一种用于IR46电表检定装置电压跌落试验装置及方法与流程

一种用于ir46电表检定装置电压跌落试验装置及方法
技术领域
1.本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种用于ir46电表检定装置电压跌落试验装置及方法。


背景技术：

2.随着社会的不断进步和国民经济的蓬勃发展，电能在人们的生活中扮演着愈来愈重要的角色。电能质量的好坏直接影响着国民经济的总体效益。近年来，随着非线性、冲击性负荷的不断增加，电能质量问题不断恶化，而一些之前未被人们所重视的电能质量问题也逐步显现，如电压暂降以及短时间中断等。
3.在最新的r46电能表国际建议中对电压暂降和中断给出了明确的定义和标准，因此r46电能表检定装置中需要人为模拟电压跌落(暂降和中断)事件，来验证r46电能表是否对电压跌落免疫。
4.传统的电压跌落装置影响电压信号的失真度，切换时间较长，无法满足r46标准。


技术实现要素：

5.为解决上述现有技术存在的不足或缺陷，本发明提出了一种用于ir46电表检定装置电压跌落试验装置及方法，通过模拟r46标准中的电压跌落事件来对ir46电能表进行验证，同时还可以根据实际需要模拟其他类型跌落事件，实现自动化测试，实时监测输入电压和输出电压波形，节约时间与人力成本，测试结果高效、准确。
6.为实现上述目的，本发明提出了一种用于ir46电表检定装置电压跌落试验装置，包含电压采样电路1、电压跌落电路、电压采样电路2、过零检测电路、电源电路、tcp/ip网络通讯模块和主控器，其中：
7.电压采样电路1，用于实时检测输入电压的波形信号；
8.电压跌落电路，用于模拟r46标准中的电压暂降和中断事件，包含电压暂降测试a，降低至30％，持续0.5周期；电压暂降测试b，降低至60％，持续1周期；电压暂降测试c，降低至60％，持续25周期(50hz)或30周期(60hz)；电压中断测试，降低至0％，持续250周期(50hz)或者300周期(60hz)；电压的降低至少10秒的间隔时间，重复10次；
9.电压采样电路2，用于实时监测电压跌落电路输出电压的波形信号，并判断波形信号是否符合r46标准和实际需求；
10.过零检测电路，用于快速准确地检测出输入电压的过零点；
11.电源电路，用于给整个装置提供电能，采用线性多路隔离电源降低电压跌落装置对输入电压信号的影响，降低控制复杂度；
12.tcp/ip网络通信模块，与外部pc机的连接，接收上位机下发的控制命令，并将控制命令下发至主控器，同时将电压采样电路2监测到的波形信号发送至上位机；；
13.主控器，控制电压跌落电路、控制电压采样电路1、2进行工作，并监测电压过零信号，同时接收来自外部pc机的控制命令，并将输入、输出电压的波形信号上传至pc机；
14.其中，电压采样电路1输入端与外部功率源和过零检测电路连接，输出端与电压跌落电路连接；电压采样电路2输入端与电压跌落电路连接，输出端与外部ir46电表连接；主控器分别与电压采样电路1、2，电压跌落电路、过零检测电路、电源电路、tcp/ip网络通信模块连接。
15.电压跌落电路，包括双刀双掷继电器s1、s2和s3；单刀双掷继电器s4、s5，n
‑
mosfet q1、q2、q3、q4、q5和q6；电阻r1、r2、r3、r101、r102、r103、r201、r202和r203；电容c1、c2、c3、c201、c202和c203和变压器t1；根据r46标准，变压器t1为两抽头，分别位于30％和60％处，也可以根据实际需要配置不同的变压器。
16.由双刀双掷继电器s1和s2构成的通道为主回路；由双刀双掷继电器s3、n
‑
mosfet q1和q2组成的通道为副回路1；由单刀双掷继电器s4、n
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mosfet q3和q4组成的通道为副回路2；由单刀双掷继电器s5、n
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mosfet q5和q6组成的通道为副回路3。主回路采用双刀双掷继电器s1和s2并联的方式，目的是降低主回路的阻抗；副回路1、2和3，n
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mosfet采用串联的方式，目的是利用n
‑
mosfet体二极管实现副回路不通的情况下电压信号双向截止。
17.一种用于ir46电表检定装置电压跌落试验方法，具体包含以下步骤：
18.步骤1：功率源输出电压，通过电力线输入至电压跌落试验装置；
19.步骤2：输入电压进入电压采样电路1，电压采样电路1实时监测输入电压的波形信号，判断功率源输出电压是否正常，若功率源输出电压进行步骤4，否则结束电压跌落试验；
20.步骤3：输入电压进入过零检测电路，过零检测电路检测输入电压的过零点；
