智能电度表（共7篇）
智能电度表 篇1
1、引言
随着“两网改造”工程的实施, 人们已经研制出了各种各样的电能信息自动采集与管理系统, 电力系统的自动化管理需要对脉冲进行采集。我国原有的感应式电度表功能单一, 已不能适应电力系统自动化管理的需求, 电度表是整个系统的基础部分, 它的选择是关系到系统成败的关键之一。由于电子式电度表的抗雷击、寿命、可靠性等性能有待进一步考验, 感应式电度表的用量最大, 其可靠性已由长期运行实践证实[1], 因此研究感应式电度表改造为脉冲表的方法, 在提高电能管理的现代化水平、推动社会发展等方面都具有非常重要的意义。
2、感应式电度表的工作原理
传统的电度表通常称为感应式电度表, 当电度表接入电路中时, 三部分相位角相互间隔90o且不同空间位置的磁通将穿过铝盘, 不断变化的磁通, 使电度表中的电压元件和电流元件在铝盘上产生交变的移进磁场, 进而产生感应电流即涡流, 与交变磁场相互作用产生电力磁矩, 它就是以此电力磁矩为动力来驱动由齿轮组、蜗轮、蜗杆等元件构成的传动装置, 从而带动转动式机械计度器的滚轮组来反映铝盘的转数, 记录出负荷在一定时间内所消耗的电能量。由于工作磁通总是不断地随周期变化, 在铝盘上产生的移进磁场也不断产生作用, 使铝盘不断地转动, 从而使计度器不断地工作。铝盘的转数N与负载功率W和时间t成正比, 满足:
其中N为铝盘的转数, A=Pt为负载在时间t内消耗的电能 (单位为:K W·h) , C为电能表常数 (单位为:r/K W·h) 。
因此, 可用机械计数器滚轮组上的数字显示累计电能的大小。显然, 传统的计数器结构是不能满足电能信息自动化管理系统的要求的。为实现电能信息的自动化管理, 就必须借助相应的传感器将电能消耗变为脉冲, 并由传感器接口电路将信息传送到由C P U为核心组成的最小计算机系统。
3、感应式电度表的改造
目前, 把感应式电度表改造为脉冲电度表常用的方法主要有:
(1) 将铝盘局部涂黑, 利用反射式光电传感器把电能消耗转换为脉冲[1]。
(2) 在铝盘上加工一狭缝隙或小孔, 利用透射式光电传感器把电能消耗转换为脉冲[1]。
(3) 将铝盘改制为红外光栅盘, 利用反射式红外光电传感器把电能消耗转换为脉冲[2]。
虽然这些方法都能将电能消耗转换为脉冲量输出, 但它们都对电度表的内部结构进行了不同程度的改变, 从而使电度表的精度、可靠性等参数发生了变化, 若要再次使用, 必须对它们进行校正, 否则就不能为电力管理部门提供可靠、准确的数据, 结果会造成一定的损失。
我们采用对射式光电传感器对感应式电度表进行改造, 无需对原有电度表的内部结构进行任何改变, 即可完成电能到脉冲的转换。利用对射式光电传感器既能保证设备的先进性、经济性, 又能保证其计量的可靠性、准确性。
3.1 电度表的改造原理
对射式光电传感器[3]是将发光元件与接受元件分离, 发光元件与接收元件分别安装在被测物体通过路径的两侧, 当有检测物体通过时光路被挡, 接收元件动作, 就会发出一个控制信号。
对射式光电传感器具有结构紧凑、可靠性高、不易受干扰、感应距离远、反映速度快、使用寿命长、安装方便等优点, 非常适用于对感应式电度表的改造。把感应式电度表齿轮 (该齿轮为铝盘和计度器之间且紧靠计度器的齿轮) 的转动变为脉冲的原理[4]如图1所示。
3.2 电度表脉冲产生电路模块
感应式电度表的脉冲产生电路如图2所示。把对射式光电传感器按照图示的方式放置, 发光元件与接收元件分别安装在齿轮通过路径的两侧。铝盘转动时, 带动相应的齿轮转动, 当齿轮的主轴通过光电传感器时, 发光二极管发出的光被挡, 光电三极管截止, 其集电极输出高电平;反之光电三极管的集电极输出低电平。在铝盘转动的过程中, 光电三极管周期性的截止、导通, 从而形成脉冲。该脉冲先经过由C和R构成的滤波电路, 干扰信号被滤除;然后送至由LM311、220K电阻等元件组成的施密特触发器进行脉冲整形, 从而输出一定幅度的标准矩形波[5,6];最后经光电耦合器输出, 实现了以光为媒介的电→光→电信号转换传输, 解决了电源和传输线的干扰问题, 从而输出稳定、清晰、准确的脉冲。这种电度表脉冲产生电路在现代网络化、数字化、自动化的系统中具有广泛的应用。
4、结语
