一种防雷型三相智能配电仪表的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种防雷型三相智能配电仪表，属于电力测控【技术领域】。本实用新型包括采样管理单元、开入开出单元、供电单元、人机交互单元、防雷通讯单元，以及与上述各单元分别连接的数字信号处理单元，采样管理单元对交流电流电压和直流电流电压进行采样、并向数字信号处理单元输出相应功率的脉冲信号，开入开出单元完成开关量的隔离采集和隔离输出，数字信号处理单元用于对接收其它各个功能单元的数据并输出相应的控制信号，供电单元通过三路隔离电压分别为各单元供电。本实用新型能够有效地将系统与通讯总线进行光电隔离，由于采用了多级防雷保护电路，确保装置在遭受雷击或者工作环境复杂的情况下也能够可靠通讯，抗干扰能力好，稳定性强。
【专利说明】一种防雷型三相智能配电仪表
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电力测控【技术领域】，尤其是涉及一种防雷型三相智能配电仪表。
【背景技术】
[0002]电网实时监控对电力系统的安全运行相当重要，只有对电能进行实时监控，进行准确可靠的计量，才能从真正意义上实现节能降耗。目前，在电力自动化系统中，三相智能配电仪表应用非常广泛，三相智能配电仪表能够精确地采集被测电网参数并进行上传，目前市场已有较为成熟的产品大量使用。
[0003]我们在使用中发现，现有的产品中仍然存在以下不足:首先，产品功能单一，不能同时满足多种形式信号的采集工作，在系统设计时，需要增加其它类型的信号采集装置才能完成；这导致系统内的装置类型和质量参差不齐，即增加了成本，又影响了整个系统的稳定性。其次，由于雷击或者现场环境的电磁辐射干扰大，时常会造成设备工作和通讯的不稳定，甚至出现部分功能失效和无法通讯的故障现象，而随着科技水平的发展，电力覆盖范围的逐渐扩大，对装置的防雷能力、抗干扰性能、现场适应性和综合布线方式等提出了更高的要求。
【发明内容】
[0004]为解决上述问题，本实用新型公开了一种防雷型三相智能配电仪表，信号采集类型全面、稳定性好、抗干扰能力强。
[0005]为了达到以上目的，本实用新型提供如下技术方案:
[0006]一种防雷型三相智能配电仪表，包括采样管理单元、开入开出单元、供电单元、人机交互单元、防雷通讯单元，以及与上述各单元分别连接的数字信号处理单元，所述采样管理单元对交流电流电压和直流电流电压进行采样、并向数字信号处理单元输出相应功率的脉冲信号，所述开入开出单元完成开关量的隔离采集和隔离输出，所述数字信号处理单元用于对接收其它各个功能单元的数据并输出相应的控制信号，所述供电单元通过三路隔离电压分别为各单元供电；所述防雷通讯单元包括光电隔离电路、RS485通讯收发电路和防雷保护电路，所述光电隔离电源包括光电隔离芯片，所述S485通讯收发电路包括RS485通讯芯片，所述防雷保护电路包括TVS管、气体放电管、保险丝，所述TVS管用于限制RS485信号线之间和信号对地间的电压，气体放电管用于泄放雷电暂态过电流和限制过电压。
[0007]进一步的，所述采样管理单元包括电能芯片、逻辑处理芯片、三相交流采样接口、DCr20mA采样接口、DOTlOV采样接口、有功功率脉冲输出接口和无功功率脉冲输出接口 ；所述DCr20mA采样接口分DOTlOV采样接口分别通过AD转换芯片与逻辑处理芯片相连，所述三相交流采样接口与电能芯片相连，电能芯片通过数据总线与逻辑处理芯片进行数据交换，所述采样管理单元中的各个接口与电能芯片相连，所述电能芯片通过数据总线与逻辑处理芯片进行数据交换；有功功率脉冲输出接口和无功功率脉冲输出接口通与逻辑处理芯片相连。
[0008]进一步的，所述有功功率脉冲输出接口和无功功率脉冲输出接口与脉冲采集器相连。
[0009]进一步的，所述人机交互单元包括分别与数字信号处理单元连接的显示设备和键盘。
