单相电子式电能表（共8篇）
单相电子式电能表 篇1
随着国民经济的发展, 人均用电量的大幅度增加, 推动了“一户一表, 抄表到户”的这一制度。传统的感应式电能表测量精度有限, 会带来较大误差, 抄表方式落后, 偷窃电现象严重, 现今已经被淘汰;接触式IC卡预付费电能表[1]抗干扰能力弱, 容易被解密, 易污染和磨损, 寿命短。为了解决预付费IC卡电能表的不足, 设计了基于RFID (射频识别) 技术的电子式电能表。通过电能测量集成电路对电压电流的取样信号进行处理, 并输出与有功功率成正比的频率信号;微处理器通过对脉冲计数来计算所消耗的电量。用户将射频卡片靠近电能表, 这时MCU通过射频芯片读取卡的金额, 将其存储到E2PROM, 同时此卡清零。电能表将通过声音和LCD显示来提醒用户充值。
1 系统构成与工作流程
1.1 系统构成
基于RFID[2]的预付费单相电能表系统解决方案不仅从购电、用电交易本身考虑, 且从整个电力市场管理通用性上考虑。本系统总体设计如图1所示。预付费系统由两部分组成:基于RFID的单相预付费电能表和用电管理软件。电能表是整个预付费系统中的终端设备, 它通过射频卡与售电管理点进行数据交互。
1.2 工作流程
预付费电能表[3]工作分两大部分:电能表与上位机管理软件的信息交互和用户电能的计量。按照“一户一表, 一表一卡”的原则, 用户安装一个新的电能表的同时, 会获得一张射频卡。首先用户需要到售电点开户, 从而在管理系统中建立用户档案, 以后所有与该表相关的信息均保存至此。开户完成后, 电能表与射频卡建立了链接, 购电、测试、设置等管理操作均被允许。为保证信息安全, 通信中的购电信息和管理信息均由售电管理上位机软件加密, 以密文数串的形式进行传递, 电表在接收到这些数据时, 将进行相应的解密工作。同时, 电能表将用户的用电量、余额、部分消费记录及状态等非加密信息通过射频卡返回给售电管理部门。电能表中储存有前12个月的购电/消费历史记录、当前日期/时刻、事件记录等, 用户可通过按键查询全部获得, 这些信息对管理部门也是同等重要, 管理员可通过近红外光电装置与电能表通信获得, 同时可对电能表进行日期、时刻等设置。
供电网络的电压、电流分别采样后, 都转变为专用电能计量芯片电压、电流计量通道所允许的输入范围内的电压值, 芯片计算两个输入电压的乘积后, 再对乘积进行低通滤波, 获取有功功率信息, 然后将有功功率进一步转换成频率, 以高频脉冲信号的形式输出。输出脉冲频率为:
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式中:K是由芯片引脚配置确定的倍率;V1, V2分别是电流、电压通道差动输入电压的有效值;G是片内PGA增益;F1-4是由芯片主时钟分频所得的常数;VREF是片内基准电压。MCU在内部定时器设定的积分时间内对芯片的高频输出脉冲计数, 平均功率正比于平均频率, 用户所耗电能为:
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式中:W为电能;P为平均功率;t为积分时间;n为脉冲个数。
2 硬件电路
2.1 总体原理图
基于RFID的单相电能表的硬件电路包括计量单元、射频接口单元、通信单元、存储单元、时钟单元、显示单元、键盘处理单元、继电器控制单元、CPU监控单元和电源电路单元等部分。预付费单相电能表原理结构框图如图2所示。
微处理器采用TI公司推出的超低功耗16位MSP430F417单片机, 它具有32 KB FLASH和1 KB RAM, 带有96段LCD驱动器。计量部分用ADI公司的高可靠性专用电能计量芯片ADE7755[4]。射频读写接口芯片选用PHILIPS公司射频识别读写专用芯片MF RC500, 射频卡选用低成本可读写的Mafare MF1卡[5]。电能表与上位机的信息交互采用近红外光电通信方式, ADE7755的高频输出脉冲经单片机计算后再输出低频脉冲, 由LED显示, 直观地反映用户的用电情况。存储部分采用非易失性铁电存储器FM24CL04和E2PROM存储器24C64。实时时钟采用ETC公司的低功耗时钟芯片RTX8593。锂电池用于保证在电网断电时电能表的正常运行, 掉电监测单元实时监控线性电源网络的工作情况。负荷控制部分采用磁保持继电器控制负载的通断, 为方便用户和工作人员获取电能表信息, 电能表采用单个按键实现电表部分信息的查询。
