多功能电子式电能表

多功能电子式电能表（精选10篇）

多功能电子式电能表 篇1

一、引言

随着科技的发展, 感应式电能表在20世纪末期逐渐退出历史舞台, 取而代之以全电子多功能电能表, 但很多从事电能计量工作的人员对电能计量的认识还处于感应式电能表的阶段, 现在的培训教材上也侧重于感应式电能表的介绍, 全电子式电能表的知识还没有达到充实, 这造成很多计量工作人员对全电子式多功能电能表在结构、功能、计量原理等方面还存在着认识误区。以下针对这一情况, 结合实际工作, 针对三相三线全电子式多功能电能表存在的几个常见认识误区与大家进行探讨。

二、在计量原理上的认识误区

在实际工作中, 不少计量工作人员认为三相三线全电子式多功能电能表有无功计量原理同传统感应式电能表有无功计量原理相同。笔者认为以上认识对了一半, 错了一半。不错三相三线全电子式多功能电能表有功计量原理同感应式电能表相同都是P=U u v I u C O S (3 0°+φ1) +UwvIwCOS (30°-φ2) , 其中Uuv、Uwv分别表示通入电能表一、二元件的电压, Iu、Iw分别表示通入电能表一、二元件的电流。φ1、φ2分别表示U、W相电压和电流间的相位夹角。但三相三线感应式无功电能电能表大都使用60°型三相三线无功电能表, 该型电能表通过在电能表电压回路中串入电阻, 使通入电能表一元件的电压U v w、二元件的电压Uuw在相量图上逆时针旋转30°。如图1所示, 其所计无功功率公式为Q=UvwIuCOS (60°-φ1) +UuwIwCOS (120°-φ2) 。而全电子式多功能电能表无功计量原理则是通过移相法, 使通入电能表一元件的电压U u v、二元件的电压Uwv在相量图上顺时针针旋转90°。如图2所示, 其所计功率公式为Q=UuvIuCOS (60°-φ1) +UwvIwCOS (120°-φ2) 。从计量原理也可以看出60°型三相三线无功电能表可以准确测量三相三线对称或简单不对称电路的无功电量, 而三相三线全电子式电能表可以准确测量所有类型的三相三线电路的无功电量。计量工作人员必须对此区别有清楚的认识, 因为在计量二次电压回路发生异常时, 两者的所测量的无功功率及更正系数会不同。以下结合实际, 举例说明:

例1:某10kV用户电能计量方式为高供高计、三相三线制计量方式, 当发生计量二次电压及电流U、W两相相序接反时, 在电能表分别是一只三相三线感应式有功电能表带一只60°型三相三线无功电能表和一只全电子式电能表两种情况下所计无功功率及电量退补更正系数分别是多少? (正常情况下U u v=U w v=U w u=U=1 0 0 V, Ia=Ib=Ic=I, 三相对称, 功率因素角为φ=30°) 。

情况1:当电能表为一只三相三线感应式有功电能表带一只60°型三相三线无功电能表时, 故障期间, 所计有功功率P=UwvIwCOS (30°-φ2) +UuvIuCOS (3 0°+φ1) , 有功电量更正系数, 所计无功功率Q=Uvu×Iw×COS (120°+φ2) +Uwu×Iu×COS (180°-φ1) =COS (3 0°-φ) , 无功电量更正系数。

情况2:当电能表为一只全电子式多功能电能表时, 故障期间所计有功功率及有功电量更正系数系数同情况1相同, 所计无功功率Q=UwvIwCOS (120°-φ1) +UuvIuCOS (60°-φ2) , 无功退补电量更正系数为K=1。

可见在发生以上计量故障时, 全电子式多功能电能表能准确计量有无功电量, 而一只三相三线感应式有功电能表带一只60°型三相三线无功电能表, 只能准确计量有功电量。其他故障情况, 读者可自行按此分析, 但在发生电压断线故障时一定要结合现场实际计量二次电压电路图来分析。

三、在电能表结构上的认识误区

这里讨论的主要是电能表的电路结构, 传统三相三线感应式有功电能表电压回路的简化电路图如图3或图4, 不少计量工作人员认为三相三线全电子式多功能电能表的电压回路电路图与之相同, 事实上两者存上着差别, 大多数三相三线全电子式多功能电能表的简化电路图如图5所示。对比两者简化电路图不难看出, 三相三线全电子式多功能电能表电压回路中比三相三线咸应式有功电能表多出了一个测量元件, 这也能够解释为什么三相三线电子式多功能电能表会显示V相电压?这里的V相电压实际上是测量的Uuw的电压数据。显而易见, 这样的区别肯定会在发生计量二次电压回路故障时, 所表现出的的形式和退补电量中更正系数的计算会有所差别, 以下举例说明:

例2:某10kV用户电能计量方式为高供高计、三相三线制计量方式, 当发生计量二次电压U相断线时, 在电能表分别是一只三相三线感应式有功电能表和一只全电子式电能表两种情况下有功电量更正系数分别是多少? (正常情况下U u v=U w v=U w u=U=1 0 0 V, Ia=Ib=Ic=I, 三相对称, 功率因素角为φ=30°)

当电能表为一只三相三线感应式有功电能表时, 在发生U相断线时, 从图3可以得出Uuv=0V, Uwv=Uwu=100V, 故障时所计功率为P=Uwv×Iw×cos (30°-φ) , 正常功率为, 更正系数。

其他故障情况, 读者可自行按此分析, 能够发现全电子式电能表发生任何一相二次电压断线故障时, 更正系数都为2, 且与功率因数无关。这使电量补收更准确、更简单了。

四、在电能表功能上的认识误区

全电子多功能电能表除计量有无功电量以外, 还具备失压记录、失流记录、需量指示、故障报警等功能。计量人员及抄表人员如果对这些功能认识不到位, 会出现误判断。以下就电能表的故障报警和失压记录功能进行分析。

全电子多功能电能表的出现故障报于参数设置有关。一些电能表在处于II、III象限状态下工作时会报警, 某一元件在所计功率为负或低负荷下时, 也会报警。一些电能表在发生过计量故障, 但恢复正常后报警不会消除, 需要通过编程才能消除。所以要断判是否存在计量故障不能仅以电能表是否报警来判断。发现电能表报警时, 现场无测试设备的情况下, 应根据当前实际负荷来判断。比如如果是用电负荷, 电能表若处于II、I I I象限, 那么肯定存在计量故障。

