專利名稱：一種高壓三相電能計量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電能計量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高壓三相電能計量裝置。特別涉及到一種電量采集、數(shù)據(jù)處理和通信都在同一點高電位實現(xiàn)的電能計量裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有電能計量技術(shù)存在很多問題。考慮到高壓電能計量裝置的數(shù)量特別巨大，這些問題帶來的后果會很嚴重。首先，現(xiàn)有的高壓計量裝置是由分立的電流、電壓互感器和低壓電能表一起構(gòu)成的。只能知道電流、電壓互感器和低壓表計的誤差，不能直接測量得到高壓計量裝置的整體誤差。其次，電力互感器耗費材料，特別是金屬材料的數(shù)量大，不符合當前國際國內(nèi)節(jié)能降耗的要求。第三，低壓表計設(shè)置在低電位，容易發(fā)生接線錯誤，造成電量錯記。特別是不容 易避免竊電活動的發(fā)生。大量的竊電是供電企業(yè)盈利下降的主要原因之一。第四，鐵磁型電力互感器的使用容易導(dǎo)致鐵磁諧振，從而誘發(fā)電力系統(tǒng)重大事故。第五，現(xiàn)有的互感器和計量裝置體積大、占用空間大，急需改進。第六，現(xiàn)有的一些新技術(shù)可以部分地解決上述問題，但是它們又帶來了一些新的問題。例如將三相電量分別做計量和總加帶來同步難度大的問題、通信復(fù)雜的問題、數(shù)據(jù)處理準確度較差的問題、技術(shù)過于復(fù)雜導(dǎo)致計量裝置產(chǎn)品質(zhì)量低下的問題以及相應(yīng)的產(chǎn)品制造成本過高的問題。現(xiàn)在已有的高電壓電能計量方法有很多種。可以分為以下三類第一種，分別用傳統(tǒng)電磁型電流、電壓互感器將高電壓、大電流降低成為通用的低電壓、小電流(例如額定電壓100伏，額定電流5安或1A)，然后用低壓電能表進行電能計量。這種技術(shù)的優(yōu)點在于它是一種經(jīng)典的技術(shù)。計量準確度和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。它的缺點很多耗費大量材料特別是有色金屬、無法整體檢驗誤差、容易發(fā)生鐵磁諧振事故、計量準確度低。第二種，用非傳統(tǒng)的電壓和電流傳感器替代傳統(tǒng)電磁型互感器，同低壓標準或非標準電能表一起構(gòu)成電能計量裝置?，F(xiàn)在的多家高壓電能表就使用這個原理制成的。這一類技術(shù)的特點是，電能計量的信號傳感、數(shù)據(jù)處理和通信都是在低壓側(cè)完成的。它的優(yōu)點在于電流、電壓傳感器小型化，以及傳感器與低壓電能表一體化。這導(dǎo)致材料的節(jié)省和體積的減少。它的缺點在于，這種技術(shù)在本質(zhì)上與傳統(tǒng)的技術(shù)原理完全是一樣的。技術(shù)并沒有本質(zhì)的進步。第三種，利用將非傳統(tǒng)電流、電壓傳感器置于高電位端，在高壓側(cè)獲取A、B、C三相的電壓和電流信號。使用計算機芯片和電子線路構(gòu)造成的電能計量單元，分別在高壓電的A、B、C三相對各相電流、電壓進行信號處理和計算，得到每相的電能量。最后，對三相各自的電能量進行總加和累加得到三相電能計量結(jié)果。這種技術(shù)的主要特點是電能計量的信號傳感、數(shù)據(jù)處理和通信都是在高壓側(cè)完成的。它可以導(dǎo)致材料特別是金屬材料大幅的節(jié)省。最為突出的優(yōu)點在于這種技術(shù)可以導(dǎo)致傳感器和表計的完全融合。很容易實現(xiàn)一體化整體校驗。它的另一個優(yōu)點在于，整個裝置的抗受雷擊和操作過電壓的能力大為提升。它的缺點在于三相電能計量是由在A、C相單獨進行的電能計量傳導(dǎo)至B相做總加和累加完成的。這將會導(dǎo)致相間光纖通信通道的增加。除了增加生產(chǎn)制造成本外，這種結(jié)構(gòu)還會增加高壓電能表的故障發(fā)生概率。以上是依照所謂“三表法”進行計量的。對中心點不接地系統(tǒng)，還可以利用“兩表法”完成三項電能計量。這種技術(shù)的主要特點是少用一個電流互感器、電壓互感器和計量單元，比三表法節(jié)省金屬材料。專利申請?zhí)枮?00810002310. I的《高壓電能直接計量系統(tǒng)和方法》電流采集模塊分別位于A、C相，與A、C相同電位，計量單元分為兩部分，分別位于A、C相，然后在B相進行綜合累加；該方案中不僅計量單元多，而且計量單元件間需要通訊環(huán)節(jié)，提高了制造成本，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，降低了功能的可靠性。