2.2 电能计量电路
电量测量采用ADI公司的ADE7755作为测量芯片, 它是一种量程宽、精度高, 内部具有掉电保护、上电自动复位电路的电能测量专用集成电路。
电压采样信号通过电阻分压网络后连接到ADE7755取样的电压计量通道, 电流采样信号通过锰铜片后送入ADE7755的电流计量通道, 考虑到实际电网电压存在波动和负载电流可能超载, 电能表电压通道的标称电压设在半满度值;同时, 电流通道在最大负载时也不应超过半满度值, 这样设置可允许对电流信号和高峰值因数信号进行累计。CF频率输出端经过外接滤波电路与MCU的IO口连接。ADE7755的无负载门限和启动电流特性将消除电能表中的漏电效应。ADE7755设定了一个最小输出频率, 当负载产生的输出频率低于这个规定的最小输出频率, F1, F2和CF将不会输出任何脉冲, 这个最小输出频率是满量程输出频率对应的F1-4的0.001 4%。电能表的脉冲常数是1 600 imp/kWh, 最大负载电流是60 A, 最合适的F1-4频率为13.6 Hz。
2.3 射频接口电路
采用PHILIPS公司的13.56 MHz MF RC500 RFID芯片, Mifare Standard 1k智能卡的核心是Mifare1 IC S50系列微芯片[6]。Mifare 1 IC智能卡内建有高速的CMOS E2PROM和MCU等, Mifare1射频卡所具有的独特的Mifare RF非接触接口标准已被制定为国家标准——ISO/IEC 14443 TYPE A标准。由于MSP430总线不外扩, 所以还要对其模拟总线时序, 典型接法如图3所示。其他MCU处理单元、通信接口、LCD显示部分、电源部分等略。
3 软件设计
整体来讲, 软件设计包括两大部分, 采用模块化设计。
3.1 电能表软件部分
开发的软件平台:IAR Embedded Workbench For MSP430, 包括初始化程序, 电能计量程序, MF RC500的底层软件设计, 时钟芯片的读写操作, 对E2PROM的编程, I2C以及人机交互部分等。
3.2 RFID读写器软件部分
开发的软件平台:Visua1 C++6.0, 包括MF RCS00的读写卡片程序, 上位机通信程序以及上位机处理和界面程序等。
4 可靠性设计
4.1 低功耗设计
4.1.1 选择低功耗元器件
微处理器采用是CMOS型超低功耗MSP430F417, 其工作电流为微安级[7]。外围芯片都选用CMOS芯片, 继电器用磁保持继电器, 这种继电器依靠脉冲信号动作, 降低了功耗。
4.1.2 硬件电路的低功耗设计
首先, 充分利用MSP430F417的片内资源, 最大程度减少系统器件。其次, 将不用的微处理器引脚和数字芯片的引脚拉高或拉低。最后, 上拉电阻在能满足驱动能力的前提下, 尽量选大, 以减少在上拉电阻上消耗的功耗, 对于其他电阻, 如LCD的分压电阻, 也可采取同样的措施。
4.1.3 软件的低功耗设计
运用低功耗闲置模式, 降低系统功耗。切断微控制器片上所有不用的外设, 例如PWM、ADC等。使用查表法代替微控制器的运算, 减少微控制器的实时运算数量, 例如CRC算法采用查表法实现。
4.2 抗干扰设计
4.2.1 硬件抗干扰
电能表电路抗干扰设计中, 主要采用器件选型、滤波、退耦、隔离及PCB优化设计等措施[8]。
4.2.2 软件抗干扰
电能表软件抗干扰设计中, 主要采用掉电保护、分散数据处理、睡眠抗干扰、指令冗余、软件陷阱、看门狗等技术。
4.3 信息安全技术
采用“一表一卡”、CRC校验、信息加密技术等。
4.4 EMC/EMI特性