全电子式多功能电能表的失压是指:通入电能表的电流大于基本电流的10%, 电压小于参比电压的78%称为失压。失压不同于停电或欠压, 停电是指供电中断, 欠压是指由于供电质量造成电能表电压幅值达不到规定要求。全电子式多功能表可对失压情况进行记录, 可记录各相失村时间及失压时电能表所计量的有功电量。因此计量工作人员必须对失压概念有清楚的认识, 才能做到补收电量准确。

五、总结

以上针对国内常见的全电子式多功能电能表, 从计量原理、结构、功能上进行了分析, 希望能解决实际问题。随着科技的发展, 新事物不断地涌现, 作为计量人员, 应不断地学习、思考、了解新技术、新产品, 才能更好做好计量工作。

摘要：随着全电子式多功能电能表的普及, 感应式电能表已完成了其历史任务, 但不少计量工作人员对全电子式多功能电能表的结构、功能、计量原理等方面还存在着认识误区, 导致工作中在故障判断、退补电量等方面不准确。本文针对三相三线全电子式多功能电能表存在的几个常见认识误区进行探讨。

关键词：全电子多功能电能表,感应式电能表,认识误区,结构,功能,计量原理

参考文献

[1]褚大华, 电子式电能表[M].中国电力出版社.2009

多功能电能表设计及生产工艺简述 篇2

【关键词】电能计量；模块化；生产工艺控制

1.产品设计与工艺控制原则

采用先进可靠的方案设计满足国家电网计量中心检测要求的产品，是参加投标、参与市场竞争的敲门砖，在合同要求的时间内批量生产出满足用户要求合格的产品，是企业生存的关键。

2.产品性能描述

用于电力系统低压台区的50KVA容量中小专变用户和部分特殊的公变用户，给电力系统的电量发行、线损考核、窃电報警、台区负载平衡等功能提供实时准确的基础数据。

采用GPRS无线网络的上行信道接口，实时在线通讯，红外模拟通讯接口1200BPS掌抄通讯、遥控器；GPRS通讯接口TCP/IP 9600BPS符合《DL/T645-1997多功能电能表通信规约》，实现用户电量计量，实现开箱报警、过压、欠压、断相、超负荷、失流、电流不平衡等信息异常报警、装置故障报警、计量异常报警、掉电报警等的主动上传功能。

3.产品原理

基本模块：计量单元、数据处理单元、数据输出单元工作时首先对电压、电流进行高精度取样、放大，再经过计量芯片精密处理转化为数字信号，将获得的数据根据预先设定参数进行电能累计和最大需量处理，对数据进行储存并响应外界有效的通讯要求进行数据输出；经过协处理器进行显示处理。

4.技术创新点

RS485抄表方式，实现了波特率自适应功能，解决抄表时对于波特率的限制；GPRS抄表方式，模块可以进行热插拔更换，实现远程抄表；装置采用可替换模块化结构设计。

采用62056通讯协议；应用范围广泛，可以用作多功能表、台区考核表、用户；可以通过两种规约进行抄表，DL/T645-1997协议为波特率自适应；提高系统得互操作性，不同设备与电表的数据交换协议统一到某种具有互操作性的通讯协议标准上，利于计量的升级和维护；主动上传；系统稳定性的保证。

5.工艺流程控制

5.1生产工艺流程图

5.2生产过程控制

线路板加工时，采用自动贴片装配（SMT）、自动插件装配（AI）等方式进行元件安装；采用回流焊、波峰焊等自动表面贴装工艺进行焊接；采用针床接触式计算机自动在线测试方式进行线路板检测。所有电路板组装均采用流水作业，保证了批量生产的电路板加工工艺一致性。

电气模块和表壳结构件等原材料进行严格的入厂检验和确认检验。电气模块经过高温+70℃、常温+23℃、低温-20℃，分别30分钟、三个周期的循环高低温冲击；电路主板、电源板模块在高温+50℃的老化间通电老化72小时；成品表动态老化走字120小时，剔除早期失效产品。

在生产过程中采用防静电工艺，穿戴防静电工作服、鞋、帽。佩戴防静电手环，使用防静电恒温烙铁，静电手环检测仪。整表采用防静电周转箱，防尘罩。生产场地保持合理温湿度，仪器、检测设备采取良好防静电接地。

配置符合产品生产、检测要求的仪器设备；潜动、起动测试工装；芯片烧写程序用编程器、抄控器等工具，严格按照功能校验规范、检验指导书等工艺文件生产。

产品调试和检测时使用程控校验台的检测软件，实现自动误差和功能检测及数据存储，避免了人工调校造成的偶然性误差。

5.3管理控制

对生产过程实行监控，负责自检、互检、巡检等过程检验。操作人员培训考核后持证上岗。使用质量跟踪单记录生产过程中装配或工艺质量问题。

车间成品出厂检验配置测量能力、精度等级、测量范围等符合产品检测要求的检测设备，依据相关国家标准和检定规程编制出厂检验规范，并执行60%的内部控制指标。

6.结束语

加强产品研发设计和生产过程工艺控制紧密结合，是企业在投标竞争取得优势的必要因素，也是企业在市场经济中不败的立足点。 [科]

【参考文献】

[1]陈杰.智能电表的设计和实现[D].浙江工业大学，2011.