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是要解決上述的技術(shù)問題，提供一種高壓三相電能計量裝置。 將三相高電位電流和電壓傳感信號能夠直接連接至某一相的高電位上，使在該高電位上的電能計量單元實現(xiàn)電能計量。從而避免現(xiàn)有的電能計量方法存在的問題和不足。本實用新型的技術(shù)方案本實用新型的高壓三相電能計量裝置包括電流信號采集部分、電壓信號采集部分和電能計量單元，在高壓三相交流電中確定一個指定相，其它兩相為非指定相；電能計量單元位于指定相的高電位端，電能計量單元內(nèi)設(shè)有發(fā)射模塊，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線通訊；電流信號采集部分包括兩個電流傳感器，第一電流傳感器LI和第二電流傳感器L2，第一電流傳感器LI和第二電流傳感器L2的一次為非指定相電位，第一電流傳感器LI和第二電流傳感器L2的二次線圈連接到電能計量單元，為指定相電位；電壓信號采集部分采用兩個相間分壓器，第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2，第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2分別連接在兩個非指定相與指定相之間，第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2的低壓臂與指定相相連接，高壓臂與非指定相連接，低壓臂分壓信號接入電能計量單元。所述的相間分壓器使用非鐵磁型傳感器，如電容分壓器或電阻分壓器或阻容分壓器。所述的電流傳感器的一、二次之間絕緣隔離，耐壓水平是按照相間電壓水平設(shè)計的。所述的高壓三相電能計量裝置，將所述的電能計量單元、工作電源和通信單元利用金屬屏蔽盒封裝。所述的電能計量單元的工作電源由三相交流電分壓供給，包括第三相間分壓器Vl和第四相間分壓器V2，第三相間分壓器Vl和第四相間分壓器V2的低壓臂都連接到工作電源。所述的高壓三相電能計量裝置，將所述的電流信號采集部分、電壓信號采集部分、第三相間分壓器Vl和第四相間分壓器V2以及電能計量單元、工作電源和通信單元的屬屏蔽盒利用絕緣材料封裝在一體，形成一個高電壓直接接入式的電能計量裝置。本實用新型的優(yōu)點I.電流信號用絕緣隔離的方法傳感到了指定相的高電位，這為本實用新型的方案設(shè)計奠定了理論上的基點和基礎(chǔ)；計量所需電壓、電流信號全部以指定相為模擬地，計量功能可以集中實現(xiàn)，省去了位于非指定相的計量電路，省去原有方案中的通訊環(huán)節(jié)，節(jié)省了制造成本并提高了功能的可靠性，且降低了整個設(shè)備的運行功耗。2.電壓信號用分壓器的方法傳感到了指定相的高電位，高壓取能分壓器更容易實現(xiàn)，電壓信號分壓器和電流傳感器負載為高阻抗電子線路，設(shè)計容量極低，相對于傳統(tǒng)的電壓、電流互感器體積重量大大的降低，使產(chǎn)品小巧輕便，大幅度節(jié)約了制造成本。3.將低壓三相電能表的構(gòu)成原理、硬件、軟件和算法、廉價器件等移植到了指定相的高電位，在高電位上實現(xiàn)“兩表法”電能測量原理，計量功能的實現(xiàn)與傳統(tǒng)的低壓表計類似，可以借鑒現(xiàn)有成熟的經(jīng)驗，且校驗系統(tǒng)也可以通用。也有利于新產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定和提聞。4.電流、電壓信號采集部分與電能計量單元、工作電源和通信單元一起被封裝在高電位的金屬屏蔽盒中。目的在于提高裝置的抗電磁干擾能力.保證和提高各部件和裝置的高電壓絕緣水平?！け緦嵱眯滦团c現(xiàn)有技術(shù)相比較I.本實用新型的裝置體積更小、占用空間更小，結(jié)構(gòu)更簡單；2.節(jié)省更多材料。降低高壓本體生產(chǎn)成本；3.更容易實施新的高電壓電能計量裝置的誤差整體校驗；4.本實用新型高壓電能計量裝置準確度更高。

圖I是本實用新型的裝置原理框圖。
具體實施方式
本實用新型是一種在3_35kV高壓側(cè)按照“兩表法”原理制造的直接接入式電能計