同其它脉冲转换电路模块相比, 以对射式光电传感器为核心的脉冲转换电路模块设计更为优化, 电路简单、清晰、工作可靠、驱动能力强、传输效率高、抗干扰能力强、成本低廉、易于安装, 很好地满足了电能信息自动管理系统的要求。经过应用实践证明, 该方法是切实可行的, 具有极其广阔的应用前景。
摘要：在对感应式电度表进行研究、分析的基础上, 介绍了一种将感应式电度表改进为脉冲电度表的转换电路模块, 该模块工作可靠、成本低、体积小, 可方便地置于感应式电度表中。这种设计方法具有很高的使用价值, 满足了电能信息自动化管理系统的要求。
关键词：感应式电度表,脉冲电度表,光电传感器
参考文献
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单相电度表的选择与校验 篇2
单相电度表是测量仪表中应用最广、拥有量最多的一种仪表, 无论在城市、农村、还是实验室几乎都用单相电度表。如何正确选择、使用新电度表及对已工作30, 000h的旧电度表维修、校验就显得很有实际意义。
1 电度表表面标记
电度表表面标有, 电表名称;型号:如单项电度表, DD28型;计度器窗口:根据型号规格不同, 窗口位数也不同, 一般窗口末位为一位或二位, 则他表示电度数的十分位或百分位, 从左往右最末位的黑窗口才是电度数的个位。在电度表的最上方有一个2的标记, 该标记表示电度表准确度数等级数, 它表示该表准确度在2级之内, 表面还有一个三角形, 三角形内字母表示使用条件的分组代号, 如B表示B组仪表实验室用电度表都按B组条件制造另外还有标定电流和额定最大电流;标定电流即使用电流, 而额定最大电流是标定电流的150%。如5 (10) A, 即标定电流为5A而额定最大使用电流为10A。表面还有电度表常数;即每次一度电, 铝盘应转的圈数。如1200r/kwh, 铝盘转1200r为1kw。此外还有额定电压、频率、制造厂家、制造日期、出厂编号等。
2 电表选择和接线
2.1 电度表选择
在选择电度表之前, 首先应计算出家庭用电器的总功率P和用电器所需要的电流I。根据P和I的大小可选出一块合适的电度表。在实际使用中, 家用电器所需要的电流的上限不能超过电表标定电流的5%, 下限不能低于标定电流的5%, 否则误差较大。例如总功率为400W, 计算出使用电流为1.82A, 所以应选标定电流为2A电度表即可, 最好选用全国统一设计的DD28型2 (4) A表。由理论可知, 选用1A电表时, 最小负载不应小于11W, 当选2A电表时, 最小负载不能小于22W, 选5A电表, 不应小于55W, 如果最小负载为15W灯泡, 最大负载为400W, 则不宜选择5A以上的电表。由上分析看出, 选择电度表的原则是:负载电流的上限不能超过标定电流的5%, 下限也不能低于标定电流的5%。在分表之前应该装总表。总表应如何选择呢?选总表时, 应选择各分表的标定电流的总和。实际中钟表的计度数与分表的总和是有一定的差值, 因各分表本身是一个用电器, 每块表每月消耗1kw左右的电。另外总表表容越大, 允许误差数也较多。
2.2 电度表的接线
电表选好以后一定要请电工或懂电工技术的人员进行安装, 电表应垂直安装在干燥、少尘埃的墙上, 外部最好用盒罩起来。电表安装好主要是接线, 电表的接线盒里有该电表的接线图, 如图1所示。
电表接线盒里有4个接线端钮, 接线顺序应从左往右数1、2、3、4排序。接线时首先确定电源的火线, 火线应接入第一个端钮, 第二个端钮引出再与负载相接。同样将零线接入第三个端钮, 第四个端钮接负载。电度表接线的原则必须按照:1进2出, 3进4出来接线。切忌将二电源 (火线、零线) 直接接入1、2或3、4端钮, 这样连接将造成短路, 烧毁电表。接线正确以后, 还应将接线端的第一个端钮旁的小钩必须与端钮1相接, 该小钩只有与1接紧电表才能正常转动, 否则电表停止转动。每只电度表必须配装一个保险盒或一个闸刀开关, 保险丝的容量以电度表表面的标定电流为宜。
3 电度表的维修
电度表接入电网以后, 无论是否有负载该表都会产生“嗡嗡”声, 这种声音一般不会影响电度表计数的准确性, 如声音太大应进行维修。出现这种声音的原因主要有电表的电压圈在铁心中松动或固定铁心的螺丝松动所至, 只要在线圈的骨架内垫上小铁片或紧固一下铁心的螺丝即可。如果电表转动时产生“嚓嚓”声, 则是转盘与铁心之间有摩擦或轴承磨损所至, 出现这种情况应送到供电局进行维修。