射频芯片对周围的电路会产生一定的电磁干扰。在设计时需要考虑通过滤波, 增加磁珠, 优化PCB板布局等方法, 提高整个系统的EMC/EMI特性。
5 结 语
射频识别技术以其高度的信息集成度及安全性已经融入当今信息技术主流。本文设计的基于RFID的单相预付费电能表不仅具有计量收费功能, 还可通过射频卡或者掌上电脑, 与相关售电管理部门的上位机软件通信, 简化了预付费系统的设计难度, 解决了居民用电传统管理方式中收费难、催费难的问题, 顺应了国际上电能表的需求方向。运行证明, 该电能表读写稳定, 数据传递可靠, 抗干扰能力强, 管理实时便捷, 必将占据未来电能表的一席之地。
参考文献
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单相电子式电能表 篇2
关键词：单相预付费电子式电能表；原理；性能；机械式电能表
中图分类号：TM933.4 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）12-0058-03
电子式电能表以其灵敏度及准确度高、频率范围广、抗干扰能力及过载能力强、功耗及误差小、环境适应性好等优越性能替代了机械式电能表。但在实际应用中，很多家庭用户反映电子式电能表比过去机械电能表“跑”得快、计费多。为了解决用户的疑惑，从单相预付费电子式电能表的原理、性能及與传统机械式电能表性能比较等方面加以分析。
1 单相预付费电子式电能表的工作原理
单相预付费电能表是在单相电子式电能表上增加了表内跳闸继电器、IC卡接口、微处理器等部分重新组合而成。它通过继电器自动实现欠费跳闸功能，通过IC卡进行电能表电量数据以及预购电费数据的传输，从而更有效地解决了抄表计费问题。
1.1 基本原理
单相预付费电能表原理框图如图1所示。测量模块是电能表计量的核心，与普通电子式单相电能表相比，其采用了相同的技术输出功率脉冲到微处理器端。微处理器则接收来自测量部分的功率脉冲进行电能的累加，并存储在存储器中；同时还要进行剩余电费的递减操作，在用户欠费时发出报警信息并控制跳开用户供电开关。微处理器随时监测IC卡接口，保证插入卡的购电数据的合法性和有效性，读入购电数据并做相应处理，同时在相应的显示器中显示相关数据信息。该仪表采用数码管（LED）或液晶显示器（LCD）进行数据信息的显示。继电器一般为磁保持继电器，可开断和闭合较大电流。电能表中可扩展RS485接口，进行数据的抄读。
1.2 IC卡技术
IC卡技术是预付费电能表中的关键技术之一。IC卡是集成电路卡（Integrated Circuit Card）的简称，它是镶嵌在塑料卡片上的一种集成电路。与磁卡相比，其接口电路简单，储容量大，保密性好，不易损坏，寿命长。在电能表上使用的IC卡主要分为存储卡、加密卡和CPU卡3种，接口往往采用串行方式。各种卡的构成及使用特点如下。
1） 存储卡。目前使用的存储卡可以分为以下3种：①只读型。数据一次性写入存储器，不可更改。只读型卡往往由ROM或PROM存储器构成，价格低廉，数据内容不可改变，适用于游戏卡、特定标识卡等。②计数型。芯片采用存储单元锁死的电路或熔丝式的电路，单元初始状态为1（未熔断或未锁死），当需要改写时，把相关单元熔丝烧断，单元状态变为0。计数型卡简单、可靠，数据内容亦不可改写，具有很高的安全性，成本也较低，缺点是卡不可以改写，不能重复充值使用，适用于电话卡、加油收费卡等。③充值型。芯片采用电可擦除的存储电路，可以重复改写多次（一般为1万次以上），数据保持时间一般大于10 a，适用于卡的数据需要反复改写的场合，如收费卡、公路卡等。
2） 加密卡。加密卡由电可擦除存储单元和密码控制逻辑单元构成，存储区数据的读写受到逻辑单元的控制，不能任意进行，必须先核对密码后才可以操作，否则卡将被锁死。这样可以大大提高卡的安全保密性能。加密卡中分主存储区、保护存储区、加密存储区3个部分。主存储区数据可以任意读写。保护存储区数据可以任意读出，但改写需要先送“检验字”，芯片将检验字与存在加密存储区的密码比较，当检验结果一致时，控制逻辑打开存储器，可以进行写入。检验字比较次数限定4次，如果连续4次检验出错，芯片将锁死，整个芯片只能读出，不能再写入。加密存储区为存放密码和比较计数值的区域，此区域在校验字未比较成功前不能读写。
