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基于ARM的单相电力计量装置现场监测仪实现

2010/12/13 14:34:07  来源:中国计量测控网 
字号: 13号字 16号字

  电力计量装置现场监测仪是根据国家相关规程标准,专为电力管理部门降线损、防窃电在线检测的智能化仪表。仪表可在不停电、不改变计量回路 接线的情况下,在线测出单相计量箱的综合误差及电能表、互感器的误差,并打印结果。进而判断回路的断路、短路、接触不良、CT极性接反、CT变化与铭牌不 符等计量故障,是电力管理部门查窃电、查故障、追补电费的得力工具。

  1 系统总体设计

  1.1 技术要求

  配备精密钳形电流互感器,在不断电、不改变计量回路的情况下,检测计量装置、电能表及互感器的误差。显示瞬时检测状态下的一次电流、二次电流、电压、互感 比。具有光电采样和手动采样、脉冲输入3种测量方式。精度等级达到0.2级。具有低频脉冲信号输出,方便送检。不需另接电源。同时,为了兼顾城市和农村电 网中的应用,在满足功能外设计还要考虑到室外操作环境、方便携带及大范围的电压变化等因素以适应现场监测的要求。

  1.2 系统总体组成

  如图1所示,系统以ARM控制器S3C44B0X为核心,采用2片电能计量芯片ADE7753同时对一次、二次回路的电压电流输入进行测量,配合电能表的脉 冲输入,可同时计算出计量装置综合误差、电能表误差以及互感器误差。由ARM嵌入式控制器驱动65万色彩色液晶显示模块及4×4矩阵键盘实现人机交互界 面。微型热敏打印机可打印输出的误差参数及日期。为了适应宽电压应用的要求,采用AC/DC开关电源及DC/DC电源模块为系统供电。

  1.3 工作原理

  首先应将精密钳型互感器分别夹在被测负载的一次、二次电流回路。根据被测电能表的不同及测量环境条件的限制,可选取自动方式和手动方式进行检测。在自动方式 下,如被测电能表为电子式,可直接将其脉冲输出连接至检测仪。如电能表为机械式则可通过光电采样器扣在电表上,将光电对准电度表转盘,调至正常采样,这时 输入检测仪的是光电采样器的脉冲。然后,从键盘输入校验圈数,被测表千瓦时盘转数,被测互感器变化等预置参数后,就可实施自动计量检测。

  手动方式下脉冲是由人手动按下面板上的“手动”键或附件手动开关输入的。连接好线后预置参数,由于手动及视觉误差,圈数应适当多些。当转盘色标转至正前方时,速按一下手动开关,即开始检测;当被检测表转够设置的圈数,再按一下手动开关,即可显示该装置误差。

  1.4 综合误差、电能表误差及互感器误差的计算

  综合误差是指计量装置实际计量的电能与装置读数之间的误差。装置读数是电表读数与计量装置给定互感器变比的乘积。因此,综合误差中包含了电表误差及互感器误 差的影响。也就是说,如果互感器或电表被人为调整就会导致综合计量的误差出现,就有可能是盗电。而当出现综合误差时,还需再确定电表误差及互感器误差,并 采取有针对性的治理措施。设一次回路电压为U,电流为I1,而在设定圈数对应时间T内的ADE7753的高频脉冲输出CF1正比于实际电能,即有实际计量 电能:

  Ez1=UIlT=k×CF1 (1)

  该综合计量装置的互感器变比为Hs;设定圈数为N;表常数为B(这三个参数应在测量进行前由操作人员预先输入),则有被测装置读数应为:

  Es=HsN/B (2)

  因此,综合误差Ce可由Ez与Es算出:

  Ce=(Es-Ez1)/Ez×100% (3)

  互感器误差由实际互感比(测量得到的一次、二次电流之比I1/I2)与预置互感比Hs得出。

  He=(HS-I1/I2)/(I1/I2)×100% (4)

  电表误差由设定圈数对应的电能N/B及二次回路ADE7753输出的CF2对应的电能Ez2得出:

  Be=(Ez2—N/B)/Ez2×100% (5)

  2 系统实现

  2.1 人机交互界面

  人机交互界面由操作键盘和65 k真彩色液晶显示模块组成,由ARM控制。键盘用于参数输入及控制。

  需要输入的参数有校验圈数N、表脉冲常数或千瓦时盘转数B和被测计量装置给定互感比H等。控制键包括启动、复位、手/自动模式、打印以及翻页、选择等。采取4×4矩阵键盘完成0~9数字及控制键。

  彩色LCD显示模块主要完成开机动画、测量结果列表及曲线显示、电子说明书、幻灯图片显示等。TFT液晶显示模块选用4.3英寸宽屏TFT LCD,分辨率为480×272。系统配置32 MB字库及96 MB存储空间,可以满足图片、动画及文本显示的需求。

  2.2 检测电路

  2.2.1 电压、电流信号采样电路

  相电压为175~240 V,但这样大的电压不能直接送给ADE7753进行A/D转换。通过2个2 MΩ和1个6.2 kΩ的固定电阻及1个2 kΩ电位器分压,得到400 mV左右的电压采样信号。而来自互感器的信号是电流形式的,需要经过200 Ω的电位器转换为电压形式的信号送人ADE7753的电流测量通道。为了将来自电力线的信号与ADE7753进行适当的隔离,在电压电流采样信号之间选用 OP07运放组成电压跟随器电路。

  2.2.2 脉冲信号调理电路

  来自光电采样器或电子式电能表的脉冲需要进行信号整形转换隔离后,再送给ARM的外部中断输入。采用NPN三极管进行开关量的变换即可。

  2.2.3 基于ADE7753的电能参数测量

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