多功能电子式电能表 篇3

(1) 分时计费提高电网负荷率。由于电力生产具有发、供、用电同时完成的特点, 且用电负荷在不断变化, 为调整峰谷差过大的矛盾, 实行分时电价, 即提高高峰的电价, 降低低谷时的电价。从经济上鼓励负荷低谷用电, 减少用户电费支出, 同时也能降低发电成本, 提高电网负荷率, 这对发、供、用三方都有利。

(2) 实现负荷实时监控和自动抄表。使用电子式多功能电能表后, 利用其RS 485通信接口和功率脉冲能力, 实现了电能量数据的采集与传递, 以及远程自动抄表。现在要想查看用户的用电情况, 只要鼠标一点, 就可以将用户的用电能量、用电负荷、事故记录等用电信息显示在屏幕上, 一目了然, 方便快捷。

(3) 延长轮换周期。电子式多功能电能表的轮换周期为5年, 而普通三相感应式电能表的轮换周期为3年。对2005年按周期轮换的电能表进行抽查显示:电子式电能表的调前合格率为100%, 而感应式电能表调前合格率为93%。

(4) 提高计量准确性。现在河北省成安县供电公司Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ类用户的电能计量, 全部采用电子式多功能电能表。它功耗小, 有效地减少了电压互感器二次负载, 降低了电压互感器二次压降误差。

(5) 能满足同一回路中各种计量功能的需要。对于变电站联络线的电能计量, 用一只多功能电能表可代替原来4只感应式电能表的计量功能。

(6) 减少漏计电能量。自采用多功能电能表以来, 可以发现用户因电压互感器熔断器熔体熔断或二次接线断开, 造成的失压电能量记录, 从而补计电能量。

2 应用中存在的不足

(1) 误差检定点。电子式电能表误差较小, 且误差曲线平直。JJG596—1999《电子式电能表检定规程》规定, 一只三相四线电能表需要测试30个误差点, 那么测试一只双方向计量的电能表, 就要90多个误差点。建议在电能表误差较稳定情况下, 减少误差测试点。

(2) 标准偏差估计值S (%) 的测量。JJG596—1999《电子式电能表检定规程》仅规定了测定被检表基本误差时标准表脉冲数的下限值, 在此基础上测量的S值与增加脉冲个数测得的S值是不一样的, 脉冲数越多, S值就越小, 所在测量S值时, 还应规定电能表脉冲数的范围, 以得到确定的标准偏差, 否则会造成测量数据的不一致, 影响测量的准确性, 造成测量误差。

(3) 电子式多功能电能表的安全性。电子式多功能表的计数是利用数据存储器, 在表计烧坏或不显示时, 就不能读取数据。而且电能量的清零、预置以及电能表误差的调整都是通过通信口利用PC机或编程器, 不用打开表壳就可操作, 一旦电能量被修改, 将会造成巨大损失。厂家宜采取技术措施, 提高电能表的安全性。如有的厂家为防止在电能表通信口非法修改设置窃取电能量, 提出了电能表安全认证的办法, 即只有在实验室状态下, 才能修改电能量设置。

(4) 由于电子元件的特性, 电子式多功能电能表的抗干扰能力比感应式电能表要差很多, 而且维护较复杂。在雷雨季节, 电子式电能表比感应式电能表的故障率明显偏高, 同时由于其功能较多, 易受外界设备及通信信号的干扰, 也会造成数据的改变。为此, 厂家应提高电子式电能表抗干扰能力, 做好数据保护措施。

多功能电子式电能表 篇4

[关键词]安装式多功能电能表；正向有功；反向有功；正向无功；反向无功；日计时误差

引言

什么叫多功能电能表？规程DL/T614《多功能电能表》中是这样描述的：“由测量单元和数据处理单元等组成，除计量有功（无功）电能量外还具有分时、测量需量等两种以上功能，并能显示、储存和输出数据的电能表。”根据工作原理，电能表可分为感应式和电子式；根据用途，电能表可分为便携式和安装式。便携式多数是标准功率电能表，安装式多功能电能表主要是安装在电力线路现场（变电站或电力用户侧），用于考核或计算电费。我们现在安装使用的多功能电能表一般都具有以下几方面的功能：

1.计量有功、无功

2.分时计量

3.失压、失流事件记录

根据平时的工作经验，针对多功能电能表在使用中应该注意的问题，浅谈几点看法，供大家参考。

1、计量有功、无功

多功能电能表最基本的功能就是计量有功和无功电量，在使用中发现存在以下方面的问题：

1.1有关多功能电能表生产方面的问题

目前，电能表生产厂家生产的多功能电能表各有各的设计方案，包括外型尺寸、屏幕显示内容、数据通信规约等各不相同，给使用方带来了许多不便。比如：由于外型尺寸不同，不同厂家的电能表就需要使用不同的表箱；不同的数据规约给实现电能量的远程采集造成了障碍；还有的厂家生产的电子式电能表，设计了两种计度器，字轮和液晶同时显示，厂方认为能解决液晶显示故障的问题。但这种做法更能引起不必要的计量纠纷，如果两个计度器出现较大的偏差，怎么办？使用液晶显示屏，只要提高液晶显示屏的质量就可以了，或一旦液晶屏出现故障，还可以依据有关的其他标准进行电费的追退。

针对以上问题，国家电网公司2008年8月就开始部署编制智能（前身多功能）电能表系列标准，于2009年9月18日颁布实施了12个智能电能表技术标准。通过制订并实施智能电能表技术标准，在国家电网公司系统范围内规范电能表术语、定义，统一电能表的型式、结构，明确电能表的种类及其功能配置要求，服务于智能电网“信息化、自动化、互动化”建设对电能表的需求要求，提升电能表管理水平，完善计量管理体系，推动计量工作健康、有序发展，为国家电网公司系统电能表集中招标提供技术支撑。

1.2无功计量的问题

DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规范》第5.4l）规定“执行功率因数调整电费的用户，应安装能计量有功电量，感性和容性无功电量的电能计量装置”。国家物价局（83）水电财字第215号文，关于颁发《功率因数调整电费办法》的通知中规定，用电容量在100kVA以上的用户必须执行功率因数调整电费。所以无功计量尤其重要。在多功能电能表使用中存在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限无功及正向无功、反向无功概念不清的问题。

针对这个问题，谈谈我们的看法：DL/T645-1997《多功能电能表通信规约》中附录C电能测量四象限的定义，是这样规定的：测量平面的竖轴表示电压相量U（固定在竖轴），瞬时的电流相量I用来表示当前电能的输送，并相对于电压相量U具有相位角φ。顺势针方向φ为正。四象限的示意图见图C1。

