專利名稱：電能表現(xiàn)場校驗?zāi)M負(fù)荷源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電力系統(tǒng)的供配電裝置，具體涉及電網(wǎng)上運行的三相電能表誤差現(xiàn)場測試的電流源裝置。
背景技術(shù)：
電能測量技術(shù)與儀表在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著非常重要的作用，它的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系著電力企業(yè)發(fā)電量、線損、煤耗、廠用電、供電量、用電量等各項電業(yè)技術(shù)指標(biāo)的正確計算，涉及到國家和用戶的經(jīng)濟(jì)效益，同時電力市場的逐步深化與改革對電能測量技術(shù)與儀表提出了更高的要求，越來越重視它的完整性和準(zhǔn)確性。各電力企業(yè)加強了對現(xiàn)場電能計量表計運行中的監(jiān)督性檢測，按電力企業(yè)的《電能計量裝置技術(shù)管理規(guī)程DL448-2000》的要求每年必須對所有重要計量電度表進(jìn)行1-3次的現(xiàn)場測試，但實際完成的情況來看，大部分單位是很難達(dá)到甚至根本達(dá)不到規(guī)定。究其原因，撇開一些人為或管理的主觀因素，單從客觀的角度分析，以下提出的“不宜校表數(shù)”是問題的關(guān)鍵。按電力部頒發(fā)的SD109-83《電能計量裝置檢驗規(guī)程》第4.2.2條第e款規(guī)定現(xiàn)場負(fù)載功率應(yīng)為實際的經(jīng)常負(fù)載。當(dāng)負(fù)載電流低于被檢電能表標(biāo)定電流的10％或功率因數(shù)低于0.5時，不宜進(jìn)行誤差檢定。
于是便有了不宜校表的概念，并且其數(shù)目在不斷增加，產(chǎn)生的原因主要有如下幾個方面1.某些企業(yè)已經(jīng)停產(chǎn)整頓或生產(chǎn)規(guī)模急劇縮小致使用電負(fù)荷極??；2.備用線路或旁路安裝的電能表長期無負(fù)荷；3.線路負(fù)荷一時太小不能滿足校驗要求；4.小水電等上網(wǎng)用戶，上網(wǎng)時下網(wǎng)表計無負(fù)荷，下網(wǎng)時上網(wǎng)表計無負(fù)荷。
某些嚴(yán)重地區(qū)，其不宜校表數(shù)占到應(yīng)校表總數(shù)的30～50％。因此不宜校表問題不同程度上困繞著各電力公司各項指標(biāo)，從而影響了電力市場商業(yè)化營運的正常開展，進(jìn)一步影響到電力企業(yè)和電力用戶的經(jīng)濟(jì)利益。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題為有效消除不宜校表問題提供技術(shù)手段，研制出一種電能表現(xiàn)場校驗?zāi)M負(fù)荷源，不受用電狀況制約，對現(xiàn)場運行電能表實施定期地校驗，保障電測技術(shù)監(jiān)督工作的正常開展和電能計量裝置完好率，及時消除和發(fā)現(xiàn)計量隱患，提高計量裝置可靠性，保證發(fā)、供、用電三方的經(jīng)濟(jì)利益和合法權(quán)益。
本實用新型采用的技術(shù)解決方案是這種電能表現(xiàn)場校驗?zāi)M負(fù)荷源裝置主要由電壓過零比較電路、報警單元、電源部分、單片機系統(tǒng)、電流信號移相放大電路、電流功放輸出電路、電流保護(hù)電路組成。裝置外接220V工作電源，經(jīng)過電源部分轉(zhuǎn)換成±5V和±30V直流提供給單片系統(tǒng)、各電子電路及電流功放輸出電路的工作電源，電能計量屏端箱A、B、C任意一相電壓或電能表表計電壓端，輸入給電壓過零比較電路變成電壓脈沖信號，輸入給單片機系統(tǒng)檢測。經(jīng)過軟件控制對脈沖信號移相設(shè)置所需角度的一路電流方波信號給B相，再經(jīng)過移相濾波，單片機選擇放大倍數(shù)進(jìn)行放大輸出，電流信號移相放大電路除了對B相電流信號進(jìn)行放大、移相、濾波外，還經(jīng)過硬件120度移相電路輸出另外兩相A、C，其相位差120度，并經(jīng)過信號負(fù)反饋保證輸出信號的穩(wěn)定度，三相電流信號分別通過相同電路的電流功放輸出電路，進(jìn)行功放輸出，三相電流信號輸出還經(jīng)過由三路比較電路構(gòu)成的電流保護(hù)電路，輸出給單片機系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測判別，若輸出異常、過載、過流，則單片機輸出信號經(jīng)報警單元，實施報警；整套裝置輸出三路相位、幅值可調(diào)的平衡電流負(fù)載。
