中的至少一种。

本实施例中，步骤2)中互感器本体侧有功功率P_ben的计算函数表达式如式(1)所示，电能表侧有功功率P_biao的计算函数表达式如式(2)所示，电能表本身有功功率P₀的计算函数表达式如式(3)所示；

式(1)～式(3)中，u_ben(i)为电压互感器本体侧二次电压u_ben的采样窗口M中的第i个电压采样值，i_ben(i)为电流互感器本体侧二次电流i_ben的采样窗口M中的第i个电流采样值，M为采样窗口大小，N为单位时间T内计数器得到的有功脉冲数量，C为电能表有功脉冲常数。

本实施例中，步骤2)中二次回路整体运行误差η₁的计算函数表达式如式(4)所示，电能表运行误差η₂的计算函数表达式如式(5)所示；

式(4)和式(5)中，P_ben为互感器本体侧有功功率，P_biao为电能表侧有功功率，P₀为电能表本身有功功率。

本实施例中，步骤2)中电压互感器二次回路电压降e的计算函数表达式如式(6)所示；

式(6)中，u_ben为电压互感器本体侧二次电压，u_biao为表侧二次电压，δ为二次回路电压降角差分量，为电能表计量负荷的功率因数角。

本实施例中，二次回路电压降角差分量δ的计算函数表达式如式(7)所示，电能表计量负荷的功率因数角的计算函数表达式如式(8)所示；

δ＝2πΔt (7)

式(7)和式(8)中，Δt为电压互感器本体侧二次电压u_ben、表侧二次电压u_biao之间相邻过零点时间差，Δt1为表侧二次电压u_biao、表侧二次电流i_biao之间相邻过零点时间差。

此外，本实施例电能计量二次回路整体运行情况在线监测装置的应用方法还可根据需要计算出计量电压二次回路首尾两端的电压差和相位差，当误差超出规程要求时，则通过主站电脑11发出告警信号，以提醒操作人员注意。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。