3） CPU卡。在CPU卡上集成有存储器及微处理器，由于有了微处理器，CPU卡可以进行各种较为复杂的运算，而且从总线上直接进行检验字比较转变为间接的卡的认证和识别，排除了从总线上破译密码的可能，安全性能有了很大提高。目前CPU卡已在金融卡中广泛使用。IEC7S16国际标准中，对CPU卡的结构、数据接口都有规定。
2 单相预付费电子式电能表的主要功能及性能指标
2.1 主要功能
1） 预付费功能。将购电量输入购电卡后，用户在电能表中插入购电卡并被识读后，即能将所购电量送入电能表，电能表按设定的费率递减，当剩余电费小于设定的报警门限时，电能表跳闸，提醒用户去购电，此时插入购电卡可以恢复供电。当剩余电费小于0后，电能表将跳闸，直到购电后才恢复供电。
2） 计量功能。能够精确测量正、反两个方向的有功电量，有功电量=正向有功电量+反向有功电量。
3） 负荷控制功能。具有超功率自动断电的负荷控制功能，可以设置功率限额以及允许次数，当平均功率大于限额后，电能表跳闸并显示当时的功率，此时插入购电卡可以恢复供电。但当超功率跳闸次数超过设定的允许次数时，电能表将不可恢复供电，只有使用参数设置卡改变功率限额后，才恢复供电。
4） 显示功能。单相预付费电能表采用LCD显示，可以设置自动及手动（按钮切换）方式显示如下几项数据：01有功总电量；02剩余电费；03费率；04剩余电费报警限额；05功率限额；06允许过载跳闸次数；07电能表常数；08电能表编号。
5） 报警显示功能。当电能表自检出现故障时，显示：
E1×××××——存储器故障；
E2×××××——继电器故障；
E3×××××——时钟故障。
6） 防窃电功能。具有自动检测短接电流回路的防窃电功能。当短接进出线时，电能表显示“O”并且记录窃电次数。
2.2 主要性能指标
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1） 工作电压范围：为额定电压220 V的80%～120%；2） 额定频率：50 Hz；3） 电压回路功耗：<2 W；4） 准确度等级：1.0级；5） 电流规格：5（20），10（40）A；6） 工作温度：-25～60 ℃；7） 工作湿度：≤85%。
3 电子式电能表与机械式电能表的性能比較
3.1 可靠性比较
机械式电能表根据其在实际使用中的主要用途可分为有功电能表、无功电能表等；而电子式电能表因其可以实现正、反向有功电量计量、四象限无功计量等功能，有时可以用一块电子式电能表代替几块感应式电能表，从而大大降低了二次回路的压降，提高了整个计量装置的可靠性。
3.2 准确度及稳定性比较
电子式电能表可方便地利用各种补偿达到较高的准确度等级，误差稳定性也较好；而感应式电能表由于机械磨损，其准确度等级较低，且误差很容易发生变化。
3.3 灵敏度比较
电子式电能表的电子线路本身灵敏度极高，可比机械表高一个数量级，而且可以长时间保持这种高灵敏度；而机械表的机械摩擦阻力是根本性问题，目前无法克服，特别是在低转速时，机械摩擦力接近静态摩擦力，数值明显增高，因而计量漏洞将增大，长时间工作后尤为甚。
3.4 功耗比较
由于电子式电能表采用的CMOS元件自身功耗很小，通常情况下功耗仅为感应式电能表的三分之一左右。
3.5 精度比较
电子式电能表电路中的A/D变换器的精度可达2～14以上，因此分辨力和精度很高，可以设计0.5级以上的高精度电能表。机械表由于采用磁路结构，非线性失真大，一致性差，因此要采用各种补偿机构，而采用补偿机构又降低了稳定性，也不利于生产使用中的调校。
4 结语
综上所述，随着电子式电能表的推广应用，用户会逐渐体会到电子式电能表的高可靠性、高灵敏度、高准确性、高稳定性等优越性能所带来的积极意义。相信随着我国电力企业自动化管理水平的提高，以及互联网+时代的来临，包括单相预付费电子式电能表在内的电子式电能表在今后的电能计量工作中将发挥更大的作用。