本實用新型是在現(xiàn)場不宜校表情況下，拆除被校表與原CT連接的電流回路，電壓回路保持不變，通過交流220伏工作電源，人為地提供一個三相模擬負(fù)荷校驗電流源，其相位由單片機觸發(fā)交流信號設(shè)置，同時送入標(biāo)準(zhǔn)表和被校表，從標(biāo)準(zhǔn)表上讀出被校表的檢定誤差，通過鍵盤設(shè)置裝置的相位和電流負(fù)荷大小，從而達(dá)到現(xiàn)場校驗電能表，全面掌握電能表運行狀況的目的。
裝置由電源及單片機、信號處理、功放等三大部分組成，并同時具有電流相位選擇與調(diào)整、電流報警、電流幅值選擇與調(diào)整、過流保護(hù)、功率放大等功能，設(shè)計合理、功能齊全、智能化程度高、性能優(yōu)良。利用本項目研制的模擬負(fù)荷源及其應(yīng)用系統(tǒng)，可對現(xiàn)場安裝電能表進(jìn)行不同負(fù)荷、不同力率的綜合誤差測試，而不論其是否處于負(fù)荷小或無負(fù)荷的情況，本裝置還可作為變電站或電廠中電氣儀表現(xiàn)場調(diào)試用的測試電源，兼做室內(nèi)的一般用的檢定三相電流源。
裝置的主要技術(shù)性能指標(biāo)如下● 輸出最大電流3×6A/相(可擴(kuò)展)● 失真度＜2％，；功率穩(wěn)定度＜0.1％● 最大輸出功率20VA/相● 對稱度＜1°● 輸出電流開路、異?？勺詣油C報警● 微電腦控制，全電子化結(jié)構(gòu)，操作完全程控● 可提供各種類型的電流輸出信號(不同負(fù)荷、不同力率)● 重量、體積較一般三相源要輕便1/2以上綜合以上，本實用新型是解決電力生產(chǎn)過程中疑難問題的創(chuàng)新技術(shù)，對比一般的電源裝置，具有如下優(yōu)點和積極效果。
a.結(jié)構(gòu)簡單、攜帶方便。其體積重量價格均僅有一般電源的1/2左右，不僅適用于現(xiàn)場的電能表校驗，而且還可用作其他儀器儀表的檢驗以及室內(nèi)的檢定電源。裝置屬國內(nèi)首創(chuàng)。
b.采用微機控制的數(shù)字化設(shè)計、模塊化設(shè)計、結(jié)構(gòu)簡潔、功能強。
c.輸出電流開路等異常的自動保護(hù)，并能功率放大故障自動監(jiān)測保護(hù)指示。系統(tǒng)安全保護(hù)能力強。
d.創(chuàng)造性地提出利用單片機軟件控制，觸發(fā)交流工作電壓輸入信號進(jìn)行相位設(shè)置，巧妙地對現(xiàn)場負(fù)荷小或無負(fù)荷情況校驗電能表時的力率調(diào)整和設(shè)置，從而對表計進(jìn)行不同負(fù)荷、不同力率下的測試，全面綜合地了解電能表的運行狀況，確保表計的正常可靠地長期運行。


圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)原理框圖圖2、圖3、圖4、圖5、圖6為本實用新型具體實施電路圖。其中圖2包括電源部分、單片機系統(tǒng)、電壓過零比較電路、報警單元電路；圖3包括電流信號移相放大電路、電流保護(hù)電路；圖4、圖5、圖6分別為A相、B相、C相電流功放輸出電路，三個電路結(jié)構(gòu)相同。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型的電能表現(xiàn)場校驗?zāi)M負(fù)荷源裝置，其主旨在于解決現(xiàn)場沒有負(fù)荷或小電流負(fù)荷及低功率因數(shù)時運行的電能表現(xiàn)場誤差校驗問題。裝置主要由電壓過零比較、報警單元、電源部分、單片機系統(tǒng)、電流功放輸出、電流信號移相放大、電流保護(hù)等幾個部分組成。裝置由外接工作電源220V提供，經(jīng)過電源部分轉(zhuǎn)換成直流±5V和±30V提供單片機系統(tǒng)、各電子電路及電流輸出功放的工作電源；另外電能計量屏端子箱A、B、C任意一相電壓(大小為57.7V/100V/220V從電能表表計電壓端輸出也可)輸入給電壓過零比較單元變成電壓脈沖信號，輸入給單片機系統(tǒng)檢測，經(jīng)過軟件控制對脈沖信號移相設(shè)置所需角度的一路電流方波信號給B相；再經(jīng)過移相濾波，單片機選擇放大倍數(shù)進(jìn)行放大輸出。