專利名稱：電力參數(shù)綜合測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力測(cè)試儀表，特別是涉及一種電力參數(shù)綜合測(cè)試儀。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是電力參數(shù)綜合測(cè)試儀，其特征是它包括傳感器、數(shù)據(jù)采集電路和數(shù)據(jù)處理電路，所述的數(shù)據(jù)采集電路對(duì)傳感器采集到的信號(hào)前置放大、A/D轉(zhuǎn)換，模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，所述的數(shù)據(jù)處理電路對(duì)數(shù)據(jù)采集板采到的各類訊號(hào)進(jìn)行計(jì)算、處理。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)該電力參數(shù)綜合測(cè)試儀能連續(xù)記錄負(fù)荷電流、電壓、功率因數(shù)，能自動(dòng)給出最大值、最小值，給出累計(jì)有功、無功電量，除了開機(jī)和關(guān)機(jī)操作，無須人員到現(xiàn)場(chǎng)；該儀器攜帶方便，操作簡(jiǎn)便，可以不斷電裝卡儀器，備有靈巧電流傳感器；可在各種環(huán)境中使用，且性能穩(wěn)定、可靠。
該儀器可以在配電網(wǎng)絡(luò)的任一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)行常規(guī)參數(shù)的綜合測(cè)量，對(duì)供電能力，負(fù)荷情況，損耗大小，丟竊電等情況進(jìn)行查定。
可以在變壓器的二次端，也可以在用戶任一進(jìn)戶支路的前端進(jìn)若干時(shí)間的監(jiān)測(cè)。時(shí)間可以是幾小時(shí)或幾十天。
測(cè)量范圍能滿足630KVA以下容量的變壓器及其配電網(wǎng)絡(luò)使用。
電流傳感器能滿足80mm以下寬度母線排的使用，能在變壓器附近等較強(qiáng)干擾環(huán)境下正常工作。
能濾除網(wǎng)絡(luò)中各種雜波噪聲干擾。尖峰脈沖和浪涌電流的干擾。
設(shè)有綜合顯示屏，具有良好的人機(jī)界面和可操作性，可直讀測(cè)試數(shù)據(jù)。
存貯空間足夠大，可隨時(shí)查詢、打印前期的若干次測(cè)量數(shù)據(jù)，并且前期數(shù)據(jù)能至少保存一年以上。
對(duì)電流、電壓、功率數(shù)據(jù)進(jìn)行最大、最小值比較分析并記錄對(duì)應(yīng)時(shí)間。
從電流傳感器(見

圖1)采到的電流信號(hào)經(jīng)過放大和從電壓線輸入的電壓信號(hào)，經(jīng)過分壓進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)后，再進(jìn)入數(shù)據(jù)采集處理器。對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)駐點(diǎn)比較，選擇門限電壓，自動(dòng)分檔，確定各相相位和電流、電壓各項(xiàng)峰值，篩除噪聲后進(jìn)CPU進(jìn)行計(jì)算處理，CPU根據(jù)程序存儲(chǔ)器指令，對(duì)采到的信號(hào)進(jìn)行分類處理和綜合計(jì)算，得出電流、電壓值、電流/時(shí)間曲線，功率因數(shù)等參數(shù)量，存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。并隨著時(shí)間計(jì)算累計(jì)電量，且比較出電流、電壓的三個(gè)最大值、最小值和標(biāo)出對(duì)應(yīng)時(shí)間。
其余各部分的作用是鍵盤--用于操作員對(duì)儀器發(fā)出指令，如顯示數(shù)值、打印數(shù)據(jù)、校正時(shí)間、選擇和編制變壓器臺(tái)號(hào)等。
顯示器--屬于人機(jī)界面，用來顯示儀器工作狀態(tài)和測(cè)到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。
備用電池--用于非工作時(shí)保持存儲(chǔ)器內(nèi)數(shù)據(jù)不丟失和時(shí)鐘正常走時(shí)。
數(shù)據(jù)采集板原理(如圖2所示)，由于傳感器采到的信號(hào)很弱，信號(hào)在處理之前需進(jìn)行前置放大、AD轉(zhuǎn)換、信號(hào)采集處理，為此專門設(shè)計(jì)采集板，主芯片采用型號(hào)為90S8535，該芯片是由CPU、內(nèi)存FLASH、快速低耗10位AD組成的新型集成電路。電流信號(hào)經(jīng)過整理放大，選擇門限，三級(jí)分檔轉(zhuǎn)入CPU處理。電壓經(jīng)過整理、降壓、分壓，經(jīng)過保護(hù)電路也轉(zhuǎn)入CPU。該部分電路是將較弱的電流信號(hào)和特別強(qiáng)的電壓信號(hào)都轉(zhuǎn)成適合計(jì)算機(jī)分辨的可用電信號(hào)。