当关闭所有负载以后, 一般允许电度表有一圈的转动。如果全部负载断开后电表仍然停的转动, 则可能是线路漏电, 或是电表有“潜动”。此时可将线头 (2、4) 与负载断开, 如果表停止转动, 则是线路有漏电;否则是电表有“潜动”, 需要修理。由于电表工作时铝盘总是处于转动状态, 轴承容易磨损, 所以在选用电表时尽量选国产轴承质量好的电表。一块电表使用2-3年后, 最好送计量或供电部门检修和校验。
4 电度表校验
4.1 功率秒表法
电度表校验需要专用设备, 要求条件也比较高。因经费相对紧张的情况下, 在此介绍能在普通实验室里对电度表进行校验的方法, 该方法即简单又实用而且误差也较小。首先用表转电度表和秒表来测量, 本次采用功率秒表法, 即用一只功率表和秒表, 测量电表在各种不用负载时的准确度, 当cos=1和cos=0.5情况下, 电度表转一定转数所需要时间为秒, 其相对误差为:
t-被校电度表转一定转数所需要的时间;T-理想时间, 即假定电度表没有误差时在相应的转数下所需的时间。由理论可计算出理想时间为:
式子中的P-功率表的度数, 单位为kw;n-铝盘转数;C-电度表常数, 单位为r/kw.h。从相对误差值可知被校电度表是否符合原来的准确度等级。相对误差的测定应在额定电压, 额定电流 (100%, 60%, 10%) 和cos=1与cos=0.5的条件下进行。为了负载调节方便最好选200W、100W和40W的白炽灯进行试验。
在测量之前先调节调压器输出额定电压为220V, 当负载与电源接通后对负载预热5min, 观察电压表是否为额定值, 待各电表指示稳定, 分表读出各负载的电压, 电流, 功率及电度表铝盘转数为1-20转所需要的时间t。为了减少误差, t必须测量3次。根据测量结果用 (2) 式计算出该电度表的相对误差r, 当r为正时, 则电度表偏慢, 当r为负时, 电度表偏快。经过多表实验, 如不计电表本身误差, 此方法的相对误差不超过正负2.5%。要提高测量的精度的关键是准确测量出U, P, t的值, 如选用0.5级实验室仪表和电子秒表, 则实验结果可以达到2级电度表的校验要求。但在实验时选取被校表的转数不宜取的太多 (一般20转以下) , 因交流电压不稳定, 转数太多影响测量精度。
4.2 正常转速的简易估算
正在转动中的电度表要想了解它是否工作正常, 可在现场用简易的测试与计算方法来确定。在装有电度表需要计量电能的现场线路中都装有电压表, 电流表等。只要读出电压, 电流值, 则线路的功率P即可求得, P=IUcos。根据电度表常数C (单位为r/kw.h) , 即可由下式求出在功率为P时, 电度表转一转所需的时间 (秒)
计算所得时间T与用秒表 (或手表) 实际测得的这只电度表的铝盘每转一圈所需要的时间t相比, 即可大致估计电度表的相对误差, 如实际测得的值t比计算值T小, 即说明电度表转得快了, 则表明负载比实际用电少而电度表多计电度数, 反之电度表少计电度数, t与T相差越大说明电度表的误差越大。这种简易估算法同样可以用到三相电度表中。
当然用这种方法只能大致估算一下电度表的工作情况。其估算误差与测量电压, 电流, 功率因数时的测量误差有关, 也与实际测量铝盘转动的时间t的误差有关, 同时也与线路负性质变化有关。但用此方法来判断电度表所计度数是否有误差还是比较方便的。
另外, 还可以用估算法来估算电度表是否计度准确。首先根据负载用电的一般情况, 估算出平均每天使用的功率数和使用的时间, 按电镀数=功率×时间 (功率取千瓦, 时间取小时) 可得出每天的用电度数, 然后计算出一个月的用电度数。如果与实际用电度数相差较多, 则应对该表用功率秒表法进行进一步校验或送到供电部门用专用设备进行校验。
5 结论
以上三只电表均通过仔细校验, 符合精度要求。通过上述分析和实验可以看出, 要想提高校表的准确度, 必须准确测出P, U, t值, 电压表一定要选0.5级实验室仪表和电子秒表, 则实验结果完全可以达到2.0级电度表的要求。从三只不用规格的灯泡看, 灯泡的功率与标称值相差不大, 实验误差都在3.3%之内。所以选用普通照明灯泡做电表负载实验时, 只要选择正规厂家, 发光正常的灯泡, 实验还是可以得到较高精度的。
参考文献
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[2]秦光戎.电工学[M].北京:高等教育出版社, 1998.