21.步骤4：主控器识别过零检测电路检测到的电压过零点，计算过零点的信号频率，同时采集电压采样电路1、2的电压信号；
22.步骤5：主控器接收pc机下发的控制命令，同时将采集到的电压信号上传至pc机，并通过光耦隔离方式对电压跌落电路下发控制命令
23.步骤6：电压采样电路1输出波形信号至电压跌落电路，电压跌落电路根据主控器下发的命令进行电压暂降时事件或电压中断事件模拟，并输出电压至电压采样电路2；
24.步骤7：电压采样电路2实时监测电压跌落电路输出电压的波形信号，判断该波形信号是否符合r46标准和实际需求，若符合r46标准和实际需求，进入步骤8，否则结束电压跌落试验；
25.步骤8：电压采样电路2将电压跌落电路输出电压通过电力线传输至待测ir46电表，跌落试验前先通过rs485接口读取被检表总电量及各费率电量，跌落试验后再通过rs485接口读取被检表总电量及各费率电量并计算判断被检表试验结论，至此完成ir46电表跌落测试。
26.进一步的，电压暂降事件或电压中断事件的模拟，具体工作原理如下：
27.1.电压暂降事件：
28.电压跌落试验装置上电后，继电器保持默认状态，n
‑
mosfet控制信号为低电平，主回路通，副回路1、2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s1和s2，从ua_out输出；当上位机发出准备电压暂降试验命令后，第一步，s3、s4和s5由默认状态切换至导通状态，主回路通，副回路1、2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s1和s2，从ua_out输出；第二步，ua_try变为高电平，主回路和副回路1通，副回路2和3不通，电压信号由ua_in输入，分两路，一路经过s1和s2，从ua_out输出，另外一路经过s3_a、q1、q2、s3_b和r101，从ua_out输出；第三步，s1
和s2由默认状态切换至导通状态，主回路不通，副回路1通，副回路2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s3_a、q1、q2、s3_b和r101，从ua_out输出，至此电压暂降回路已建立。
29.电压暂降回路建立后，上位机发出开始电压暂降试验命令，电压跌落电路可以根据r46标准或者用户自定义进行电压暂降试验；通过控制ua_30_try、ua_60_try和ua_try信号电平，实现ua_out输出为ua30、ua60和ua_in，当ua_30_try为高电平，ua_60_try和ua_try为低电平，主回路不通，副回路1和2不通，副回路3通，电压信号由ua30输入，经过s5、q5、q6、s3_b和r101，从ua_out输出；当ua_60_try为高电平，ua_30_try和ua_try为低电平，主回路不通，副回路1和3不通，副回路2通，电压信号由ua60输入，经过s4、q3、q4、s3_b和r101，从ua_out输出；当ua_try为高电平，ua_30_try和ua_60_try为低电平，主回路不通，副回路1通，副回路2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s3_a、q1、q2、s3_b和r101，从ua_out输出。
30.当上位机发出结束电压暂降试验命令，第一步，不管此时ua_30_try、ua_60_try和ua_try处于什么状态，电压跌落电路会强制使ua_try为高电平，ua_30_try和ua_60_try为低电平，主回路不通，副回路1通，副回路2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s3_a、q1、q2、s3_b和r101，从ua_out输出；第二步，s1、s2、s4和s5由导通状态切换至默认状态，主回路和副回路1通，副回路2和3不通，电压信号由ua_in输入，分两路，一路经过s1和s2，从ua_out输出，另外一路经过s3_a、q1、q2、s3_b和r101，从ua_out输出；第三步，ua_try变为低电平，主回路通，副回路1、2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s1和s2，从ua_out输出，至此电压暂降试验完成。
31.2、电压中断事件：
32.电压跌落试验装置上电后，继电器保持默认状态，n
‑
mosfet控制信号为低电平，主回路通，副回路1、2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s1和s2，从ua_out输出；当上位机发出准备电压中试验命令后，第一步，s3由默认状态切换至导通状态，主回路通，副回路1、2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s1和s2，从ua_out输出；第二步，ua_try变为高电平，主回路和副回路1通，副回路2和3不通，电压信号由ua_in输入，分两路，1路经过s1和s2，从ua_out输出，另外一路经过s3_a、q1、q2、s3_b和r101，从ua_out输出；第三步，s1和s2由默认状态切换至导通状态，主回路不通，副回路1通，副回路2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s3_a、q1、q2、s3_b和r101，从ua_out输出，至此电压中断回路已建立。