數(shù)據(jù)處理原理(如圖3所示)，計(jì)算、管理電路的核心CPU采用80C592，外掛813F1程序區(qū)。與數(shù)據(jù)存貯器HK1255時(shí)鐘芯片DS12887，以及其他外設(shè)輔助電路共同構(gòu)成數(shù)據(jù)處理板，對(duì)數(shù)據(jù)采集板采到的各類訊號(hào)進(jìn)行計(jì)算、處理。通過主程序和各子程序來完成多駐點(diǎn)比較檢測(cè)，篩除雜波干擾。完成測(cè)量、分析、計(jì)算、存儲(chǔ)、顯示等各項(xiàng)功能和電流、電壓、負(fù)荷曲線，功率因數(shù)，極限值和有功、無功電能的各參數(shù)檢測(cè)。中心處理部分電路采用芯片較少，處理數(shù)據(jù)的速度快。
軟件部分有監(jiān)測(cè)主程序、采集子程序、數(shù)據(jù)處理計(jì)算存貯程序、顯示子程序、停電處理子程序。軟件設(shè)有Watchdog，對(duì)由于程序跑飛或陷入死循環(huán)時(shí)，將程序拉回，按工作程序標(biāo)志；重新進(jìn)入監(jiān)測(cè)工作。同時(shí)對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行濾波處理，對(duì)電路中各種干擾脈沖形成的非正弦雜波進(jìn)行抑制，提高信噪比。因?yàn)殡娮訖z測(cè)的特點(diǎn)；目前較多采用駐點(diǎn)比較檢測(cè)模式。如果每輪次檢測(cè)的信號(hào)中恰好有一個(gè)是尖峰脈沖，將極大地影響信號(hào)的準(zhǔn)確性。為此軟件用比較平均法來處理這一問題，即利用電子器件速度快的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)一個(gè)信號(hào)取樣過程連續(xù)多次進(jìn)行，一般每組采樣6次，一次對(duì)正弦波的一個(gè)正半周采樣，每半周取樣128個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行比較計(jì)算。取出的數(shù)據(jù)，作為一次采樣數(shù)據(jù)，一組數(shù)據(jù)采完后，再進(jìn)行比較計(jì)算，在6個(gè)數(shù)據(jù)中，去掉一個(gè)最大值，一個(gè)最小值，保留和求取其余中間4次的平均值，一共采樣18組，再平均其中16組，這樣，每次采集數(shù)據(jù)已趨近理想信號(hào)值。對(duì)電流、電壓、相位均采用此種方法處理，取得了較為滿意的結(jié)果。
工作溫度為使該儀器能適應(yīng)低溫環(huán)境下使用，首先，在電路設(shè)計(jì)盡量選用耐低溫器件。比如cmos元件的對(duì)稱平衡性，其較好的耐低溫能力可達(dá)-25℃，液晶綜合顯示屏選用低溫型，可耐溫-15℃，由于工作時(shí)各器件均發(fā)熱，因此啟動(dòng)時(shí)只要機(jī)內(nèi)溫度不低于-10℃，啟動(dòng)后儀器就可以在環(huán)境溫度-25℃下工作。如果環(huán)境溫度低于-25℃時(shí)，另附加熱保溫棉套來解決，這是電子儀表在冬季使用的唯一方法，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)多次證明此方法是可行的。即進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)前，儀器要在室內(nèi)+15℃以上環(huán)境存放，進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后快速裝卡儀器，保證開機(jī)時(shí)儀器溫度不低于-10℃。
計(jì)算機(jī)抗干擾問題由于單片計(jì)算機(jī)使用5V電源，且時(shí)鐘頻率為6MHZ，再有AD集成電路電平“0″電平閾值較低，它的先天不足就是抗干擾能力差。電平IV左右，寬度零點(diǎn)幾微秒的干擾脈沖，都可能造成計(jì)算機(jī)工作失常。況且變壓器周圍有很強(qiáng)的電磁干擾，引入的工作電源線上也存有較大干擾，計(jì)算機(jī)本身對(duì)這些干擾是無能為力的，為此須采用相應(yīng)的措施消除，抑制這種干擾。對(duì)于強(qiáng)干擾或無法抑制的干擾使計(jì)算機(jī)失常時(shí)，也應(yīng)有相應(yīng)措施使得監(jiān)測(cè)正常。主要措施有a)工作電源采用固體化電源，完全可以消除工作電源上產(chǎn)生的干擾。b)主機(jī)采取屏蔽，基本可以解決電磁干擾。c)工作電源及引入的信號(hào)線采取相應(yīng)的濾波措施，使得線間耦合串?dāng)_盡量得以抑制。