图C1 电能量四象限测量示意图

A-有功电能；R-无功电能；RL-感性无功电能；RC-容性无功电能

根据图C1可以看出正向无功=Ⅰ象限无功+Ⅱ象限无功，反向无功=Ⅲ象限无功+Ⅳ象限无功。DL/T645-2007《多功能电能表通信规约》（2008年6月1日实施，代替DL/T645-1997）中附录D有功和无功功率的几何表示如图D.1

根据附录D可以看出正向无功=Ⅰ象限无功+Ⅱ象限无功，反向无功=Ⅲ象限无功+Ⅳ象限无功

DL/T645-1997中附录C与DL/T645-2007中附录D比较，两个版本的规约中，有关无功象限的规定是一致的，只是DL/T645-1997中附录C是把电压作为参考向量，而DL/T645-2007中附录D是把电流作为参考向量。由此得出参与功率因数调整电费计算时：无功抄读电量=正向无功+反向无功。当电能表计量用电客户用电电量时：无功电量=正向无功+反向无功=Ⅰ+Ⅳ象限无功。当电能表计量供电客户供电电量时：无功电量=正向无功+反向无功=Ⅱ+Ⅲ象限无功。

2、分时计量

多功能电能表要求具有分时计量的功能，河南省发展计划委员会豫计价管【2003】1148号文件“关于实行峰谷分时电价的通知”规定，大工业用户必须实行分时计费，比如一般大工业用电：尖电价0.874元/千瓦时、峰电价0.775元/千瓦时、平电价0.528元/千瓦时、谷电价0.281元/千瓦时。

河南省现在实行的时段为：

08：00—12：00为峰时段

12：00—18：00为平时段

18：00—22：00为尖时段

22：00—00：00为平时段

00：00—08：00为谷时段

为了保证分时计量的准确性，多功能电能表中时钟的准确性就显得很重要，但实际运行当中，许多多功能电能表的时钟存在误差，有的和北京时间相差好几个小时，这样势必会引起计量纠纷，所以，应该要求抄表人员和现场校表人员在抄表和校表时，核对一下时钟，如果时钟误差太大，建议作业务换表处理，避免计量纠纷的发生。DL/T614《多功能电能表》5.4.3.2条日计时准确度是这样规定的：“在参比温度下，日计时准确度应不大于0.5s/d（当电池投入36h后，计时准确度优于1.5 s/d）。JJG596《电子式交流电能表检定规程》4.5条对时钟日计时误差是这样规定的：“对具有计时功能的电能表，在参比条件下，其内部时钟日计时误差不应超过0.5s/d。”JJG596《电子式交流电能表检定规程》6.6条对电能表的检定周期是这样规定的：“0.2S级、0.5S级有功电能表，其检定周期一般不超过6年；1级、2级有功电能表和2级、3级无功电能表，其检定周期一般不超过8年。”以6年计算，时钟的最大误差=0.5×365×6=1095s =18.25min。所以，当多功能电能表中的时钟与实际时间相差超过15min时，就应该做业务换表处理，确保分时计量的准确性。

3、失压、失流记录

我们现在使用的多功能电能表一般都具有失压、失流事件记录的功能，DL/T448《电能计量装置技术管理规范》第5.4f）条电能计量装置的配置原则是这样描述的：“贸易结算用高压电能计量装置应装设电压失压计时器，”我们在现场安装了具有失压记录功能的多功能表，还安装了一块失压记录仪。当用户发生了失压事件时，失压仪记录了失压时间，我们的现场工作人员按照失压记录进行了电量的追退工作，填写了工作票，用户也签字认可后，应该把失压记录（包括电能表中的失压记录和失压仪中的失压记录）回零。关于此项工作应该制定相应的标准作业指导书，以规范此项工作的规范作业。

结论

为了使安装式多功能电能表能准确、可靠；公平、公正、公开的计量电能，基本誤差的检定是关键，但有关多功能表的编程、时钟校验及事件记录的处理和正确使用尤其重要。

参考文献

[1]DL/T614-1997《多功能电能表》.

[2]DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规范》.

[3]水利电力部、国家物价局（83）水电财字第215号文件《功率因数调整电费办法》.

[4]河南省发展计划委员会豫计价管【2003】1148号文件《关于实行峰谷分时电价的通知》.

[5]DL/T645--1997《多功能电能表通信规约》.

[6]DL/T645--2007《多功能电能表通信规约》.

[7]JJG596-2012《电子式交流电能表检定规程》.

作者简介

刘爱丽（1966-），女，高级技师，安阳供电公司营销部（计量室）.技术专责，长期从事电能计量工作.

多功能电子式电能表 篇5

电子式多功能电能表,主要针对国内市场三相用电的工业用户。随着电力行业改革深入,工业三相用电对多功能电能表的需求大量增加。目前国内多功能表种类少、价格较高、功能不完善,往往仅是针对某些地区的特定要求开发,缺乏通用性,某些产品未能完全达到国标的要求。本文介绍的电子式多功能电能表正是为了适应这种市场需求而设计的,从总体结构、硬件设计、软件设计等方面进行了开发[1]。

2 总体结构和硬件设计

2.1 总体结构

电子式多功能电能表硬件的核心MCU主控制器,负责按键输入扫描、工作状态检测、计量数据的读入、计算和存储、电表参数的现场配置以及与外界的通信控制等。其主要功能单元包括MCU主控制器单元、电量计量模块、红外和RS-485通信模块、校表模块、EEPROM存储阵列等。其他辅助模块主要有:时钟日历电路、工作异常报警电路、按键输入电路、复位和看门狗电路、开关电源模块和后备电池电路、大屏幕液晶显示模块和LED显示模块[2]。多功能电能表总体结构框图如图1所示。

高性能主控制器单元主控制器采用NEC公司8位单片机中的高档产品μPD78F0338。该款单片机为120脚QFP封装,单片集成有60k BFlash、一个异步通信串行口、40x4段LCD驱动器、高达10MHz的总线时钟和10路10位精度的ADC,并可通过简单的接口进行在线系统编程,极大地方便在线调试和软件升级;并且支持高级语言,较好地满足了多功能表任务繁多、数据量庞大、算法较复杂的功能要求[3]。