33.电压中断回路建立后，上位机发出开始电压中断试验命令，电压跌落电路可以根据r46标准或者用户自定义进行电压中断试验；通过控制ua_30_try、ua_60_try和ua_try信号电平，实现ua_out输出为un和ua_in，当ua_30_try和ua_60_try为高电平，ua_try为低电平，主回路和副回路1不通，副回路2和3通，电压信号由un输入，分两路，一路经过电阻r103、s5、q5、q6、s3_b和r101，从ua_out输出；另一路经过电阻r102、s4、q5、q6、s3_b和r101，从ua_out输出；当ua_try为高电平，ua_30_try和ua_60_try为低电平，主回路不通，副回路1通，副回路2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s3_a、q1、q2、s3_b和r101，从ua_out输出。
34.当上位机发出结束电压中断试验命令，第一步，不管此时ua_30_try、ua_60_try和ua_try处于什么状态，电压跌落电路会强制使ua_try为高电平，ua_30_try和ua_60_try为低电平，主回路不通，副回路1通，副回路2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s3_a、q1、q2、s3_b和r101，从ua_out输出；第二步，s1和s2由导通状态切换至默认状态，主回路和副回路1通，副回路2和3不通，电压信号由ua_in输入，分两路，一路经过s1和s2，从ua_out输出，
另外一路经过s3_a、q1、q2、s3_b和r101，从ua_out输出；第三步，ua_try变为低电平，主回路通，副回路1、2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s1和s2，从ua_out输出，至此电压中断试验完成。
35.本发明的有益效果：不影响电压信号的失真度，切换时间快，通过主控器实时接收、监控电压信号，自动实现ir46电表跌落试验，测试结果准确，且节约了人力与时间成本。
附图说明
36.图1为本发明一种用于ir46电表检定装置电压跌落试验装置的结构框图。
37.图2为本发明一种用于ir46电表检定装置电压跌落试验装置的电压跌落电路图。
38.图3为本发明一种用于ir46电表检定装置电压跌落试验方法的流程图。
具体实施方式
39.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
40.如图1所示，包含电压采样电路1、电压跌落电路、电压采样电路2、过零检测电路、电源电路、tcp/ip网络通讯模块和主控器，其中：
41.电压采样电路1，用于实时检测输入电压的波形信号；
42.电压跌落电路，用于模拟r46标准中的电压暂降和中断事件。电压暂降测试a，降低至30％，持续0.5周期；电压暂降测试b，降低至60％，持续1周期；电压暂降测试c，降低至60％，持续25周期(50hz)或30周期(60hz)；电压中断测试，降低至0％，持续250周期(50hz)或者300周期(60hz)；电压的降低至少10秒的间隔时间，重复10次；
43.电压采样电路2，用于实时监测电压跌落电路输出电压的波形信号，并判断波形信号是否符合r46标准和实际需求；
44.过零检测电路，用于快速准确地检测出输入电压的过零点；
45.电源电路，用于给整个装置提供电能，采用线性多路隔离电源降低电压跌落装置对输入电压信号的影响，降低控制复杂度；
46.tcp/ip网络通信模块，与外部pc机的连接，收上位机下发的控制命令，并将控制命令下发至主控器，同时将电压采样电路2监测到的波形信号发送至上位机；
47.主控器，控制电压跌落电路、控制电压采样电路1、2进行工作，并监测电压过零信号，同时接收来自外部pc机的控制命令，并将输入、输出电压的波形信号上传至pc机；
48.其中，电压采样电路1输入端与外部功率源和过零检测电路连接，输出端与电压跌落电路连接；电压采样电路2输入端与电压跌落电路连接，输出端与外部ir46电表连接；主控器分别与电压采样电路1、2，电压跌落电路、过零检测电路、电源电路、tcp/ip网络通信模块连接；tcp/ip网络通信模块同时还与外部pc机连接。
49.如图2所示为电压跌落电路，包括双刀双掷继电器s1、s2和s3；单刀双掷继电器s4、s5，n
‑