上述做法，在一定程度上抑制、削弱了干擾信號(hào)，然而并不是百分之百的解決了問題，為此在軟件上采取了一些措施，加軟件陷井，軟件看門狗，硬件看門狗等技術(shù)措施，當(dāng)強(qiáng)干擾出現(xiàn)使計(jì)算機(jī)工作失常時(shí)，保證能將計(jì)算機(jī)程序拉入正常軌道，進(jìn)行正常的監(jiān)測(cè)工作。
對(duì)信號(hào)采集處理的計(jì)算模式可以表述為電流在一個(gè)周期內(nèi)被均勻采樣N個(gè)點(diǎn)后，得到的離散域計(jì)算公式是I=1NΣn=1n=NI2(n),N=128---(1)]]>其中N是一周期的采樣次數(shù)，I(n)表示第n次采樣值交流電流計(jì)算公式I=1T∫0TI2(t)dt,T=1f=150---(2)]]>其中T電流周期，I(t)表示t時(shí)刻電流值。電壓在一周期內(nèi)被均勻采樣N點(diǎn)后，得到的離散域計(jì)算公式是U=1NΣn=1n=NU2(n),N=128---(3)]]>
其中N為一個(gè)周期內(nèi)采樣次數(shù)，U(n)為第幾次采樣的電壓瞬時(shí)值。
交流電壓的計(jì)算公式U=1T∫0TU2(t)dt,T=1f=150---(4)]]>其中T為交流電壓周期，U(t)為t時(shí)刻電壓值。
功率因數(shù)λ＝COS(φu-φi) (5)φu＝電壓相位角φi＝電流相位角有功功率、無功功率的計(jì)算公式P＝U·I cos(φu-φi) (6)Q＝U·I sin(φu-φi) (7)根據(jù)功率式定義，計(jì)算有功功率公式P=1T∫0TI(t)U(t)dt,T=1f=150---(8)]]>P=1NΣn=1n=NI(n)U(n),N=164---(9)]]>其中I(n)U(n)為第n次采樣的電流、電壓瞬時(shí)值。有功電量和無功電量可由每次測(cè)量的功率進(jìn)行累加得到。
權(quán)利要求1.電力參數(shù)綜合測(cè)試儀，其特征是它包括傳感器、數(shù)據(jù)采集電路和數(shù)據(jù)處理電路，所述的數(shù)據(jù)采集電路對(duì)傳感器采集到的信號(hào)前置放大、A/D轉(zhuǎn)換，模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，所述的數(shù)據(jù)處理電路對(duì)數(shù)據(jù)采集板采到的各類訊號(hào)進(jìn)行計(jì)算、處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力參數(shù)綜合測(cè)試儀，其特征是所述的傳感器為鉗型傳感器，所述的數(shù)據(jù)處理電路包括外掛程序區(qū)、數(shù)據(jù)存貯器和時(shí)鐘芯片，其核心CPU采用80C592，所述的數(shù)據(jù)采集電路主芯片采用90S8535。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電力參數(shù)綜合測(cè)試儀，其特征是所述的外掛程序區(qū)采用PSD813F1，所述的數(shù)據(jù)存貯器采用HK1255，所述的時(shí)鐘芯片采用DS12887。
專利摘要電力參數(shù)綜合測(cè)試儀，其特征是它包括傳感器、數(shù)據(jù)采集電路和數(shù)據(jù)處理電路，所述的數(shù)據(jù)采集電路對(duì)傳感器采集到的信號(hào)前置放大、A/D轉(zhuǎn)換，模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，所述的數(shù)據(jù)處理電路對(duì)數(shù)據(jù)采集板采到的各類訊號(hào)進(jìn)行計(jì)算、處理。本實(shí)用新型能連續(xù)自動(dòng)記錄負(fù)荷電流、電壓、功率因數(shù)，能自動(dòng)給出最大值、最小值，給出累計(jì)有功、無功電量，該儀器攜帶方便，可以不斷電裝卡儀器，備有靈巧電流傳感器。且具有攜帶方便、操作簡(jiǎn)宜、性能穩(wěn)定、可靠、價(jià)格低廉的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R25/00GK2580450SQ0228211
公開日2003年10月15日 申請(qǐng)日期2002年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月29日
發(fā)明者劉金明, 邵國(guó)斌 申請(qǐng)人:哈爾濱鐵路局齊齊哈爾科學(xué)技術(shù)研究所