2.2 串口复用通信单元

通信电路模块主要包括TSOPl838红外接收头、红外发射二极管、载波电路、MAX487专用485收发电路、驱动/开关二极管和其他元件[4]。

电能表为便于用户抄表,设计有红外本地抄表和RS-485集中抄表两种串行抄表方式,因为μPD78F0338仅有一个串口,故通信电路设计时采用串口复用技术。由9012、9014和若干电阻等器件组成互补开关,由MCU的一个I/O口来控制红外和RS-485通信方式的切换,如图2所示。

2.3 高精度电量计量模块

高精度电量计量模块由高精度专用电能计量芯片SA9904,电流互感器和其他外围电路元件组成。SA9904是Sames公司生产的一款三相双向功率/电能计量芯片,可以计量有功/无功功率、电压、频率、相序异常等,可以单独计量每一相的用电信息,符合IEC521/1036标准,可达到1级交流电能表的精度要求,各数据寄存器具有24位精度,可通过三线SPI接口与CPU交换数据,从而可以较好地适应多功能表需要计量多种电量数据的要求[5]。SA9904引脚及其外围电路图如图3所示。

其中,LK、DO、DI构成与MCU控制器的接口,用于传输控制命令和测得的电量数据,IIps、IIPt、IIPr用来对电流取样,IVPl、IVP2、IVP3用来对电压取样。

2.4 时钟日历模块

时钟电路采用EPSON生产的RTC-4553实时时钟芯片。内部集成了32.768k Hz的石英晶体振荡器,简化外围电路,并可以根据需要进行自由设置,以得到较高的频率;同时集成有时钟和日历计数器,可选择24或12小时显示模式,时钟可通过软件方式进行间隔30s的调整,并提供0.1Hz或1024Hz的定时脉冲输出,以便于在电能表的外部对时钟精度进行定期检查。RTC-4553引脚及其外围电路图如图4所示。其中,SCK、Sin、Sout与主处理器接口,用于发送控制指令或者传输日期时间数据,系统日历时钟模块采用电池作后备电源,以确保在停电状态下,日期时间的准确无误[6]。

3 软件设计

3.1 数据结构设计

多功能电能表,涉及的数据类型种类繁多。按字节分,包括单字节、双字节、三字节、四字节和六字节等,按表征的意义分有时间、时刻、电压、电流、有功功率、无功功率、有功电能、无功电能、次数、功率因数、门限、状态字、系数、表号等。复杂的数据类型对数据结构的设计提出了较高的要求,方案通过采用多种数据寻址方式和多种类型存储器较好地解决了这一问题[7]。

系统的数据存放方式有:内部ROM、RAM和外挂EEPROM。

内部ROM用来存放大量的常数表格,RAM用于存放临时变量和堆栈,方案需要2.5k B左右的RAM,串行EEPROM则存储各种用户电量数据和设表参数,通过12C总线与CPU交换数据,电能表按设计需求的最大要求大约需要250k B的EEPROM,方案采用8片256位EEPROM通过级联来实现。

EEPROM数据访问采用两种方式:直接地址访问,通过数据的EEPROM地址直接读写数据;数据ID寻址,通过数据的编码读写数据[8]。

3.2 通信口复用功能设计

红外通信和RS-485共用一个串行口(Rx D/Tx D)通信,由于串行口通信开始都有一低电平位(0),因此将红外接收端(与485接收端用一三极管隔开)引到一中断引脚INTP1,通过其引发的中断可判断串行口数据是否来自红外。发送时按时应方式发送,使其不互相干扰。由于红外通信和遥控接收用同一接收管,因此在判断红外来源的中断中启动定时器INTTM4检测红外接收端,如果检测到脉冲宽度为9ms或0.56ms,则判断为红外遥控,并根据定时检测遥控编码;否则判断为红外产生的串行口接收中断,并将定时检测关闭[9]。

红外38.4k Hz调制信号由CPU内部分频输出(P05/PCL)。f=fx/27=4.9152/128=38.4k Hz。因红外发送字节之间可选有15~20ms的延时,而485通信则不需要延时。数据发送在发送中断中进行,红外通信在发送操作后立即关闭发送中断允许,待延时时间到后再允许发送中断。

3.3 程序流程图

多功能电能表主程序主要包括初始化、数据校验、负荷曲线修补和事务处理等,其流程图如图5所示。

日常事务处理流程集中体现了多功能电能表的大部分主要功能,包括费率处理、计量数据采集及处理、自动抄表、电能脉冲输出、校表模块和掉电检测及处理模块等[10],其流程图如图6所示。

4 结论

这是一款智能型高科技电能计量产品,可以同时计量正/反向有功电能、正/反向无功电能、四象限无功电能,还具有多费率控制,负荷曲线记录,各相失压、过压、频率超限记录,数据LCD显示等多种功能。主站可以通过RS-485总线或手持红外抄表器对该电表进行查表、设表、抄表等操作。软件代码全部采用C/C++语言编写,编码效率高,可维护性好,便于实现模块化设计,可根据用户的需求方便地对功能模块进行裁剪。而且代码经过优化,其生成的目标代码大小和执行效率已与汇编代码相差无几[11]。该产品的技术指标全面符合GB/T 17215-1998《1级和2级静止式交流有功电度表》、DL/T614-1997《多功能电能表》和DL/T645-1997《多功能电能表通信规约》的要求。三相四线制电子式多功能电能表设计新颖,实用性强,操作简捷,能满足用户需求。

参考文献

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[8]沙占友,王彦朋.单片机外围电路设计[M].北京:电子工业出版社,2004.

[9]赵亮,侯国锐.单片机C语言编程与实例[M].北京:人民邮电出版社,2002.

[10]汪叶斌,赵继敏.I2C总线在MCS51系列单片机数据采集系统中的实现[J].微计算机信息,2005,21(1):67-68.