变电站电度表的接线工作浅析 篇3
电力系统中的用电设备,尽管大小不同,功能各异,但都需要电力网提供的电能。 电度表是专门用来计量电能的电表,其计量的结果是某段时间通过电路的电能。电度表接线方式的不同对电负荷测量的精度影响也不相同,因此需要深入研究变电站电度表的接线方式。
1计量单相有功电能的电度表接线
单相电度表的接线方式分为一进一出直接接入方式,二进二出的直接接入方式两种。接线原理都相同,负荷的电流I无遗漏地完全通过电流线圈,电源的电压U完全跨接于电压线圈上而无差别,这种接线方式可计量单相二线有功电度。实际上绝大多数单相负荷是感性的,容性和阻性的负荷极少。不论负荷是什么性质,在一般情形下,负荷功率因数是0
接线应注意:
(1)电度表或电流互感器的电流线圈, 必须串联在相应的火线上,若串联在地线上就可能产生漏计电度的现象。
(2)电压互感器必须并联在电流互感器的电源侧,若将电压互感器并联在电流互感器的负荷侧,则电压互感器一次线圈电流必然通过电流互感器的一次线圈,因而使电度表多计了不是负荷所消耗的电度。
(3)通常电压互感器一次均装熔断器保护,其二次由于熔丝容易接触不良而增大电压降,致使电度表计量电度不准(有时能产生相当大的负误差,如—10%左右),所以有关规程规定——电度表用电压互感器二次回路不装熔断器。
2计量三相四线有功电能的电度表接线
如图1,是三个元件的三相四线有功电度表的标准接线方式,电流分别通过元件1、元件2、元件3的电流线圈,电压分别并接于元件1、元件2、元件3的电压线圈上,采用这种接线方式的电度表最适用于中性点直接接地三相四线电路中计量有功电能,不论三相电压电流是否对称均能准确计量。
图1 三相四线有功电度表的标准接线方式
采用这种接线方式应注意:
(1)应按正相序(A、B、C)接线,反相序(C、B、A)接线表虽然不反转,但是若相序反接,由于表的结构和校表方法等原因, 将产生附加误差(例如DTl型三个圆盘的电度表反相序时可能产生土0.5%左右的附加误差,DT2型单圆盘的电度表反相序时可能产生土1.0%左右的附加误差)。
(2)N线(即中性线)与A、B、C相线不要颠倒,若颠倒了,一则错计电度,二则其中的两个元件电压线圈就承受线电压,是电压线圈应该承受相电压的倍,致使电压线圈烧损。
(3)当附有互感器接线时,应特别注意N线对应端钮O的连接接触良好,若O线断了,表的O端钮与电源中性线(即N线)能产生10伏左右的电压差,会引起较大的计量误差。
3计量三相四线无功电能的电度表接线
图2是三个元件的三相四线无功电度表,计量三相四线无功电度的接线图。因为三相四线有功电度表是三只单相电度表结合而成,所以用三相四线有功电度表,按照图2改变接线后用于三相四线电路,将其计量度数乘即等于三相四线无功电度。用三相四线有功电度表改制为三相四线无功电度表时应注意 :前者电压线圈所承受的相电压等于后者电压线圈承受线电压乘,因此原来是380/220伏的三相四线有功电度表,改制成图2接线方式的无功电度表,只适用于线电压为220伏的三相系统,还应增添倍率
采用图2接线的电度表及经互感器计量三相系统无功电度时有以下情况:
(1)在三相电源为正相序(A、B、C)和感性负荷时表正转,在三相电源为反相序(C、B、A)和感性负荷时表反转,因此在感性负荷时必须按正相序接线,才能使表正转并且计量正确。
(2)在三相电源为正相序和容性负荷时表反转,这时应使表的电流端钮入、出线对换,从而使表正转,计量准确。
(3)在三相电压对称时,能够准确计量电流对称和不对称的三相系统无功电度。
4电度表的联合接线
联合接线的主要条件:
(1)在LH和YH的二次回路中应安装必要的具有接线端钮和联接板的接线盒,。 以备在带电状态撤装电度表的接线时不影响继电保护装置和其它电表的正常工作;
(2)所有电表、指示灯和继电保护装置等电压线路并联后的负荷电流,应不超过YH二次的额定负荷电流;
(3)所有电表和继电保护装置等的电流线路,接线端钮和导线等串联后的电阻值, 应不超过LH二次额定负荷电阻值;
电度表联合接线的主要规则:
(1)所有电度表的接线方式在联合接线中仍然适用,但必须按照各种相应接线方式,使其电压线路并联,电流线路串联。
(2)YH应装接在LH的电源侧,通常不许将YH装接在LH的负荷侧,否则在系统负荷功率和LH变比较小时有附加误差。
(3)YH二次出线端钮到电度表端钮间的二次电压回路应专设,电压回路导线及电缆截面和长度应按照回路中的电压降不超过额定电压的o.5%来选择,并不许接装保险器。
5结语
单相电子式预付费电度表设计 篇4
电度表作为电能计量工具, 在国民经济各部门中得到广泛的应用。长期以来, 使用的都是机械式感应电度表, 它耗电多、笨重、需要手工抄表、防窃电性能低, 很难满足现代化对电能计量的要求。因此随着微电子技术的迅猛发展, 微控制器和大规模集成电路在电能计量领域的广泛应用, 使电能表的技术水平和性能得到长足的发展, 电能表也由过去的机械感应式电能表, 发展到机电脉冲式、电子式[1]。
系统总体设计
单相电子式预付费电度表系统主要包括预付费系统和电能计量系统两部分。预付费系统主要是利用IC卡实现先付费, 后用电;电能计量系统完成电能计量、电能值显示掉电保护等功能。电能计量系统设计大体框图如图1所示。
电度表工作原理及硬件电路
有功电能测量的基本原理
在测量电能功率时, 不能直接对220V的交流电压和负载上的电流直接进行功率计算, 而应该对电流和电压进行采样处理得到功率再经过频率转换输出, CPU再对脉冲累计计数, 即可得到电能[2]。