[0010]与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果:
[0011]1.防雷通讯单元能够有效地将系统与通讯总线进行光电隔离，由于采用了多级防雷保护电路，确保装置在遭受雷击或者工作环境复杂的情况下也能够可靠通讯，抗干扰能力好，稳定性强；供电单元具备三路隔离的电源输出，可有效避免由通讯、开入量等通道传导进来的干扰信号，提高系统的工作可靠性和安全性。
[0012]2.采样管理单元提供全面的采样接口，可同时对三相交流电、DWlOmA和DOTlOV直流信号进行采样，适用于各类采样单元接入，如温湿度变送器和液位变送器等。
[0013]3.本实用新型还具备高可靠的有功和无功电度计量功能，就算在数字信号处理单元失效的情况下，结合外部脉冲采集器，仍然能够进行高精度的有功和无功电度计量。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型提供的防雷型三相智能配电仪表结构示意图；
[0015]图2为防雷型三相智能配电仪表中的直流采样电路示意图；
[0016]图3为防雷型三相智能配电仪表中的交流采样芯片电路示意图；
[0017]图4为防雷型三相智能配电仪表中的有功功率功率脉冲输出电路示意图；
[0018]图5为防雷型三相智能配电仪表中的无功功率功率脉冲输出电路示意图；
[0019]图6为防雷型三相智能配电仪表中的CPLD电路示意图；
[0020]图7为防雷型三相智能配电仪表中的防雷通讯电路示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和【具体实施方式】，进一步阐明本实用新型，应理解下述【具体实施方式】仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
[0022]如图1所示，一种防雷型三相智能配电仪表，包括采样管理单元、开入开出单元、供电单元、人机交互单元、防雷通讯单元，以及与上述各单元分别连接的数字信号处理单元，各个单元通过各自数据总线与数字信号处理单元进行数据传递。所述数字信号处理单元用于接收其它各个功能单元的数据并输出相应的控制信号，具体地说，数字信号处理单元通过I/O 口与人机交互单元连接，通过COM 口与防雷通讯单元连接，通过另一个I/O 口与开入开出单元连接，通过SPI总线与采样管理单元连接。所述供电单元通过三路隔离电压输出分别与采样管理单元、数字信号处理单元、开入开出单元、人机交互单元和防雷通讯单元相连。
[0023]采样管理单元对交流电流电压和直流电流电压进行采样、并向数字信号处理单元输出相应功率的脉冲信号。具体地说，如图1所示，采样管理单元中包括逻辑处理芯片、AD转换芯片、电能芯片，采样管理单元还包括多种接口——三相交流采样接口、DCr20mA采样接口、DOTlOV采样接口、有功功率脉冲输出接口和无功功率脉冲输出接口。其中，DC4?20mA采样接口和DOTlOV采样接口分别与AD转换芯片相连，AD转换芯片通过数据总线与逻辑处理芯片进行数据交换，直流采样电路图如图2所示。三相交流采样接口与电能芯片相连，电能芯片通过数据总线与逻辑处理芯片进行数据交换，有功功率脉冲输出接口和无功功率脉冲输出接口通过I/O 口与逻辑处理芯片相连，交流采样及功率脉冲输出电路如图3?图6所示。所述逻辑处理芯片对上述各接口进行集中管理，并通过SPI总线向数字信号处理单元上传测量值，或者接收数字信号处理单元下发的控制指令。有功功率脉冲输出接口和无功功率脉冲输出接口是将逻辑处理从电能芯片中采集到的功率测量值转换为有功或无功脉冲信号进行隔离输出，所述有功功率脉冲输出接口和无功功率脉冲输出接口与外部的脉冲采集器相连，可实现更加精确可靠的有功电度和无功电度计量，即使数字信号处理单元由于干扰等原因停止工作，也不会影响采样管理单元中有功无功的脉冲信号输出，保证了电度计量的准确性。图1中，逻辑处理芯片采用FPGA芯片，逻辑处理芯片也可以采用其他类型的逻辑处理芯片，如CPLD等。