mosfet q1、q2、q3、q4、q5和q6；电阻r1、r2、r3、r101、r102、r103、r201、r202和r203；电容c1、c2、c3、c201、c202和c203和变压器t1；根据r46标准，变压器t1为两抽头，分别位于30％和60％处，也可以根据实际需要配置不同的变压器。
50.各元器件之间相互连接方式见图2，其中ua_in代表输入电压信号，ua_out代表输出电压信号，un代表电压信号参考电平，ua30、ua60代表变压器t1的30％和60％输出处电压信号，ua_30_try、ua_60_try和ua_try代表对应的n
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mosfet控制信号，虚线代表继电器默认状态。由双刀双掷继电器s1和s2构成的通道为主回路；由双刀双掷继电器s3、n
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mosfet q1和q2组成的通道为副回路1；由单刀双掷继电器s4、n
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mosfet q3和q4组成的通道为副回路2；由单刀双掷继电器s5、n
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mosfet q5和q6组成的通道为副回路3。主回路采用双刀双掷继电器s1和s2并联的方式，目的是降低主回路的阻抗；副回路1、2和3，n
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mosfet采用串联的方式，目的是利用n
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mosfet体二极管实现副回路不通的情况下电压信号双向截止。
51.如图3所示，一种用于ir46电表检定装置电压跌落试验方法，具体包含以下步骤：
52.步骤1：功率源输出电压，通过电力线输入至电压跌落试验装置；
53.步骤2：输入电压进入电压采样电路1，电压采样电路1实时监测输入电压的波形信号，判断功率源输出电压是否正常，若功率源输出电压进行步骤4，否则结束电压跌落试验；
54.步骤3：输入电压进入过零检测电路，过零检测电路检测输入电压的过零点；
55.步骤4：主控器识别过零检测电路检测到的电压过零点，计算过零点的信号频率，同时采集电压采样电路1、2的电压信号；
56.步骤5：主控器接收pc机下发的控制命令，同时将采集到的电压信号上传至pc机，并通过光耦隔离方式对电压跌落电路下发控制命令
57.步骤6：电压采样电路1输出波形信号至电压跌落电路，电压跌落电路根据主控器下发的命令进行电压暂降时事件或电压中断事件模拟，并输出电压至电压采样电路2；
58.步骤7：电压采样电路2实时监测电压跌落电路输出电压的波形信号，判断该波形信号是否符合r46标准和实际需求，若符合r46标准和实际需求，进入步骤8，否则结束电压跌落试验；
59.步骤8：电压采样电路2将电压跌落电路输出电压通过电力线传输至待测ir46电表，跌落试验前先通过rs485接口读取被检表总电量，跌落试验后再通过rs485接口读取被检表总电量并判断被检表试验结论，至此完成ir46电表跌落测试。
60.进一步的，电压暂降事件或电压中断事件的模拟，具体工作原理如下：
61.1.电压暂降事件：
62.电压跌落试验装置上电后，继电器保持默认状态，n
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mosfet控制信号为低电平，主回路通，副回路1、2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s1和s2，从ua_out输出；当上位机发出准备电压暂降试验命令后，第一步，s3、s4和s5由默认状态切换至导通状态，主回路通，副回路1、2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s1和s2，从ua_out输出；第二步，ua_try变为高电平，主回路和副回路1通，副回路2和3不通，电压信号由ua_in输入，分两路，一路经过s1和s2，从ua_out输出，另外一路经过s3_a、q1、q2、s3_b和r101，从ua_out输出；第三步，s1和s2由默认状态切换至导通状态，主回路不通，副回路1通，副回路2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s3_a、q1、q2、s3_b和r101，从ua_out输出，至此电压暂降回路已建立。