本设计采用BL0932B电能计量芯片, 芯片内部包含了四象限模拟乘法器、积分器、电压/频率转换器VFC、计数器 (分频器) 及控制器, 它能将正弦电压和电流相乘后, 转换为频率输出[3]。只需对输出脉冲累计计数, 便可得到电能。
在正弦稳态的情况下, 正弦电压和电流分别为:
式中, u为交流电压瞬间值, i为交流电流瞬时值, U为交流电压有效值, I为交流电流有效值, ω为电流电的角频率, 为电压电流的相位差。
经四象限模拟乘法器相乘后的瞬时功率为:
由此可见, 瞬时功率由恒定分量和正弦分量两部分, 正弦分量的功率是电压 (或电流) 频率的两倍。图2为正弦电压、电流和瞬时功率的波形图。
瞬时功率P经积分器后, 得有功功率P, 即:
一段时间T内的电能W为:
即有功功率P为恒定分量, 正比于P的电压经V/F转换器变换后的输出频率, 因此用累计计数, 便可计算出电能。
电能计量电路硬件设计
电能计量硬件电路图如图3所示。采用500μΩ的锰铜分流器作为电流采样电阻, 用精密金属膜作为电压采样电阻。C4、R17、VD1、VD2、C8、C9、VZ1、VZ2为电容降压式电源, 为BL0932B提供正负5V的工作电压。32768Hz为表用晶体振荡器, 为BL0932B提供时钟。C7、C8为积分电容。R8为参考电压调整电位器。
磁保持继电器驱动电路
磁保持继电器能使电磁线圈中保持上次驱动脉冲的磁场不变, 即在正常工作时不需要驱动电流, 仅在需要改变触点状态时加上200ms左右的反向脉冲即可, 随后不需要加任何驱动。这样就降低了整个装置电能消耗, 大大节省了能量, 从而降低了功耗[4]。其电路如图4所示。
控制部分为整个电度表的核心部分, 实现脉冲采集、掉电保护、接收IC卡信号、串行EEPROM的采集和读写、完成显示模块的控制和磁保持继电器的驱动控制等功能。由于本设计的软件程序较多, 所以选用Atmel公司的AT89C52, 其内部有8KB的程序存储器, 无需外部扩展, 使硬件电路更加简单[5]。
IC卡接口电路采用Atmel公司的存储IC卡AT24C01, 用于存储由售电管理系统写入密码、卡号、电度数等, 是电管部门与用户连接的桥梁[6]。显示电路选用SMG12232A2液晶显示器, 功耗小, 可靠性高, 显示内容丰富、电路简单, 容量为122x32点阵, 采用总线方式连接。
该电度表有三组电压:+5V供单片机, +12V供磁保继电器, 5V供电能采集模块。交流7.5V, 经过硅堆整流、电容器滤波、7805集成稳压块稳压。+12V由交流10V经过整流, 电容器滤波即可, 无须稳压。电能采集模块使用5V采用阻容分压即可满足要求。
软件设计
电度表部分软件设计的主程序流程大致为初始化、检测卡、检测按键、显示几部分组成, 其框图如图5所示。
结论
本文以电能计量理论为基础, 以上海贝岭公司生产的BL0932B为电能计量芯片, 结合单片机技术, 开发设计了一款单相电子式预付费电度表。完成了对电表硬件以及软件的设计。电能表可对有功电量进行计量, 并可将电能数据进行存储, 通过液晶屏显示数据, 及时将用电信息反映给用户。
参考文献
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智能电度表 篇5
目前有许多变电站没有启用智能型有功电度表在失压或失流时的灯光指示报警,语音报警系统。由于要减少导线损耗,6kV线路有功电度表采取就地安装模式,安装在6kV高压室。而6kV高压室一般距离控制室都较远,就算启用语音报警系统,由于距离远,在控制室变电站的值班员也很难听到报警声。启用灯光报警时,值班员如果不到6kV高压室进行设备巡视就发现不了有功电度表异常情况。因此有必要改进电表的报警系统,在有功电度表出现异常情况时,能够及时启动中央音响信号回路,并且在控制室设置好灯光报警信号,以提醒值班员及时发现并采取有效措施,最大限度的减少电量不必要的流失。
1 有功电度表回路改进
有功电度表回路改进原理图,如图1所示。
当有功电度表出现失压、失流时,就会启动有功电度表报警系统,为电压继电器KV提供动作电压,KV动作,其常开接点闭合,从而启动中间继电器1KM,1KM的2对常开接点闭合,分别接通主控室的警铃报警和故障灯光指示信号灯,指示有功电度表的具体故障位置。其中转换开关的作用:正常运行方式下,转换开关打到位置1;在线路检修位置时,将转换开关打到位置2,以避免其在线路检修时误发告警信号。
2 有功电度表改进的实验室推论
(1)实验室组件如图2所示。
(2)试验连线如图3所示。
通过实际检验,该改进方案可行。
由以上实验室试验结果可以看出,当有功电度表失压或失流时,控制室警铃和有功电度表异常指示灯就会发出报警信号,然后从有功电度表“失流失压信号输出”端子将信号引到控制室,接到中央预告信号单元,并显示在有功电度表运行情况监视盘上(以35kV纯一变为例),如图4所示。
3 改进有功电度表故障报警系统的经济效益
该改进方案简单,敷线简便,成本费用低,主要体现在电压继电器、电阻、指示灯、导线的费用比较少。如果一条6kV输电线路以100A电流计算,有功功率大约为1000kW,比如从22:00至次日06:00,这段时间有功电度表因失压无计量,损失电量大概为W=1000×8=8000(kV·h)。在实际工作中,因失压或失流造成有功电度表没有计量电费的情况较多,因此经济效益是非常大的。同时,由于将有功电度表的灯光报警信号和音响报警信号接到了主控制室,变电站值班员可以直接观测到有功电度表的运行状态,减少了值班员的巡视工作量。