参考文献
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单相电子式电能表 篇3
现有的电表方案主要是由CPU, 时钟芯片,液晶驱动芯片,计量芯片及外围硬件模块组成。而如果能把时钟芯片,液晶驱动芯片, 计量芯片及CPU都集中在一个芯片上,必将使整个方案的成本大大降低,同时可以减少电路板上芯片分布的密度,降低布线难度, 并明显提高信号传递的抗干扰性。从而产品的质量有明显的提升。
1表计整体设计
1.1原理框图
本方案的原理框图如图1所示。在本方案中主控芯片V9811A用于实现对整个系统的控制和信息处理。主控芯片V9811A是一款高性能、低功耗的单相电能计量SOC芯片,采用64-LQFP封装, 集成模拟前端、电能计量模块、增强型8052内核、RTC、WDT、 Flash、SRAM和LCD驱动等功能模块。
其中电能计量模块采用4路独立的过采样:1路电压、2路电流和1路多功能测量通道,支持软件校表,支持快速电流检测。 首先由主控芯片外围的电压电流采样电路把采集到的供电线路的信号转化为计量芯片采样通道输入的 -0.3—+5.0V的模拟小信号。 这些数字信号经过相应的电能计量模块通过一系列的算法来完成对量化后的电压、电流信号的实时处理,最后获得电压 / 电流有效值、 有功 / 无功电能和视在功率等数值。
数据存储电路用于存储电表冻结数据及重要的参数和事件。 红外通信电路采用红外接收管和红外发射管组合的方式实现,485通信电路通过光耦隔离的方式与主控芯片的UART4连接,防止外部干扰对主控芯片的影响,这两种通信方式主要用于实现电表与上位机及用户间各种数据通信和交互。掉电检测电路检测到外部供电电压达到设定的临界值,电表立即进入掉电工作模式同时启动电池供电。电池供电电路用于保证主芯片在外部供电缺失情况下电表能进入掉电工作模块,保存相应的数据和保证时钟的正常运行。显示电路由主控芯片集成的LCD驱动电路来驱动液晶屏内容显示,主要用于显示电能量、电网参数及电表当前运行状态等信息。按键电路包括编程按键和显示按键,直接通过限流电阻连接主控芯片的GPIO接口,主要用于设置用户参数和查看显示。晶振电路是为主控芯片提供晶振信号,主控芯片内置起振电路,在芯片引脚CTI和CTO上连接一个32768Hz晶体即可形成晶振电路并产生32.768k Hz的OSC时钟。电源供电电路由两个78L05及相应的电路组成,分别输出两路5V电压,一路单独供485工作,另一路供电路板上的其他电路工作。
1.2软件设计
本方案的软件程序由C语言编写,在KEIL C的编译环境中进行编译。电表上电后,对系统进行初始化,包括设置FLASH功耗及BANK区域分配的配置,CPU初始化,计量初始化,恢复重要数据,和外围电路初始化,同时打开全局中断。 初始化后进入主循环程序。依次检测是否掉电,是否有红外或者485通道的完整数据帧通讯,如果有则进入通信处理程序,如果没有继续检测其他事件。查询是否有按键操作,是否电表清零,是否有秒处理, 分钟处理及掉电处理等操作。其中秒处理事件包括是否开启CF脉冲,检查通讯,电量累加,时段、时区表切换判断,显示,读取RTC时间及校正,广播校时判断,电池告警等事件。分钟处理事件包括每分钟存储一次电量,电量冻结记录,电量结算记录,异常事件检查等事件。
2结论
单相电能表现场测试法 篇4
方法一：转数比较法
将用户的负荷全部暂停，用一只100 W的白炽灯作为负荷，查看1 min的电能表转数。如果测量数据与表1所列基本相等，说明用户的电能表正常;如果差别较大，应到计量检定机构检定。
在测试时，电能表转数不一定正好是整数。如果是小数，可转化为整数。如电能表常数为750 r/(kW·h), 1min的转数为1.25圈，可以测量4 min的转数为5圈(时间、转数同时乘以4)。
以上可总结为：单相电能表负荷为100W, 1 min的转数=电能表的常数/600。