多功能电子式电能表 篇6

关键词：计量管理,全电子式,多功能电表

1 多功能表的主要功能

1.1 计量电量的功能

多功能电表最基本且使用最多的功能则是有功正反向电能计量、无功四象限电能计量, 且都属于四费率和总电能计量。常用的主要包括有功正反向、无功四象限四费率需量计算功能、数据记录功能以及分时控制功能等。

1.2 负荷曲线及电气量显示功能

负荷曲线记录可对连续按照用户设定的时间间隔提供选定的内容实施滚动数据记录的功能。可以对有功正反向总电能、无功四象限总电能、电流、电压、频率以及功率因数, 有功瞬时功率、有功需量周期平均功率以及无功瞬时功率等进行记录, 可对几个或全部进行选择, 使其作为记录内容, 并有时标存在。

1.3 电量冻结功能

在变电站及大用户有时会要求准确记录同一时刻各路进出线的电量, 可以通过RS485总线的广播冻结命令, 可选择冻结有功正向或反向各费率电量及总电量、无功当前工作的两个象限各费率电量及总电量, 并可通过DL/T645协议命令读出。该项功能便于进行电量平衡分析。

1.4 断电及断相时间记录

可记录多次断电记录。记录停电及供电的“月、日、时、分”, 以便对仪表工作情况进行分析、查出问题并作运行检测, 此数据可防止出现人为故障, 增加计量的可靠性。

可分别记录三相的断相次数、时间、正反向有功电量, 纪录断一相及同时断二相时的断相次数、时间、正反向有功电量。

1.5 输入输出接口

输入输出功能是多功能电能表的重要功能, 也是实现其各种功能的关键。输出方式有: (1) 带光耦隔离的多路脉冲输出接口。 (2) 带光耦隔离的数据输出接口 (RS485口) 。 (3) 红外遥控显示 (代替按键) 。 (4) 红外遥控编程及抄表接口, 符合DL/T645标准。

1.6 自动抄表功能

1) 提供设定“日”、设定“时”自动抄表功能, 完成电量存贮处理及需量复位处理。

2) 自动抄表的周期可分为“月”或“周”, 并可设置自动抄表次数;自动抄表操作可将电量存贮和需量复位分开执行, 在参数设置时选择。

2 电子式电能表应用中的相关问题

2.1 可靠性问题

大规模专用集成电路的应用, 使得电子式电能表结构大为简化, 可靠性有了较大提高, 但一些关键器件如大屏幕LCD, 无论对于国产表还是进口表, 仍有些问题存在。比如刚察县海塔尔煤矿地处海拔3 800 m左右, 常年平均气温在零下1℃~3℃之间, 最低可达零下28℃, 这将会使无保暖设施的计量装置不能可靠运行, 特别是电子式电能表的LCD液晶屏常常无法正常显示, 影响电能的准确计量。还有抗干扰能力与抗过电压能力, 对于高压表计, 由于PT的隔离作用与电压波动小而问题不大, 但对于低压表, 由于电压回路直接接入电网, 则存在电网浪涌冲击或其他干扰信号与电网电压长时间偏高而造成电子式电能表损坏的情况。

2.2 电流互感器的选取问题

典型的电子式电能表电压回路功耗小于5VA, 电流回路功耗小于1VA, 若再采用计量专用二次回路, 电流互感器几乎接近空载运行, 不符合规程要求的电流互感器二次负载应在25%~100%额定负荷范围内运行的要求。在这种情况下, CT误差为正, 且可能会超出允许值, 这是应该重视的问题。以往CT的选限, 是依据感应式电能表的负载特性而定的, 采用电子式电能表后, 应作一些相应的规定。

2.3 表内信息代码统一化问题

目前进口表已根据要求采用了统一的显示代码, 对于国产表, 在难以完全统一的情况下, 对于抄表所需的数据, 代码也要求与进口表一致。这样, 无论对于人工抄表还是自动抄表, 实现了统一化、简单化。

2.4 手持抄表器和通信光电头的统一问题

目前, 无论是进口表还是国产表, 都配有自己的抄表器和通信光电头, 这样对于现场工作人员来说, 需要多种型号齐备, 配套使用, 累赘而又麻烦。建议采用统一的标准辅助设备, 不同厂家配件均能通用, 这在技术上是容易实现的。

2.5 不可盲目要求多功能

电子式电能表采用计算机技术, 可扩展多种功能。有的制造商被盲目要求做多种费率、多种时区、多种时段、多月存贮电量及负荷曲线等其他辅助功能。这不仅不符合我国的实际情况, 而且功能的增多反而会影响电子式电能表的可靠性。应该认识到这只是一只电能表, 除要求必需的电量数据外, 辅以相应的运行监测所需的时间、电池状态、接线状态、电表编号、失压记录、脉冲输出及数据通信接口就可以了。这样既可以保证电能表运行的可靠性和应用的简洁性, 又降低了成本。

3 结语

自动化及现代化的供用电管理系统逐渐向管理基础的电能计量仪器仪表的技术提出了更高的要求。凭借计算机与微电子技术的不断更新, 现代电子式电能表技术的迅速发展也得到了广泛应用, 对用电管理系统的自动化与现代化的进程产生一定的促进作用。

参考文献

[1]陈丽萍.智能电能表在计量管理中的应用[J].农村电气化, 2013 (S1) .