4 结束语
本文结合油田变电站的实际情况,对有功电度表失压或失流报警系统进行了改进,该改进方案在实验室和变电站现场施工都获得了成功,给油田变电站有功电度表的监视管理带来方便,减少了变电站有功电度表因失压或失流故障未被及时发现而造成电量流失的情况发生,从而带来了巨大的经济效益。
参考文献
智能电度表 篇6
关键词：AT89C51,数字电度表,集中管理系统,自动抄送,控制用电
1 引 言
目前,我国城乡居民用户抄电表的方式基本上都是人工抄表,即由抄表人员每月逐户查抄电表。这种落后的方式,消耗大量的人力、物力,而且采集数据的时间跨度大、采集数据的准确度低。因此,国家有关部门规定以后将逐步以计算机为基础的自动抄表系统取代传统的人工抄表。自动抄表系统目前主要采用有线通信技术和电力载波通信技术。有线通信技术作为传统方法,以其稳定性占有优势。但有线通信铺线工程浩大,而且容易被人为损坏;同时居民楼建成后,再在墙壁表面拉线,居民难以接受。电力载波通信技术能有效解决上述问题,他利用现有交流电源线作为通信线路,省去了铺线工程,优势明显。但由于电力线是给用电设备传送电能的,而不是用来传送数据的,所以电力线对数据传输有许多限制。因此,本次设计的自动抄表系统是建立在有线通信技术基础上的。
自动抄表(Automatic Meter Reading,AMR)是指采用通讯和计算机网络等技术自动读取和处理表计数据[2]。发展电能自动抄表技术是提高用电管理水平的需要,也是网络和计算机技术迅速发展的必然。在用电管理方面,采用自动抄表技术,不仅能节约人力资源,更重要的是可提高抄表的准确性,减少因估计或誊写而造成帐单出错,使供用电管理部门能及时准确获得数据信息。智能远程抄表系统的使用是在整个住宅小区内布线,并集中到小区的物业管理中心,通过网络或电话将相关数据参数传输到供电局营业所、自来水公司营业所、煤气公司营业所;或将区域管理机组直接与网络或电话连接,直接将相关数据参数传输到供电局营业所、自来水公司营业所、煤气公司营业所。这种方式可以实时或定时自动采集每一块计量表的读数,可以实现一个城市在同一时刻抄收所有电表的数据,并完美地监控整个系统的工作状态。
2 系统组成与工作原理
本系统利用控制中心、采集器、存取器、通信等功能模块,对居民的电表进行集中管理。其中采集器主要对用户的电表进行脉冲计数。通信模块是整个系统的通信桥梁,他接收主控机监测命令,并把采集器的计数值送到主控机。主控机由单片机构成,负责对所有用户的电表进行自动抄表和全面监控,管理人员通过主控机就能知道每个用户的电表用量和供电情况,从而利用本系统对一大片用户进行集中管理。系统的核心是提供了一个控制信号采集和数据传输的平台,这个传输平台的逻辑层主要由链路层、网络层、传输层和接口等组成。他的前端模块主要资源有处理器、存储器、信号采集单元与相关信息,他能合理分配、控制处理器、控制信号的采集,使控制电路正常工作,确保采集的信息和数据能有效的传输。
整个系统的组成可分为2个部分:第一部分为数字式用户电度表,即完成数据采集,电量计算和传输;第二部分为控制中心,实现监控。整个系统的原理框图如图1所示。
控制中心向每个用户逐一发送数据采集指令,当用户接收到指令时,将采集到的用户用电量发送到控制中心。控制中心将采集到的每个用户的用电量进行显示,并且进行数据处理,如果某个用户的用电量超出了控制中心设定的用电量,控制中心将向该用户发出停止用电的指令,用户收到指令后自动切断电力线,限制用户的用电。
3 数字电度表各模块介绍
下面将介绍各模块的核心电路原理,以此来说明各模块的设计和功能。
(1) CPU及外围电路(AT89C51)
AT89C51是一种带4 kB闪烁可编程可擦除只读存储器(Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory,FPEROM)的低电压,高性能CMOS 8位微处理器。该器件采用Atmel高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,Atmel的AT89C51是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
(2) 功率计量(AD7755)
AD7755是一种高准确度电能测量集成电路,其技术指标超过IEC1036规定的准确度要求。AD7755只在ADC和基准源中使用模拟电路,所有其他信号处理(如相乘和滤波)都使用数字电路,这使得AD7755在恶劣的环境条件下仍能保持极高的准确度和长期稳定性。AD7755的低频输出是通过对上述有功功率信息的累计产生,即在两个输出脉冲之间经过长时间的累加,因此输出频率正比于平均有功功率。当这个平均有功功率信息进一步被累加(例如通过计度器累加),就能获得电能计量信息。CF输出的频率较高,累加时间较短,因此CF的输出频率正比于瞬时有功功率,这对于在稳定负载条件下进行系统校验是很有用的。AD7755只有4个由S0,S1的逻辑而定的工作频率,这4个可选的频率是针对仪表常数为100 imp/kWhr(即每千瓦时对应100个计数脉冲),最大电流在10～120 A之间的情况优化设计的。
由于本设计要求在额定电压为220 V(市电)的情况下,电度表的最大负载为2 000 W,因此,完全可以利用仪表常数为100 imp/kWhr进行电量计算。