同時經(jīng)過硬件120度移相電路輸出另外兩相A、C，其相位差120度。三相電流信號分別通過相同的放大電路輸出，經(jīng)過兩路信號負(fù)反饋保證輸出信號的穩(wěn)定度。三相電流輸出經(jīng)過三路比較電路輸出給單片機系統(tǒng)判別實施過流保護(hù)。以防止電流裝置異常輸出或電流回路開路。整套裝置輸出三路相位、幅值可調(diào)平衡電流負(fù)載。其穩(wěn)定度0.1％，失真度2.0％，滿足現(xiàn)場測試電能表及有關(guān)校驗規(guī)程的技術(shù)要求。
參見圖2為電路原理圖(電源部分及單片機系統(tǒng)、電壓過零比較電路、報警單元)由變壓器T1、整流橋B1、電容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8電阻R1、R2、R3、發(fā)光二極管L1、，三端穩(wěn)壓器V1、V2、V3、V4以及風(fēng)扇組成工作電源電路；由電阻R4、R5、R6、二極管D1和運算放大器U2A組成電壓信號過零檢測電路；單片機U1、排電阻R10、晶體振蕩器X1、電容C10、C11和十個按鍵共同組成裝置的核心控制部分即單片機系統(tǒng)；方面處理按鍵(0°、30°、60°、300°、330°)進(jìn)行相應(yīng)的力率調(diào)整電流輸出相角，同時根據(jù)按鍵(0.1Ib、0.2Ib、0.5Ib、1.0Ib)輸出A、B、C三路信號以調(diào)整電流放大倍數(shù)；另一方面監(jiān)控電流反饋信號，一旦異常報警同時復(fù)位禁止輸出。系統(tǒng)的核心器件是U1單片機AT89C2051，其2、3、6腳為I/O口輸出，連接A、B、C三路信號選擇放大倍數(shù)，12、13、14、15、16、17、18、9腳為I/O口輸入，接收鍵盤數(shù)據(jù)輸入給單片機中央處理單元進(jìn)行識別后處理，7腳則檢測電壓過零信號，作移相基準(zhǔn)信號，通過11腳I/O輸出經(jīng)過單片機移相處理后的脈沖信號Uin；8腳為I/O口輸出啟動蜂鳴器報警；19腳I/O口輸入Ip，檢測三路電流信號是否異常、過載等故障。整個單片機系統(tǒng)交由單片機U1進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、運算、處理和輸出。
參見圖3電路原理圖(信號處理部分電流信號移相放大電路、電流保護(hù)電路)固定電阻R11、R13、可調(diào)電阻R12和運放U3A組成信號采樣跟隨單元，R12為幅值微調(diào)電阻；由電阻R14、R15、R16和運放U3B組成信號放大單元； 由R17、R18、C12、C13、U3C組成二階濾波單元；由R19、R20、R21、R22、R23、C14、U3D組成移相單元，R22為相位微調(diào)電阻；由R25、R26、R27、R28、R29、U4、U5A組成電流放大倍數(shù)設(shè)置單元；由R30、R31、R32、C15、C16、U5B組成二階濾波單元；由R33、U5C組成跟隨電路；由電解電容C201、C202、電阻R203、R205、R206、R207、R208和電容C203、C204、C205、U6C組成B相電流放大和負(fù)反饋單元，Ub為B相電壓反饋信號，Ib給功放部分進(jìn)行放大輸出；R209、R210、R211、C207、C206、二極管D201、D202和U6D組成B相電流信號方波比較單元，用作B相過流保護(hù)；U5D14腳電流輸出信號經(jīng)過由R100、R101、R102、C100和U6A組成的逆時針移相120度單元電路，同樣經(jīng)過如同 B相的電流放大輸出負(fù)反饋單元和電流信號方波比較單元，Ua為A相電壓反饋信號，Ia給功放部分進(jìn)行放大輸出；C相電流輸出則是在A相運放U6A1腳基礎(chǔ)上再經(jīng)過由R300、R301、R302、C300和U6B組成的逆時針移相120度單元電路，同樣經(jīng)過如同A相的電流放大輸出負(fù)反饋單元和電流信號方波比較單元，Uc為C相電壓反饋信號，Ic給功放部分進(jìn)行放大輸出。信號Ip為檢測三路電流信號是否異常、過載等故障，輸入給單片機系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測。