量裝置。圖I是本實用新型的裝置原理框圖本實用新型的一種高壓三相電能計量裝置包括電流信號采集部分、電壓信號采集部分和電能計量單元，在高壓三相交流電中確定一個指定相，其它兩相為非指定相；電能計量位于指定相的高電位端，電能計量單元內(nèi)設(shè)有發(fā)射模塊；電流信號采集部分包括兩個電流傳感器，第一電流傳感器LI和第二電流傳感器L2，第一電流傳感器LI和第二電流傳感器L2的一次為非指定相電位，第一電流傳感器LI和第二電流傳感器L2的二次線圈連接到電能計量單元，為指定相電位；電壓信號采集部分采用兩個相間分壓器，第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2，第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2分別連接在兩個非指定相與指定相之間，第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2的低壓臂與指定相相連接，高壓臂與非指定相連接，低壓臂分壓信號接入電能計量單元。所述的相間分壓器使用電容分壓器或電阻分壓器或阻容分壓器。圖中C1、C2組成的第一相間分壓器Ul和C3、C4組成的第二相間分壓器U1?；螂娮璺謮浩鲌D中Rl、R2組成的第一相間分壓器Ul和R3、R4組成的第二相間分壓器U1。或阻容分壓器圖中R5、C5組成的第一相間分壓器Ul和R6、C6組成的第二相間分壓器Ul。所述的電流傳感器的一、二次線圈之間使用絕緣材料隔離，耐壓水平是按照相間電壓水平設(shè)計的。所述的電能計量單元的工作電源由三相交流電分壓供給，包括由兩組電容CB、CL組成的第三相間分壓器Vl和第四相間分壓器V2，第三相間分壓器Vl和第四相間分壓器V2都連接到工作電源。將所述的電能計量單元、工作電源和通信單元利用金屬屏蔽盒封裝。其作用在于對高壓電磁場進行屏蔽，減弱或避免高壓電磁場對這些部件及其電路的干擾和影響。所述的高壓三相電能計量裝置，將所述的電流信號采集部分、電壓信號采集部分、第三相間分壓器Vl和第四相間分壓器V2和電能計量單元、工作電源、通信單元的金屬屏蔽盒利用絕緣材料封裝在一體，形成一個高電壓直接接入式的電能計量裝置。 圖I是以B相為指定相的原理框圖。當指定相為A相時，非指定相為B相和C相。電流為ia、ib ；當指定相為C相時，非指定相為A相和B相。電流為ia、ib。本實用新型非指定相的電流傳感信號通過絕緣隔離手段引入到指定相(以B相為例)的高電位。電流傳感器可以采用各種有磁心或無磁心的線圈構(gòu)成。使用高強度的絕緣材料將通過線圈的一次電流的導(dǎo)體和二次線圈導(dǎo)線之間做絕緣隔離。使得一次電流導(dǎo)體和二次線圈導(dǎo)體之間能夠耐受三相電的相間電壓。一次電流導(dǎo)線此刻在非指定相電位上，將二次線圈的導(dǎo)線引至指定相并使它的電位為指定相的高電位。以便于和將要獲取的電壓傳感器二次導(dǎo)線處于同一電位，為信號集中處理提供可能。在圖I中，電壓傳感是通過利用分壓器實現(xiàn)的。電壓傳感的新穎性關(guān)鍵點在于將分壓器的分壓臂(取小信號端)設(shè)置在指定相。即，將分壓器的低壓臂一端與指定相(以B相為例)連接。相間的電壓主要由分壓器的高壓臂承載。這樣做的目的在于將電能計量所需要的相間電壓信號傳感到指定相高電位集中待處理。在指定相的高電位端得到了上述電壓傳感信號和電流傳感信號之后，可以交給電能計量單元處理。電能計量單元的構(gòu)成原理和方法與低壓電能表相同。電能計量單元可以是單相處理(原理如公式I所示)后總加得到三相電能量值。也可以是直接對全部信號一次性處理(原理如公式2所示的兩表法)從而得到三相電能量值。電能計量單元具備計量結(jié)果儲存功能。在高電位運行的電能計量單元與低壓電能表的運行環(huán)境不同。需要對電能計量單元進行專業(yè)的的電磁屏蔽保護設(shè)計。此外，電能計量單元的功耗設(shè)計也不同于傳統(tǒng)的低壓電能表的方法。如圖I所示，本實用新型的實施還需要考慮電能計量單元的供電電源設(shè)計方案。供電電源可以通過專用或公用的分壓器取能并供給電能計量單元，使電能計量單元能夠正常工作。供電電源同樣是工作在指定相的高壓端的。供電電源除了為電能計量單元提供工作電源外，還需要為后面提及的通信單元提供工作電源。所以，供電電源自身的可靠性和功率保證能力是一個重要的設(shè)計工作。如圖I所示，在本實用新型方案及據(jù)此制成的裝置中，傳感器、電能計量單元都處在指定相的高電位上。所以，電能計量結(jié)果需要通過通信傳遞到低電位(也不排出其他的高電位)指定的裝置或者網(wǎng)絡(luò)，提供給電能計量結(jié)果的需要者。通信單元可以使用(包括但不限于)光纖、小無線、紅外和GPRS作為通信媒介和指定裝置或者網(wǎng)絡(luò)完成通信，從而把電能量和其他電氣量的計量和測量結(jié)果發(fā)往目的物，從而完成計量結(jié)果從高電位端到低電位端的通信傳遞。如圖I所示，本實用新型方案及其構(gòu)成的計量裝置是由電壓傳感器、電流傳感器和電能計量單元等構(gòu)成?？梢詫⑺鼈兎庋b在一起，形成一個一體化的整體裝置。也可以分別封裝制造為二個或多個分體，在使用的時候?qū)⑺鼈冞B接成為一個整體裝置。本實用新型可利用鋰電池和/或超級電容器作為備用電源，以備停電或事故時電能計量單元存儲和記憶電能量值。本實用新型的核心是在指定相的高電位端設(shè)置電能計量單元，計量所需所有的信號全部以指定相電位為模擬地，因此，電能計量可以在指定相全部完成。