方法二：误差计算法
用一只秒表记录电能表转N圈所需时间t或N个脉冲所需要的时间t，根据电能表常数(C)求出电能表反映的功率P。功率、时间、转数(脉冲数)之间的关系为
通过实际功率P与计算功率P0计算相对误差γ
通过测量时间t与计算时间t0计算相对误差γ
相对误差若超过电能表准确度等级允许的范围，说明电能表计量不准确，需要校验。
例：某用户电能表常数为600 r/(kW·h)，当负荷为100 W、电能表转5 r时，用的时间为260 s，试判断该表计运行是否正常。
第一种方法：通过功率计算相对误差
第二种方法：通过时间计算相对误差
单相电能表自动检定系统及应用 篇5
1 检定系统简介
单相电能表自动检定系统由管理层、传输层、执行层组成。管理层为检定系统管理平台, 通过接受生产调度平台下达检定计划, 对多条流水线进行统一管理和控制, 并将检定结果、封印和装箱信息上报生产调度平台。传输层为输送单元, 完成智能电能表在检定过程中的输送和定位。执行层由若干功能单元构成, 执行检定系统管理平台指令, 实现对智能电能表的全自动检定及自动分拣。
2 检定系统技术特点
单相电能表自动检定系统除管理上与人工检定模式有所区别外, 其技术特点主要体现在下述几个部分。
2.1 强化系统控制
(1) 系统将管理与控制过程划分为若干个功能模块, 每个模块完成各自的功能, 并能够在线更换, 在调度中心模块的管理下完成整个检定流程。
(2) 系统的控制和监控网络具有不间断运行的高可靠性, 并考虑冗余设计, 当控制系统出现故障时, 可自动切换到备用系统, 无需停止整套系统的控制。
(3) 系统还具有自诊断能力, 能够有效提示故障原因, 为设备的故障应急和远程处理提供便利。
2.2 准确接拆线
(1) 对被检电能表进行精确、迅速的定位, 定位后对被检电能表的电压端子、电流端子、辅助端子 (校验脉冲、多功能脉冲、通讯口等) 进行可靠压接, 所有电能表接线端受压不上缩, 且接线受压稳定、均匀、可靠。
(2) 接线模块的结构适应国家电网智能电能表型式规范的要求。
(3) 电能表在压接时, 出现异常有动作保护机构, 保护设备、电能表不受损伤。
2.3 自动识别
(1) 识别单元能用RFID射频标签和不同规格条码标签 (UPC码、EAN码、ISBN码、ISSN码、39码、128码等) 既可识别被检电能表、周转箱或工件托盘, 又可实现信息核对、信息绑定、定位、分拣、追踪等功能。
(2) 设置旁路缓存区及相应处理方案, 当识别失败时, 不影响检定系统连续运转。
2.4 智能化检定
(1) 各检定单元能够通过输送系统快速自动送入待检表和送出检定完毕的电能表。
(2) 在检定过程中如出现某表位电压短路、误差超差或某项检定项目不合格时, 检定装置能根据实际情况对工况进行智能化处理。
(3) 装置具有接线柱温度检定功能, 能实时检定电能表接线柱温度。当接线柱温度超出设置的阈值时, 自动短接该表位的电流回路。
(4) 在每一个检定装置端都设置液晶显示器接口与操控装置作为本地控制终端, 同时各装置还配置一部远程控制终端, 在调试、检定、检修时, 可通过本地或远程控制终端操作检定装置。控制软件设计合理、人性化, 能够在脱机状态下调用全自动检定时的各试验方案, 具有监控设备状况的界面。
(5) 在各检定装置设置接收器, 能够接收到系统下发的标准时间, 实现校时功能。系统可同时接收湖南省电力标准时间服务器的标准时间。
2.5 可靠施封
自动封表单元能够在电能表检定工作完成之后, 无需人工配合自动加封, 加封后进行封印条码识别、记录, 然后对加封结果进行检查, 合格后将信息绑定、上传。
2.6 安全运行
对检定过程中易出现差错, 或者需要及时进行故障判断的部位, 系统设置自动监控故障点, 并配合实现自动报警联动, 保障检定系统运行安全。
2.7 数据可追溯
一起单相电能表分流异常案例分析 篇6