[0024]开入开出单元完成开关量的隔离采集和隔离输出，具体用于将外部干节点的状态通过光耦隔离，输入到数字信号处理单元，并执行由数字信号处理单元发出的控制开出的命令，同样是以光电隔离的方式，防止由于外部接线错误烧毁数字信号处理单元。
[0025]防雷通讯单元是通过通讯总线与数字信号处理单元连接，将装置采集的电网参数上传至通信网络，并执行来自计算机后台的控制命令。如图7所示，防雷通讯单元包括光电隔离电路、RS485通讯收发电路和防雷保护电路；其中，光电隔离电路包括光电隔离芯片U9、U10、Ull和外围电路，用于将RS485总线上的通讯信号与数字信号处理单元隔离开，其中电阻R10、R16和R8为光电隔离芯片的电压上拉电阻；RS485通讯收发电路包括RS485通讯芯片和信号上拉电阻R9、R22、R6 ;防雷保护电路包括TVS管Zl?Z9、气体放电管QF1、压敏电阻R1、R2和保险丝F1、F2，其中TVS管主要用于限制RS485信号线之间和信号对地间的电压，气体放电管QFl用于泄放雷电暂态过电流和限制过电压，起到保护后级电路的作用。
[0026]人机交互单元采用大屏幕液晶显示器和按键，大屏幕液晶显示器显示电压、电流、功率等测量值，通过操作按键能够向数字信号处理单元传送指令，例如修改定值等，完成人机对话。
[0027]本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。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的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种防雷型三相智能配电仪表，其特征在于:包括采样管理单元、开入开出单元、供电单元、人机交互单元、防雷通讯单元，以及与上述各单元分别连接的数字信号处理单元，所述采样管理单元对交流电流电压和直流电流电压进行采样、并向数字信号处理单元输出相应功率的脉冲信号，所述开入开出单元完成开关量的隔离采集和隔离输出，所述数字信号处理单元用于对接收其它各个功能单元的数据并输出相应的控制信号，所述供电单元通过三路隔离电压分别为各单元供电；所述防雷通讯单元包括光电隔离电路、RS485通讯收发电路和防雷保护电路，所述光电隔离电源包括光电隔离芯片，所述S485通讯收发电路包括RS485通讯芯片，所述防雷保护电路包括TVS管、气体放电管、保险丝，所述TVS管用于限制RS485信号线之间和信号对地间的电压，气体放电管用于泄放雷电暂态过电流和限制过电压。
2.根据权利要求1所述的防雷型三相智能配电仪表，其特征在于:所述采样管理单元包括电能芯片、逻辑处理芯片、三相交流采样接口、DC4^20mA采样接口、DOTlOV采样接口、有功功率脉冲输出接口和无功功率脉冲输出接口 ；所述DCr20mA采样接口分DOTlOV采样接口分别通过AD转换芯片与逻辑处理芯片相连，所述三相交流采样接口与电能芯片相连，电能芯片通过数据总线与逻辑处理芯片进行数据交换，所述采样管理单元中的各个接口与电能芯片相连，所述电能芯片通过数据总线与逻辑处理芯片进行数据交换；有功功率脉冲输出接口和无功功率脉冲输出接口通与逻辑处理芯片相连。
3.根据权利要求2所述的防雷型三相智能配电仪表，其特征在于:所述有功功率脉冲输出接口和无功功率脉冲输出接口与脉冲采集器相连。
4.根据权利要求1?3中任意一项所述的防雷型三相智能配电仪表，其特征在于:所述人机交互单元包括分别与数字信号处理单元连接的显示设备和键盘。
【文档编号】H02H9/06GK204008847SQ201420379682
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】张丽丽, 黄勇, 刘双才, 王天翊, 熊鹤 申请人:南京国网电瑞电力科技有限责任公司