63.电压暂降回路建立后，上位机发出开始电压暂降试验命令，电压跌落电路可以根据r46标准或者用户自定义进行电压暂降试验；通过控制ua_30_try、ua_60_try和ua_try信号电平，实现ua_out输出为ua30、ua60和ua_in，当ua_30_try为高电平，ua_60_try和ua_try为低电平，主回路不通，副回路1和2不通，副回路3通，电压信号由ua30输入，经过s5、q5、q6、
s3_b和r101，从ua_out输出；当ua_60_try为高电平，ua_30_try和ua_try为低电平，主回路不通，副回路1和3不通，副回路2通，电压信号由ua60输入，经过s4、q3、q4、s3_b和r101，从ua_out输出；当ua_try为高电平，ua_30_try和ua_60_try为低电平，主回路不通，副回路1通，副回路2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s3_a、q1、q2、s3_b和r101，从ua_out输出。
64.当上位机发出结束电压暂降试验命令，第一步，不管此时ua_30_try、ua_60_try和ua_try处于什么状态，电压跌落电路会强制使ua_try为高电平，ua_30_try和ua_60_try为低电平，主回路不通，副回路1通，副回路2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s3_a、q1、q2、s3_b和r101，从ua_out输出；第二步，s1、s2、s4和s5由导通状态切换至默认状态，主回路和副回路1通，副回路2和3不通，电压信号由ua_in输入，分两路，一路经过s1和s2，从ua_out输出，另外一路经过s3_a、q1、q2、s3_b和r101，从ua_out输出；第三步，ua_try变为低电平，主回路通，副回路1、2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s1和s2，从ua_out输出，至此电压暂降试验完成。
65.2、电压中断事件：
66.电压跌落试验装置上电后，继电器保持默认状态，n
‑
mosfet控制信号为低电平，主回路通，副回路1、2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s1和s2，从ua_out输出；当上位机发出准备电压中试验命令后，第一步，s3由默认状态切换至导通状态，主回路通，副回路1、2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s1和s2，从ua_out输出；第二步，ua_try变为高电平，主回路和副回路1通，副回路2和3不通，电压信号由ua_in输入，分两路，1路经过s1和s2，从ua_out输出，另外一路经过s3_a、q1、q2、s3_b和r101，从ua_out输出；第三步，s1和s2由默认状态切换至导通状态，主回路不通，副回路1通，副回路2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s3_a、q1、q2、s3_b和r101，从ua_out输出，至此电压中断回路已建立。
67.电压中断回路建立后，上位机发出开始电压中断试验命令，电压跌落电路可以根据r46标准或者用户自定义进行电压中断试验；通过控制ua_30_try、ua_60_try和ua_try信号电平，实现ua_out输出为un和ua_in，当ua_30_try和ua_60_try为高电平，ua_try为低电平，主回路和副回路1不通，副回路2和3通，电压信号由un输入，分两路，一路经过电阻r103、s5、q5、q6、s3_b和r101，从ua_out输出；另一路经过电阻r102、s4、q5、q6、s3_b和r101，从ua_out输出；当ua_try为高电平，ua_30_try和ua_60_try为低电平，主回路不通，副回路1通，副回路2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s3_a、q1、q2、s3_b和r101，从ua_out输出。
68.当上位机发出结束电压中断试验命令，第一步，不管此时ua_30_try、ua_60_try和ua_try处于什么状态，电压跌落电路会强制使ua_try为高电平，ua_30_try和ua_60_try为低电平，主回路不通，副回路1通，副回路2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s3_a、q1、q2、s3_b和r101，从ua_out输出；第二步，s1和s2由导通状态切换至默认状态，主回路和副回路1通，副回路2和3不通，电压信号由ua_in输入，分两路，一路经过s1和s2，从ua_out输出，另外一路经过s3_a、q1、q2、s3_b和r101，从ua_out输出；第三步，ua_try变为低电平，主回路通，副回路1、2和3不通，电压信号由ua_in输入，经过s1和s2，从ua_out输出，至此电压中断试验完成。