近日, 我公司工作人员利用用电信息采集系统对某一单相用户的相线、中性线电流进行远程召测, 发现相线电流为0.5 A, 而中性线电流为1.5 A, 电流相差较大, 怀疑现场接线存在异常。工作人员到达现场后, 为确保用电信息采集系统所召测数据的准确性, 首先利用钳形万用表测量了相线、中性线的电流, 发现现场相线电流依然小于中性线的电流, 于是对该计量装置的接线进行检查, 现场情况如下。
1现场接线情况
(1) 单相电能表的进线 (相线和中性线) 接反, 接户线进入表计时相线、中性线接反。
(2) 表后相线挂接负载。检查发现, 该单相电能表出线相线还有其他负载, 如图1所示。
2理论分析
单相电能表正常接线时, 等效电路图如图2所示。
该用户电能表接线等效电路图如图3所示。
从图3中可以看出, 挂接在相线上的负载电流Iu1不流过电能表的计量单元, 从而造成电能表少计电能量。
3工作总结
单相电子式电能表 篇7
(1) 相线与中性线接反。
即将电源进线相线L接电能表端子3, 中性线N接电能表端子1, 同时把中性线两端分别接地。以感应式电能表为例, 这时虽然电能表电压线圈有电压, 但由于通过电流线圈的电流减少了很多, 甚至为零, 因此这种接线方式将直接导致漏计或不计电能量。这种接线方式还会给用电户窃电提供方便, 并使电能表存在潜动的可能。当在相线上窃电时, 电能表漏计窃电电能量。如果用电户相线绝缘破损严重, 泄露电流也不计入电能表, 将使线损率增加, 同时还存在严重的安全隐患。
(2) 电源进线极性接反。
即将端子2接相线L进线, 端子1接相线L出线。因极性接反, 一旦电能表接入供电线路, 无论有无负荷, 其结果均使电能表倒转。由于感应式电能表自身的补偿力矩总是存在的, 且其补偿力矩与电压的平方成正比, 转盘反向转动时的补偿力矩仍然为正, 因此会产生很大的负误差, 直接影响供电企业的经济效益, 还会给用户正常用电造成影响。电子式电能表因具有正反向计量功能, 不存在因改变接线极性导致的不计量或少计量的问题。
(3) 电源直接短路。
即将相线L接电能表端子1, 中性线N接电能表端子2。由于这种接线实际上是电源将电能表电流线圈直接短路, 因此可导致熔丝熔断, 甚至烧坏电能表。
(4) 电压线开路。
即将电能表端子1与电压线圈端子连接片拆除, 由于电压线圈无电压, 致使电能表不计量。
(5) 电压线极性接反。
把电能表端子2与电压线圈端子用连接片连接, 这样易造成电能表潜动。
2 电能表异常的判断
单相电能表计量严重超差, 在排除电能表接线错误后, 因其本身异常导致的计量失准也是主要的原因。感应式电能表和电子式电能表均存在这个问题。现以电子式单相电能表为例进行分析。
新型单相多功能电能表的设计 篇8
1 LonWorks控制网络技术
LonWorks是由美国Echelon公司开发的一种完整的、全开放的、互操作性强、可靠性高、成熟的分布式控制网络技术,它支持多种通信介质包括双绞线、电力线、无线(RF)、红外(IR)、同轴电缆和光纤;常用的双绞线传输速率达78 Kbps/S,传输距离达2 700 m;电力线传输速率5.4 Kbps/S,传输距离300～30 km;支持多种网络拓扑(包括总线型、星型、环型、自由拓朴),在同一个网域内,还可以通过中继器、网桥、路由器将多个网段或子网联接成一个大的网域,一个网域内可支持3万多个节点;LonWorks技术的核心是LonTalk通讯协[1],该协议提供一整套完善的通信服务,使装置中的应用程序能在网上对其他装置发送和接收报文而无须知道网络拓扑、名称、地址或其他装置的功能,所有采用LonWorks技术的产品都遵循LonTalk通信协议,因此不同厂家生产的带LonWorks接口的产品都可以很方便地接入同一个LonWorks网络系统中去。
2 新型单相电能表设计原理
单相电子式多功能电能表的原理如图1所示,其硬件包括ATT7025单片机、LonWorks通信接口模块、RS485通信接口、红外通信单元、电源、电压和电流采样电路、实时时钟单元、LCD显示单元、脉冲输出单元、输出控制单元、掉电检测单元、系统容错处理单元。
2.1 单片机ATT7025