AD7755的外围电路的设计重心在两个通道的前端电路。居民用电负荷反映在电流的大小上,因而用户用电电流的变化范围比起电网电压波动来说要大得多,其范围一般从0到满刻度,对用户电流信号进行实时取样与处理的电路。
我国居民家用电网的电压理论值为220 V/50 Hz,由于各种因素的影响,电网供电电压的波动范围较大(用电高峰期有时会低于150 V)。这样,为了提高电度表的精度,需要对电网电压进行实时采样,以计及电网电压变化对用户耗电功率和电量的影响。
另外在CLKIN与CLKOUT之间加上外部时钟,对规定的工作来说时钟频率是3.58 MHz。因此只要加上3.58 MHz的晶振电路就可以。
(3) 显示器(LED)
本设计利用4位共阴数码管作为电度表的显示器,以实时显示电度表的电量。4位共阴数码管集成在一起有12个引脚,其中8个段驱动,4个位驱动。AD0804,DAC0832,LM324(4运放),采用动态显示方式。
扫描显示原理:本实验板用了1块4 位集成的LED 显示器。由于采用共阴数码管,所以低电平选通。要显示1个数字,并不是哪位显示就给哪位发,因为数码管的段驱动都连在一起,所以是给每个数码管都发送显示码,只不过通过输出位选信号保证只让某位数码管显示,其他处于不显示状态。
注意在LED的显示电路中,LED管的位选端要加上三极管起放大作用以保证数码管的8段显示电流。由于二极管的点亮电流为10 mA,因此每1位的电流至少得达到80 mA,但是单片机的I/O口不能输出这么大的电流。一般情况下,共阴极的数码管使用NPN管,共阳极的则使用PNP管。
(4) 数据通信(MAX232)
MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS 232标准串口设计的接口电路,为RS 232收发器,简单易用,单+5 V电源供电 。该器件包含2个驱动器、2个接收器和1个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。该器件符合TIA/EIA-232-F标准,每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。仅需外接几个电容即可完成从TTL电平到RS 232电平的转换。
(5) 存储器(24C02)
24C02属于AT24系列存贮器,AT24系列存贮器芯片采用CMOS工艺制造,内置有高压泵,可在单电压供电条件下工作。其标准封装为8脚DIP封装形式,24C02与单片机的接口电路很简单,只要将SCL和SDA跟单片机的I/O相连即可。
(6) 稳压电源
为了满足本系统中集成电路的需要,可以利用电网进户线通过稳压电路产生+5 V的直流工作电源。220 V的交流电先经过高压电容,再经过两个IN4001二极管的整流,最后通过稳压管IN47的稳压就可以得到+5 V的直流电源。
系统的故障保护部分由光耦817B和电磁继电器组成。脉冲输出与单片机之间加上的光耦主要是以防干扰。
4 控制机的设计
4.1 控制机的设计思想
控制机由主控机、人机交互界面、显示器、通信等功能模块,实现对电度表进行集中管理和控制。其中单片机89C51构成主控机,实现对电度表的数据采集,处理,存储以及控制。为了人为地、更好、更自由地控制电度表,利用键盘作为人机交互界面。显示器可以显示所采集和处理的数据以及信息,由LCM完成此功能。通信模块则是为了跟电度表进行通信,以实现数据和信息的传输。工作流程如图3所示。
4.2 硬件设计
(1) 人机交互界面
由4×4矩阵式键盘控制。这样,在键盘中按键数量较多时,可以减少I/O口的占用。在矩阵式键盘中,每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通,而是通过1个按键加以连接。这样,1个端口(如P1口)就可以构成4×4=16个按键,比之直接将端口线用于键盘多出了1倍。
(2) 显示器(LCD)
主要由1602型LCM模块构成,TC1602A是一种16字×2行的字符型液晶显示模块。
DDRAM为数据显示用的RAM(Data Display RAM,DDRAM),用以存放要LCD显示的数据,只要将标准的ASCII码放入DDRAM,内部控制线路就会自动将数据传送到显示器上,并显示出该ASCII码对应的字符。
控制机程序部分以子程序的方式给出,要进行串行通信时,可以直接调用这个子程序。控制机在接收或发送1个数据块后可返回主程序,完成其他的任务。分机部分以串行口中断服务程序的方式给出。故分机在这种情况下不能简单地等待分机准备就绪,而要重新跟分机联络,使分机再次进入串行口中断,可以通过按键12来实现。系统采用定时器1作为波特率发生器。控制机与分机所设置的波特率相同,在一定的条件下,可基本上实现通信的同步。
5 结 语
系统不但具有对各住宅用户进行数据统计,用电管理等功能,而且抄数即快速又准确,彻底解决了人工抄表的所有弊病,大大提高了工作效率,可以广泛应用于居民住宅小区、学校、工厂等。另外,对该系统稍加改造便可用于对煤气表,水表等其他家用数据的自动抄收。其中的数字电度表测量精度高,性能稳定可靠,不但可以取代老式的齿轮式电度表,还可以实现远程抄表及高效数据管理,是现代供配电管理不可缺少的用户电功率计,是老式电度表的替代产品。
参考文献
[1]高锋.单片微型计算机原理与接口技术[M].北京:科学出版社,2003.