多功能电能表故障分析 篇7

(1) 电能表内部故障。如电能表内部某相霍尔元件损坏, 应更换。

(2) 电能表的功率校验接口与标准装置光电脉冲接口不匹配。应仔细检查, 设置好接口使其匹配。

2 现场校验时电能表超差或跳变

(1) 现场运行点在电能表保证等级范围以外, 如电流过大等。线路异常情况, 如中性线未接好等。

(2) 现场校验仪与电能表校验接口不匹配。使用钳形电流表接现场校验仪时接触不良。

(3) 现场电压、电流变化速度较快, 由于电能表与现场校验仪的反应速度不同而造成误差跳变。

(4) 无功超差可能是由于算法不同引起的误差, 因为现场线路往往不平衡。

3 时钟故障

(1) 电能表时钟故障, 如果不进分钟或显示错误, 为硬件故障。

(2) 装表之前未校时钟。装表时电能表未上电之前电池被卸下, 上电后未校时钟。现场干扰造成时钟乱。电池用完。

4 电能表显示失压

线路产生失压。电能表内部互感器出现故障。电压互感器熔丝熔断。

5电能表无脉冲输出

电能表脉冲接口芯片损坏 (光电脉冲在闪烁) 。脉冲接口电路与终端输入电路不匹配。可用指针式万用表观察脉冲接口两端电阻判断:有脉冲, 0Ω;无脉冲, 高阻间摆动。

6电能表不显示和显示不完整

(1) 电能表不显示原因:电能表内部电源故障;液晶显示损坏。

(2) 电能表显示不完整原因:液晶屏故障;液晶屏接触不良。

7电能表潜动和数据突变

(1) 电能表潜动。电流互感器二次线路中存在感应的微弱电流。判断潜动时要先断开接入电能表的负荷侧电流。

(2) 电能表数据突变。电能表内部存储器故障。

8电能表提示芯片故障

多功能电能表的无功计量 篇8

1 多功能电能表无功计量

1.1 四象限无功定义

不同国家对四象限无功的定义不一样。根据电力行业标准DL/T645—1997[1], 电能测量四象限的定义如图1所示。

Ⅰ象限:输入有功功率P (阻感性负荷) , 输入无功功率Q;Ⅱ象限:输出有功功率P (负荷相当于1台欠励磁发电机) , 输入无功功率Q;Ⅲ象限:输出有功功率P (负荷相当于1台过励磁发电机) ;Ⅳ象限:输入有功功率 (阻容性负荷) , 输出无功功率。

2 多功能电能表无功计量原理

2.1 电压移相无功原理

一般多功能电能表无功计量是将计量芯片采用移相器电压移相90°后与电流相乘得到无功瞬时值, 将无功瞬时值进行累加并除以累加点数即得到无功平均值[2] (如图2所示) 。

令u'uv=u'wv, iu=iw, φu=φw=φ, 则:

2.2 进口多功能电能表无功计量原理

目前国内进口主要是兰吉尔LG和ALPha A16002种型号多功能电能表, 兰吉尔LG和国产多功能电能表无功计量原理相同。ALPha A1600型号的多功能电能表采用电流逆时针移相90°, 所对应电压余弦计算无功如图3所示。

令i'u=i'v, uuv=uwv, φu=φw=φ, 则:

可见, 实际上无功计量不论是移相电压滞后90°, 还是电流超前90°, 无功计量原理都一样。

3 电能表运行在可能的功率因数区域故障分析

3.1 国产电能表故障

φ在0°~30°区间为25°时, 断U相电压时校验台试验数据:国产多功能电能表和智能电能表误差为-88.4%运行在四象限限;国外进口 (兰吉尔LG) 多功能电能表误差-50%运行在第一相限;断W相电压时校验台试验数据:国产多功能电能表和智能电能表误差12%运行在第一相限;国外进口 (兰吉尔LG) 多功能电能表误差-50%运行在第一相限。

分析如下。国产电能表供电方式全部采用2个互感器给主板供电 (如图4所示) , 当电能表断U相电压时, 无功向量如图5所示, 有:

误差为-88%, 无功电量记录在第四象限。

电能表断W相电压时, 无功向量如图6所示, 有:

误差12%, 无功电量记录在第一象限, 断电压和断电流误差记录象限一致。

3.2 进口 (兰吉尔LG) 多功能电能表故障分析

进口电能表供电方式采用3个互感器给主板供电 (如图7所示) , 当电能表断U相电压时 (如图8所示) , U相端子对V相有50 V。有:

误差-50%, 无功电量记录在第一象限, 国产电能表计量无功在第四象限。

当电能表断U相电流时 (如图9所示) , 有:

误差-88%, 无功电量记录在第四象限。

当电能表断W相电压时 (无功向量如图10所示) , W相端子对V相有50 V。有:

误差-50%, 无功电量记录在第一象限。

当电能表断W相电流时 (如图11所示) , 有:

误差12%, 无功电量记录在第一象限。

综上所述, 国产三相三线多功能表和智能电能表, 断电流和断电压故障误差一致, 无功电量记录象限一致。进口电能表 (兰吉尔LG) 断电流和断电压故障误差不同, 无功电量记录象限也不同, 断电流完全与国产多功能电能表断电压故障是一致的。

电能表在现场运行可能遇到的功率因数区域, 实验室校验台试验数据如表1所示。

4 结束语

目前江苏电网全部采用了智能电能表和进口多功能电能表进行计量, 在发生缺相故障情况下, 不能采用以往的退补方法进行退补电量, 要根据电能表的供电电源内部接线进行分析, 合理进行退补。文中介绍无功缺相故障的退补方法, 同样适合有功缺相故障的退补。

摘要：介绍了国产和进口多功能电能表无功计量原理, 提出了多功能电能表缺相故障情况下无功退补的方法, 指出了根据电能表内部电源结构计算能正确退补电量。并给出了多功能电能表运行在各种功率因数下缺相故障时无功计量运行的象限, 可供现场处理电能计量故障人员参考。

关键词：有功,无功计量,缺相计量

参考文献

[1]DL/T645—1997, 多功能电能表通信规约[S].

多功能电子式电能表 篇9

【关键词】电子式电能表；电量计量；应用

电子式电能表又被称为静止式电能表，是一种近几年发展很快的一种新型电能表，随着电力市场经济发展需求，以及微电子技术的发展，电子式电能表以其独特功能，在电力生产自动化、电能计量智能化及用电管理中得到广泛应用，而且需求越来越高。为正确计量电能及合理收费，电子式电能表起到极为重要的作用。

电子式电能表是一种工作原理与传统的感应式电能表完全不同的新型电能计量仪表，随着电子技术的发展，电子元器件质量的提高，一些国内、国外生产的单相、三相电能表已逐步被推广使用。在使用中不但逐步改变了“电子式电能表不可靠、不稳定”的旧观念，而且展示了电子式电能表性能和功能上的许多优点。

现在普遍使用的感应式电能表由于受其工作原理和制造工艺，制造材料等方面的制约，在降低表计功耗，提高表准确度和开发表计的功能方面是有限度的。而电子式电能表在这些方面有明显的优势，我单位电子式电能表已经安装近三万只，电子式电能表在计量管理中的优势越加显著。结合我单位使用情况及目前电子表的应用实践，从以下几方面进行探讨。

1.电子式电能表与感应式电能表性能的对比

1.1功耗和起动试验的对比

根据GB/T17215-98规定的参比条件下，通过整机功耗的测试和起动试验可得出电子式电能表功耗通常为感应式电能表的三分之一；电子式电能表由于采用了电子线路原理使得起动功率仅为感应电能表的十分之一上下且灵敏度可做得较高。所以较小的功耗和良好的起动功率灵敏度对公平收取电费以及降低配电线路损耗有积极作用。