在该单相电能表的设计中,选择了ATT7025单片机作为产品的核心。ATT7025是带MCU的多功能单相电表芯片,该IC片内集成了单相计量MEU、MCU(兼容8052)、LCD驱动器、一路SPI接口、一路I2C接口、两路UART通信口、多路IO口;片内含有32 K字节FLASH程序存储器,256字节内部数据寄存器,1 K字节外部数据寄存器;可充分利用其各个功能,最大限度地降低成本。
2.2 EMU
ATT7025片内集成的单相电能计量单元(EMU)具有测量有功电能、无功电能、电压、电流、有功功率、无功功率等电参数功能,能满足作为多功能电力监控终端的要求,同时具备有功、无功电量脉冲输出口。电流采用锰铜电阻片,直接串在电流回路中的采样方式;电压采用电阻分压的采样方式。
2.3 UART0和UART1
该电能表既能接入LonWorks双绞线或LonWorks电力线网络,又能接入RS485总线网络,采用同一外壳结构设计。尤其在LonWorks通信模块设计中将LonWorks双绞线与电力线通信模块设计成接口完全兼容的结构,接口之间的切换非常方便灵活,可适应不同场合的应用。
LonWorks通信模块与ATT7025通过串行口进行通信和数据传输,LonWorks通信模块定时从ATT7025读取各种参数和数据,包括电参数、电参数超限报警、时间、日期、输出状态、定时时间等,协议转换后数据以LonWorks输出网络变量或输入网络变量的形式输出;通过输入网络变量可远程控制电能表的断送电、或定时控制断送电等。
2.4 断送电控制
该电能表具有断送电控制功能,采用大容量的磁保持继电器,最大支持60 A的电流容量,从而可实现预付费控制功能、过流或过载保护功能、定时控制功能、远程控制功能。
3 软件设计
单相电能表软件系统包括程序初始化及主程序、定时器处理模块、显示控制处理模块、通信命令处理模块、电参数运算及储存模块、电量结算处理模块以及系统自检与软件抗干扰处理模块。整个程序是通过查询方式执行的,通过查询电表事件发生的条件情况,判断电能表事件是否发生,来执行相应的操作,这种执行方式只要保证MCU的执行速度足够快,是能够保证事件响应的时效性的。
电能表的工作过程:每次上电要进行系统初始化,初始化包括对ATT7025单片机定时器、串行口、中断等工作方式的设定,写入时钟及铁电存储芯片FM3104的控制字。新电能表的初次工作要对X25045初始值设定,包括电能表表号的设置、时段的设置、时钟的设置、存储地址的分配等。该系统设置了3个时段,单片机每秒从时钟芯片FM3104中读取时钟值,然后根据存储芯片中预先设置好的时段,分析该时刻属于哪个时段,根据相应的时段把电能存储在ATT7025的RAM存储器中,然后电能每累计够1 kW·h便写入到FM3104相应的地址中。16位液晶显示器轮流显示时段与电能信息。若有通信请求将采用中断方式与上位机进行数据通信。若停电,将执行掉电保护程序。
4 新型单相电子式多功能电能表特点
新型电能表可以测量电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数;能设置电压、电流、功率、电量预设门限值与超上、下限报警功能;能远程输出控制、有过流过载保护、能够定时控制。这些功能普通电能表均不具有。通信方面,新型电能表有LonWorks双绞线接口或电力线接口或RS485接口而普通电能表只有RS485接口。总之,该新型电能表是真正实现了集测量、遥控、定时控制及过流或过载保护于一体的多功能电能表。
5 结束语
新型单相电子式多功能电能表集测量、遥控、定时控制及过流或过载保护于一体,适应了建筑能源管理系统建设的要求和国家电网配电网建设战略的信息化、数字化、自动化、互动化的要求,及时、准确、全面反映用户用电的相关信息;提出了电能表的自保护功能的新技术,解决了电能表的多种形式的自动停送电的功能,提高了电能表计的通信网络化功能,为电力用户管理在高级应用方面打下了基础。目前已在全国多个建筑能源管理系统中获得了实际的应用。
参考文献