參見圖4、5、6為三相功放輸出電路原理圖(功放部分)Ia信號經(jīng)過，三極管Q101、Q102、Q103、Q104、Q105、Q106、Q107、電阻R112、R113、R114、R115、R116、R117、R118、R119、R120、R121、R122、電容C108、C109、C110、二極管D103、D104、D106、D108、10V、穩(wěn)壓管D107、D109、發(fā)光二極管D105組成的典型差模輸入放大電路；再經(jīng)過場效應(yīng)管Q108、Q109、二極管D110、D111組成推挽輸出電路；再經(jīng)過R126、C111采樣進(jìn)行電壓信號反饋給Ua；R127采樣進(jìn)行電流信號反饋給ia；最后經(jīng)過輸出變壓器Ta輸出5A、1A、0A三檔電流。B相、C相電流功率放大均與A相類似(見附圖5、6頁)，輸入分別是Ib、Ic，電流和電壓反饋則分別是Ub、Uc、ib、ic，這些信號分別與附圖第3頁信號處理原理圖相應(yīng)的標(biāo)號相連，同時B相、C相電流功率放大電路中各器件標(biāo)號的第一位數(shù)字位分別由1改為2(B相)、3(C相)，以示區(qū)別，其余標(biāo)志位則不變。
集成電路及有關(guān)元件型號如下U1(單片機AT89C2051) U2(四運放MAX479EPD)Q1(三極管8050)X1(晶振11.0592MHz)F1(保險管1A) S1(單刀雙擲開關(guān))V1(三端穩(wěn)壓器7815)V2(三端穩(wěn)壓器7805)V3(三端穩(wěn)壓器7915)V4(三端穩(wěn)壓器7905)B1(整流橋)T1(變壓器220V30V)U3(四運放MAX479EPD) U4(模擬開關(guān)CD4051)U5(四運放MAX479EPD) U6(四運放MAX479EPD)U7(四運放MAX479EPD) Ta、Tb、Tc(輸出變流器1A 5A/1A/0A)Dxx(二極管) Rxx(電阻)Cxx(電容)
權(quán)利要求1.一種電能表現(xiàn)場校驗?zāi)M負(fù)荷源，其特征在于裝置主要由電壓過零比較電路、報警單元、電源部分、單片機系統(tǒng)、電流信號移相放大電路、電流功放輸出電路、電流保護(hù)電路組成，裝置外接220V工作電源，經(jīng)過電源部分轉(zhuǎn)換成直流±5V和±3V提供給單片系統(tǒng)、各電子電路及電流功放輸出電路的工作電源，電能計量屏端箱A、B、C任意一相電壓或電能表表計電壓端，輸入給電壓過零比較電路變成電壓脈沖信號，輸入給單片機系統(tǒng)檢測，經(jīng)過軟件控制對脈沖信號移相設(shè)置所需角度的一路電流方波信號給A相，再經(jīng)過移相濾波，單片機選擇放大倍數(shù)進(jìn)行放大輸出，電流信號移相放大電路除了對B相電流信號進(jìn)行放大、移相、濾波外，還經(jīng)過硬件120度逆時針移相電路輸出另外兩相A、C，其相位差120度，并經(jīng)過信號負(fù)反饋保證輸出信號的穩(wěn)定度，三相電流信號分別通過相同電路的電流功放輸出電路，進(jìn)行功放輸出，三相電流信號輸出還經(jīng)過由三路比較電路構(gòu)成的電流保護(hù)電路，輸出給單片機系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測判別，異常、過載、過流，則單片機輸出信號經(jīng)報警單元，實施報警；整套裝置輸出三路相位、幅值可調(diào)平衡電流負(fù)載。
專利摘要一種電能表現(xiàn)場校驗?zāi)M負(fù)荷源，主要由電壓過零比較電路、報警單元、電源部分、單片機系統(tǒng)、電流信號移相放大電路、電流功放輸出電路、電流保護(hù)電路組成，在現(xiàn)場不宜校表的情況下，通過交流220V工作電源，人為地提供一個三相模擬負(fù)荷試驗電流源，解決了現(xiàn)有現(xiàn)場沒有負(fù)荷或小電流負(fù)荷及低功率因數(shù)時運行電能表現(xiàn)場誤差校驗問題。本實用新型設(shè)計合理，功能齊全，智能化程度高，攜帶方便，性能優(yōu)良。
文檔編號G01R35/04GK2528026SQ0222339
公開日2002年12月25日 申請日期2002年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月30日
發(fā)明者羅志坤, 徐植堅 申請人:湖南省電力試驗研究所