1.2误差的对比

在5%Ib-400%Ib范围中测量两种单相电能表的误差，我们发现：

（1）电子式电能表误差变动小，感应式电能表误差变动较大。

（2）低负荷时，电子式电能表的误差偏正，感应式电能表而出现较大的负误差。

1.3供电技术指标变化对误差的影响

我们做了电压、频率、功率因数、谐波变化等指标对表计误差影响的实验。从对比实验中可看出：

（1）感应式电能表在低电压时误差偏正，高电压时误差偏负。

（2）感应式电能表在感性负荷时误差偏正，容性负荷时误差偏负。

（3）谐波对电能表误差影响较大，其中三次、五次、七次谐波对表计误差影响较大。当用 户向电网送出谐波时，感应式电能表的误差偏正，且变化较明显；电子式电能表的误差偏负，但受影响较校谐波用户与非谐波用户表计误差变化正好相反。

总之，电压、频率、功率因数以及谐波等的变化，对电子式电能表误差影响较小，对感应式电能表影响较大。同时从实验数据和负载线性的对比中可明显看到，电子式电能表的线性较好，误差调整容易，而感应式电能表由于电磁感应原理和结构的原因，其工作线性较窄，而且由于元器件之间的相互影响，各个负荷点的误差数据差距较大，使得调整时较难同时满足各个负荷点的要求。

1.4寿命的对比

感应式电能表由于元件磨损，灰尘增多、电磁性能变坏等影响，投入运行几年后，误差就逐渐增大，而且均为负误差，需要重新调整、校验；由于各种性能已变得较差，要达到10年的使用寿命难度大，维护工作量也大。

电子仪表由于影响其寿命主要是电子元件，生产厂家只要严格控制元器件进货的来源，严格筛选元器件，严格监控生产过程和生产工艺是可以保证电子式电能表的可靠性和使用寿命的。

2.电子式电能表在现代化管理中应用

目前生产的三相电子式电能表基本上均采用采样原理利用专用模数转换器对电流、电压进行数字化处理，输入专用微处理器CPU，利用软硬件可实现多种功能，具有计量和显示正、反向和各不同时段，不同费率的有功、无功电量功能及测量和显示所接入电压、电流功率因数及最大需量等数值。同时可实现失压、失流、电压不合格记录，逆相序监视，超功率限额监视，窃电倒表等异常运行情况；以及当使用预付费功能时，在剩余电费低于限额时的报警等。各种功能可以进行任意组合，在管理中主要通过数据通讯接口，可与电力负荷控制系统或远程抄表系统接口，实现自动抄表，并可随时监视表计运行情况等，以及按日统计数据。

上述这些功能在感应式电能表中是无法实现的，这就可看出电子式电能表的确有不少优势。而且电子电能表的许多功能将对电力系統自动化有着深远的意义。用电数据采集和处理、自动抄表和遥测等功能实际上是做为一个计量管理和用电管理的终端，它所提供的各种功能是实现电力系统自动化管理所必不可少的。电能表的电子化和微机化相结合是电能管理智能化的世界性发展趋势，适应了管理现代化发展的需要，因此也代表了21世纪电能仪表的发展方向，有着巨大的发展前景。

电子式电能表安装为电能计量及实现生产自动化创造了良好的条件，实现了从电量采集、电量输入、电费结算到线损统计、各种用电、电力生产报表等一系列工作的全面微机自动化管理。其中本地自动化抄表使电力管理最终摆脱了原有的人工现场抄表、填单、收费，大大提高了工作效率，在电费管理和抄表间建立了一条高速数据通路。

在不久的将来，电子式电能表与远程自动化集中抄表系统将会被广泛使用，为电力计量自动化管理做出重大贡献。

3.使用的经济效益

电子式电能表在电网中运行还具有良好的经济效益，这主要体现在防窃电、降损、功率因数补偿及解决电费回收问题几个方面。

电子式电能表对改善无功补偿提高功率因数也能起到积极作用。电子表可以将用户吸收和倒送无功一并计量，避免了感应式无功电能表装了止逆器后，用户在向电网倒送无功时，无功表不转，无法计量倒送情况的现象，避免供电部门遭受不应有的损失。

4.电子式电能表在应用中存在问题

尽管电子式电能表有如上所述种种优势，但由于实际使用时间不长，缺乏运行经验；从制造方面来说，由于生产历史短，生产经验积累不足，工艺不够成熟，因此不可避免的存在一些问题。在实际运行中常见的故障有：

（1）无显示、缺笔划，不能循环显示。主要是由于晶振、CPU、电源板整流器二级管、液晶、分频器损坏或虚焊等原因所造成。

（2）内部的PT或开关电源烧坏。主要是电源回路的主要元器件的设计裕度和耐压水平不够，元器件的质量不能承受电网的浪涌冲击，及其它干扰源的干扰或电网电压长时间偏高等影响所至。

（3）数据乱。主要是对电磁场干扰、射频干扰、静电等原因的干扰抑制措施在设计时考虑不够完善，或是抗干扰的主要元器件损坏、虚焊等的原因所至。

通过对故障表计综合调查中发现，目前许多厂家为降低生产成本，在元器件的选购和检测以及生产工艺等环节把关不够，影响了电子式电能表质量。另一个主要问题是显示代码、抄表器、通讯光头各制造厂不统一，不能相互兼容，给抄表带来了麻烦，必须记住各厂家代码所表达的内容，配齐抄表器和通讯光头方可工作，极不方便。相信会有一个统一标准，达到互联互换。

通过以上对电子表性能多方面进行探讨结果表明，电子式电能表在我单位可以进行逐步批量推广，以此达到降损节能提高企业经济效益的手段，相信随着电子表在我单位的规模应用，我们会总结更好管理经验，把住电子式电能表的质量关，降低故障率，为全面提高计量现代化管理水平做好基础工作。

【参考文献】

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[2]王思彤等.大区电网电力市场的网关及其电能计量系统[J].电网技术，1999.

新型单相多功能电能表的设计 篇10

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