智能电度表 篇7
三相四线有功电度表在低压系统电能计量中应用较为普遍, 其接线方式主要有直接接入和经过电流互感器间接接入两种方式, 直接接入法主要用于负荷电流较小的用户, 负荷较大的用户一般采用经电流互感器接入法。采用电流互感器间接接入时, 在实际接线中经常会出现电流互感器接反、电流电压不同相、电压回路断线等造成电度表不能准确计量等现象, 针对以上几种现象进行分析, 并给出判断依据。
1 三相四线有功电度表经电流互感器间接接入正确接线
正确接线及向量图如图1所示。
电度表第一元件接入A相电压、电流, 第二元件接入B相电压、电流, 第三元件接入C相电压、电流。其有功功率计算公式为:
2 电度表接线错误分析与判断
2.1 TA接线错误
2.1.1 一个TA接反
3个TA中一个TA接反, 假设为A相接反, 其接线及向量图如图2所示。
此时三相有功功率的计算式为:
假设三相负载对称, 则有功功率为:P=UIcosΦ, 是正确接线计量值的1/3, 此时电度表明显走慢。B、C相TA接反与A相接反结果相同。
2.1.2 2个TA接反
3个TA中2个TA接反, 假设为A、B相TA接反, 其接线及向量图如图3所示。
此时三相有功功率的计算式为:
假设三相负载对称, 则此时有功功率为:P=-UIcosΦ, 是正确接线计量值的-1/3, 此时电度表反转。B、C两相TA接反, A、C两相TA接反与A、B相接反结果相同。
2.1.3 3个TA接反
3个TA全部接反, 其接线及向量图如图4所示。
此时三相有功功率的计算式为:
假设三相负载对称, 则此时有功功率为:P=-3UIcosΦ, 是正确接线计量值的-1倍, 此时电度表反转。
2.2 电压、电流回路不同相
2.2.1 两元件电压、电流不同相
假设A相电压、电流同相, 其它两相电压、电流不同相, 其接线及向量图如图5所示。
此时三相有功功率计算式为:
假设三相负载对称, 则此时有功功率为:P=0, 即电度表不转。
2.2.2 三元件电压、电流不同相
三元件电压、电流不同相的电度表接法及向量图如图6所示。
图6 (a) 接法中有功功率的计算式为:
假设三相负载对称, 则此时有功功率为:P=3UIcos (120°+Φ) , 此时电度表反转, 计量值为正确接法的-1/ (1/2+tanΦ*/2) 。
图6 (b) 接法中有功功率的计算式为:
假设三相负载对称, 则此时有功功率为:P=3UIcos (120°-Φ) 。
当0°<Φ<30°时, 电度表反转;当Φ=30°时, 电度表不转;当Φ>30°时, 电度表正转, 但比正确接线时慢, 此时计量值为正确接法的1/ (-1/2+tanΦ*/2) 。
2.3 电压回路断线
2.3.1 一相电压断线
假设为A相断线, 其接线图如图7所示。
此时第一元件不计量, 有功功率计算式为:
假设三相负载对称, 则此时有功功率为:P=2UIcosΦ, 此时计量值为正确接法的2/3, 电度表走慢。
2.3.2 两相电压断线
此时第一、第二元件均不计量, 有功功率计算式为:P=UIcosΦ, 此时计量值为正确接法的1/3, 电度表明显走慢。
2.3.3 三相电压均断线
此时三个元件均不计量, 电度表不走。
3 应用
某车间一三相四线有功电度表经电流互感器接入用户回路, 连续两个月抄表发现, 电度表均未走字, 检查未发现电压回路有断线情况, 用钳形电流表测试, 有电流显示。根据现象, 判断故障为两元件电压、电流不同相所致, 后经停电检查确认为B、C相电压、电流不同相导致电度表不走。
4 结语
对三相四线有功电度表经电流互感器接入用户回路时, 常见的几种错误现象进行分析, 得出判断依据, 可帮助计量部门快速判断电度表的错误接线, 挽回一定的计量损失。在三相四线有功电度表的日常维护中, 应加强对表计接线端子的确认, 谨防电流回路接线松动或开路, 此时电流互感器二次测产生的高电压将是非常危险的。
摘要：对三相四线有功电度表经过电流互感器间接接入低压系统计量时容易出现的几种错误接法进行分析, 并提出判断依据。