因此，凡是計量所 需所有的信號全部以指定相電位為模擬地的，均屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種高壓三相電能計量裝置，包括電流信號采集部分、電壓信號采集部分、電能計量單元、工作電源和通信單元，其特征在于在高壓三相交流電中確定一個指定相，其它兩相為非指定相；電能計量單元、工作電源和通信單元位于指定相的高電位端，通信單元實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊；電流信號采集部分包括兩個電流傳感器，第一電流傳感器LI和第二電流傳感器L2，第一電流傳感器LI和第二電流傳感器L2的一次線圈為非指定相電位，第一電流傳感器LI和第二電流傳感器L2的二次線圈連接到電能計量單元，為指定相電位；電壓信號采集部分采用兩個相間分壓器，第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2，第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2分別連接在兩個非指定相與指定相之間，第一相間分壓器Ul和第二相間分壓器U2的低壓臂與指定相相連接，高壓臂與非指定相連接，低壓臂分壓信號接入電能計量單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓三相電能計量裝置，其特征在于相間分壓器使用非鐵磁型傳感器，如電容分壓器或電阻分壓器或阻容分壓器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高壓三相電能計量裝置，其特征在于電流傳感器的一、二次之間絕緣隔離，耐壓水平是按照相間電壓水平設(shè)計的。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高壓三相電能計量裝置，其特征在于電能計量單元的工作電源由三相交流電分壓供給，包括第三相間分壓器Vl和第四相間分壓器V2，第三相間分壓器Vl和第四相間分壓器V2的低壓臂都連接到工作電源的輸入端。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高壓三相電能計量裝置，其特征在于將所述的電能計量單元、工作電源和通信單元利用金屬屏蔽盒封裝。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的高壓三相電能計量裝置，其特征在于將所述的電流信號采集部分、電壓信號采集部分、電能計量單元、工作電源和通信單元利用絕緣材料封裝在一體，形成一個高電壓直接接入式的電能計量裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓三相電能計量裝置，其特征在于電能計量單元的工作電源由三相交流電分壓供給，包括第三相間分壓器Vl和第四相間分壓器V2，第三相間分壓器Vl和第四相間分壓器V2的低壓臂都連接到工作電源的輸入端。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓三相電能計量裝置，其特征在于將所述的電流信號采集部分、電壓信號采集部分、電能計量單元、工作電源和通信單元、第三相間分壓器Vl和第四相間分壓器V2利用絕緣材料封裝在一體，形成一個高電壓直接接入式的電能計量裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓三相電能計量裝置，其特征在于將所述的電流信號采集部分、電壓信號采集部分、第三相間分壓器Vl和第四相間分壓器V2以及電能計量單元、工作電源和通信單元的屬屏蔽盒利用絕緣材料封裝在一體，形成一個高電壓直接接入式的電能計量裝置。
專利摘要本實用新型提供一種高壓三相電能計量裝置，在高壓三相交流電中確定一個指定相，其它兩相為非指定相；電能計量單元位于指定相的高電位端，電能計量單元內(nèi)設(shè)有發(fā)射模塊；電流信號采集部分包括兩個電流傳感器，第一電流傳感器L1和第二電流傳感器L2，第一電流傳感器L1和第二電流傳感器L2的一次線圈安裝在非指定相的高電位，第一電流傳感器L1和第二電流傳感器L2的二次線圈連接到電能計量單元；電壓信號采集部分采用兩個相間分壓器，第一相間分壓器U1和第二相間分壓器U2，第一相間分壓器U1和第二相間分壓器U2分別連接在兩個非指定相與指定相之間，第一相間分壓器U1和第二相間分壓器U2的低壓臂連接在指定相的高電位端，高壓臂與非指定相連接，分壓臂與電能計量單元連接。
文檔編號G01R22/06GK202600047SQ201220242309
公開日2012年12月12日 申請日期2012年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月28日
發(fā)明者侯鐵信 申請人:侯鐵信